Номер 3, страница 159 - гдз по химии 8 класс учебник Габриелян, Остроумов

§ 36. Ковалентная неполярная и полярная химическая связь. Глава 5. Химическая связь. Окислительно-восстановительные реакции - номер 3, страница 159.

3. Запишите схемы образования ковалентных связей в молекулах метана $CH_4$ и тетрахлорметана $CCl_4$.

Ковалентная связь — это химическая связь, возникающая между двумя атомами за счет образования общих электронных пар. Механизм её образования заключается в перекрывании электронных облаков атомов. Рассмотрим схемы образования связей в молекулах метана и тетрахлорметана.

Схема образования ковалентных связей в молекуле метана (CH₄)

1. Анализ атомов-участников. Молекула метана состоит из одного атома углерода (C) и четырех атомов водорода (H).
- Атом углерода (C) находится в 14-й группе (IVA) и 2-м периоде периодической системы. Его порядковый номер 6, электронная конфигурация $1s^22s^22p^2$. На внешнем уровне находятся 4 валентных электрона. В соединениях атом углерода обычно находится в возбужденном состоянии ($1s^22s^12p^3$), что позволяет ему образовать четыре связи. Для образования равноценных связей в метане происходит $sp^3$-гибридизация атомных орбиталей углерода, в результате чего образуются четыре одинаковые гибридные орбитали, направленные к вершинам тетраэдра.
- Атом водорода (H) находится в 1-й группе (IA) и 1-м периоде. Его порядковый номер 1, электронная конфигурация $1s^1$. Он имеет один валентный электрон.

2. Механизм образования связей. Атом углерода образует четыре ковалентные связи, предоставляя по одному электрону на каждую связь. Каждый из четырех атомов водорода также предоставляет по одному электрону. Четыре гибридные $sp^3$-орбитали углерода перекрываются с $1s$-орбиталями четырех атомов водорода, образуя четыре прочные сигма-связи (σ-связи) C-H. В результате каждый атом водорода приобретает устойчивую двухэлектронную оболочку (дуплет), а атом углерода — устойчивую восьмиэлектронную оболочку (октет).

3. Схемы. Схематически образование общих электронных пар (обозначены двоеточием) можно представить так:
Электронная формула Льюиса для метана: $ \begin{matrix} & H & \\ & \vdots & \\ H : & C & : H \\ & \vdots & \\ & H & \end{matrix} $
Структурная (графическая) формула, отражающая геометрию молекулы: $ \begin{matrix} & H & \\ & | & \\ H & -C- & H \\ & | & \\ & H & \end{matrix} $

Ответ: В молекуле метана $CH_4$ один атом углерода (4 валентных электрона) образует четыре одинарные ковалентные полярные связи с четырьмя атомами водорода (по 1 валентному электрону у каждого). Связи образуются путем обобществления электронов с формированием четырех общих электронных пар.

Схема образования ковалентных связей в молекуле тетрахлорметана (CCl₄)

1. Анализ атомов-участников. Молекула тетрахлорметана состоит из одного атома углерода (C) и четырех атомов хлора (Cl).
- Атом углерода (C), аналогично метану, находится в $sp^3$-гибридизованном состоянии и предоставляет четыре валентных электрона для образования связей.
- Атом хлора (Cl) находится в 17-й группе (VIIA) и 3-м периоде. Его порядковый номер 17, электронная конфигурация $1s^22s^22p^63s^23p^5$. На внешнем уровне находятся 7 валентных электронов, из которых один неспаренный на $p$-орбитали, который и участвует в образовании связи.

2. Механизм образования связей. Атом углерода формирует четыре общие электронные пары с четырьмя атомами хлора. Каждая связь C-Cl образуется при перекрывании одной $sp^3$-гибридной орбитали углерода и одной $p$-орбитали хлора, на каждой из которых было по одному неспаренному электрону. В результате образуются четыре одинарные ковалентные полярные σ-связи. Атом углерода и каждый из атомов хлора достигают завершенного октета электронов.

3. Схемы. Схема с указанием всех валентных электронов (связывающих и неподеленных пар):
Электронная формула Льюиса для тетрахлорметана: $ \begin{matrix} & :\ddot{Cl}: & \\ & \vdots & \\ :\ddot{Cl}: & C & :\ddot{Cl}: \\ & \vdots & \\ & :\ddot{Cl}: & \end{matrix} $
Структурная (графическая) формула: $ \begin{matrix} & Cl & \\ & | & \\ Cl & -C- & Cl \\ & | & \\ & Cl & \end{matrix} $

Ответ: В молекуле тетрахлорметана $CCl_4$ один атом углерода образует четыре одинарные ковалентные полярные связи с четырьмя атомами хлора. Каждая связь формируется за счет общей электронной пары, состоящей из одного электрона от углерода и одного электрона от хлора. В результате все атомы в молекуле имеют завершенную восьмиэлектронную внешнюю оболочку.