Условие задачи
Составьте электронные и графические формулы веществ: а) F2, HF, OF2; б) Cl2, HCl, SCl2. Укажите направление смещения электронной плотности и определите тип химической связи.
Решение
Ниже приведён подробный разбор задачи из раздела теории химических соединений (лигевая теория строения молекул) с построением электронных (Льюисовых) и графических формул, определением направления смещения электронной плотности (полярности связей) и указанием типа химической связи.
──────────────────────────────
1. Рассмотрим вещества из пункта (а):
А) F₂
• Фтор – элемент VII группы, у него 7 валентных электронов. В молекуле F₂ два атома фтора объединяются одной одинарной (σ) связью, в результате чего каждый атом «делится» одной парой электронов для заполнения октета.
• Электронная (Льюисова) формула:
.. F • — • F ..
(на каждом атоме фтора по три непарные пары (6 электронов) и одна общая пара, образующая связующую связь).
• Графическая формула обозначается как F–F, где рядом с каждым атомом можно указать три парных точки (lone pairs).
• Направление смещения электронной плотности: поскольку оба атома идентичны (одинаковая электроотрицательность), связь не является полярной – электронная плотность распределена равномерно.
• Тип связи: неполярная ковалентная связь.
──────────────────────────────
B) HF
• Водород имеет 1 валентный электрон, фтор – 7. При образовании молекулы водород отдает свой электрон, а фтор принимает ещё один, чтобы достичь октета.
• Электронная формула:
H — F
При этом у атома фтора остаётся три непарные пары (по 2 электрона в каждой).
• Графически можно записать как H–F с пометкой (на F – 3 lone pairs).
• Электронная плотность смещается от атома водорода (меньшая электроотрицательность) к атому фтора (наиболее электроотрицательный элемент), поэтому связь полярна:
δ⁺H — δ⁻F.
• Тип связи: полярная ковалентная связь.
──────────────────────────────
C) OF₂ (оксигендифтор)
• Определим количество валентных электронов: кислород – 6, каждый фтор – 7, всего: 6 + 2×7 = 20 электронов.
• Схематично молекула строится так: атом кислорода находится в центре, к нему присоединены два атома фтора одиночными связями.
• Распределение электронов:
– Для кислорода после образования двух связей остаётся 6 – 2 = 4 электрона, то есть 2 непарные пары.
– Каждый фтор после образования одной связи имеет 7 – 1 = 6 электронов, распределённых в виде 3 непарных пар.
• Электронная (Льюисова) формула можно записать так:
:F:
∙∙
∙∙
.. F — O — F ..
∙∙
∙∙
(где у каждого F по 3 пары, а у O – 2 пары неподелённых электронов).
• Графическая формула – F–O–F с указанием двух пар на кислороде (расположенных, как в молекуле воды, что приводит к искривлённой форме).
• Направление смещения электронной плотности: фтор (наибольшая электроотрицательность) «захватывает» электронную плотность; поэтому от центрального кислорода наблюдается смещение электронной плотности к атомам фтора.
• Тип связи: оба сигма-связи – полярные ковалентные.
──────────────────────────────
2. Рассмотрим вещества из пункта (б):
А) Cl₂
• Хлор (также элемент VII группы) имеет 7 валентных электронов. В молекуле Cl₂ два атома хлора соединяются одной одинарной (σ) связью, при этом на каждом атоме остаётся по 3 непарные пары.
• Электронная формула:
.. Cl • — • Cl ..
• Графическая формула: Cl–Cl с отмеченными по 3 парных точкам на каждом атоме.
• Направление смещения электронной плотности: атомы идентичны, значит связь неполярная.
• Тип связи: неполярная ковалентная связь.
──────────────────────────────
B) HCl
• Водород – 1 валентный электрон, хлор – 7. Образуется одна одинарная связь H–Cl, при этом у хлора остаётся 3 непарные пары.
• Электронная формула:
H — Cl
• Графическая формула: H–Cl с указанием непарных пар на атоме Cl.
• Направление смещения электронной плотности: электроны сдвигаются от водорода к хлору (хлор значительно электроотрицательнее), вследствие чего создаётся дипольная связь
(δ⁺H — δ⁻Cl).
• Тип связи: полярная ковалентная связь.
──────────────────────────────
C) SCl₂ (дихлорид серы)
• Сера имеет 6 валентных электронов, хлор – по 7. Всего: 6 + 2×7 = 20 электронов.
• Молекула строится так: атом серы в центре, к нему присоединены два атома хлора одинарными связями.
• Распределение электронов:
– У серы после образования двух связей остаётся 6 – 2 = 4 электрона, то есть 2 непарные пары.
– На каждом атоме хлора после образования одной связи остаётся 7 – 1 = 6 электронов (3 непарные пары).
• Электронная (Льюисова) формула:
.. Cl
∙∙
∙∙
.. Cl — S — Cl ..
∙∙
∙∙
(где у S – 2 непарные пары, у каждого Cl – 3 непарные пары).
• Графическая формула: S с двумя связями к атомам Cl и двумя парами неподелённых электронов; форма молекулы – согнутая (аналогичная молекуле H₂O).
• Направление смещения электронной плотности: хлор обладает большей электроотрицательностью, поэтому электронная плотность смещается от атома серы к атомам хлора
(δ⁺S — δ⁻Cl).
• Тип связи: полярные ковалентные связи.
──────────────────────────────
Ответ по дисциплине химии (теория строения молекул):
1. Для F₂:
Льюисова формула – F с тремя парами • на каждом атоме, соединённые одной парой (F–F). Смещение ЭП отсутствует – связь неполярная ковалентная.
2. Для HF:
Льюисова формула – H–F, где F имеет три непарные пары. Электронная плотность смещается от H к F, поэтому связь имеет полярный ковалентный характер (δ⁺H — δ⁻F).
3. Для OF₂:
Льюисова формула – O в центре, соединённый двумя связями с F; у O – 2 непарные пары, у каждого F – по 3 непарные пары. Электронная плотность смещается от кислорода к фтору, связи – полярные ковалентные.
4. Для Cl₂:
Льюисова формула – Cl с тремя парами • на каждом атоме, соединённые (Cl–Cl). Отсутствует смещение ЭП – связь неполярная ковалентная.
5. Для HCl:
Льюисова формула – H–Cl, где у Cl – три непарные пары. Смещение электронной плотности от H к Cl, связь полярная ковалентная (δ⁺H — δ⁻Cl).
6. Для SCl₂:
Льюисова формула – S в центре, с двумя одинарными связями к Cl; у S – 2 непарные пары, у каждого Cl – по 3 непарные пары. Электронная плотность смещается от S к Cl, связи – полярные ковалентные.
Таким образом, все гидриды (HF, HCl) и соединения с центральным атомом (OF₂, SCl₂) обладают полярными ковалентными связями, а молекулы одноэлементных диатомических газов (F₂, Cl₂) – неполярными ковалентными связями.