Напишите электронные и структурные формулы молекул N₂, O₂, F₂. Объясните, почему азот встречается на Земле преимущественно в виде простого вещества, кислород — и в виде простого вещества, и в связанном состоянии, а фтор — исключительно в составе соединений.

1. Молекула азота N₂

У каждого атома азота по 5 валентных электронов. Два атома азота образуют три общие электронные пары, то есть тройную связь.

Электронная формула:

:N≡N:

У каждого атома N при этом остается по одной неподелённой электронной паре.

Структурная формула:

N≡N

Тройная связь N≡N очень прочная. Для разрыва молекулы азота требуется большое количество энергии, поэтому при обычных условиях N₂ химически малоактивен. Именно поэтому значительная часть азота на Земле, прежде всего в атмосфере, существует в виде простого вещества N₂.

2. Молекула кислорода O₂

У каждого атома кислорода по 6 валентных электронов. Между двумя атомами образуются две общие электронные пары, то есть двойная связь.

Электронную формулу в школьной записи можно представить так:

..O::O..

При этом у каждого атома кислорода имеются две неподелённые электронные пары.

Структурная формула:

O=O

Связь O=O достаточно прочная, поэтому молекулярный кислород способен существовать как простое вещество. Однако кислород значительно химически активнее азота и легко реагирует со многими элементами. Поэтому на Земле он встречается и в свободном виде O₂, и в связанном состоянии — например, в воде H₂O, оксидах, силикатах и других веществах.

3. Молекула фтора F₂

У каждого атома фтора по 7 валентных электронов. Для завершения внешнего электронного слоя каждому атому не хватает одного электрона, поэтому два атома образуют одну общую электронную пару.

Электронная формула:

:F:F:

У каждого атома фтора имеется по три неподелённые электронные пары.

Структурная формула:

F—F

Фтор — самый электроотрицательный химический элемент. Молекула F₂ обладает очень высокой химической активностью: связь F—F сравнительно легко разрывается, а образующиеся связи фтора с другими элементами обычно очень прочны. Поэтому фтор быстро вступает в реакции и образует устойчивые фториды. В природе свободный F₂ практически не сохраняется и встречается исключительно в составе соединений.

Таким образом, различия объясняются прежде всего прочностью связей в молекулах и химической активностью элементов: у N₂ очень прочная тройная связь, поэтому азот малоактивен; O₂ достаточно устойчив, но одновременно способен активно вступать в реакции; F₂ чрезвычайно реакционноспособен, поэтому свободного фтора в природе практически нет.