Написать конспект на тему "Механизмы образования химических связей, в т.ч. и водородной"
Краткий ответ: химическая связь образуется, когда частицы переходят в более устойчивое и энергетически выгодное состояние. Ковалентная связь возникает за счёт общих электронных пар, ионная — за счёт притяжения противоположно заряженных ионов, металлическая — за счёт общих свободных электронов, а водородная — за счёт притяжения частично положительного атома водорода к неподелённой электронной паре другого атома.
Конспект
«Механизмы образования химических связей, в том числе водородной»
1. Общие сведения
Химическая связь — это взаимодействие атомов, ионов или молекул, благодаря которому образуется более устойчивое вещество.
В образовании связей участвуют главным образом валентные электроны — электроны внешнего энергетического уровня. При образовании связи атомы часто стремятся получить устойчивую электронную оболочку: октет, а атом водорода — дублет.
2. Ковалентная связь
Ковалентная связь образуется между атомами неметаллов за счёт общих электронных пар.
Общая электронная пара притягивается к ядрам обоих атомов и удерживает их вместе.
Обменный механизм
При обменном механизме каждый атом предоставляет по одному электрону для образования общей пары:
\[ \mathrm{H\cdot+\cdot H \rightarrow H:H} \]
или
\[ \mathrm{H-H} \]
Так образуются молекулы \(\mathrm{H_2}\), \(\mathrm{Cl_2}\), \(\mathrm{O_2}\).
Донорно-акцепторный механизм
При донорно-акцепторном механизме:
- донор предоставляет готовую неподелённую электронную пару;
- акцептор предоставляет свободную орбиталь для этой пары.
Пример образования иона аммония:
\[ \mathrm{NH_3+H^+ \rightarrow NH_4^+} \]
Атом азота в \(\mathrm{NH_3}\) отдаёт неподелённую электронную пару иону водорода.
После образования связи донорно-акцепторная связь по свойствам не отличается от остальных ковалентных связей.
Виды ковалентной связи
- Неполярная — общая электронная пара распределена между атомами примерно одинаково:
\[ \mathrm{H_2,\ O_2,\ N_2} \]
- Полярная — общая электронная пара смещена к более электроотрицательному атому:
\[ \mathrm{H^{\delta+}-Cl^{\delta-}} \]
Пример: \(\mathrm{HCl}\).
3. Ионная связь
Ионная связь образуется в результате перехода электронов от одного атома к другому и электростатического притяжения образовавшихся ионов.
Обычно она возникает между металлом и неметаллом.
Пример образования хлорида натрия:
\[ \mathrm{Na \rightarrow Na^+ + e^-} \]
\[ \mathrm{Cl + e^- \rightarrow Cl^-} \]
Затем противоположно заряженные ионы притягиваются:
\[ \mathrm{Na^+ + Cl^- \rightarrow NaCl} \]
В кристалле \(\mathrm{NaCl}\) ионы образуют упорядоченную ионную решётку.
4. Металлическая связь
Металлическая связь возникает в металлах между положительно заряженными ионами металла и общими свободными электронами.
В металле валентные электроны не принадлежат одному атому, а свободно перемещаются между всеми частицами кристалла. Поэтому металлы:
- хорошо проводят электрический ток и тепло;
- имеют металлический блеск;
- пластичны и ковки.
5. Водородная связь
Водородная связь — это особый вид взаимодействия, возникающий между атомом водорода, связанным с сильно электроотрицательным атомом, и неподелённой электронной парой другого электроотрицательного атома.
Чаще всего участвуют атомы:
\[ \mathrm{F,\ O,\ N} \]
Общая схема:
\[ \mathrm{X-H\cdots Y} \]
где:
- \(\mathrm{X-H}\) — полярная ковалентная связь;
- атом водорода приобретает частичный положительный заряд \(\delta+\);
- атом \(\mathrm{Y}\) имеет неподелённую электронную пару и частичный отрицательный заряд.
Пример между молекулами воды:
\[ \mathrm{O-H\cdots O} \]
Водородные связи могут быть:
- межмолекулярными — между разными молекулами воды;
- внутримолекулярными — внутри одной молекулы.
Водородные связи влияют на:
- высокую температуру кипения воды;
- свойства льда и жидкой воды;
- растворимость веществ;
- строение белков и ДНК.
Водородная связь слабее ковалентной, но обычно сильнее обычного межмолекулярного притяжения.
6. Сравнение типов связей
| Вид связи | Как образуется | Пример |
|---|---|---|
| Ковалентная | Общая электронная пара | \(\mathrm{H_2,\ HCl}\) |
| Ионная | Переход электронов и притяжение ионов | \(\mathrm{NaCl,\ MgO}\) |
| Металлическая | Общие свободные электроны в металле | \(\mathrm{Fe,\ Cu,\ Al}\) |
| Водородная | Притяжение \(\mathrm{H^{\delta+}}\) к неподелённой паре | \(\mathrm{H_2O\cdots H_2O}\) |
Как определить механизм образования связи
- Между двумя неметаллами образуется ковалентная связь.
- Если каждый атом даёт по электрону — механизм обменный.
- Если один атом даёт готовую электронную пару — механизм донорно-акцепторный.
- Между металлом и неметаллом обычно образуется ионная связь.
- В металлах действует металлическая связь.
- Схема \(\mathrm{X-H\cdots Y}\), где \(\mathrm{X}\) и \(\mathrm{Y}\) — F, O или N, указывает на водородную связь.
Проверка:
\(\mathrm{H_2}\) — ковалентная неполярная, обменный механизм;
\(\mathrm{NH_4^+}\) — ковалентная, донорно-акцепторный механизм;
\(\mathrm{NaCl}\) — ионная;
\(\mathrm{Cu}\) — металлическая;
\(\mathrm{H_2O\cdots H_2O}\) — водородная.
