Распиши кратко параграфы 4-6 по химии , 11 класс Габриелян : ионная химическая связь ионные кристаллические решётки. ковалентная химическая связь. И металлическая химическая связь.
Кратко
- Ионная связь — притяжение положительных и отрицательных ионов.
- Ковалентная связь — образование общих электронных пар между атомами.
- Металлическая связь — притяжение положительных ионов металла к общим свободным электронам.
1. Ионная химическая связь и ионная кристаллическая решётка
Ионная связь обычно образуется между металлом и неметаллом.
Пример образования хлорида натрия:
\[ \mathrm{Na - e^- \rightarrow Na^+} \]
\[ \mathrm{Cl + e^- \rightarrow Cl^-} \]
Ионы противоположного заряда притягиваются:
\[ \mathrm{Na^+ + Cl^- \rightarrow NaCl} \]
Ионная кристаллическая решётка:
- в узлах находятся катионы и анионы;
- каждый ион притягивается к нескольким ионам противоположного заряда;
- отдельных молекул в кристалле нет.
Свойства ионных веществ:
- твёрдые, хрупкие;
- имеют высокие температуры плавления;
- в твёрдом состоянии ток не проводят;
- проводят электрический ток в расплавах и растворах.
Примеры: \(\mathrm{NaCl}\), \(\mathrm{KBr}\), \(\mathrm{MgO}\), \(\mathrm{CaCl_2}\).
2. Ковалентная химическая связь
Ковалентная связь образуется за счёт общих электронных пар.
Пример:
\[ \mathrm{H\cdot + \cdot H \rightarrow H:H} \]
или
\[ \mathrm{H-H} \]
Виды ковалентной связи
Неполярная — общая электронная пара распределена между атомами почти одинаково:
\[ \mathrm{H_2,\ O_2,\ N_2,\ Cl_2} \]
Полярная — общая электронная пара смещена к более электроотрицательному атому:
\[ \mathrm{H^{\delta+}-Cl^{\delta-}} \]
Примеры: \(\mathrm{HCl}\), \(\mathrm{H_2O}\), \(\mathrm{NH_3}\).
По числу общих электронных пар связь бывает:
- одинарная: \(\mathrm{H-H}\);
- двойная: \(\mathrm{O=O}\);
- тройная: \(\mathrm{N\equiv N}\).
Ковалентная связь может образовывать:
- молекулярные вещества — \(\mathrm{H_2O}\), \(\mathrm{CO_2}\), \(\mathrm{I_2}\); обычно имеют невысокие температуры плавления и кипения;
- атомные кристаллы — алмаз, кремний, \(\mathrm{SiO_2}\); очень прочные, тугоплавкие.
Ковалентная связь направленная и насыщаемая, то есть атомы соединяются в определённых направлениях и ограниченным числом связей.
3. Металлическая химическая связь
Металлическая связь существует в металлах и сплавах.
В узлах решётки находятся положительные ионы металла, а между ними движутся общие свободные электроны:
\[ \text{положительные ионы металла} + \text{«электронный газ»} \]
Свободные электроны объясняют свойства металлов:
- высокую электропроводность;
- теплопроводность;
- металлический блеск;
- ковкость и пластичность.
Примеры: \(\mathrm{Fe}\), \(\mathrm{Cu}\), \(\mathrm{Al}\), \(\mathrm{Na}\).
Как различать связи
| Вещество | Основной тип связи |
|---|---|
| \(\mathrm{NaCl}\) | ионная |
| \(\mathrm{O_2}\) | ковалентная неполярная |
| \(\mathrm{HCl}\) | ковалентная полярная |
| \(\mathrm{Cu}\) | металлическая |
| Алмаз | ковалентная, атомная решётка |
Важно: в \(\mathrm{Na_2SO_4}\) связь между \(\mathrm{Na^+}\) и \(\mathrm{SO_4^{2-}}\) ионная, а внутри иона \(\mathrm{SO_4^{2-}}\) — ковалентная.
Обсуждение
2 сообщенияРаспиши подробнее
§ 4. Ионная химическая связь и ионные кристаллические решётки
Что такое ионная связь
Ионная связь — это электростатическое притяжение положительно и отрицательно заряженных ионов.
Ионы образуются из атомов в результате отдачи или присоединения электронов. Атомы стремятся приобрести устойчивую внешнюю электронную оболочку, как у благородных газов.
- атом, отдающий электроны, превращается в положительный ион — катион;
- атом, принимающий электроны, превращается в отрицательный ион — анион.
Пример образования хлорида натрия
Атом натрия имеет один электрон на внешнем уровне:
\[ \mathrm{Na^0 - e^- \rightarrow Na^+} \]
Атому хлора не хватает одного электрона до завершения внешнего уровня:
\[ \mathrm{Cl^0 + e^- \rightarrow Cl^-} \]
Образовавшиеся ионы притягиваются:
\[ \mathrm{Na^+ + Cl^- \rightarrow NaCl} \]
Ионная связь возникает главным образом между атомами металлов и неметаллов, например:
\[ \mathrm{NaCl,\ MgO,\ CaCl_2,\ KBr} \]
Однако ионная связь может возникать и между сложными ионами, например в \(\mathrm{NaOH}\) или \(\mathrm{NH_4Cl}\).
Особенности ионной связи
Ионная связь:
- Ненаправленная — ион притягивает противоположно заряженные ионы во всех направлениях.
- Ненасыщаемая — один ион может притягиваться сразу к нескольким ионам противоположного знака.
- Возникает за счёт сил электростатического притяжения.
Например, ион \(\mathrm{Na^+}\) притягивается не только к одному иону \(\mathrm{Cl^-}\), а к нескольким соседним ионам.
Ионная кристаллическая решётка
В узлах ионной кристаллической решётки находятся катионы и анионы, расположенные в определённом порядке.
В кристалле хлорида натрия нет отдельных молекул \(\mathrm{NaCl}\). Формула \(\mathrm{NaCl}\) показывает только соотношение ионов натрия и хлора — \(1:1\).
Для хлорида кальция:
\[ \mathrm{Ca^{2+} + 2Cl^- \rightarrow CaCl_2} \]
Формула показывает, что на один ион \(\mathrm{Ca^{2+}}\) приходится два иона \(\mathrm{Cl^-}\).
Свойства веществ с ионной решёткой
Ионные вещества обычно:
- твёрдые;
- имеют высокие температуры плавления и кипения;
- обладают значительной прочностью;
- хрупкие;
- многие растворяются в воде.
Почему ионные кристаллы хрупкие?
Если слои ионов немного смещаются, рядом оказываются ионы одинакового знака:
\[ \mathrm{Na^+ \; рядом \; с \; Na^+} \]
и
\[ \mathrm{Cl^- \; рядом \; с \; Cl^-} \]
Они отталкиваются, поэтому кристалл раскалывается.
Электропроводность
В твёрдом состоянии ионы находятся в узлах решётки и не могут свободно перемещаться, поэтому ток не проводят.
В расплаве или растворе ионы становятся подвижными:
\[ \mathrm{NaCl \rightarrow Na^+ + Cl^-} \]
Поэтому расплавы и водные растворы ионных веществ проводят электрический ток.
§ 5. Ковалентная химическая связь
Что такое ковалентная связь
Ковалентная связь — это химическая связь, которая образуется за счёт общих электронных пар.
Обычно она возникает между атомами неметаллов.
Например, у каждого атома водорода имеется по одному электрону:
\[ \mathrm{H\cdot + \cdot H \rightarrow H:H} \]
Образовавшаяся общая электронная пара принадлежит обоим атомам:
\[ \mathrm{H-H} \]
Каждый атом водорода получает устойчивую двухэлектронную оболочку.
Обменный механизм образования связи
При обменном механизме каждый атом предоставляет по одному электрону для образования общей пары.
Например:
\[ \mathrm{Cl\cdot + \cdot Cl \rightarrow Cl:Cl} \]
В молекуле хлора образуется одна общая электронная пара.
У азота образуются три общие пары:
\[ \mathrm{N\equiv N} \]
Донорно-акцепторный механизм
При донорно-акцепторном механизме один атом предоставляет готовую электронную пару, а другой атом предоставляет свободную орбиталь.
- атом, отдающий электронную пару, называется донором;
- атом, принимающий электронную пару, называется акцептором.
Пример образования иона аммония:
\[ \mathrm{NH_3 + H^+ \rightarrow NH_4^+} \]
У атома азота в молекуле \(\mathrm{NH_3}\) есть неподелённая электронная пара. Ион водорода \(\mathrm{H^+}\) принимает её.
После образования иона \(\mathrm{NH_4^+}\) все связи \(\mathrm{N-H}\) становятся равноценными. Отличается только механизм их образования.
Полярная и неполярная ковалентная связь
Неполярная связь
Неполярная ковалентная связь образуется между одинаковыми атомами. Общая электронная пара распределяется между ними равномерно.
Примеры:
\[ \mathrm{H_2,\ O_2,\ N_2,\ Cl_2} \]
Схематично:
\[ \mathrm{H-H} \]
Полярная связь
Полярная ковалентная связь образуется между разными атомами, электроотрицательность которых различается.
Электроотрицательность — это способность атома притягивать к себе общие электроны.
Например, в молекуле хлороводорода хлор сильнее притягивает общую электронную пару:
\[ \mathrm{H^{\delta+}-Cl^{\delta-}} \]
Знаки \(\delta+\) и \(\delta-\) обозначают частичные заряды. Это не полноценные заряды ионов.
Примеры полярных связей:
\[ \mathrm{HCl,\ H_2O,\ NH_3,\ SO_2} \]
Чем больше разница электроотрицательностей атомов, тем сильнее смещается общая электронная пара.
Кратность ковалентной связи
По числу общих электронных пар связь бывает:
Одинарная
Образуется одна общая электронная пара:
\[ \mathrm{H-H} \]
Двойная
Образуются две общие электронные пары:
\[ \mathrm{O=O} \]
Тройная
Образуются три общие электронные пары:
\[ \mathrm{N\equiv N} \]
Чем больше кратность связи, тем обычно:
- связь прочнее;
- расстояние между атомами меньше;
- больше энергии требуется для её разрыва.
\(\sigma\)- и \(\pi\)-связи
Одинарная связь состоит из одной \(\sigma\)-связи.
Двойная связь включает:
\[ 1\sigma + 1\pi \]
Тройная связь включает:
\[ 1\sigma + 2\pi \]
\(\sigma\)-связь образуется при перекрывании орбиталей вдоль линии, соединяющей ядра атомов. \(\pi\)-связь образуется при боковом перекрывании орбиталей.
Свойства ковалентной связи
Ковалентная связь:
- направленная — образуется в определённом направлении в пространстве;
- насыщаемая — атом может образовать ограниченное число связей;
- зависит от количества общих электронных пар;
- может быть полярной или неполярной.
Вещества с ковалентной связью
Ковалентные вещества бывают молекулярными и атомными.
Молекулярные вещества
В узлах кристаллической решётки находятся отдельные молекулы, между которыми действуют слабые силы.
Примеры:
\[ \mathrm{I_2,\ CO_2,\ H_2O,\ S_8} \]
Обычно они:
- имеют невысокие температуры плавления и кипения;
- могут быть газами, жидкостями или мягкими твёрдыми веществами;
- не проводят электрический ток;
- иногда летучи.
Атомные кристаллы
В узлах решётки находятся атомы, соединённые прочными ковалентными связями во всей структуре.
Примеры:
- алмаз;
- кремний;
- кварц \(\mathrm{SiO_2}\);
- карборунд \(\mathrm{SiC}\).
Такие вещества обычно:
- очень твёрдые;
- тугоплавкие;
- прочные;
- плохо растворяются;
- не проводят электрический ток.
Исключение — графит. В графите атомы углерода соединены слоями. Электроны могут перемещаться внутри слоёв, поэтому графит проводит электрический ток.
§ 6. Металлическая химическая связь
Что такое металлическая связь
Металлическая связь — это связь между положительными ионами металла и обобществлёнными свободными электронами.
У атомов металлов внешние электроны сравнительно слабо удерживаются ядром. В кристалле металла эти электроны перестают принадлежать одному определённому атому и могут свободно перемещаться между ионами.
Упрощённо строение металла можно представить так:
\[ \text{положительные ионы металла} + \text{свободные электроны} \]
Свободные электроны часто называют электронным газом или электронным облаком.
Металлическая кристаллическая решётка
В узлах металлической решётки находятся положительные ионные остовы металла, а между ними движутся общие электроны.
В отличие от ковалентной связи, электроны не образуют отдельные пары между конкретными атомами.
Металлическая связь:
- ненаправленная;
- ненасыщаемая;
- существует в металлах и сплавах.
Свойства металлов
Электропроводность
Свободные электроны перемещаются под действием электрического поля, поэтому металлы хорошо проводят электрический ток.
Лучше всего проводят ток:
- серебро;
- медь;
- золото;
- алюминий.
Теплопроводность
Свободные электроны быстро передают энергию от нагретого участка к холодному. Поэтому металлы хорошо проводят тепло.
Металлический блеск
Свободные электроны взаимодействуют со светом и отражают его. Поэтому поверхность металлов имеет характерный блеск.
Пластичность и ковкость
При воздействии силы слои частиц металла могут смещаться, но металлическая связь не разрывается полностью: электроны продолжают удерживать ионы вместе.
Поэтому металлы можно:
- ковать;
- прокатывать в листы;
- вытягивать в проволоку;
- сгибать.
Высокие температуры плавления
Большинство металлов имеет высокие температуры плавления, но это свойство выражено по-разному. Например, ртуть при обычных условиях является жидкостью.
Сплавы
Сплавы — это вещества, состоящие из металла и других элементов.
Примеры:
- сталь — железо и углерод;
- чугун — железо и углерод с большим содержанием углерода;
- латунь — медь и цинк;
- бронза — медь и олово.
В сплавах также сохраняется металлический тип связи, но их свойства могут отличаться от свойств чистых металлов.
Сравнение химических связей
| Тип связи | Между какими частицами образуется | Что удерживает частицы | Примеры |
|---|---|---|---|
| Ионная | Катионами и анионами | Электростатическое притяжение | \(\mathrm{NaCl,\ MgO}\) |
| Ковалентная | Атомами | Общие электронные пары | \(\mathrm{H_2,\ HCl,\ H_2O}\) |
| Металлическая | Ионами металла и свободными электронами | Притяжение ионов к электронному газу | \(\mathrm{Fe,\ Cu,\ Al}\) |
Как определить тип связи
металл + неметалл — чаще всего ионная связь: \[ \mathrm{NaCl,\ CaO} \]
неметалл + неметалл — ковалентная связь: \[ \mathrm{H_2O,\ CO_2,\ NH_3} \]
простое вещество-металл — металлическая связь: \[ \mathrm{Fe,\ Cu,\ Na} \]
В сложных веществах могут быть разные типы связей
Например, в \(\mathrm{NaOH}\):
- между \(\mathrm{Na^+}\) и \(\mathrm{OH^-}\) действует ионная связь;
- внутри иона \(\mathrm{OH^-}\) между O и H действует ковалентная полярная связь.
В \(\mathrm{Na_2SO_4}\):
- между ионами \(\mathrm{Na^+}\) и \(\mathrm{SO_4^{2-}}\) — ионная связь;
- внутри сульфат-иона — ковалентные связи.
Главное для запоминания
\[ \boxed{\text{Ионная связь — притяжение ионов}} \]
\[ \boxed{\text{Ковалентная связь — общие электронные пары}} \]
\[ \boxed{\text{Металлическая связь — ионы металла и свободные электроны}} \]
