Страница 94 - гдз по химии 7 класс учебник Габриелян, Остроумов

Вы уже знаете, что сложные вещества образованы не одним, а двумя и более химическими элементами. Например, молекула воды состоит из двух атомов водорода и одного атома кислорода, а потому имеет формулу $H_2O$. Почему именно такую формулу имеет это вещество, а не, допустим, $H_3O$ или $HO_2$?

Химическая формула вещества определяется фундаментальным свойством атомов химических элементов — валентностью. Валентность показывает, какое число химических связей может образовать атом данного элемента с другими атомами.

Для элементов, образующих молекулу воды, валентности постоянны:

• Валентность водорода (H) равна I. Это означает, что каждый атом водорода может образовать только одну химическую связь.
• Валентность кислорода (O) равна II. Это означает, что атом кислорода для образования стабильного соединения должен образовать две химические связи.

При образовании молекулы атомы соединяются таким образом, чтобы валентность каждого из них была полностью реализована.

Рассмотрим, как это происходит в молекуле воды и почему другие варианты невозможны.

Почему формула воды именно $H_2O$?
В этой молекуле один атом кислорода (валентность II) образует две связи, соединяясь с двумя атомами водорода. Каждый из двух атомов водорода (валентность I) образует по одной связи с атомом кислорода. В итоге валентность кислорода полностью удовлетворена (две связи), и валентность каждого из атомов водорода тоже удовлетворена (по одной связи). Это приводит к образованию очень стабильной молекулы.

Почему не $H_3O$ или $HO_2$?
В гипотетической нейтральной молекуле $H_3O$ атому кислорода с валентностью II пришлось бы образовать три связи с тремя атомами водорода. Это нарушает его валентное правило, делая такую молекулу нестабильной.
В гипотетической нейтральной молекуле $HO_2$ также невозможно удовлетворить валентности всех атомов одновременно. Если атом водорода (I) соединится с одним из атомов кислорода (II), то у этого кислорода останется одна неиспользованная связь, а у второго атома кислорода — две. Создать устойчивую структуру, в которой все связи были бы скомпенсированы, не получается.

Таким образом, только соотношение двух атомов водорода и одного атома кислорода ($H_2O$) позволяет полностью удовлетворить валентные возможности каждого атома и создать устойчивую молекулу.

Ответ: Формула воды именно $H_2O$, потому что она определяется валентностью входящих в её состав химических элементов. Валентность водорода равна I (он образует одну химическую связь), а валентность кислорода — II (он образует две химические связи). Чтобы образовалась стабильная молекула, один двухвалентный атом кислорода должен соединиться с двумя одновалентными атомами водорода. В гипотетических нейтральных молекулах $H_3O$ или $HO_2$ валентности атомов не могут быть полностью и правильно использованы, поэтому такие соединения нестабильны.