Тема 11. Строение вещества Урок №1 Тема урока: Основные виды химической связи. Ионная связь. Урок №2 Тема урока: Ковалентная полярная и неполярная связь. Молекула — электрически нейтральная частица, образованная из двух или более связанных ковалентными связями атомов [1]. Химическая связь — это взаимодействие атомов, обуславливающее устойчивость молекулы или кристалла как целого. Химическая связь может образовываться путем предоставления от каждого из атомов по одному или нескольким неспаренным электронам (кратные связи) с образованием электронных пар (ковалентная связь). В образовании химической связи участвуют только электроны внешней электронной оболочки, а внутренние электронные уровни не затрагиваются. В результате, при образовании химической связи у каждого атома образуется заполненная электронная оболочка внешнего электронного уровня, состоящая из двух (дуплет) или восьми (октет) электронов. Химическая связь характеризуется длиной и энергией. Длина химической связи это расстояние между ядрами связанных атомов. Энергия химической связи показывает сколько необходимо затратить энергии на разведение двух атомов, между которыми существует химическая связь, на расстояние, при котором эта химическая связь будет разорвана [2]. Виды химической связи Ионная химическая связь Ионная связь — очень прочная химическая связь, образующаяся между атомами с большой разностью электроотрицательностей, при которой общая электронная пара переходит преимущественно к атому с большей электроотрицательностью. Результатом этого является образование соединения противоположно заряженных ионов: Это притяжение ионов как разноимённо заряженных тел. Ионная связь — крайний случай поляризации ковалентной полярной связи. Образуется между типичными металлом и неметаллом (MeнеМе). При этом электроны у металла полностью переходят к неметаллу, образуются ионы (частицы, имеющие заряд). Например, типичные металлы литий(Li), натрий(Na), калий(K), кальций (Ca), стронций(Sr), барий(Ba) образуют ионную связь с типичными неметаллами, в основном с галогенами. Кроме галогенидов щелочных металлов, ионная связь также образуется в таких соединениях, как щелочи и соли. Например, в гидроксиде натрия(NaOH) и сульфате натрия(Na2SO4) ионные связи существуют только между атомами натрия и кислорода (остальные связи – ковалентные полярные) [3]. Ковалентная химическая связь Химическую связь, возникающую в результате образования общих электронных пар, называют атомной или ковалентной [1*]. Ковалентная неполярная химическая связь При взаимодействии атомов с одинаковой электроотрицательностью образуются молекулы с ковалентной неполярной связью [4]. Ковалентная неполярная связь образуется между одинаковыми неметаллами (неМе)n. Такая связь существует в молекулах следующих простых веществ: H2, F2, Cl2, O2, N2, I2, O3, S8, P4 . Химические связи в этих газах образованы посредством общих электронных пар, т.е. при перекрывании соответствующих электронных облаков, обусловленном электронно-ядерным взаимодействием, которые осуществляет при сближении атомов [3]. Ковалентная полярная химическая связь Ковалентная полярная химическая связь образуется при взаимодействии атомов, значение электроотрицательностей которых отличаются, но не резко, происходит смещение общей электронной пары к более электроотрицательному атому. Электроотрицательность (ЭО) - способность атома химических элемента смещать к себе общие электронные пары, участвующие в образовании химической связи [1*]. Ковалентная полярная связь образуется между разными неметаллами (неМенеMe). Это наиболее распространенный тип химической связи, которой встречается как в неорганических, так и органических соединениях [4]. Такая связь существует в молекулах следующих сложных веществ: Н2О, H2S, NH3 и др. К ковалентным связям в полной мере относятся и те связи, которые образованы по донорно-акцепторному механизму, например в ионах гидроксония (Н3О+) и аммония (NH4+) [3]. Химическая связь Все взаимодействия, приводящие к объединению химических частиц (атомов, молекул, ионов и т. п.) в вещества делятся на химические связи и межмолекулярные связи (межмолекулярные взаимодействия). Химические связи - связи непосредственно между атомами. Различают ионную, ковалентную и металлическую связь. Межмолекулярные связи - связи между молекулами. Это водородная связь, ион-дипольная связь (за счет образования этой связи происходит, например, образование гидратной оболочки ионов), диполь-дипольная (за счет образования этой связи объединяются молекулы полярных веществ, например, в жидком ацетоне) и др. Ионная связь - химическая связь, образованная за счет электростатического притяжения разноименно заряженных ионов. В бинарных соединениях (соединениях двух элементов) она образуется в случае, когда размеры связываемых атомов сильно отличаются друг от друга: одни атомы большие, другие маленькие - то есть одни атомы легко отдают электроны, а другие склонны их принимать (обычно это атомы элементов, образующих типичные металлы и атомы элементов, образующих типичные неметаллы); электроотрицательность таких атомов также сильно отличается. Ионная связь ненаправленная и не насыщаемая. Ковалентная связь - химическая связь, возникающая за счет образования общей пары электронов. Ковалентная связь образуется между маленькими атомами с одинаковыми или близкими радиусами. Необходимое условие - наличие неспаренных электронов у обоих связываемых атомов (обменный механизм) или неподеленной пары у одного атома и свободной орбитали у другого (донорно-акцепторный механизм): а) H· + ·H H:H H-H H2 (одна общая пара электронов; H одновалентен); б) N N N2 (три общие пары электронов; N трехвалентен); в) H-F HF (одна общая пара электронов; H и F одновалентны); г) NH4+ (четыре общих пары электронов; N четырехвалентен) По числу общих электронных пар ковалентные связи делятся на • простые (одинарные) - одна пара электронов, • двойные - две пары электронов, • тройные - три пары электронов. Двойные и тройные связи называются кратными связями. По распределению электронной плотности между связываемыми атомами ковалентная связь делится на неполярную и полярную. Неполярная связь образуется между одинаковыми атомами, полярная - между разными. Электроотрицательность - мера способности атома в веществе притягивать к себе общие электронные пары. Электронные пары полярных связей смещены в сторону более электроотрицательных элементов. Само смещение электронных пар называется поляризацией связи. Образующиеся при поляризации частичные (избыточные) заряды обозначаются + и -, например: . По характеру перекрывания электронных облаков ("орбиталей") ковалентная связь делится на -связь и -связь. -Связь образуется за счет прямого перекрывания электронных облаков (вдоль прямой, соединяющей ядра атомов), -связь - за счет бокового перекрывания (по обе стороны от плоскости, в которой лежат ядра атомов). Ковалентная связь обладает направленностью и насыщаемостью, а также поляризуемостью. Для объяснения и прогнозирования взаимного направления ковалентных связей используют модель гибридизации. Гибридизация атомных орбиталей и электронных облаков - предполагаемое выравнивание атомных орбиталей по энергии, а электронных облаков по форме при образовании атомом ковалентных связей. Чаще всего встречается три типа гибридизации: sp-, sp2 и sp3-гибридизация. Например: sp-гибридизация - в молекулах C2H2, BeH2, CO2 (линейное строение); sp2-гибридизация - в молекулах C2H4, C6H6, BF3 (плоская треугольная форма); sp3-гибридизация - в молекулах CCl4, SiH4, CH4 (тетраэдрическая форма); NH3 (пирамидальная форма); H2O (уголковая форма). Химические связи Химическая связь - связь между атомами в молекуле или молекулярном соединении, возникающая в результате переноса электронов с одного атома на другой, либо обобществления электронов для обоих атомов. Различают несколько типов химических связей: ковалентная, ионная, металлическая, водородная. Ковалентная связь ( лат. со - совместно + valens - имеющий силу) Ковалентная связь возникает между двумя атомами по обменному механизму (обобществление пары электронов) или донорно-акцепторному механизму (электронов донора и свободной орбитали акцептора). Ковалентной связью соединены атомы в молекулах простых веществ (Cl2, Br2, O2), органических веществ (C2H2), а также, в общем случае, между атомами неметалла и другого неметалла (NH3, H2O, HBr). Если атомы, образующие ковалентную связь, имеют одинаковые значения электроотрицательности, то связь между ними называется ковалентной неполярной связью. В таких молекулах нет "полюса" - электронная плотность распределяется равномерно. Примеры: Cl2, O2, H2, N2, I2. Если атомы, образующие ковалентную связь, имеют разные значения электроотрицательности, то связь между ними называется ковалентной полярной. В таких молекулах имеется "полюс" - электронная плотность смещена к более электроотрицательному элементу. Примеры: HCl, HBr, HI, NH3, H2O. Ковалентная связь может быть образована по обменному механизму - обобществлению электронной пары. В таком случае каждый атом "одинаково" вкладывается создание связи. Например, два атома азота, образующие молекулу N2, отдают по 3 электрона с внешнего уровня для создания связи. Существует донорно-акцепторный механизм образования ковалентной связи, при котором один атом выступает в качестве донора неподеленной электронной пары. Другой атом не тратит свои электроны, а только лишь предоставляет орбиталь (ячейку) для этой электронной пары. Рекомендую выучить список веществ, образованных по донорно-акцепторному механизму: o NH4+ - в ионе аммония o NH4+Cl, NH4+Br - внутри иона аммония во всех его солях o NO3- - в нитрат ионе o KNO3, LiNO3 - внутри нитрат иона во всех нитратах o O3 - озон o H3O+ - ион гидроксония o CO - угарный газ o K[Al(OH)4], Na2[Zn(OH)4] - во всех комплексных солях есть хотя бы одна ковалентная связь, возникшая по донорно-акцепторному механизму Ионная связь Ионная связь - один из видов химической связи, в основе которого лежит электростатическое взаимодействие между противоположно заряженными ионами. В наиболее частом случае ионная связь образуется между типичным металлом и типичным неметаллом. Примеры: NaF, CaCl2, MgF2, Li2S, BaO, RbI. Большой подсказкой служит таблица растворимости, ведь все соли имеют ионные связи: CaSO4, Na3PO4. Даже ион аммония не исключение, между катионом аммония и различными анионами образуются ионные связи, например в соединениях: NH4I, NH4NO3, (NH4)2SO4. Часто в химии встречаются несколько связей внутри одной молекулы. Рассмотрим, например, фосфат аммония, обозначив тип каждой связи внутри этой молекулы. опорный конспект