Номер 677, страница 118 - гдз по химии 8 класс сборник задач Хвалюк, Резяпкин

677. Изобразите графическую и электронную формулы молекулы воды, охарактеризуйте её строение.

Решение

Изобразите графическую и электронную формулы молекулы воды

Молекула воды ($H_2O$) состоит из одного атома кислорода (O) и двух атомов водорода (H).
Электронная конфигурация атома водорода ($_{1}H$): $1s^1$. На внешнем электронном слое находится 1 валентный электрон.
Электронная конфигурация атома кислорода ($_{8}O$): $1s^22s^22p^4$. На внешнем электронном слое находится 6 валентных электронов (две электронные пары и два неспаренных электрона).

Для завершения внешнего электронного слоя (достижения стабильной конфигурации) атому кислорода необходимо 2 электрона, а каждому атому водорода — по 1 электрону. Атом кислорода образует две ковалентные связи, предоставляя по одному неспаренному электрону для каждой связи с атомом водорода.

Электронная формула (формула Льюиса) показывает валентные электроны атомов и связывающие электронные пары. Две общие электронные пары образуют ковалентные связи O-H, и у атома кислорода остаются две неподеленные электронные пары.
$H \cdot \quad + \quad \cdot \ddot{O} \cdot \quad + \quad \cdot H \quad \longrightarrow \quad H:\ddot{O}:H$
В этой формуле двоеточие между H и O обозначает связывающую электронную пару, а две пары точек над O — неподеленные электронные пары.

Графическая формула изображает ковалентные связи в виде черточек. Молекула воды имеет угловое строение, что важно отразить в графической формуле.

Охарактеризуйте её строение

1. Тип химической связи. Связь между атомами кислорода и водорода в молекуле воды является ковалентной полярной. Это обусловлено значительной разницей в электроотрицательности кислорода (ЭО = 3,44) и водорода (ЭО = 2,20). Общие электронные пары смещены к более электроотрицательному атому кислорода, в результате чего на нем возникает частичный отрицательный заряд ($δ^−$), а на атомах водорода — частичные положительные заряды ($δ^+$).

2. Геометрическое строение. Молекула воды имеет угловую (V-образную) форму. Согласно теории отталкивания электронных пар валентной оболочки (VSEPR), четыре электронные пары на валентном уровне центрального атома кислорода (две связывающие и две неподеленные) располагаются в пространстве так, чтобы минимизировать взаимное отталкивание, стремясь к тетраэдрическому расположению. Однако из-за более сильного отталкивания неподеленных электронных пар по сравнению со связывающими, валентный угол H–O–H искажается и составляет 104,45° (часто округляют до 104,5°), что меньше идеального тетраэдрического угла 109,5°.

3. Гибридизация. Атом кислорода в молекуле воды находится в состоянии $sp^3$-гибридизации. Одна s- и три p-орбитали атома кислорода смешиваются, образуя четыре равноценные гибридные $sp^3$-орбитали, направленные к вершинам тетраэдра. Две из этих орбиталей перекрываются с 1s-орбиталями двух атомов водорода, образуя две $\sigma$-связи, а две другие орбитали заняты неподеленными электронными парами.

4. Полярность молекулы. Вследствие полярности связей O–H и угловой геометрии, дипольные моменты связей не компенсируют друг друга. В результате вся молекула воды является полярной, то есть представляет собой диполь. На кислородном "полюсе" молекулы сосредоточен отрицательный заряд, а на водородном — положительный.

5. Межмолекулярное взаимодействие. Полярность молекул воды и наличие атомов водорода, соединенных с сильно электроотрицательным атомом кислорода, являются причиной образования между ними водородных связей. Водородные связи — это особый тип сильного межмолекулярного взаимодействия, который обуславливает аномально высокие температуры кипения и плавления воды, ее высокую теплоемкость и другие уникальные свойства.

Ответ: Электронная формула воды: $H:\ddot{O}:H$. Графическая формула: H–O–H, молекула имеет угловое строение. Характеристика строения: химическая связь — ковалентная полярная; тип гибридизации центрального атома — $sp^3$; геометрическая форма молекулы — угловая (V-образная) с валентным углом $104,5°$; молекула полярна (является диполем); между молекулами воды существуют прочные водородные связи.