Проаналізуйте моделі електронних оболонок атомів.
На зображених моделях атомів Карбону, Нітрогену, Оксигену та Флуору видно, що кількість електронів на зовнішньому енергетичному рівні відповідає номеру групи елемента в Періодичній системі. У кожного з цих атомів є одна пара електронів, а решта електронів на зовнішньому рівні є неспареними.
Порівняйте число неспарених електронів на зовнішньому рівні атомів із місцем хімічного елемента в Періодичній таблиці та негативним зарядом йонів, які можуть утворювати атоми цього елемента.
Кількість неспарених електронів у цих атомів дорівнює різниці між числом 8 та номером групи, у якій розташований елемент. Я думаю, що це число також точно відповідає величині негативного заряду йона, який може утворити цей елемент, оскільки воно вказує на кількість електронів, яких бракує атому до отримання стійкого восьмиелектронного шару.
ПОМІРКУЙТЕ
Як може утворитися хімічний зв’язок між атомами неметалічних елементів, якщо кожен із них прагне приймати електрони?
Хімічний зв’язок утворюється шляхом об’єднання неспарених електронів від обох атомів у спільні електронні пари. Ці пари належать обом атомам одночасно, що дозволяє кожному з них завершити свій зовнішній енергетичний рівень до двох або восьми електронів.
ДОСЛІДЖУЄМО, МОДЕЛЮЄМО, ПРОЕКТУЄМО
Використовуючи підручні матеріали, створіть 2D- або 3D- модель ковалентного зв’язку в молекулах водню, фтору, кисню, метану тощо.
На мою думку, найзручніше створити 3D-моделі за допомогою пластиліну та зубочисток, де кульки різного кольору позначатимуть ядра атомів, а зубочистки — спільні електронні пари. Наприклад, у молекулі кисню ($O_2$) між двома кульками Оксигену слід поставити дві зубочистки, що символізуватиме подвійний ковалентний зв’язок.
РОБОТА З ІНФОРМАЦІЄЮ
362. Латиною со означає «спільний», а vales — «той, що має силу». Поясніть зміст терміна «ковалентний».
Термін «ковалентний» буквально означає зв’язок, що діє завдяки «спільній силі» атомів. У хімії під цією «силою» розуміють валентні електрони, які стають спільними для обох атомів і міцно утримують їх у молекулі.
363. Латиною ordinary означає «звичайний». Чому терміни «одинарний зв’язок» і «ординарний зв’язок» є синонімами?
Ці терміни є синонімами, оскільки вони позначають найпростіший і найбільш розповсюджений тип ковалентного зв’язку, який утворюється за допомогою лише однієї спільної електронної пари.
364. Скільки електронних пар і неспарених електронів містять на зовнішньому енергетичному рівні атоми: а) Хлору; б) Сульфуру; в) Фосфору? Складіть формули Льюїса.
а) Атом Хлору має 3 електронні пари та 1 неспарений електрон (формула Льюїса: $:\ddot{\text{Cl}}\cdot$);
б) атом Сульфуру має 2 електронні пари та 2 неспарені електрони (формула Льюїса: $\cdot\ddot{\text{S}}\cdot$);
в) атом Фосфору має 1 електронну пару та 3 неспарені електрони (формула Льюїса: $\cdot\dot{\text{P}}\cdot$).
365. Скільки неспарених електронів містить: а) атом Флуору; б) молекула фтору?
Атом Флуору містить 1 неспарений електрон на зовнішньому рівні, а в молекулі фтору $F_2$ неспарених електронів немає, бо вони утворюють спільну електронну пару.
366. Чому не можуть існувати двохатомні молекули, утворені інертними хімічними елементами?
Я думаю, що такі молекули не можуть існувати, тому що атоми інертних елементів уже мають повністю заповнений зовнішній енергетичний рівень (октет), тому їм не потрібно об’єднувати електрони з іншими атомами для досягнення стійкості.
367. Електронами якого енергетичного рівня здійснюється зв’язок між атомами: а) у молекулі водню; б) молекулі хлору?
У молекулі водню зв’язок здійснюється електронами першого енергетичного рівня, а в молекулі хлору для утворення зв’язку використовуються електрони зовнішнього третього енергетичного рівня.
368. Складіть формули Льюїса для молекул: хлороводню HCl, сірководню H2S, амоніаку NH3. Скільки спільних і неподілених електронних пар містять атоми в кожному випадку?
Формула Льюїса для хлороводню (навколо Cl ще по парі зверху та знизу). У цій молекулі атоми містять одну спільну електронну пару та три неподілені електронні пари у атома Хлору.
Формула Льюїса для сірководню (навколо S ще по парі зверху та знизу). У цій молекулі є дві спільні електронні пари та дві неподілені електронні пари у атома Сульфуру.
Формула Льюїса для амоніаку (один атом H приєднаний знизу, зверху над N — неподілена пара). У цій молекулі є три спільні електронні пари та одна неподілена електронна пара у атома Нітрогену.
369. Дано три електронні формули: a) X:Y; б) :Z:Z:; в) :A::A:. Яким із речовин — NH3, HCl, O2, F2, N2, H2, HBr, Cl2 — відповідають ці електронні формули? Яким речовинам не відповідає жодна електронна формула?
Формулі а) відповідають речовини HCl та HBr, оскільки в них утворюється один ковалентний зв’язок між різними атомами.
Формулі б) відповідають речовини F2 та Cl2, тому що це молекули з одинарним зв’язком між однаковими атомами, які мають неподілені електронні пари.
Формулі в) відповідає речовина O2, у молекулі якої атоми Оксигену сполучені подвійним зв’язком.
Жодна із запропонованих формул не відповідає молекулам NH3 (має три зв’язки), N2 (має потрійний зв’язок) та H2 (має одинарний зв’язок, але не має неподілених електронних пар).
370. В атомах Карбону на зовнішньому енергетичному рівні є лише 2 неспарені електрони. Проте для утворення молекули вуглекислого газу та інших сполук атомам Карбону необхідно 4 неспарених електрони. Зважаючи на число орбіталей на другому енергетичному рівні, висловіть гіпотезу для пояснення цієї «невідповідності». Перевірте її за додатковими джерелами інформації.
На мою думку, ця невідповідність пояснюється тим, що під час отримання енергії один електрон атома Карбону з 2s-орбіталі може переходити на вільну 2p-орбіталь. Я думаю, що в такому збудженому стані на зовнішньому рівні стає чотири неспарені електрони, що дозволяє Карбону утворювати чотири ковалентні зв’язки.