Dependența proprietăților substanțelor față de acestea
cladiri. Legătură chimică. De bază
tipuri de legături chimice.
Probleme acoperite:
1. Niveluri de organizare a materiei. Ierarhia structurii.
2. Substanțe cu structură moleculară și nemoleculară.
3.
4. Motivele apariției legăturilor chimice.
5. Legătura covalentă: mecanisme de formare, metode
suprapunere orbitală atomică, polaritate, moment dipol
molecule.
6. Legătura ionică.
7. Comparația legăturilor polare covalente și ionice.
8. Compararea proprietăților substanțelor cu polar covalent și
legături ionice.
9. Racord metalic.
10. Interacțiuni intermoleculare. Substanță (peste 70 de milioane)
Ce trebuie să știți despre fiecare substanță?
Formula (din ce constă)
Structura (cum funcționează)
Proprietăți fizice
Proprietăți chimice
Metode de obținere
(laborator și industrial)
6. Aplicare practică
1.
2.
3.
4.
5.Ierarhia structurii materiei
Toate substanțele
constau din
atomi, dar nu
totul este de la
molecule.
Atom
Moleculă
Pentru toate substanțele
Doar pentru substante
molecular
cladiri
Nivel nano
Pentru toate substanțele
Volumetric (macro)
nivel
Pentru toate substanțele
Toate cele 4 niveluri fac obiectul studiului chimiei Substanțe moleculare
și structura nemoleculară Substanțe
Molecular
cladiri
Nemolecular
cladiri
Format din molecule
Format din atomi
sau ioni
H2O, CO2, HNO3, C60,
aproape toate org. substante
Diamant, grafit, SiO2,
metale, săruri
Formula reflectă
compozitia moleculei
Formula reflectă compoziția
unitate de formulă Substanțe
Clorura de sodiu
Unitatea de formulă NaCl Substanțe
Silice
Unitatea de formula SiO2
Muzeul Mineralogic Fersman este situat lângă intrarea în grădina Neskuchny.
Adresă: Moscova, Leninsky Prospekt, clădirea 18, clădirea 2. Varietate de structuri chimice.
propulsor
C5H6
Coronen
(superbenzen)
C24H12
cavitand
C36H32O8 Varietate de structuri chimice.
catenane Varietate de structuri chimice.
catenane Varietate de structuri chimice.
bandă Mobius Moleculă
O moleculă este un sistem stabil format din mai multe
nuclee atomice și electroni.
Atomii se combină în molecule prin formare
legături chimice.
Principala forță motrice pentru formarea unei molecule din
atomi – scăderea energiei totale.
Moleculele au o formă geometrică caracterizată prin
distanţele dintre nuclee şi unghiurile dintre legături. Forța motrice principală
formarea de legături chimice
între particule de materie -
reducerea energiei totale
sisteme. Principalele tipuri de substanțe chimice
conexiuni:
1.Ionic
2.Covalent
3.Metal
Intermolecular de bază
interacțiuni:
1.Legături de hidrogen
2. Legături Van der Waals Legătură ionică
Dacă o legătură este formată din atomi cu diferiți brusc
valorile electronegativității (ΔOOE ≥ 1,7),
perechea de electroni partajată aproape complet
se deplasează către mai electronegativ
atom.
Na Cl
OEO 0,9 3,16
∆ 2,26
+Na
Anion
:Clcation
Legătura chimică între ioni care apare
datorită atracției lor electrostatice,
numit ionic. Legătură ionică
Potențialul coulombian este sferic
simetric, îndreptat în toate direcțiile,
prin urmare legătura ionică este nedirecţională.
Potențialul Coulomb nu are
restricții privind cantitatea
contraioni adăugate -
de aici legătura ionică
nesățios. Legătură ionică
Compuși cu tip de legătură ionică
solid, foarte solubil în
solvenții polari, au mari
punctele de topire si de fierbere. Legătură ionică
Curba I: atracție ionică dacă
ar reprezenta ei
taxe punctuale.
Curba II: respingerea nucleelor în
în cazul apropierii apropiate a ionilor.
Curba III: energie minimă E0 la
corespunde curbei
starea de echilibru ionică
cupluri, în care forțele
atracția electronilor către nuclee
compensate de forţe
respingerea nucleelor între ele
distanta r0, Legătura chimică în molecule
Legăturile chimice din molecule pot fi descrise cu
poziții a două metode:
- metoda legăturilor de valență, MBC
- metoda orbitalului molecular, MMO Metoda legăturii de valență
Teoria Heitler-Londra
Prevederi de bază ale metodei BC:
1. O legătură este formată din doi electroni cu opus
se învârte, iar undele valurilor se suprapun
funcţiile şi densitatea electronilor dintre
miezuri.
2. Conexiunea este localizată în direcția de maxim
suprapunerea Ψ-funcțiilor electronilor. Cu cât mai puternic
se suprapun, cu atât legătura este mai puternică.
dsv - lungime
comunicații;
ESV - energie
comunicatii. Formarea unei molecule de hidrogen:
N· + ·N → N:N
Când doi atomi se unesc
apar forţe atractive şi
repulsie:
1) atracție: „electron-nucleu”
atomi vecini;
2) repulsii: „core-to-core”,
„electron-electron” vecin
atomi. Formarea unei molecule de hidrogen:
Molecular
nor de doi electroni,
având maxim
densitatea electronică. Legături chimice realizate de comun
perechile de electroni se numesc covalente.
O pereche de electroni partajată poate fi formată din doi
moduri:
1) ca urmare a unirii a doi electroni nepereche:
2) ca urmare a socializării indivizului
pereche de electroni a unui atom (donator) și goală
orbitalii altuia (acceptor).
Două mecanisme de formare a legăturilor covalente:
schimb şi donator-acceptator.
densitatea comunicării are loc de-a lungul liniei,
conectând centrele atomilor (nucleele), apoi aceasta
suprapunerea se numește cuplare σ: Metode de suprapunere a orbitalilor atomici cu
formarea unei legături covalente
Dacă formarea de maxim electronic
densitatea legăturii apare pe ambele părți
linie care leagă centrele atomilor (nucleele), apoi
o astfel de suprapunere se numește legătură π: Legături covalente polare și nepolare
1) Dacă legătura este formată din atomi identici,
nor de comunicare cu doi electroni distribuit în
spațiu simetric între nucleele lor – astfel
legătura se numește nepolară: H2, Cl2, N2.
2) dacă legătura este formată din diferiți atomi, norul de legătură
deplasat spre atomul mai electronegativ
- o astfel de legătură se numește polară: HCl, NH3, CO2. Legătură covalentă polară
Momentul dipol de cuplare
Dipol
H+5CI-5 sau H+0,18CI-0,18
Unde ±δ este eficient
sarcină atomică, fracție
taxa absolută
electron.
+δ
-δ
A nu se confunda cu starea de oxidare!
l
Produsul sarcinii efective și al lungimii dipolului
numit momentul electric al dipolului: μ = δl
Aceasta este o mărime vectorială: direcționată din pozitiv
sarcina la negativ. Legătură covalentă polară
Momentul dipol al unei molecule
Momentul dipol al unei molecule este egal cu suma
vectori ai momentelor dipolare ale legăturilor, ținând cont
perechi de electroni singuri.
Unitatea de măsură a momentului dipol
este Debye: 1D = 3,3·10-30 C·m. Legătură covalentă polară
Momentul dipol al unei molecule
În produsul μ = δl, ambele mărimi sunt direcționate invers.
Prin urmare, trebuie să monitorizăm cu atenție cauza
modificări μ.
De exemplu,
CsF
CsCl
24
31
δ „pierdut” l
CsI
HF
acid clorhidric
HBr
BUNĂ
37
5,73
3,24
2,97
1,14
viceversa Legătură covalentă polară
Momentul dipol al unei molecule
Poate o moleculă să fie nepolară dacă
Sunt toate conexiunile din el polare?
Moleculele de tip AB sunt întotdeauna polare.
Moleculele de tip AB2 pot fi atât polare, cât și
nepolar...
H2O
DESPRE
N
CO2
μ>0
N
DESPRE
CU
μ=0
DESPRE Legătură covalentă polară
Molecule formate din trei sau mai mulți atomi
(AB2, AB3, AB4, AB5, AB6) ,
pot fi nepolare dacă sunt simetrice.
Ce afectează prezența unui moment dipol?
molecule?
Există interacțiuni intermoleculare și
În consecință, densitatea substanței crește,
temperatura de topire si temperatura de fierbere. Comparația legăturilor polare ionice și covalente
General: educație generală
pereche de electroni.
Diferență: grad
deplasare generală
pereche de electroni
(polarizarea legaturii).
Legătura ionică ar trebui considerată o extremă
cazul unei legături covalente polare.
legături polare
Legătură covalentă: saturată și direcționată
Saturație (valență maximă) -
determinat de capacitatea unui atom de a se forma
număr limitat de conexiuni (ținând cont de ambele
mecanisme de formare).
Direcția legăturii este determinată de unghiul de legătură, care depinde de
tip de hibridizare a orbitalilor atomului central.
Legătură ionică: nesaturată și nedirecțională. Comparația caracteristicilor ionice și covalente
legături polare
Direcția de legătură este determinată de unghiurile de legătură.
Unghiurile de legătură se determină experimental sau
prezis pe baza teoriei hibridizării
orbitalii atomici ai lui L. Paulling sau teorie
Gillespie.
Mai multe detalii despre asta la seminarii.
legaturi covalente
Legaturi covalente
Cristale atomice
Între atomi
în cristalul însuși
Duritate mare
topitură mare, fierbere
căldură proastă şi
conductivitate electrică
Cristale moleculare
Între atomi
într-o moleculă
Moliciune moderată
destul de jos
se topește, se fierbe
căldură proastă şi
Conductivitate electrică
Insolubil în apă Compararea proprietăților substanțelor cu ionice și
legaturi covalente
cristal molecular
Punct de topire 112,85 °C Compararea proprietăților substanțelor cu ionice și
legaturi covalente
Cristal covalent atomic
Punct de topire ≈ 3700 °C Compararea proprietăților substanțelor cu ionice și
legaturi covalente
Legături ionice
între ioni
în cristal
duritate și fragilitate
punct de topire ridicat
conductivitate termică și electrică slabă
Solubil în apă Compararea proprietăților substanțelor cu ionice și
legaturi covalente
Cristal ionic
Punct de topire ≈ 800 °C Conexiune metalica
Legăturile metalice sunt realizate de electroni,
aparținând tuturor atomilor în același timp.
Densitatea electronilor
„gazul de electroni” este delocalizat.
Caracteristică
strălucire metalică
Plastic
Ductilitate
Caldura mare si
conductivitate electrică
Puncte de topire
cu adevărat diferit. Legături intermoleculare.
1. Legătura de hidrogen
Atracția dintre atomul de hidrogen (+) al unuia
moleculă și atomul F, O, N (–) al altei molecule
F
F
H
H
H
H
F
F
O
H3C
H
F
C
H
Polimer
(HF)n
O
C
O
H
CH3
Dimer
acid acetic
O
Legăturile de hidrogen sunt slabe individual,
dar puternic colectiv Legături intermoleculare.
2. Legături de hidrogen în ADN Legături intermoleculare.
3. Legături de hidrogen în apă
apa in stare lichida
gheaţă Legături intermoleculare.
4. Formarea legăturilor de hidrogen în
apă
apa in stare lichida
transformare
apa in gheata Legături intermoleculare.
5. Legături Van der Waals
Chiar dacă nu există legături de hidrogen între molecule,
moleculele sunt întotdeauna atrase unele de altele.
Atractia dintre dipolii moleculari se numeste cuplare van der Waals.
Cu cât atracția este mai puternică:
1) polaritate; 2) dimensiunea moleculară.
Exemplu: metan (CH4) – gaz, benzen (C6H6) – lichid
Una dintre cele mai slabe legături c-d-v este între molecule
H2 (p.t. –259 oC, bp. –253 oC).
Interacțiunea dintre molecule este de multe ori mai slabă decât legătura dintre atomi:
Ekow(Cl–Cl) = 244 kJ/mol, Evdv(Cl2–Cl2) = 25 kJ/mol
dar tocmai aceasta asigură existenţa stărilor lichide şi solide ale materiei Prelegerea a folosit materiale de la profesor
Facultatea de Chimie, Universitatea de Stat din Moscova. Lomonosov
Eremin Vadim Vladimirovici
Mulțumesc
pentru atenția ta!
Dependența proprietăților substanțelor de structura moleculelor
O lecție de minți deschise
Goluri. Educațional – pentru a consolida și aprofunda cunoștințele studenților despre teoria structurii chimice și principiile sale de bază.
Educational– promovează formarea de relații și relații cauză-efect.
De dezvoltare– dezvoltarea abilităților de gândire, capacitatea de a transfera cunoștințe și abilități în situații noi.
Echipamente și reactivi. Un set de modele cu bile și băț; mostre de cauciuc natural și sintetic, dietil eter, butanol, etanol, fenol, litiu, sodiu, soluție de turnesol, apă cu brom, acizi formic și acetic.
Motto.„Fiecare substanță - de la cea mai simplă la cea mai complexă - are trei aspecte diferite, dar interconectate - proprietate, compoziție, structură"(V.M. Kedrov).
ÎN CURILE CURĂRILOR
Ce include conceptul de „dependență”? (Aflați opiniile elevilor).
Scrieți pe tablă definiția: „Dependența este
1) relația dintre un fenomen și altul ca o consecință a unei cauze;
2) subordonarea celorlalți în absența independenței, a libertății” (dicționar de S.I. Ozhegov).
Vom stabili împreună obiectivele lecției prin întocmirea unei diagrame:
Bloc de orientare motivațională
Încălzire intelectuală
Determinați corectitudinea afirmațiilor de mai jos și susțineți-vă răspunsurile cu exemple.
Teoria structurii chimice a fost descoperită de D.I Mendeleev.
Răspuns. A.M.Butlerov, 1861
Valența carbonului în compușii organici poate fi II și IV.
Răspuns. Valența carbonului este cel mai adesea IV.
Atomii care formează moleculele substanțelor organice sunt legați aleatoriu, fără a ține cont de valență.
Răspuns. Atomii din molecule sunt legați într-o secvență specifică în funcție de valența lor.
Proprietățile substanțelor nu depind de structura moleculelor.
Răspuns. Butlerov, în teoria structurii chimice, a susținut că proprietățile compușilor organici sunt determinate de compoziția și structura moleculelor lor.
Unitatea de operațiuni și execuție
Factorul de structură spațială
Ce știi despre structura spațială a moleculelor de alcani și alchene?
Răspuns. În alcani, la fiecare carbon există patru atomi învecinați, care se află la vârfurile tetraedrului. Carbonul însuși este situat în centrul tetraedrului. Tipul de hibridizare a atomului de carbon - sp 3, unghiuri dintre legături (H–C–C, H–C–H, C–C–C) - 109°28". Structura lanțului de carbon este în zig-zag.
În alchene, doi atomi de carbon legați printr-o legătură dublă și patru atomi cu legături simple sunt în același plan. Tip de hibridizare atomică - sp 2, unghiurile dintre legături (H–C=C, C–C=C) - 120°.
Amintiți-vă diferența dintre structura spațială a moleculelor de cauciuc natural și cauciuc sintetic.
Răspuns. Cauciucul natural, un polimer liniar al izoprenului, are structura cis-1,4-poliizopren. Cauciucul sintetic poate avea o structură transă-1,4-poliizopren.
Aceste cauciucuri au aceeași elasticitate?
Răspuns. Forma cis este mai elastică decât forma transformată. Moleculele de cauciuc natural sunt mai lungi și mai elastic răsucite (întâi într-o spirală și apoi într-o minge) decât moleculele de cauciuc sintetic.
Amidonul (C 5 H 10 O 5) m este o pulbere amorfă albă, iar celuloza (C 5 H 10 O 5) n este o substanță fibroasă.
Care este motivul acestei diferențe?
Răspuns. Amidonul este un polimer -glucoză, în timp ce celuloza este un polimer -glucoză.
Sunt diferite proprietățile chimice ale amidonului și celulozei?
Răspuns. Amidon + I 2 soluție albastră,
celuloză + nitroceluloză HNO3.
Concluzie. Atât proprietățile fizice, cât și cele chimice depind de structura spațială.
Factorul de structură chimică
Care este ideea principală a teoriei structurii chimice?
Răspuns. Structura chimică reflectă dependența proprietăților substanțelor de ordinea conexiunii atomilor și de interacțiunea acestora.
Determinați ce substanțe au în comun:
Răspuns. Compus.
Comparați proprietățile fizice ale acestor substanțe. Care credeți că este motivul acestei diferențe?
Pe baza distribuției densității electronice a unei legături chimice, care moleculă este mai polară? Cu ce este legat asta?
Răspuns. -OH legătura de hidrogen.
Experiment demonstrativ
Concluzie. Reactivitatea unui alcool este determinată de influența reciprocă a atomilor din moleculă.
Factorul de structură electronică
Care este esența influenței reciproce a atomilor?
Răspuns. Influența reciprocă constă în interacțiunea structurilor electronice ale atomilor, ceea ce duce la o schimbare a densității electronice a legăturilor chimice.
Lucrări de laborator
Profesor. Există truse de laborator pe birourile dumneavoastră. Finalizați sarcina și demonstrați experimental dependența proprietăților substanțelor de structura electronică. Lucrați în perechi. Respectați cu strictețe regulile de siguranță.
Opțiunea I. Efectuați cercetări privind proprietățile chimice ale etanolului și fenolului. Demonstrați dependența reactivității lor de structura lor electronică. Utilizați reactivi - litiu metalic și apă cu brom. Scrieți ecuațiile pentru posibilele reacții. Arătați schimbarea densității electronice a unei legături chimice în molecule.
Opțiunea II. Explicați esența influenței reciproce a grupării carboxil –COOH și a substituentului la carbonul carbonil din moleculele de acid carboxilic. Luați în considerare exemplul acizilor formic și acetic. Utilizați soluție de turnesol și litiu. Scrieți ecuațiile de reacție. Arătați schimbarea densității electronice a unei legături chimice în molecule.
Concluzie. Proprietățile chimice depind de influența reciprocă a atomilor.
Controlul final al cunoștințelor
Profesor. Să rezumam lecția noastră. Am confirmat că proprietățile substanțelor depind de structura chimică și electronică spațială.
1. Scrieți formulele HCOOH, C 6 H 5 OH și C 4 H 9 COOH în ordinea creșterii proprietăților acide ale substanțelor.
2. Aranjați formulele CH 3 COOH, C 3 H 7 COOH, CH 3 OH, ClCH 2 COOH în ordinea descrescătoare a proprietăților acide ale substanțelor.
3. Care aldehidă are:
grupa aldehidă mai activă? De ce?
Evaluează-ți munca la clasă.
L.A.EREMINA,
profesor de chimie la scoala nr
(Abakan, Khakassia)
Legătura chimică covalentă, varietățile și mecanismele sale de formare. Caracteristicile legăturilor covalente (polaritatea și energia de legătură). Legătură ionică. Conexiune metalica. Legătură de hidrogen
Doctrina legăturii chimice formează baza întregii chimie teoretice.
O legătură chimică este înțeleasă ca interacțiunea atomilor care îi leagă în molecule, ioni, radicali și cristale.
Există patru tipuri de legături chimice: ionice, covalente, metalice și hidrogen.
Împărțirea legăturilor chimice în tipuri este condiționată, deoarece toate sunt caracterizate de o anumită unitate.
O legătură ionică poate fi considerată un caz extrem al unei legături covalente polare.
O legătură metalică combină interacțiunea covalentă a atomilor folosind electroni în comun și atracția electrostatică dintre acești electroni și ionii metalici.
Substanțelor le lipsesc adesea cazuri limitative de legătură chimică (sau legătură chimică pură).
De exemplu, fluorura de litiu $LiF$ este clasificată ca un compus ionic. De fapt, legătura din acesta este $80%$ ionică și $20%$ covalentă. Prin urmare, este mai corect, evident, să vorbim despre gradul de polaritate (ionicitate) al unei legături chimice.
În seria de halogenuri de hidrogen $HF—HCl—HBr—HI—HAt$ gradul de polaritate a legăturii scade, deoarece diferența de electronegativitate a atomilor de halogen și hidrogen scade, iar în hidrogen astatin legătura devine aproape nepolară $(EO(H) = 2,1; EO(At) = 2,2)$.
Diferite tipuri de legături pot fi găsite în aceleași substanțe, de exemplu:
- in baze: intre atomii de oxigen si hidrogen din grupele hidroxo legatura este polara covalenta, iar intre metal si gruparea hidroxo este ionica;
- în sărurile acizilor care conţin oxigen: între atomul nemetal şi oxigenul reziduului acid - polar covalent, iar între metal şi restul acid - ionic;
- în săruri de amoniu, metilamoniu etc.: între atomii de azot și hidrogen - polar covalent, iar între ionii de amoniu sau de metilamoniu și restul acid - ionic;
- în peroxizii metalici (de exemplu, $Na_2O_2$), legătura dintre atomii de oxigen este covalentă nepolară, iar între metal și oxigen este ionică etc.
Diferite tipuri de conexiuni se pot transforma unele în altele:
— în timpul disocierii electrolitice a compușilor covalenti în apă, legătura polară covalentă se transformă într-o legătură ionică;
- când metalele se evaporă, legătura metalică se transformă într-o legătură covalentă nepolară etc.
Motivul unității tuturor tipurilor și tipurilor de legături chimice este natura lor chimică identică - interacțiunea electron-nuclear. Formarea unei legături chimice este în orice caz rezultatul interacțiunii electron-nucleare a atomilor, însoțită de eliberarea de energie.
Metode de formare a legăturilor covalente. Caracteristicile unei legături covalente: lungimea legăturii și energia
O legătură chimică covalentă este o legătură formată între atomi prin formarea de perechi de electroni partajați.
Mecanismul de formare a unei astfel de legături poate fi schimbător sau donor-acceptor.
eu. Mecanism de schimb funcționează atunci când atomii formează perechi de electroni partajați prin combinarea electronilor neperechi.
1) $H_2$ - hidrogen:
Legătura apare ca urmare a formării unei perechi de electroni comune de către $s$-electroni ai atomilor de hidrogen (suprapunerea $s$-orbitali):
2) $HCl$ - acid clorhidric:
Legătura apare ca urmare a formării unei perechi de electroni comune de $s-$ și $p-$electroni (suprapunerea $s-p-$orbitali):
3) $Cl_2$: într-o moleculă de clor se formează o legătură covalentă datorită $p-$electronilor nepereche (suprapune $p-p-$orbitali):
4) $N_2$: într-o moleculă de azot se formează trei perechi de electroni comuni între atomi:
II. Mecanismul donor-acceptor Să luăm în considerare formarea unei legături covalente folosind exemplul ionului de amoniu $NH_4^+$.
Donatorul are o pereche de electroni, acceptorul are un orbital gol pe care această pereche îl poate ocupa. În ionul de amoniu, toate cele patru legături cu atomii de hidrogen sunt covalente: trei s-au format datorită creării de perechi de electroni comuni de către atomul de azot și atomii de hidrogen conform mecanismului de schimb, una - prin mecanismul donor-acceptator.
Legăturile covalente pot fi clasificate după modul în care se suprapun orbitalii electronilor, precum și prin deplasarea lor către unul dintre atomii legați.
Legăturile chimice formate ca urmare a suprapunerii orbitalilor electronilor de-a lungul unei linii de legătură se numesc $σ$ -legături (legături sigma). Legătura sigma este foarte puternică.
$p-$orbitalii se pot suprapune în două regiuni, formând o legătură covalentă datorită suprapunerii laterale:
Legături chimice formate ca urmare a suprapunerii „laterale” a orbitalilor de electroni în afara liniei de comunicație, adică în două zone se numesc $π$ -legaturi (pi-legaturi).
De gradul de deplasare perechile de electroni partajate de unul dintre atomii pe care îi leagă, poate fi o legătură covalentă polarȘi nepolar.
O legătură chimică covalentă formată între atomi cu aceeași electronegativitate se numește nepolar. Perechile de electroni nu sunt deplasate la niciunul dintre atomi, deoarece atomii au același EO - proprietatea de a atrage electroni de valență de la alți atomi. De exemplu:
acestea. moleculele de substanțe nemetalice simple se formează prin legături covalente nepolare. O legătură chimică covalentă între atomii elementelor a căror electronegativitate diferă se numește polar.
Lungimea și energia legăturilor covalente.
Caracteristică proprietățile legăturii covalente- lungimea și energia acestuia. Lungimea link-ului este distanța dintre nucleele atomilor. Cu cât lungimea unei legături chimice este mai mică, cu atât aceasta este mai puternică. Cu toate acestea, o măsură a puterii conexiunii este energie de legătură, care este determinată de cantitatea de energie necesară pentru a rupe o legătură. Se măsoară de obicei în kJ/mol. Astfel, conform datelor experimentale, lungimile legăturilor moleculelor $H_2, Cl_2$ și $N_2$ sunt respectiv $0,074, 0,198$ și $0,109$ nm, iar energiile de legătură sunt, respectiv, $436, 242$ și $946$ kJ/mol.
Ioni. Legătură ionică
Să ne imaginăm că doi atomi „se întâlnesc”: un atom al unui metal din grupa I și un atom nemetal al grupului VII. Un atom de metal are un singur electron la nivelul său de energie exterior, în timp ce unui atom nemetal îi lipsește doar un electron pentru ca nivelul său exterior să fie complet.
Primul atom îi va oferi cu ușurință celui de-al doilea electronul său, care este departe de nucleu și slab legat de acesta, iar al doilea îi va oferi un loc liber la nivelul său electronic exterior.
Apoi atomul, lipsit de una dintre sarcinile sale negative, va deveni o particulă încărcată pozitiv, iar a doua se va transforma într-o particulă încărcată negativ datorită electronului rezultat. Astfel de particule sunt numite ionii.
Legătura chimică care are loc între ioni se numește ionică.
Să luăm în considerare formarea acestei legături folosind exemplul compusului binecunoscut clorură de sodiu (sare de masă):
Procesul de transformare a atomilor în ioni este descris în diagramă:
Această transformare a atomilor în ioni are loc întotdeauna în timpul interacțiunii atomilor de metale tipice și nemetale tipice.
Să luăm în considerare algoritmul (secvența) raționamentului atunci când înregistrăm formarea unei legături ionice, de exemplu, între atomii de calciu și clor:
Se numesc numere care arată numărul de atomi sau molecule coeficienți, iar numerele care arată numărul de atomi sau ioni dintr-o moleculă sunt numite indici.
Conexiune metalica
Să ne familiarizăm cu modul în care atomii elementelor metalice interacționează între ei. De obicei, metalele nu există ca atomi izolați, ci sub formă de bucată, lingou sau produs metalic. Ce ține atomii de metal într-un singur volum?
Atomii majorității metalelor conțin un număr mic de electroni la nivelul exterior - $1, 2, 3$. Acești electroni sunt îndepărtați cu ușurință, iar atomii devin ioni pozitivi. Electronii detașați se deplasează de la un ion la altul, legându-i într-un singur întreg. Conectându-se cu ionii, acești electroni formează temporar atomi, apoi se desprind din nou și se combină cu un alt ion etc. În consecință, în volumul metalului, atomii sunt transformați continuu în ioni și invers.
Legătura metalelor dintre ioni prin electroni împărțiți se numește metalică.
Figura prezintă schematic structura unui fragment de sodiu metalic.
În acest caz, un număr mic de electroni împărtășiți leagă un număr mare de ioni și atomi.
Legătura metalică are unele asemănări cu legătura covalentă, deoarece se bazează pe împărțirea electronilor externi. Cu toate acestea, cu o legătură covalentă, electronii exteriori nepereche ai doar doi atomi vecini sunt împărțiți, în timp ce cu o legătură metalică, toți atomii iau parte la împărțirea acestor electroni. De aceea, cristalele cu o legătură covalentă sunt fragile, dar cu o legătură metalică, de regulă, sunt ductile, conductoare electric și au un luciu metalic.
Legătura metalică este caracteristică atât metalelor pure, cât și amestecurilor de diferite metale - aliaje în stare solidă și lichidă.
Legătură de hidrogen
O legătură chimică între atomii de hidrogen polarizați pozitiv ai unei molecule (sau o parte a acesteia) și atomii polarizați negativ ai elementelor puternic electronegative având perechi de electroni singuri ($F, O, N$ și mai rar $S$ și $Cl$) ai altei molecule (sau partea sa) se numește hidrogen.
Mecanismul de formare a legăturii de hidrogen este parțial electrostatic, parțial de natură donor-acceptor.
Exemple de legături de hidrogen intermoleculare:
În prezența unei astfel de conexiuni, chiar și substanțele cu molecularitate scăzută pot fi, în condiții normale, lichide (alcool, apă) sau gaze ușor lichefiate (amoniac, fluorură de hidrogen).
Substanțele cu legături de hidrogen au rețele moleculare de cristal.
Substanțe cu structură moleculară și nemoleculară. Tip de rețea cristalină. Dependența proprietăților substanțelor de compoziția și structura lor
Structura moleculară și nemoleculară a substanțelor
Nu atomii sau moleculele individuali intră în interacțiuni chimice, ci substanțele. În condiții date, o substanță poate fi în una din cele trei stări de agregare: solidă, lichidă sau gazoasă. Proprietățile unei substanțe depind și de natura legăturii chimice dintre particulele care o formează - molecule, atomi sau ioni. Pe baza tipului de legătură, se disting substanțele cu structură moleculară și nemoleculară.
Substanțele formate din molecule se numesc substanțe moleculare. Legăturile dintre moleculele din astfel de substanțe sunt foarte slabe, mult mai slabe decât între atomii din interiorul moleculei și chiar și la temperaturi relativ scăzute se rup - substanța se transformă în lichid și apoi în gaz (sublimarea iodului). Punctele de topire și de fierbere ale substanțelor formate din molecule cresc odată cu creșterea greutății moleculare.
Substanțele moleculare includ substanțe cu structură atomică ($C, Si, Li, Na, K, Cu, Fe, W$), printre acestea se numără metale și nemetale.
Să luăm în considerare proprietățile fizice ale metalelor alcaline. Rezistența relativ scăzută a legăturii dintre atomi determină o rezistență mecanică scăzută: metalele alcaline sunt moi și pot fi tăiate cu ușurință cu un cuțit.
Dimensiunile atomice mari duc la densități scăzute ale metalelor alcaline: litiul, sodiul și potasiul sunt chiar mai ușoare decât apa. În grupul metalelor alcaline, punctele de fierbere și de topire scad odată cu creșterea numărului atomic al elementului, deoarece Dimensiunile atomilor cresc și legăturile slăbesc.
La substanțe nemoleculare structurile includ compuși ionici. Majoritatea compușilor metalelor cu nemetale au această structură: toate sărurile ($NaCl, K_2SO_4$), unele hidruri ($LiH$) și oxizi ($CaO, MgO, FeO$), baze ($NaOH, KOH$). Substanțele ionice (nemoleculare) au puncte de topire și de fierbere ridicate.
Grile de cristal
Materia, după cum se știe, poate exista în trei stări de agregare: gazoasă, lichidă și solidă.
Solide: amorfe și cristaline.
Să luăm în considerare modul în care caracteristicile legăturilor chimice influențează proprietățile solidelor. Solidele sunt împărțite în cristalinȘi amorf.
Substanțele amorfe nu au un punct de topire clar când sunt încălzite, se înmoaie treptat și se transformă într-o stare fluidă. De exemplu, plastilina și diverse rășini sunt într-o stare amorfă.
Substanțele cristaline se caracterizează prin aranjarea corectă a particulelor din care sunt compuse: atomi, molecule și ioni - în puncte strict definite din spațiu. Când aceste puncte sunt conectate prin linii drepte, se formează un cadru spațial, numit rețea cristalină. Punctele în care sunt localizate particulele de cristal se numesc noduri de rețea.
În funcție de tipul de particule situate la nodurile rețelei cristaline și de natura conexiunii dintre ele, se disting patru tipuri de rețele cristaline: ionic, atomic, molecularȘi metal.
Rețele cristaline ionice.
ionic se numesc rețele cristaline, în nodurile cărora se află ioni. Sunt formate din substanțe cu legături ionice, care pot lega atât ionii simpli $Na^(+), Cl^(-)$, cât și complexi $SO_4^(2−), OH^-$. În consecință, sărurile și unii oxizi și hidroxizi ai metalelor au rețele cristaline ionice. De exemplu, un cristal de clorură de sodiu este alternând ioni pozitivi $Na^+$ și negativi $Cl^-$, formând o rețea în formă de cub. Legăturile dintre ionii dintr-un astfel de cristal sunt foarte stabile. Prin urmare, substanțele cu o rețea ionică se caracterizează prin duritate și rezistență relativ ridicate, sunt refractare și nevolatile.
Rețele cristaline atomice.
Atomic se numesc rețele cristaline, în nodurile cărora se află atomi individuali. În astfel de rețele, atomii sunt legați între ei prin legături covalente foarte puternice. Un exemplu de substanțe cu acest tip de rețele cristaline este diamantul, una dintre modificările alotropice ale carbonului.
Majoritatea substanțelor cu o rețea cristalină atomică au puncte de topire foarte mari (de exemplu, pentru diamant este peste 3500°C), sunt puternice și dure și practic insolubile.
Rețele cristaline moleculare.
Molecular numite rețele cristaline, în nodurile cărora se află molecule. Legăturile chimice din aceste molecule pot fi atât polare ($HCl, H_2O$) cât și nepolare ($N_2, O_2$). În ciuda faptului că atomii din interiorul moleculelor sunt legați prin legături covalente foarte puternice, forțe intermoleculare slabe de atracție acționează între molecule înseși. Prin urmare, substanțele cu rețele de cristal moleculare au duritate scăzută, puncte de topire scăzute și sunt volatile. Majoritatea compușilor organici solizi au rețele moleculare cristaline (naftalină, glucoză, zahăr).
Rețele de cristal metalice.
Substanțele cu legături metalice au rețele cristaline metalice. În locurile unor astfel de rețele există atomi și ioni (fie atomi, fie ioni, în care atomii de metal se transformă ușor, renunțând la electronii lor exteriori „pentru uz comun”). Această structură internă a metalelor determină proprietățile fizice caracteristice ale acestora: maleabilitate, ductilitate, conductivitate electrică și termică, luciu metalic caracteristic.
Electronegativitatea este proprietatea unui element chimic de a atrage electroni la atomul său din atomii altor elemente cu care acest element formează o legătură chimică în compuși.
Când se formează o legătură chimică între atomi ai diferitelor elemente, norul de electroni obișnuit se schimbă la un atom mai electronegativ, motiv pentru care legătura devine polară covalent, iar dacă diferența de electronegativitate este mare, devine ionică.
Electronegativitatea este luată în considerare la scrierea formulelor chimice: în compușii binari, simbolul celui mai electronegativ element este scris în spate.
Electronegativitatea crește de la stânga la dreapta pentru elementele fiecărei perioade și scade de sus în jos pentru elementele aceluiași grup PS.
Valenţă Un element este proprietatea atomilor săi de a se combina cu un anumit număr de alți atomi.
Există stoichiometrie, valență electronică și număr de coordonare. Vom lua în considerare doar valența stoechiometrică.
stoichiometrice Valența arată câți atomi ai unui alt element sunt atașați unui atom al unui element dat. Valența hidrogenului este luată ca unitate de valență, deoarece hidrogenul este întotdeauna monovalent. De exemplu, în compușii HCl, H 2 O, NH 3 (ortografia corectă a amoniacului H 3 N este deja folosită în manualele moderne), clorul CH 4 este monovalent, oxigenul este bivalent, azotul este trivalent și carbonul este tetravalent.
Valența stoechiometrică a oxigenului este de obicei 2. Deoarece aproape toate elementele formează compuși cu oxigenul, este convenabil să-l folosești ca standard pentru determinarea valenței unui alt element. De exemplu, în compușii Na2O, CoO, Fe2O3, SO3, sodiul este monovalent, cobaltul este bivalent, fierul este trivalent, sulful este hexavalent.
În reacțiile redox, va fi important pentru noi să determinăm stările de oxidare ale elementelor.
Starea de oxidare a unui element dintr-o substanță se numește valența sa stoichiometrică, luată cu semnul plus sau minus.
Elementele chimice sunt împărțite în elemente cu valență constantă și elemente cu valență variabilă.
1.3.3. Substanțe cu structură moleculară și nemoleculară. Tip de rețea cristalină. Dependența proprietăților substanțelor de compoziția și structura lor.
În funcție de starea în care se găsesc compușii în natură, aceștia sunt împărțiți în moleculari și nemoleculari. În substanțele moleculare, cele mai mici particule structurale sunt molecule. Aceste substanțe au o rețea cristalină moleculară. În substanțele nemoleculare, cele mai mici particule structurale sunt atomii sau ionii. Rețeaua lor cristalină este atomică, ionică sau metalică.
Tipul rețelei cristaline determină în mare măsură proprietățile substanțelor. De exemplu, metalele având tip zăbrele metalice, diferit de toate celelalte elemente ductilitate ridicată, conductivitate electrică și termică. Aceste proprietăți, precum și multe altele - maleabilitatea, luciul metalic etc. sunt cauzate de un tip special de legătură între atomii de metal - conexiune metalica. Trebuie remarcat faptul că proprietățile inerente metalelor apar numai în stare condensată. De exemplu, argintul în stare gazoasă nu are proprietățile fizice ale metalelor.
Un tip special de legătură în metale – metalic – este cauzat de o deficiență a electronilor de valență, deci sunt comuni întregii structuri a metalului. Cel mai simplu model al structurii metalelor presupunea că rețeaua cristalină a metalelor este formată din ioni pozitivi înconjurați de electroni liberi, mișcarea electronilor are loc haotic, ca și moleculele de gaz. Cu toate acestea, un astfel de model, deși explică calitativ multe proprietăți ale metalelor, se dovedește a fi insuficient atunci când este testat cantitativ. Dezvoltarea ulterioară a teoriei stării metalice a dus la crearea teoria benzilor a metalelor, care se bazează pe conceptele de mecanică cuantică.
Locurile rețelei cristaline conțin cationi și atomi de metal, iar electronii se mișcă liber în rețeaua cristalină.
O proprietate mecanică caracteristică a metalelor este plastic, datorită particularităților structurii interne a cristalelor lor. Plasticitatea este înțeleasă ca fiind capacitatea corpurilor aflate sub influența forțelor externe de a suferi deformare, care rămâne și după încetarea influenței externe. Această proprietate a metalelor le permite să fie modelate în diferite forme în timpul forjarii, metalul putând fi rulat în foi sau tras în sârmă.
Plasticitatea metalelor se datorează faptului că, sub influență externă, straturile de ioni care formează rețeaua cristalină se deplasează unele față de altele fără a se rupe. Acest lucru se întâmplă ca urmare a faptului că electronii mutați, datorită redistribuirii libere, continuă să comunice între straturile ionice. Când o substanță solidă cu o rețea atomică este supusă acțiunii mecanice, straturile sale individuale sunt deplasate și aderența dintre ele este întreruptă din cauza ruperii legăturilor covalente.
ionii, atunci se formează aceste substanțe tip ionic de rețea cristalină.
Acestea sunt săruri, precum și oxizi și hidroxizi ai metalelor tipice. Acestea sunt substanțe dure, casante, dar principala lor calitate este : soluţiile şi topiturile acestor compuşi conduc curentul electric.
Dacă nodurile rețelei cristaline conțin atomi, atunci se formează aceste substanțe tip atomic de rețea cristalină(oxizi de diamant, bor, siliciu, aluminiu și siliciu). Proprietățile sunt foarte dure și refractare, insolubile în apă.
Dacă nodurile rețelei cristaline conțin molecule, apoi se formează aceste substanţe (în condiţii normale, gaze şi lichide: O 2, HCl; I 2 substanţe organice).
Este interesant de remarcat metalul galiu, care se topește la o temperatură de 30 o C. Această anomalie se explică prin faptul că moleculele de Ga 2 sunt situate la nodurile rețelei cristaline și proprietățile sale devin similare cu substanțele care au o formă moleculară. rețea cristalină.
Exemplu. Toate nemetalele grupului au o structură nemoleculară:
1) carbon, bor, siliciu; 2) fluor, brom, iod;
3) oxigen, sulf, azot; 4) clor, fosfor, seleniu.
În substanțele nemoleculare, cele mai mici particule structurale sunt atomii sau ionii. Rețeaua lor cristalină este atomică, ionică sau metalică
La decizie Este mai ușor să abordezi această întrebare din direcția opusă. Dacă nodurile reţelei cristaline conţin molecule, atunci se formează aceste substanțe tip molecular de rețea cristalină(în condiții normale, gaze și lichide: O 2, HCl; de asemenea I 2, sulf ortorombic S 8, fosfor alb P 4, substanțe organice). În ceea ce privește proprietățile, aceștia sunt compuși fragili, fuzibili.
Al doilea răspuns conține gaz fluor, al treilea conține gaze de oxigen și azot, iar al patrulea conține gaz de clor. Aceasta înseamnă că aceste substanțe au o rețea cristalină moleculară și o structură moleculară.
ÎN primul Răspunsul este că toate substanțele sunt compuși solizi în condiții obișnuite și formează o rețea atomică, ceea ce înseamnă că au o structură nemoleculară.
Răspuns corect:1) carbon, bor, siliciu
Lectura: Substanțe cu structură moleculară și nemoleculară. Tip de rețea cristalină. Dependența proprietăților substanțelor de compoziția și structura lor
Substanțe moleculare și nemoleculare
După structura lor, substanțele chimice sunt împărțite în două grupe: cele care constau din molecule se numesc molecularși care conține atomi și ioni - nemoleculare.
Substanțele moleculare au puncte de topire/fierbere scăzute. Ele pot fi în trei stări de agregare: lichid, solid, gazos. Acest grup include majoritatea substanțelor simple ale nemetalelor, precum și compușii acestora între ele. Legăturile dintre atomii substanțelor moleculare sunt covalente.
Substanțele nemoleculare au puncte de topire/fierbere ridicate. Sunt în stare solidă. Acestea, după cum ați ghicit, sunt substanțe metalice simple, compușii lor cu nemetale, nemetale includ bor, carbon - diamant, fosfor (negru și roșu), siliciu. Substanțele nemoleculare formează cristale ionice, atomice și moleculare, al căror aranjament de particule are o secvență clară și formează o rețea.
Tipuri de rețele cristaline
Există patru tipuri de rețele cristaline, în funcție de tipurile de particule situate la nodurile rețelei:
1) ionicrețeaua cristalină este caracteristică compușilor cu legătură chimică de tip ionic. Cationii și anionii sunt localizați în locurile reticulate. Exemple de substanțe cu acest tip de rețea cristalină sunt sărurile, oxizii și hidroxizii metalelor tipice. Acestea sunt substanțe dure, dar fragile. Se caracterizează prin refractare. Se dizolvă în apă și sunt conductoare electric.
2) Nuclear rețeaua are atomi la nodurile sale. Particulele formează legături covalente nepolare și polare. Dintre substanțele simple, acest tip de rețea cristalină aparține carbonului în stare de grafit și diamant, bor, siliciu și germaniu. Dintre substanțele complexe, de exemplu, oxidul de siliciu (cuarț, cristal de rocă) are o rețea atomică. Acestea sunt substanțe foarte dure, refractare, nu foarte comune în natură. Nu se dizolvă în apă.
3) Molecular Rețeaua cristalină este formată din molecule ținute împreună de forțe slabe de atracție intermoleculară. Prin urmare, substanțele acestui tip de zăbrele se caracterizează prin duritate scăzută, fragilitate și temperatură scăzută de topire. De exemplu, aceasta este apă în stare de gheață. Majoritatea compușilor organici solizi au acest tip de rețea. Tipul de legătură din compus este covalent.
