ГДЗ по Химии 8 Класс Параграф 35 Вопрос 7 Габриелян, Остроумов — Подробные Ответы

Американский химик Гилберт Льюис в своей работе «Валентность и структура атомов и молекул» в 1923 г. утверждал, что число электронных пар у атомов в молекулах, как правило, равно четырем. Используйте это утверждение для обоснования постоянного состава двухатомных молекул. Почему это утверждение несостоятельно для двухатомной молекулы водорода?

Поскольку каждый атом стремится достичь устойчивой 8-электронной конфигурации внешнего энергетического уровня, общее количество электронных пар в молекуле должно составлять 8/2 = 4.

Таким образом, на каждый атом приходится по четыре пары электронов, включая как общие ковалентные, так и собственные:

Однако это правило неприменимо к двухатомной молекуле водорода, так как для водорода устойчивой является не 8-электронная конфигурация, а 2-электронная (внешний и единственный уровень у водорода может содержать максимум два электрона). В этом случае общее число пар будет равно 2/2 = 1. Поэтому в двухатомной молекуле водорода существует только одна общая пара электронов:

Идеи Гилберта Льюиса заложили фундамент современной химии, объяснив, почему атомы вообще соединяются друг с другом. Его концепция строится на стремлении природы к стабильности и симметрии на атомном уровне.

Концепция «магической четверки»

Согласно теории Льюиса, атомы вступают в химические реакции, чтобы обрести электронную конфигурацию, максимально похожую на конфигурацию инертных газов. Для большинства элементов это означает заполнение внешнего уровня до 8 электронов (правило октета).

Поскольку электроны в молекулах стремятся образовывать пары, общее количество таких пар (как общих, так и собственных) вокруг каждого атома в устойчивом состоянии рассчитывается очень просто:

\(
8 / 2 = 4 \text{ (электронные пары)}
\)

Именно это стремление к «четверке» объясняет постоянный состав двухатомных молекул. Атомы объединяются ровно в таком количестве и образуют столько связей, сколько необходимо, чтобы каждый из них «почувствовал» вокруг себя четыре пары электронов.

Обоснование на примерах хлора и азота

Взаимодействие атомов можно рассмотреть как процесс объединения ресурсов для достижения общего благополучия:

1. Молекула хлора (\(Cl_2\)): У каждого атома хлора есть 7 своих электронов. Объединив по одному электрону в общую пару, каждый атом получает 1 общую и 3 собственных пары. Итого: 1 + 3 = 4.

2. Молекула азота (\(N_2\)): У азота 5 внешних электронов. Чтобы достичь заветного числа, атомы образуют сразу три общие пары (тройную связь). В результате у каждого атома есть 3 общих пары и 1 своя. Итого: 3 + 1 = 4.

Почему водород является исключением

Утверждение Льюиса о четырех парах оказывается несостоятельным для водорода из-за фундаментальных законов физики. Водород — самый первый и простой элемент в таблице Менделеева.

1. Ограниченность уровня: Электроны водорода располагаются на первом энергетическом уровне. Этот уровень физически очень «тесный» и может вместить максимум 2 электрона.
2. Правило дуэта: Для водорода состоянием максимальной устойчивости является не октет (8), а дуэт (2).
3. Математика пары: Если предел заполнения — 2 электрона, то расчет количества пар меняется:
\(
2 / 2 = 1 \text{ (электронная пара)}
\)

Именно поэтому в молекуле водорода \(H_2\) атомы удерживаются всего одной электронной парой:

Таким образом, хотя общее правило Льюиса указывает на число 4, оно всегда ограничивается емкостью электронных слоев конкретного атома.