Определить вид химической связи в веществах CaF2 , O₂ , Li₃N , H2O и написать схемы образования в них связей

Цель задачи: понять виды химических связей в указанных веществах и привести понятные схемы их образования.

1. CaF2

• Вид связи: ионная.
• Обоснование: кальций (Ca) — металл, образующий ионы Cа2+; фтор (F) — неметалл, склонный принимать электрон для достижения октета, образуя F−. Соединение образуется из ионного кристаллического массива Ca2+ и 2F−.
• Пошаговая схема образования связи:
  1. Ca теряет два валентных электрона: Ca → Ca2+ + 2 e−.
  2. Каждый F принимает по одному электрону: F + e− → F−. В результате получается два F−.
  3. Образуется нейтральная формула CaF2 за счет электростатического притяжения Ca2+ и двух F−: Ca2+ + 2F− → CaF2 (кристаллическая решетка).
• Лейсовая схема (упрощённо): Ca2+ и два F− расположены рядом в кристалле: [Ca2+][F−][F−].
• Дополнительно: связь мостит ионной кислоты и характеризуется высоким плавким/pеленоидным температурам и т. п., но здесь достаточно понять передачу электронов и образование ионной кристаллической решетки.

2. O2

• Вид связи: ковалентная, неполярная, двойная.
• Обоснование: в молекуле кислорода два одинаковых атома O, каждый имеет 6 валентных электронов. Чтобы насытить оболочки обоих атомов, образуется двойная ковалентная связь (общие две пары электронов).
• Пошаговая схема образования связи:
  1. Каждый O вносит в общий обмен по одному электрону, образуя пару для двойной связи: O:6 val e− + O:6 val e− → вместе образуют две общие пары электронов.
  2. Образуется двойная связь O=O и вокруг каждого атома остаётся по две неподеленныe пара электронов (леновые пары).
  3. Оба атома достигают октета в виде O=O с двумя парами электронов по каждому боку.
• Лейсовая схема: O=O с по две lone pairs на каждом O.
• Примечание: связь неполярная, так как атомы кислорода идентичны; молекула нейтральная.

3. Li3N

• Вид связи: ионная.
• Обоснование: литий — металл, образующий ионы Li+; азот — неметалл с большой склонностью принимать электрон и образовывать N3−. Соединение Li3N образуется за счёт переноса электронов от лития к азоту и образовании ионной кристаллической решётки.
• Пошаговая схема образования связи:
  1. Каждый Li теряет один электрон: Li → Li+ + e−. Так образуются три Li+.
  2. Азот принимает три электрона: N + 3 e− → N3−.
  3. Литиевые ионы Li+ и нитрид-ион N3− образуют кристаллическую решётку: Li3N.
• Лейсовая схема/концепция: ионы Li+ и N3− образуют ионную связь в кристалле (NaCl-типовые принципы, хотя Li3N имеет свой тип кристаллитической структуры).
• Дополнение: кристаллическая структура Li3N существенно удерживает связь за счёт электростатического притяжения между ионами.

4. H2O

• Вид связи: ковалентная полярная.
• Обоснование: кислород (O) более электроотрицателен, чем водород (H), поэтому общие пары электронов перераспределяются не полностью поровну; образуются две полярные O–H ковалентные связи. O имеет две свободные двойные пары электронов, что делает молекулу геометрически искривлённой (из-за угла ~104.5°).
• Пошаговая схема образования связи:
  1. Водород имеет один валентный электрон; кислород — шесть валентных электронов.
  2. О и H «делят» по одному электрону на каждую O–H связи: O со своей стороны делит одну пару электронов с каждым H.
  3. В результате образуются две O–H ковалентные связи: H–O–H. У O остаются две неподелённые пару электронов.
  4. Разность электропроводности создаёт частичные заряды: δ− на O и δ+ на H, молекула полярна.
• Лейсовая схема: H–O–H с двумя lone pairs на O.
• Примечание: связи в воде чисто ковалентные, хотя и полярные из-за различий в электроотрицательности O и H; геометрия молекулы — угловая (примерно 104.5°).

Итого:

• CaF2 — ионная связь (Ca2+ + 2F−).
• O2 — ковалентная неполярная двойная связь (O=O).
• Li3N — ионная связь (Li+ и N3− в кристалле).
• H2O — ковалентная полярная связь (две O–H связи; O с двумя lone pairs; молекула полярна).