Страница 70 - гдз по химии 8 класс учебник Габриелян

Решение

Все элементы главной подгруппы VII группы (VIIA), или галогены, являются неметаллами. На внешнем электронном слое у атомов галогенов находится по 7 валентных электронов. Для достижения стабильной электронной конфигурации инертного газа (завершённого октета — 8 электронов) каждому атому галогена необходимо принять один электрон.

При образовании простого вещества два атома галогена (обозначим их общим символом Г) образуют одну общую электронную пару, формируя ковалентную неполярную связь. Таким образом, каждый атом "достраивает" свой внешний электронный слой до октета.

Электронная схема образования молекулы $Г_2$

Процесс объединения двух атомов галогена в двухатомную молекулу можно изобразить с помощью электронных формул (схем Льюиса), где валентные электроны обозначаются точками. $$ :\overset{..}{\underset{..}{Г}}\cdot + \cdot\overset{..}{\underset{..}{Г}}: \longrightarrow :\overset{..}{\underset{..}{Г}}:\overset{..}{\underset{..}{Г}}: $$ В результате образуется молекула $Г_2$, в которой атомы связаны одной общей (связывающей) электронной парой, и у каждого атома остается по три неподеленные (несвязывающие) электронные пары.

Структурная формула молекулы $Г_2$

Структурная формула показывает порядок соединения атомов в молекуле, где каждая общая электронная пара (ковалентная связь) обозначается черточкой. Так как между атомами галогена в молекуле одна общая пара электронов, связь одинарная. $$ Г-Г $$

Ответ: Электронная схема образования: $:\overset{..}{\underset{..}{Г}}\cdot + \cdot\overset{..}{\underset{..}{Г}}: \longrightarrow :\overset{..}{\underset{..}{Г}}:\overset{..}{\underset{..}{Г}}:$. Структурная формула: $Г-Г$.

KCl

Химическая связь в хлориде калия (KCl) является ионной, так как она образуется между атомом типичного металла (калий, K) и атомом типичного неметалла (хлор, Cl), электроотрицательности которых сильно различаются.

Атом калия (K), расположенный в I группе периодической системы, имеет на внешнем электронном слое один валентный электрон. Чтобы достичь стабильной электронной конфигурации инертного газа (аргона), атом калия отдает этот электрон, превращаясь в положительно заряженный ион (катион) $K^+$:

$K^0 - 1e^- \rightarrow K^+$

Атом хлора (Cl), расположенный в VII группе, имеет на внешнем слое семь валентных электронов. Для завершения своего внешнего слоя до стабильного октета (8 электронов) атому хлора недостает одного электрона. Он принимает электрон, отданный атомом калия, и превращается в отрицательно заряженный ион (анион) $Cl^-$:

$Cl^0 + 1e^- \rightarrow Cl^-$

Возникшие в результате этого процесса разноименно заряженные ионы $K^+$ и $Cl^-$ притягиваются друг к другу силами электростатического притяжения, образуя ионную связь.

Схематически этот процесс можно изобразить так:

$K \cdot + \cdot \ddot{Cl}: \rightarrow K^+ [: \ddot{Cl} :]^-$

Ответ: В KCl образуется ионная связь. Схема образования: атом калия отдает один электрон атому хлора, образуя катион $K^+$ и анион $Cl^-$, которые притягиваются друг к другу. $K \cdot + \cdot \ddot{Cl}: \rightarrow K^+Cl^-$.

Cl₂

Химическая связь в молекуле хлора ($Cl_2$) является ковалентной неполярной. Она возникает между двумя одинаковыми атомами неметалла (хлор, Cl).

Атом хлора имеет семь валентных электронов. Для достижения стабильной восьмиэлектронной оболочки каждому атому не хватает одного электрона. При сближении двух атомов хлора каждый из них предоставляет по одному неспаренному электрону для образования общей электронной пары. Эта пара становится общей для обоих атомов.

Поскольку атомы одинаковы, их электроотрицательность равна, и общая электронная пара не смещается ни к одному из атомов, располагаясь симметрично между ними. Так образуется одинарная ковалентная неполярная связь.

Схематически образование связи в молекуле хлора выглядит следующим образом:

$: \ddot{Cl} \cdot + \cdot \ddot{Cl}: \rightarrow : \ddot{Cl} : \ddot{Cl} :$

Структурная формула молекулы хлора: $Cl-Cl$.

Ответ: В $Cl_2$ образуется ковалентная неполярная связь. Схема образования: два атома хлора обобществляют по одному электрону, образуя одну общую электронную пару. $: \ddot{Cl} \cdot + \cdot \ddot{Cl}: \rightarrow Cl:Cl$.

Сколько неспаренных электронов имеют атомы серы?

Для определения количества неспаренных электронов у атома серы ($S$) необходимо рассмотреть его электронную конфигурацию.

1. Сера находится в периодической системе элементов под номером 16. Это означает, что атом серы имеет 16 протонов и, в нейтральном состоянии, 16 электронов.

2. Электронная конфигурация атома серы в основном (невозбужденном) состоянии записывается как: $ _{16}S \text{ } 1s^22s^22p^63s^23p^4 $.

3. Валентными являются электроны внешнего, третьего энергетического уровня: $3s^23p^4$. Всего на внешнем уровне 6 электронов.

4. Рассмотрим распределение этих электронов по орбиталям в соответствии с принципом Паули и правилом Хунда:

• На $3s$-подуровне находится одна орбиталь, на которой располагается пара спаренных электронов: $3s \text{ } \boxed{\uparrow\downarrow}$.
• На $3p$-подуровне находятся три орбитали. Четыре электрона распределяются по ним следующим образом: сначала по одному электрону в каждую орбиталь, а четвертый спаривается с одним из них. Графически это выглядит так: $3p \text{ } \boxed{\uparrow\downarrow}\boxed{\uparrow\ }\boxed{\uparrow\ }$.

Таким образом, на $3p$-подуровне находятся два неспаренных электрона.

Ответ: Атом серы в основном состоянии имеет 2 неспаренных электрона.

Какая связь будет в молекулах S₂?

Молекула дисеры ($S_2$) состоит из двух атомов серы.

1. Сера является неметаллом. Связь, образующаяся между атомами одного и того же химического элемента-неметалла, является ковалентной.

2. Поскольку оба атома в молекуле $S_2$ одинаковы, их электроотрицательности равны. Это означает, что общие электронные пары не смещаются ни к одному из атомов и распределены между ними симметрично. Такая связь называется ковалентной неполярной.

3. Как было установлено, каждый атом серы имеет по два неспаренных электрона на внешнем энергетическом уровне. Для достижения устойчивой электронной конфигурации (октета) каждый атом серы предоставляет по два электрона для образования общих электронных пар. В результате между атомами образуется две общие электронные пары, то есть двойная связь ($S=S$). Эта ситуация аналогична образованию молекулы кислорода $O_2$.

Ответ: В молекуле $S_2$ связь ковалентная неполярная, двойная.

Запишите схему образования химической связи в молекулах S₂.

Схема образования химической связи в молекуле дисеры ($S_2$) может быть представлена с помощью электронных формул (формул Льюиса).

1. Атом серы (элемент VIA группы) имеет 6 валентных электронов. Согласно правилу Хунда, на внешнем уровне у него две электронные пары и два неспаренных электрона. Изобразим его электронную формулу Льюиса, где точки обозначают валентные электроны: $ \cdot\ddot{S}\cdot $

2. При сближении двух атомов серы их неспаренные электроны образуют две общие электронные пары, формируя двойную ковалентную связь. Каждый атом предоставляет по два электрона.

Схема образования связи:

$ \cdot\ddot{S}\cdot + \cdot\ddot{S}\cdot \longrightarrow :\ddot{S}=\ddot{S}: $

3. В образовавшейся молекуле $S_2$ каждый атом серы имеет по две неподеленные электронные пары и две общие электронные пары (составляющие двойную связь). Таким образом, каждый атом завершает свой внешний электронный слой до октета (8 электронов).

Ответ: Схема образования связи: $ \cdot\ddot{S}\cdot + \cdot\ddot{S}\cdot \longrightarrow :\ddot{S}=\ddot{S}: $.

Решение

Прочность химической связи определяется энергией, которую необходимо затратить на ее разрыв. В гомоядерных двухатомных молекулах (состоящих из атомов одного элемента) прочность связи в первую очередь зависит от ее кратности (порядка) — числа общих электронных пар между атомами. Чем выше кратность связи, тем она прочнее.

Рассмотрим строение каждой молекулы, чтобы определить кратность связи:

• Хлор ($Cl_2$): Атом хлора ($Cl$) находится в 17-й группе и имеет 7 валентных электронов. Для формирования стабильной восьмиэлектронной оболочки (октета) двум атомам хлора достаточно образовать одну общую электронную пару. Таким образом, в молекуле $Cl_2$ существует одинарная ковалентная связь ($Cl-Cl$). Кратность связи равна 1.
• Дисера ($S_2$): Атом серы ($S$) находится в 16-й группе и имеет 6 валентных электронов. Чтобы достичь октета, два атома серы образуют две общие электронные пары. В молекуле $S_2$ атомы связаны двойной ковалентной связью ($S=S$). Кратность связи равна 2.
• Азот ($N_2$): Атом азота ($N$) находится в 15-й группе и имеет 5 валентных электронов. Для достижения октета двум атомам азота необходимо образовать три общие электронные пары. В молекуле $N_2$ реализуется тройная ковалентная связь ($N \equiv N$), которая является очень прочной. Кратность связи равна 3.

Поскольку прочность связи растет с увеличением ее кратности (одинарная < двойная < тройная), то ряд веществ в порядке увеличения прочности связи будет следующим: $Cl_2$, $S_2$, $N_2$.

Ответ: Ряд веществ в порядке увеличения прочности химической связи: $Cl_2$, $S_2$, $N_2$. Обоснование заключается в том, что в этом ряду увеличивается кратность связи между атомами: от одинарной в молекуле хлора, к двойной в молекуле дисеры и до тройной в молекуле азота.

Длина связи — это расстояние между ядрами связанных атомов. Длина связи обратно пропорциональна ее кратности и прочности. Чем больше электронных пар связывают атомы (чем выше кратность), тем сильнее притяжение между ядрами и тем короче связь.

Следовательно, в составленном нами ряду $Cl_2 \rightarrow S_2 \rightarrow N_2$, по мере увеличения кратности и прочности связи, ее длина будет закономерно уменьшаться. Связь $Cl-Cl$ будет самой длинной, а связь $N \equiv N$ — самой короткой.

Ответ: В ряду $Cl_2$, $S_2$, $N_2$ длина связи в молекулах будет уменьшаться.

Для разделения веществ по типу химической связи необходимо определить, атомы каких элементов — металлов или неметаллов — входят в их состав. Связь между атомами металлов и неметаллов, как правило, ионная, а между атомами одинаковых неметаллов — ковалентная неполярная.

Группа 1: Вещества с ковалентной неполярной связью

Ковалентная неполярная связь образуется между атомами с одинаковой электроотрицательностью, то есть между атомами одного и того же химического элемента-неметалла. В этом случае общие электронные пары не смещаются ни к одному из атомов.

В представленном списке к этой группе относятся:

• $N_2$ (азот) — молекула состоит из двух атомов неметалла азота.

• $O_2$ (кислород) — молекула состоит из двух атомов неметалла кислорода.

• $H_2$ (водород) — молекула состоит из двух атомов неметалла водорода.

Ответ: $N_2$, $O_2$, $H_2$.

Группа 2: Вещества с ионной связью

Ионная связь возникает между атомами, которые значительно отличаются по электроотрицательности, как правило, между атомами типичных металлов и типичных неметаллов. Связь образуется за счёт электростатического притяжения противоположно заряженных ионов, которые получаются в результате перехода электронов от атома металла к атому неметалла.

В представленном списке к этой группе относятся:

• $Li_2O$ (оксид лития) — образован атомами металла лития ($Li$) и неметалла кислорода ($O$).

• $KCl$ (хлорид калия) — образован атомами металла калия ($K$) и неметалла хлора ($Cl$).

• $CaF_2$ (фторид кальция) — образован атомами металла кальция ($Ca$) и неметалла фтора ($F$).

Ответ: $Li_2O$, $KCl$, $CaF_2$.