Страница 77 - гдз по химии 8 класс учебник Габриелян

Тип химической связи между атомами определяется разностью их электроотрицательностей ($\DeltaЭО$). Электроотрицательность — это мера способности атома притягивать к себе электроны, участвующие в образовании химической связи.

В зависимости от величины $\DeltaЭО$ различают следующие основные типы связи:

• Если разность электроотрицательностей очень мала или равна нулю (условно $\DeltaЭО < 0.4$), то связь является ковалентной неполярной. В такой связи общая электронная пара распределена между атомами симметрично.
• Если $\DeltaЭО$ имеет промежуточное значение (условно от 0.4 до 1.7), то связь является ковалентной полярной. Электронная плотность смещена в сторону более электроотрицательного атома.
• Если $\DeltaЭО$ велика (условно $\DeltaЭО > 1.7$), то связь является ионной. Происходит практически полный переход электронов от одного атома к другому.

В молекуле фосфина ($PH_3$) химическая связь образуется между атомами фосфора (P) и водорода (H). Как сказано в условии, их электроотрицательности почти одинаковы. Для определения типа связи рассчитаем разность их электроотрицательностей по шкале Полинга:

• Электроотрицательность водорода (H) ≈ 2.20
• Электроотрицательность фосфора (P) ≈ 2.19

Разность электроотрицательностей для связи P–H составляет:

$\DeltaЭО = |2.20 - 2.19| = 0.01$

Поскольку значение $\DeltaЭО$ очень близко к нулю ($0.01 < 0.4$), смещение общей электронной пары в связи P–H незначительно. Таким образом, эта связь является практически неполярной.

Ответ: ковалентная неполярная связь.

а) Вещество $S_2$ (дисера)

Тип связи: ковалентная неполярная.

Связь образована атомами одного и того же химического элемента-неметалла (серы $S$). Электроотрицательность атомов одинакова, поэтому электронная плотность общих электронных пар не смещается ни к одному из атомов.

Схема образования связи:

Атом серы ($S$) находится в 16-й группе (VIА подгруппе) периодической системы, его электронная конфигурация внешнего слоя $3s^23p^4$. На внешнем уровне находится 6 валентных электронов. Для достижения стабильной восьмиэлектронной оболочки (октета) каждому атому серы необходимо принять 2 электрона. Два атома серы объединяются, образуя две общие электронные пары (двойную связь).

Схема с использованием электронных точек (формула Льюиса):

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

Вещество $K_2O$ (оксид калия)

Тип связи: ионная.

Связь образована атомами типичного металла (калий $K$) и типичного неметалла (кислород $O$). Электроотрицательность калия (0.82 по Полингу) значительно ниже электроотрицательности кислорода (3.44 по Полингу). Из-за большой разницы в электроотрицательности ($\Delta\chi \approx 2.62$) валентные электроны от атомов калия практически полностью переходят к атому кислорода, образуя ионы.

Схема образования связи:

Атом калия ($K$), как элемент 1-й группы (IА), имеет 1 валентный электрон, который он легко отдает, превращаясь в катион $K^+$. Атом кислорода ($O$), как элемент 16-й группы (VIА), имеет 6 валентных электронов и для завершения внешнего уровня до октета принимает 2 электрона, превращаясь в анион $O^{2-}$. Таким образом, два атома калия отдают по одному электрону одному атому кислорода.

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

$O^0 + 2e^- \rightarrow O^{2-}$

Суммарная схема: $2K\cdot + \cdot\ddot{O}\cdot \rightarrow 2K^+[:\ddot{O}:]^{2-}$

Вещество $H_2S$ (сероводород)

Тип связи: ковалентная полярная.

Связь образована атомами разных неметаллов — водорода ($H$) и серы ($S$). Их электроотрицательности различаются (H ≈ 2.20, S ≈ 2.58), поэтому общие электронные пары смещены в сторону более электроотрицательного атома серы, создавая на нем частичный отрицательный заряд ($\delta-$), а на атомах водорода — частичный положительный заряд ($\delta+$).

Схема образования связи:

Атому серы (6 валентных электронов) для завершения внешнего уровня не хватает 2 электронов. Атому водорода (1 валентный электрон) для завершения своего уровня до дублета не хватает 1 электрона. Атом серы образует две одинарные ковалентные связи, предоставляя по одному электрону для образования общей пары с каждым из двух атомов водорода.

Схема Льюиса: $2H\cdot + \cdot\ddot{S}\cdot \rightarrow H:\ddot{S}:H$

Ответ: $S_2$ – ковалентная неполярная связь; $K_2O$ – ионная связь; $H_2S$ – ковалентная полярная связь.

б) Вещество $N_2$ (азот)

Тип связи: ковалентная неполярная.

Связь в молекуле азота образована двумя одинаковыми атомами неметалла ($N$). Разница электроотрицательностей равна нулю.

Схема образования связи:

Атом азота ($N$) находится в 15-й группе (VА), имеет 5 валентных электронов ($2s^22p^3$). Для достижения октета каждому атому не хватает 3 электронов. Два атома азота образуют между собой три общие электронные пары, формируя тройную связь. У каждого атома азота также остается одна неподеленная электронная пара.

Схема Льюиса: $:\dot{N}\cdot + \cdot\dot{N}: \rightarrow :N\equiv N:$

Вещество $LiF$ (фторид лития)

Тип связи: ионная.

Связь образована атомами типичного металла лития ($Li$) и самого электроотрицательного неметалла фтора ($F$). Разница в их электроотрицательностях максимальна ($\Delta\chi \approx 3.0$), что приводит к полному переходу валентного электрона от лития к фтору.

Схема образования связи:

Атом лития ($Li$), элемент 1-й группы (IА), отдает свой единственный валентный электрон и превращается в катион $Li^+$. Атом фтора ($F$), элемент 17-й группы (VIIА), имеет 7 валентных электронов и принимает один электрон для завершения октета, превращаясь в анион $F^-$.

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

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

Суммарная схема: $Li\cdot + :\ddot{F}\cdot \rightarrow Li^+[:\ddot{F}:]^-$

Вещество $Cl_3N$ (трихлорид азота, или хлорид азота(III))

Тип связи: ковалентная полярная.

Связь образована атомами разных неметаллов — азота ($N$) и хлора ($Cl$). Их электроотрицательности близки, но не равны (N ≈ 3.04, Cl ≈ 3.16). Общие электронные пары незначительно смещены к более электроотрицательному атому хлора.

Схема образования связи:

Атому азота (5 валентных электронов) необходимо 3 электрона для завершения октета. Каждому атому хлора (7 валентных электронов) не хватает 1 электрона. Атом азота образует три одинарные ковалентные связи с тремя атомами хлора. У центрального атома азота остается одна неподеленная электронная пара.

Схема Льюиса: $\cdot\ddot{N}\cdot + 3(\cdot\ddot{Cl}:) \rightarrow :\ddot{Cl}-\underset{\Large :\ddot{Cl}:}{\underset{|}{\overset{\Large ..}{\ddot{N}}}}-\ddot{Cl}:$

Ответ: $N_2$ – ковалентная неполярная связь; $LiF$ – ионная связь; $Cl_3N$ – ковалентная полярная связь.

Решение

Полярность ковалентной химической связи зависит от разности электроотрицательностей (ЭО) атомов, которые образуют эту связь. Электроотрицательность — это мера способности атома притягивать к себе электроны, участвующие в образовании химической связи. Чем больше разница в электроотрицательности между двумя атомами, тем сильнее общая электронная пара смещается к одному из них, и тем более полярной является связь.

Для того чтобы сравнить полярность связей в молекулах хлороводорода (HCl) и фтороводорода (HF), необходимо сравнить разности их электроотрицательностей ($\Delta\chi$).

Воспользуемся значениями электроотрицательности по шкале Полинга:

• Электроотрицательность водорода (H) $\chi_H \approx 2.20$
• Электроотрицательность хлора (Cl) $\chi_{Cl} \approx 3.16$
• Электроотрицательность фтора (F) $\chi_F \approx 3.98$

Как видно из значений, фтор является значительно более электроотрицательным элементом, чем хлор. Фтор — самый электроотрицательный элемент в периодической системе химических элементов.

Теперь рассчитаем разность электроотрицательностей для каждой связи:

1. Для связи в молекуле хлороводорода (H–Cl):

$\Delta\chi(\text{HCl}) = \chi_{Cl} - \chi_H = 3.16 - 2.20 = 0.96$

2. Для связи в молекуле фтороводорода (H–F):

$\Delta\chi(\text{HF}) = \chi_F - \chi_H = 3.98 - 2.20 = 1.78$

Сравнивая полученные результаты, мы видим, что разность электроотрицательностей для фтороводорода ($1.78$) больше, чем для хлороводорода ($0.96$).

$\Delta\chi(\text{HF}) > \Delta\chi(\text{HCl})$

Следовательно, ковалентная связь в молекуле фтороводорода (HF) является более полярной, чем в молекуле хлороводорода (HCl).

Ответ: Ковалентная химическая связь более полярна в молекуле фтороводорода HF.

Решение:

Для того чтобы вписать пропущенные слова и выражения, необходимо последовательно проанализировать каждое предложение, опираясь на фундаментальные понятия теории химической связи.

Ковалентная химическая связь образуется за счёт ...

Ковалентная связь — это тип химической связи, который возникает в результате объединения электронов двух атомов. Атомы, как правило неметаллов, предоставляют по одному или несколько неспаренных электронов для создания общих электронных пар, которые удерживают атомы вместе в молекуле. Таким образом, ковалентная связь образуется за счёт общих электронных пар.

По числу общих электронных пар она бывает ...

Кратность ковалентной связи определяется количеством общих электронных пар между двумя связанными атомами.

• Если атомы связывает одна общая электронная пара, связь называется одинарной (например, в молекуле водорода H₂).
• Если атомы связывают две общие электронные пары, связь называется двойной (например, в молекуле кислорода O₂).
• Если атомы связывают три общие электронные пары, связь называется тройной (например, в молекуле азота N₂).

Следовательно, по числу общих электронных пар связь бывает одинарной, двойной и тройной.

По ЭО ковалентную связь делят на ... и ...

ЭО — это сокращение от «электроотрицательность», то есть способности атома в молекуле притягивать к себе общие электронные пары. В зависимости от разности электроотрицательностей ($\Delta$ЭО) атомов, образующих связь, её делят на два типа:

• Неполярная ковалентная связь образуется между атомами с одинаковой или очень близкой электроотрицательностью ($\Delta$ЭО $\approx$ 0), как правило, между атомами одного и того же элемента (например, H₂, Cl₂). В этом случае общая электронная пара не смещается ни к одному из атомов.
• Полярная ковалентная связь образуется между атомами с разной электроотрицательностью ($\Delta$ЭО > 0). В такой связи общая электронная пара смещена к более электроотрицательному атому, в результате чего на нём возникает частичный отрицательный заряд ($\delta^−$), а на другом атоме — частичный положительный заряд ($\delta^+$) (например, в молекулах HCl, H₂O).

Таким образом, по электроотрицательности ковалентную связь делят на полярную и неполярную.

Ответ: Ковалентная химическая связь образуется за счёт общих электронных пар. По числу общих электронных пар она бывает одинарной, двойной и тройной. По ЭО ковалентную связь делят на полярную и неполярную.

Для определения валентности элементов в бинарных соединениях используется правило, основанное на том, что общее число единиц валентности одного элемента в соединении равно общему числу единиц валентности другого элемента. Это можно выразить формулой: $валентность_1 \cdot индекс_1 = валентность_2 \cdot индекс_2$. Для решения задачи мы будем использовать известные или постоянные валентности некоторых элементов: кислород (O) в оксидах — $II$, фтор (F) — $I$, сера (S) в сульфидах — $II$.

Решение

PbS

В данном соединении сера (S) находится в составе сульфида, где её валентность равна $II$. Молекула состоит из одного атома свинца (Pb) и одного атома серы (S). Обозначим валентность свинца за $x$. Тогда, согласно правилу, $x \cdot 1 = II \cdot 1$. Отсюда получаем, что валентность свинца $x = II$.

Ответ: в $PbS$ валентность свинца (Pb) – $II$, серы (S) – $II$.

PbO₂

Кислород (O) в оксидах проявляет валентность $II$. В молекуле $PbO_2$ на один атом свинца (Pb) приходится два атома кислорода. Обозначив валентность свинца как $x$, составим уравнение: $x \cdot 1 = II \cdot 2$. Решив уравнение, находим, что $x = IV$.

Ответ: в $PbO_2$ валентность свинца (Pb) – $IV$, кислорода (O) – $II$.

FeS₂

Это соединение (пирит) является дисульфидом железа. Хотя его структура сложна, для формального определения валентности можно применить общее правило. Если принять валентность серы (S) равной $II$ (как в простых сульфидах), то для железа (Fe), чью валентность обозначим как $x$, получим: $x \cdot 1 = II \cdot 2$. Отсюда $x = IV$.

Ответ: в $FeS_2$ валентность железа (Fe) – $IV$, серы (S) – $II$.

Fe₂S₃

В сульфиде железа(III) валентность серы (S) принимается равной $II$. Молекула $Fe_2S_3$ состоит из двух атомов железа (Fe) и трех атомов серы. Обозначим валентность железа как $x$. Составим уравнение: $x \cdot 2 = II \cdot 3$. Из уравнения $2x = 6$ следует, что $x = III$.

Ответ: в $Fe_2S_3$ валентность железа (Fe) – $III$, серы (S) – $II$.

SF₆

Фтор (F) – элемент с постоянной валентностью, равной $I$. В молекуле гексафторида серы $SF_6$ один атом серы (S) соединен с шестью атомами фтора. Обозначив валентность серы как $x$, получим уравнение: $x \cdot 1 = I \cdot 6$. Следовательно, $x = VI$.

Ответ: в $SF_6$ валентность серы (S) – $VI$, фтора (F) – $I$.

Хлориды — это бинарные соединения, состоящие из атомов какого-либо химического элемента и хлора. Для составления химических формул используется понятие валентности, которое указывает на число химических связей, образуемых атомом. В данном задании указано, что хлор (Cl) имеет валентность I (одновалентен). Формула составляется по правилу: произведение валентности элемента на его индекс (число атомов в формуле) должно быть равно произведению валентности хлора на его индекс. Для элемента Э с валентностью $n$ и хлора с валентностью I, формула будет $Э_1Cl_n$ или, проще, $ЭCl_n$, так как суммарная валентность атомов должна быть сбалансирована ($n \times 1 = I \times n$).

железа (III): Символ железа — Fe. Его валентность указана как III. Валентность хлора (Cl) равна I. Чтобы составить формулу, необходимо, чтобы суммарные валентности были равны. На один атом железа с валентностью III требуется три атома хлора с валентностью I. Таким образом, формула хлорида железа (III) будет $FeCl_3$. Ответ: $FeCl_3$

меди (I): Символ меди — Cu. Ее валентность в этом соединении равна I. Валентность хлора (Cl) также равна I. Соотношение атомов в данном случае 1:1, так как валентности равны. Формула хлорида меди (I) — $CuCl$. Ответ: $CuCl$

меди (II): Символ меди — Cu. В данном случае ее валентность равна II. Валентность хлора (Cl) равна I. На один атом меди с валентностью II требуется два атома хлора с валентностью I для баланса. Формула хлорида меди (II) — $CuCl_2$. Ответ: $CuCl_2$

марганца (IV): Символ марганца — Mn. Его валентность равна IV. Валентность хлора (Cl) — I. Для одного атома марганца с валентностью IV необходимо четыре атома хлора с валентностью I. Следовательно, формула хлорида марганца (IV) — $MnCl_4$. Ответ: $MnCl_4$

фосфора (V): Символ фосфора — P. Его валентность равна V. Валентность хлора (Cl) — I. На один атом фосфора с валентностью V требуется пять атомов хлора с валентностью I. Формула хлорида фосфора (V) — $PCl_5$. Ответ: $PCl_5$