4. Natura și tipurile de legături chimice. Legătură covalentă

Aplicație. Structura spațială a moleculelor

Fiecare moleculă (de exemplu, CO 2, H 2 O, NH 3) sau ion molecular (de exemplu, CO 3 2 −, H 3 O +, NH 4 +) are o anumită compoziție calitativă și cantitativă, precum și structură ( geometrie). Geometria moleculei se formează datorită unui aranjament relativ fix al atomilor și valorilor unghiurilor de legătură.

Unghiul de legătură este unghiul dintre liniile drepte imaginare care trec prin nucleele atomilor legați chimic. De asemenea, putem spune că este unghiul dintre două linii de legătură care au un atom comun.

O linie de legătură este o linie care leagă nucleele a doi atomi legați chimic.

Numai în cazul moleculelor diatomice (H 2, Cl 2 etc.) nu se pune problema geometriei lor - ele sunt întotdeauna liniare, adică. nucleii atomilor sunt situati pe aceeasi linie dreapta. Structura moleculelor mai complexe poate să semene cu diferite forme geometrice, de exemplu:

• molecule triatomice și ioni de tip AX 2 (H 2 O, CO 2, BeCl 2)

• molecule și ioni tetraatomici de tip AX 3 (NH 3, BF 3, PCl 3, H 3 O +, SO 3) sau A 4 (P 4, As 4)

• molecule și ioni pentaatomici de tip AX 4 (CH 4, XeF 4, GeCl 4)

Există particule cu o structură mai complexă (octaedru, bipiramidă trigonală, hexagon regulat plat). În plus, moleculele și ionii pot avea forma unui tetraedru distorsionat, un triunghi neregulat; în moleculele cu structură unghiulară, valorile lui α pot fi diferite (90°, 109°, 120°).

Structura moleculelor este stabilită experimental folosind diferite metode fizice. Pentru a explica motivele formării unei anumite structuri și pentru a prezice geometria moleculelor, au fost dezvoltate diverse modele teoretice. Cel mai ușor de înțeles sunt modelul de repulsie a perechilor de electroni de valență (modelul OVEP) și modelul de hibridizare a orbitalilor atomici de valență (modelul GVAO).

La baza tuturor modelelor teoretice (inclusiv celor două menționate) care explică structura moleculelor se află următoarea propoziție: starea stabilă a unei molecule (ion) corespunde unei dispoziții spațiale a nucleelor ​​atomice în care respingerea reciprocă a electronilor în valență. stratul este minim.

Aceasta ia în considerare repulsia electronilor care participă atât la formarea unei legături chimice (electroni de legătură), cât și a celor care nu participă (perechile de electroni singure). Se ține cont de faptul că orbitalul unei perechi de electroni de legătură este concentrat compact între doi atomi și, prin urmare, ocupă mai puțin spațiu decât orbitalul unei perechi de electroni singure. Din acest motiv, efectul respingător al unei perechi de electroni (singurate) fără legătură și efectul său asupra unghiurilor de legătură este mai pronunțat decât cel al unei perechi de electroni de legătură.

modelul OVEP. Această teorie se bazează pe următoarele principii de bază (enuntate într-o manieră simplificată):

• geometria moleculei este determinată numai de legături σ (dar nu π-);
• Unghiurile dintre legături depind de numărul de perechi singure de electroni din atomul central.

Aceste prevederi ar trebui luate în considerare împreună, deoarece atât electronii unei legături chimice, cât și perechile singure de electroni se resping reciproc, ceea ce duce în cele din urmă la formarea unei structuri moleculare în care această repulsie este minimă.

Să luăm în considerare geometria unor molecule și ioni din punctul de vedere al metodei OVEP; electronii unei legături σ vor fi notați cu două puncte (:), perechile singure de electroni printr-un simbol convențional ( sau ) sau o liniuță.

Să începem cu molecula de cinci atomi de metan CH 4. În acest caz, atomul central (acest carbon) și-a epuizat complet capacitățile de valență și nu conține perechi singure de electroni de valență, adică. toți cei patru electroni de valență formează patru legături σ. Cum ar trebui să fie poziționați electronii legăturii σ unul față de celălalt, astfel încât repulsia dintre ei să fie minimă? Evident, la un unghi de 109°, i.e. de-a lungul liniilor îndreptate către vârfurile unui tetraedru imaginar, în centrul căruia se află un atom de carbon. În acest caz, electronii care participă la formarea legăturii sunt cât mai îndepărtați unul de celălalt (pentru o configurație pătrată, distanța dintre acești electroni de legătură este mai mare, iar repulsia interelectronului este mai mică). Din acest motiv, molecula de metan, precum și moleculele CCl 4, CBr 4, CF 4, au forma unui tetraedru obișnuit (se spune că au o structură tetraedrică):

Cationul de amoniu NH + 4 și anionul BF 4 − au aceeași structură, deoarece atomii de azot și bor formează fiecare câte patru legături σ și nu au perechi de electroni singure.

Să luăm în considerare structura moleculei de amoniac tetraatomic NH3. Molecula de amoniac are trei perechi de electroni de legătură și o singură pereche de electroni pe atomul de azot, adică. de asemenea patru perechi de electroni. Totuși, unghiul de legătură va rămâne la 109°? Nu, deoarece o pereche de electroni singuratică, care ocupă un volum mai mare în spațiu, are un puternic efect respingător asupra electronilor legăturii σ, ceea ce duce la o scădere ușoară a unghiului de legătură, în acest caz acest unghi este de aproximativ 107°. Molecula de amoniac are forma unei piramide trigonale (structură piramidală):

Ionul hidroniu tetraatomic H 3 O + are de asemenea o structură piramidală: atomul de oxigen formează trei legături σ și conține o singură pereche de electroni.

În molecula BF 3 cu patru atomi, numărul de legături σ este, de asemenea, de trei, dar atomul de bor nu are perechi singure de electroni. Evident, repulsia interelectronului va fi minimă dacă molecula BF 3 are forma unui triunghi plat obișnuit cu un unghi de legătură de 120°:

Moleculele BCl 3, BH 3, AlH 3, AlF 3, AlCl 3, SO 3 au aceeași structură și din aceleași motive.

Ce structură va avea o moleculă de apă?

O moleculă de apă triatomică are patru perechi de electroni, dar doar două dintre ele sunt electroni cu legătură σ, restul doi sunt perechi de electroni singure ale atomului de oxigen. Efectul respingător al a două perechi singure de electroni într-o moleculă de H 2 O este mai puternic decât într-o moleculă de amoniac cu o singură pereche, prin urmare unghiul de legătură H–O–H este mai mic decât unghiul H–N–H dintr-o moleculă de amoniac : într-o moleculă de apă unghiul de legătură este de aproximativ 105° :

Molecula de CO 2 (O=C=O) are, de asemenea, două perechi de electroni de legătură (se consideră doar legături σ), totuși, spre deosebire de o moleculă de apă, atomul de carbon nu are perechi de electroni singure. Evident, repulsia dintre perechile de electroni în acest caz va fi minimă dacă aceștia sunt amplasați la un unghi de 180°, adică. cu o formă liniară a moleculei de CO2:

Moleculele BeH 2, BeF 2, BeCl 2 au o structură similară și din aceleași motive. Într-o moleculă de SO2 triatomică, atomul central (atomul de sulf) formează, de asemenea, două legături σ, dar are o singură pereche de electroni, prin urmare molecula de oxid de sulf(IV) are o structură unghiulară, dar unghiul de legătură în ea este mai mare decât în o moleculă de apă (atomul de oxigen două perechi singure de electroni, iar atomul de sulf are doar unul):

Unele molecule triatomice din compoziția ABC (de exemplu, H–C≡N, Br–C≡N, S=C=Te, S=C=O) au, de asemenea, o structură liniară, în care atomul central nu are singur. perechi de electroni. Dar molecula de HClO are o structură unghiulară (α ≈ 103°), deoarece atomul central, atomul de oxigen, conține două perechi singure de electroni.

Folosind modelul OVEP, puteți, de asemenea, prezice structura moleculelor de substanțe organice. De exemplu, în molecula de acetilenă C 2 H 2, fiecare atom de carbon formează două legături σ, iar atomii de carbon nu au perechi singure de electroni; prin urmare, molecula are o structură liniară H–C≡C–H.

În molecula de etenă C 2 H 4, fiecare atom de carbon formează trei legături σ, care, în absența perechilor de electroni singure pe atomii de carbon, duce la un aranjament triunghiular de atomi în jurul fiecărui atom de carbon:

În tabel 4.2 rezumă câteva date despre structura moleculelor și ionilor.

Tabelul 4.2

Relația dintre structura moleculelor (ionilor) și număr σ -legaturi si perechi de electroni singuri ai atomului central

Tip de moleculă (ion)	Numărul de legături σ formate de atomul central	Numărul de perechi singure de electroni	Structură, unghi de legătură	Exemple de particule (atomul central evidențiat)
AB 2	2	0	Linear, α = 180°	CO 2 , Be H 2 , HC N , Be Cl 2 , C 2 H 2 , N 2 O , C S 2
		1	Unghiar, 90°< α < 120°	Sn Cl2, S02, N02−
		2	unghiulară, α< 109°	H 2 O , O F 2 , H 2 S , H 2 Se , S F 2 , Xe O 2 , -
AB 3	3	0	Triunghiular, α ≈ 120°	B F 3, B H 3, B Cl 3, Al F 3, S O 3, C O 3 2 −, N O 3 −
		1	Piramida trigonală, α< 109°	N H 3 , H 3 O + , N F 3 , S O 3 2 - , P F 3 , PCI 3 , As H 3
AB 4	4	0	Tetraedru, α = 109°	N H 4 + , CH 4 , Si H 4 , B F 4 , B H 4 − , S O 4 2 − , A l H 4 −

Notă: În scrierea formulei generale a moleculelor (ionilor), A este atomul central, B este atomii terminali.

Modelul GVAO. Poziția principală a acestui model este că nu sunt orbitalii de valență „puri” s -, p - și d - cei care participă la formarea legăturilor covalente, ci așa-numitele orbitali hibrizi. În continuare, hibridizarea care implică numai 2p- și 2s-AO este luată în considerare.

Hibridizarea este fenomenul de amestecare a orbitalilor de valență, în urma căruia aceștia se aliniază ca formă și energie.

Conceptul de hibridizare este folosit întotdeauna atunci când electronii de diferite subniveluri energetice care nu diferă foarte mult în energie participă la formarea legăturilor chimice: 2s și 2p, 4s, 4p și 3d etc.

Orbitalul hibrid nu este similar ca formă cu 2p- și 2s-AO inițial. Are forma unei figuri tridimensionale neregulate opt:

După cum putem vedea, AO hibride sunt mai alungite, astfel încât se pot suprapune mai bine și se pot forma legături covalente mai puternice. Când orbitalii hibrizi se suprapun, se formează doar legături σ; Datorită formei lor specifice, AO hibride nu participă la formarea legăturilor π (doar AO nehibrizi formează legături π). Numărul de orbitali hibrizi este întotdeauna egal cu numărul de AO inițiale care participă la hibridizare. Orbitalii hibrizi trebuie să fie orientați în spațiu astfel încât să se asigure distanța maximă unul față de celălalt. In acest caz, repulsia electronilor situati pe ei (legare si nelegare) va fi minima; energia întregii molecule va fi, de asemenea, minimă.

Modelul GVAO presupune că hibridizarea implică orbitali cu valori energetice similare (adică orbitali de valență) și o densitate de electroni suficient de mare. Densitatea de electroni a unui orbital scade pe măsură ce dimensiunea acestuia crește, astfel încât rolul în hibridizare este deosebit de semnificativ pentru moleculele elementelor de perioade mici.

Trebuie amintit că GAO nu este un fenomen fizic real, ci un concept convenabil (model matematic) care ne permite să descriem structura unor molecule. Formarea de AO hibride nu este detectată prin nicio metodă fizică. Cu toate acestea, teoria hibridizării are o anumită justificare fizică.

Să luăm în considerare structura moleculei de metan. Se știe că molecula CH4 are forma unui tetraedru regulat cu un atom de carbon în centru toate cele patru legături C–H sunt formate printr-un mecanism de schimb și au aceeași energie și lungime, adică; sunt echivalente. Este destul de simplu să explici prezența a patru electroni nepereche într-un atom de carbon, presupunând tranziția acestuia la o stare excitată:

Cu toate acestea, acest proces nu explică în niciun fel echivalența tuturor celor patru legături C–H, deoarece conform schemei de mai sus, trei dintre ele sunt formate cu participarea 2p-AO al atomului de carbon, una cu participarea 2s-AO, iar forma și energia 2p și 2s-AO sunt diferite.

Pentru a explica acest lucru și alte fapte similare, L. Pauling a dezvoltat conceptul de GVAO. Se presupune că amestecarea orbitalilor are loc în momentul formării legăturilor chimice. Acest proces necesită cheltuieli de energie pentru împerecherea electronilor, care, totuși, este compensată de eliberarea de energie atunci când AO hibride formează legături mai puternice (comparativ cu cele nehibride).

Pe baza naturii și a numărului de AO implicate în hibridizare, se disting mai multe tipuri.

În cazul hibridizării sp 3, se amestecă unul s și trei orbitali p (de unde și denumirea tipului de hibridizare). Pentru un atom de carbon, procesul poate fi reprezentat după cum urmează:

1 s 2 2 s 2 2 p x 1 2 p y 1 → tranziție electronică 1 s 2 2 s 1 2 p x 1 2 p y 1 2 p z 1 → hibridizare 1 s 2 2 (s p 3) 4

sau folosind configurații electronice:

Patru AO hibride sp 3 ocupă o poziție intermediară în energie între AO 2p și 2s.

Schema de hibridizare sp 3 poate fi reprezentată folosind imagini ale formei AO a atomului de carbon:

Astfel, ca urmare a hibridizării sp 3, se formează patru orbitali hibrizi, fiecare dintre care conține un electron nepereche. Acești orbitali se află la un unghi de 109°28′ în spațiu, ceea ce asigură o repulsie minimă a electronilor aflați pe ei. Dacă conectați vârfurile orbitalilor hibrizi, obțineți o figură tridimensională - un tetraedru. Din acest motiv, moleculele din compoziţia AX 4 (CH 4, SiH 4, CCl 4 etc.), în care se realizează acest tip de hibridizare, au forma unui tetraedru.

Conceptul de hibridizare sp 3 a AO explică bine, de asemenea, structura moleculelor de H 2 O și NH 3. Se presupune că 2s - și 2p -AO ai atomilor de azot și oxigen participă la hibridizare. În acești atomi, numărul de electroni de valență (5 și, respectiv, 6) depășește numărul de sp 3 -AO hibride (4), prin urmare, unele AO hibride conțin electroni nepereche, iar unele conțin perechi de electroni singure:

Vedem că în atomul de azot perechea singură de electroni este situată pe un AO hibrid, iar în atomul de oxigen - pe doi. Doar AO cu electroni nepereche participă la formarea legăturilor cu atomii de hidrogen, iar perechile de electroni singure vor avea un efect respingător (Fig. 4.5) unul asupra celuilalt (în cazul oxigenului) și asupra electronilor de legătură (pentru oxigen și azot). ).

Orez. 4.5. Schema acțiunii repulsive a orbitalilor de legare și nelegare în molecula de amoniac (a) și apă (b)

Repulsia este mai puternică în cazul moleculei de apă. Deoarece atomul de oxigen are două perechi singure de electroni, abaterea de la valoarea ideală a unghiului de legătură pentru acest tip de hibridizare (109°28′) într-o moleculă de apă este mai mare decât într-o moleculă de amoniac (în H 2 O și NH 3 molecule unghiul de legătură este de 104, respectiv ,5° și 107°).

Modelul de hibridizare sp 3 este folosit pentru a explica structura ionilor de diamant, siliciu, NH 4 + și H 3 O +, alcani, cicloalcani etc. În cazul carbonului, acest tip de hibridizare este întotdeauna utilizat atunci când un atom al acestui elementul formează numai legături σ.

În cazul hibridizării sp 2, se amestecă unul s și doi orbitali p. Să luăm în considerare acest tip de hibridizare folosind exemplul unui atom de bor. Procesul este reprezentat folosind diagrame energetice

Astfel, ca urmare a hibridizării sp 2 a orbitalilor de valență ai atomului de bor, se formează trei AO hibride, îndreptate la un unghi de 120°, iar unul dintre orbitalii 2p nu participă la hibridizare. Orbitii hibrizi conțin un electron nepereche, sunt localizați în același plan, iar dacă le conectați vârfurile, obțineți un triunghi regulat. Din acest motiv, moleculele din compoziția AX 3 cu hibridizare sp 2 a orbitalilor atomului A au o structură triunghiulară, așa cum se arată pentru molecula BF 3:

2p-AO nehibrid al atomului de bor este liber (neocupat) și orientat perpendicular pe planul legăturilor B-F, prin urmare molecula BF 3 este un acceptor de electroni atunci când formează o legătură covalentă conform mecanismului donor-acceptor atunci când interacționează cu o moleculă de amoniac.

Conceptul de hibridizare sp 2 este folosit pentru a explica natura dublei legături carbon-carbon în alchene, structura benzenului și grafitului, adică. în cazurile în care atomul de carbon formează trei legături σ și o legătură π.

Aranjamentul spațial al orbitalilor atomului de carbon pentru hibridizarea sp 2 arată astfel: AO 2p nehibrid este orientat perpendicular pe planul în care se află orbitalii hibrizi (atât AO hibrid, cât și AO nehibrid conțin un electron nepereche) .

Să luăm în considerare formarea legăturilor chimice în molecula de etilenă H 2 C=CH 2. În ea, AO hibride se suprapun între ele și cu 1s-AO ale atomului de hidrogen, formând cinci legături σ: una C–C și patru C–H. 2p-AO non-hibride se suprapun lateral și formează o legătură π între atomii de carbon (Fig. 4.6).

Orez. 4.6. Schema de formare a legăturilor σ (a) și legăturii π (b) într-o moleculă de etilenă

În cazul hibridizării sp, se amestecă un orbital s și unul p. Să luăm în considerare acest tip de hibridizare folosind exemplul atomului de beriliu. Să ne imaginăm procesul de hibridizare folosind o diagramă energetică:

și cu o imagine a formei orbitalilor

Astfel, ca urmare a hibridizării sp, se formează două AO hibride, fiecare conținând un electron nepereche. Două 2p-AO nu participă la hibridizare și, în cazul beriliului, rămân vacante. Orbitalii hibrizi sunt orientați la un unghi de 180°, prin urmare moleculele de tip AX 2 cu hibridizare sp a orbitalilor atomului A au o structură liniară (Fig. 4.7).

Orez. 4.7. Structura spațială a moleculei de BeCl2

Folosind modelul de hibridizare sp a orbitalilor atomului de carbon, se explică natura legăturii triple în moleculele de alchină. În acest caz, două 2p-AO hibride și două nehibride (indicate prin săgeți orizontale →, ←) conțin fiecare un electron nepereche:

În molecula de acetilenă HC≡CH, datorită AO-urilor hibride, se formează legături σ C–H și C–C:

2p-AO hibride se suprapun în două plane perpendiculare și formează două legături π între atomi de carbon (Fig. 4.8).

Orez. 4.8. Reprezentarea schematică a legăturilor π (a) și a planurilor legăturilor π (b) în molecula de acetilenă (linia ondulată arată suprapunerea laterală a 2p-AO a atomului de carbon)

Conceptul de hibridizare sp a orbitalilor atomului de carbon face posibilă explicarea formării legăturilor chimice în moleculele de carbină, CO și CO 2, propadienă (CH 2 =C=CH 2), adică. în toate cazurile în care un atom de carbon formează două legături σ și două π.

Principalele caracteristici ale tipurilor de hibridizare considerate și configurațiile geometrice ale moleculelor corespunzătoare unor tipuri de hibridizare a orbitalilor atomului central A (ținând cont de influența perechilor de electroni nelegați) sunt prezentate în tabel. 4.3 și 4.4.

Tabelul 4.3

Principalele caracteristici ale diferitelor tipuri de hibridizare

Compararea datelor din tabel. 4.2 și 4.4, putem concluziona că ambele modele - OVEP și GVAO - conduc la aceleași rezultate în ceea ce privește structura moleculelor.

Tabelul 4.4

Tipuri de configurație spațială a moleculelor corespunzătoare anumitor tipuri de hibridizare

Opțiunea 2

Partea A:

A 1. O pereche de elemente între care se formează o legătură chimică ionică:

a) carbon și sulf, b) hidrogen și azot, c) potasiu și oxigen, d) siliciu și hidrogen.

A 2.Formula unei substanțe cu legătură covalentă:

a) NaCl, b) HCI, c) BaO, d) Ca3N2.

A 3.Cea mai mică legătură polară este:

a) C – H, b) C – Cl, c) C – F, d) C – Br.

A 4. Afirmația că δ este o legătură, spre deosebire de π, este adevărată:

a) mai puțin durabil, b) format atunci când orbitalii atomici se suprapun lateral,

c) nu este covalent, d) se formează prin suprapunerea axială a orbitalilor atomici.

A 5.O substanță în molecula căreia nu există nicio legătură π:

a) etilenă, b) benzen, c) amoniac, d) azot.

A 6. Cea mai puternică moleculă este:

a) H2, b) N2, c) F2, d) O2.

A 7. În ionul CO 3 2-, atomul de carbon se află în starea sp 2 - hibridă, deci ionul are forma:

a) liniar, b) tetraedru, c) triunghi, d) octaedru.

A 8. Un atom de carbon are un număr de oxidare de -3 și o valență de 4 atunci când este combinat cu formula:

a) CO2, b) C2H6, c) CH3CI, d) CaC2.

A 9. Rețeaua cristalină atomică are:

a) sifon, b) apă, c) diamant, d) parafină.

A 10. O substanță între molecule din care există o legătură de hidrogen:

a) etan, b) fluorură de sodiu, c) monoxid de carbon (4), d) etanol.

A 11. Selectați un grup de elemente aranjate în ordinea creșterii electronegativității:

a) CI, Si, N, O, b) Si, P, N, F, c) F, CI, O, Si, d) O, N, F, Cl.

A 12. Există o legătură covalentă între atomi, formată printr-un mecanism donor-acceptor într-o substanță, a cărei formulă este:

13.

A 14.Formarea legăturilor de hidrogen poate fi explicată prin:

a) solubilitatea acidului acetic în apă, b) proprietățile acide ale etanolului,

c) punctul de topire ridicat al multor metale, d) insolubilitatea metanului în apă.

A 15.Formula unei substanțe cu o legătură covalentă polară:

a) CI2, b) KCI, c) NH3, d) O2.

Partea B:

B 1. Dintre cele propuse, selectați o substanță a cărei moleculă conține legături π: H 2, CH 4, Br 2, N 2, H 2 S, CH 3 OH, NH 3. Scrieți numele acestei substanțe.

B 2. Procesul de interacțiune a orbitalilor de electroni, care duce la alinierea lor în formă și energie, se numește......

B 3. Cum se numește fenomenul de mărire a particulelor coloidale și precipitarea lor dintr-o soluție coloidală?

B 4. Dați un exemplu de substanță a cărei moleculă conține trei legături δ și una π. Numiți substanța în cazul nominativ.

B 5.În care dintre următoarele substanțe sunt legăturile cele mai polare: acid clorhidric, fluor, apă, amoniac, hidrogen sulfurat. Notați substanța selectată cu o formulă.

Partea C:

De la 1. Scrieți formulele structurale ale tuturor substanțelor izomerice din compoziția C 4 H 8. Denumiți fiecare substanță.

C 2. Alcătuiți formulele structurale ale substanțelor: CHF 3, C 2 H 2 Br 2, O 2.

Alcătuiți formule grafice: Mg 3 N 2, Na 2 SO 4, KHCO 3.

C 3.

Mg3N2, CI2, ZnSO4, KHS, CH3CI, FeOHCI2, Br02, AsO43-, NH4+

Testul nr. 2 „STRUCTURA MATERIEI”.

Opțiunea 3

Partea A:

A 1. Legături chimice în substanțe ale căror formule sunt CH 4 și, respectiv, CaCl 2:

a) polar ionic și covalent, b) polar covalent și ionic,

c) covalente nepolare și ionice, d) covalente polare și metalice.

A 2.Polaritatea legăturii este mai mare în substanța cu formula:

a) Br 2, b) LiBr, c) HBr, d) KBr

A 3.Natura ionică a legăturii din seria de compuși Li 2 O - Na 2 O - K 2 O - Rb 2 O:

a) crește, b) scade, c) nu se modifică, d) mai întâi scade, apoi crește.

A 4. Există o legătură covalentă între atomi, formată printr-un mecanism donor-acceptor într-o substanță, a cărei formulă este:

a) Al(OH)3, b) [CH3NH3]CI, c) C2H5OH, d) C6H12O6.

A 5.Câteva formule pentru substanțe ale căror molecule conțin doar legături δ:

a) CH4 și O2, b) C2H5OH și H2O, c) N2 și CO2, d) HBr și C2H4.

A 6. Cea mai puternică legătură dintre acestea:

a) C - Cl, b) C - F, c) C - Br, d) C - I.

A 7. Un grup de formule de compuși în care există o direcție similară a legăturilor, datorită sp 3 - hibridizarea orbitalilor electronici:

a) CH4, C2H4, C2H2, b) NH3, CH4, H2O, c) H2O, C2H6, C6H6, d) C3H8, BCl 3, BeCl 2.

A 8. Valența și starea de oxidare a atomului de carbon din molecula de metanol sunt, respectiv, egale cu:

a) 4 și +4, b) 4 și -2, c) 3 și +2, d) 4 și -3.

A 9. Substanțele cu o rețea cristalină ionică se caracterizează prin:

a) solubilitate slabă în apă, b) punct de fierbere ridicat, c) fuzibilitate, d) volatilitate.

A 10. Formarea unei legături de hidrogen între molecule duce la:

a) pentru a reduce punctele de fierbere ale substanțelor, b) pentru a reduce solubilitatea substanțelor în apă,

c) la o creștere a punctelor de fierbere ale substanțelor, d) la o creștere a volatilității substanțelor.

A 11. Formula unei substanțe cu o legătură ionică:

a) NH3, b) C2H4, c) KH, d) CCl4.

A 12. Doar legătura δ – este prezentă în moleculă:

a) azot, b) etanol, c) etilenă, d) monoxid de carbon (4).

13. Structura moleculară are o substanță cu formula:

a) CH4, b) NaOH, c) Si02, d) Al.

A 14.O legătură de hidrogen se formează între:

a) molecule de apă, b) molecule de hidrogen,

c) molecule de hidrocarburi, d) atomi de metal și atomi de hidrogen.

A 15.Dacă agitați energic amestecul de ulei vegetal și apă, obțineți:

a) suspensie, b) emulsie, c) spumă, d) aerosol.

Partea B:

B 1. Numărul de perechi de electroni comuni între atomii de brom dintr-o moleculă Br 2 este……

B 2. Ce legături formează legătura triplă în molecula N 2 (prezentați răspunsul dumneavoastră în cazul nominativ).

B 3. La nodurile rețelei cristaline metalice se află…….. .

B 4. Dați un exemplu de substanță a cărei moleculă conține cinci legături δ și două π. Numiți substanța în cazul nominativ.

B 5. Care este numărul maxim de legături π care se pot forma între doi atomi dintr-o moleculă? (reprezentați răspunsul ca un număr)

Partea C:

De la 1. Scrieți formulele structurale ale tuturor substanțelor izomerice din compoziția C 5 H 10 O. Numiți fiecare substanță.

C 2. Alcătuiți formulele structurale ale substanțelor: CHCl 3, C 2 H 2 Cl 2, F 2.

Alcătuiți formule grafice: AlN, CaSO4, LiHCO3.

C 3. Determinați gradul de oxidare în compușii chimici și ionii:

HNO 3, HClO 4, K 2 SO 3, KMnO 4, CH 3 F, MgOHCl 2, ClO 3 -, CrO 4 2-, NH 4 +

Informații conexe.

Structura chimică este succesiunea de combinații de atomi dintr-o moleculă și aranjarea lor în spațiu. Structura chimică este descrisă folosind formule structurale. Linia reprezintă o legătură chimică covalentă. Dacă legătura este multiplă: dublu, triplu, apoi puneți două (a nu se confunda cu semnul „egal”) sau trei liniuțe. Unghiurile dintre legături sunt descrise ori de câte ori este posibil.

Pentru a compune corect formulele structurale ale substanțelor organice, trebuie să rețineți că atomii de carbon formează 4 legături

(adică, valența carbonului bazată pe numărul de legături este egală cu patru. În chimia organică, valența bazată pe numărul de legături este folosită în mod predominant).

Metan(numit și gaz de mlaștină) constă dintr-un atom de carbon legat prin legături covalente la patru atomi de hidrogen. Formula moleculară CH4. Formula structurala:
H
l
H–C–H
l
H

Unghiul dintre legăturile din molecula de metan este de aproximativ 109° - perechile de electroni care formează legături covalente ale atomului de carbon (în centru) cu atomii de hidrogen sunt situate în spațiu la distanța maximă unele de altele.

În clasele 10-11, se studiază că molecula de metan are forma unei piramide triunghiulare - un tetraedru, ca faimoasele piramide egiptene.

Etilenă C 2 H 4 conține doi atomi de carbon legați printr-o legătură dublă:

Unghiul dintre legături este de 120° (perechile de electroni se resping și sunt situate la distanța maximă unul de celălalt). Atomii sunt localizați în același plan.

Dacă nu descriem fiecare atom de hidrogen separat, obținem formula structurală prescurtată:

Acetilenă C 2 H 2 conţine o legătură triplă:
H – C ≡ C – H

Unghiul dintre legături este de 180°, molecula are o formă liniară.

La ardere hidrocarburile formează oxizi de carbon (IV) și hidrogen, adică dioxid de carbon și apă, și se eliberează multă căldură:

CH4 + 2O2 → CO2 + 2H2O

C2H4 + 3O2 → 2CO2 + 2H2O

2C 2 H 2 + 5O 2 → 4CO 2 + 2H 2 O (în ecuația cu acetilena, punem coeficientul 2 înaintea formulei acetilenei, astfel încât numărul de atomi de oxigen din partea dreaptă să fie par)

De mare importanță practică reacție de polimerizare etilenă - combinația unui număr mare de molecule pentru a forma macromolecule polimerice - polietilenă. Legăturile dintre molecule se formează prin ruperea uneia dintre legăturile unei duble legături. În general, se poate scrie astfel:

nCH 2 = CH 2 → (- CH 2 – CH 2 -) n

unde n este numărul de molecule conectate, numit grad de polimerizare. Reacția are loc la presiune și temperatură ridicate, în prezența unui catalizator.

Filmele pentru sere, capacele pentru conserve etc. sunt realizate din polietilenă.

Formarea benzenului din acetilenă este, de asemenea, clasificată ca o reacție de polimerizare.

Examenul de stat unificat. Structura materiei (tipuri de legături chimice, tipuri de rețele cristaline, stare de oxidare)
Tipuri de legături chimice

Lecția este dedicată rezolvării problemelor din examenul de stat unificat cu tema „Structura materiei (tipuri de legături chimice, tipuri de rețele cristaline, stări de oxidare).” Obiectivele lecției: învățați să comparați tipurile de rețele cristaline cu proprietățile materiei. Pe baza tipului de legătură chimică, preziceți tipurile de rețea cristalină a unei substanțe. Verificați înțelegerea conceptelor: număr de oxidare și valență.

Întrebare	Un comentariu
A1. Substanțele complexe se numesc: 1. compuși formați din diferite substanțe 2. compuși formați din diferite elemente chimice 3. compuşi cu compoziţie constantă 4. compuşi cu compoziţie variabilă	O substanță simplă este un compus format din atomi ai unui element chimic, în timp ce o substanță complexă este formată din atomi ai diferitelor elemente chimice. Răspunsul corect 2.
A2. Substanța a cărei formulă are cel mai mare punct de topire este:	Trebuie să știți ce rețele cristaline au aceste substanțe: CH 4 - molecular, SiO 2 - atomic, Sn - metalic, KF - ionic Substanțele cu o rețea cristalină atomică se caracterizează prin punctul de topire cel mai înalt. Răspunsul corect 2.
A3. Substanțele cu structură moleculară sunt toate substanțele din seria: 1. sulf, sare de masă, zahăr 2. zahăr, sare de masă, glicină 3. zahăr, glicină, sulfat de cupru 4. sulf, glicerina, zahar	Sulful, zahărul, glicina, glicerina sunt substanțe cu structură moleculară. Sarea de masă și sulfatul de cupru au o rețea cristalină ionică. Acestea sunt substanțe cu structură nemoleculară. Raspunsul corect este 4.
A4. Substanțele cu structură moleculară includ: 2. C6H12O6 4. C2H5ONa	Să analizăm: ce tip de rețele cristaline aparțin aceste substanțe? CaO, KF, C2H5ONa au o rețea cristalină ionică. C6H12O6 - molecular. Răspunsul corect 2.
A5. Dintre substanțele enumerate, structura nemoleculară are:	Dacă o substanță conține mai mulți atomi (I 2), atunci este o substanță cu structură moleculară. Răspuns corect 3.
A6. Legătură chimică în bromură de potasiu: 1. covalent nepolar 2. polar covalent 3. metal	Bromura de potasiu (KBr) este o sare tipică formată din atomi care diferă puternic în electronegativitate. Legătura este ionică. Raspunsul corect este 4.
A7. Ce legătură are loc între atomii elementelor chimice cu numerele de serie 8 și 16? 2. polar covalent 3. nepolar covalent 4. hidrogen	Acestea sunt S și O. Acestea sunt nemetale. Electronegativitatea lor este aproape. Aceasta înseamnă că legătura covalentă este polară. Răspunsul corect 2.
A8. Legătură într-un compus format între un atom de hidrogen și un element având o configurație electronică2 , 8 , 6 este: 2. polar covalent 3. nepolar covalent 4. metal	Găsim un element prin distribuția electronilor în atom. Suma lor este egală cu numărul de protoni, numărul atomic. Acesta este nr. 1 - S. Ei formează H 2 S între ei. Ambele sunt nemetale, cu o ușoară diferență de electronegativitate. Răspunsul corect 2.
A9. În compușii cu hidrogen covalenți de compoziție NE, numărul de perechi de electroni comuni este egal cu:	Un atom de hidrogen are un singur electron, așa că atunci când interacționează cu alți atomi, poate forma doar o pereche de electroni comună. Răspuns corect 1.
A10. Se formează una dintre legăturile ionului de amoniu: 1. prin mecanism donor-acceptor 2. atracția electrostatică a ionilor de azot și hidrogen 3. socializarea ionilor de azot si hidrogen 4. datorită schimbului de electroni	Există 4 legături covalente în ionul de amoniu. Trei dintre ele sunt formate de mecanismul de schimb, unul de mecanismul donor-acceptor. Răspuns corect 1.
A11. Starea de oxidare a fosforului din compusH 3 P.O. 4 este egal cu:	Suma stărilor de oxidare, ținând cont de numărul de atomi, ar trebui să fie egală cu 0. H +, O -2, deci P +5. Raspunsul corect este 4.
A 12. Un atom al elementului are o stare de oxidare constantă:	Deoarece elementele din grupa I-A au un electron de valență, ele pot prezenta o singură stare de oxidare +1. Raspunsul corect este 4.
A13. Rețea de cristal de grafit: 1. atomic 2. moleculară 4. metal	Grafitul este format din carbon - un nemetal. Aceasta înseamnă că rețeaua cristalină nu poate fi ionică, metalică sau moleculară. Răspuns corect 1.
A14. La nodurile rețelelor cristaline ale substanțelor cu structură moleculară se află: 1. Molecule 3. Atomi și ioni 4. Molecule și ioni	Moleculele sunt situate la nodurile rețelelor cristaline ale substanțelor cu structură moleculară. Răspuns corect 1.
A15 Dintre următoarele substanțe, următoarea are o rețea cristalină atomică: 3. Naftalina	Magneziul este un metal. Are o rețea cristalină metalică. Sulf, naftalină - rețea cristalină moleculară. Raspunsul corect este 4.
A16. Pentru substanțele cu o rețea cristalină metalică, o proprietate necaracteristică este: 1. Conductivitate electrică 2. Conductivitate termică 3. Fragilitate 4. Plasticitate	Metalele se caracterizează prin următoarele proprietăți: conductivitate electrică și termică, ductilitate, luciu metalic. Friabilitatea este proprietatea opusă a ductilității, ceea ce înseamnă că metalele nu o pot avea. Răspuns corect 3.

Lecția a acoperit rezolvarea problemelor de la examenul de stat unificat cu tema „Structura materiei (tipuri de legături chimice, tipuri de rețele cristaline, stări de oxidare).” Am învățat să comparăm tipurile de rețele cristaline cu proprietățile materiei. Pe baza tipului de legătură chimică, preziceți tipurile de rețea cristalină a unei substanțe. S-a verificat înțelegerea conceptelor: starea de oxidare și valența.

Bibliografie

1. Rudzitis G.E. Chimie. Fundamentele chimiei generale. Clasa a XI-a: manual pentru instituţiile de învăţământ general: nivel de bază / G. E. Rudzitis, F.G. Feldman. - ediția a XIV-a. - M.: Educație, 2012.
2. Popel P.P. Chimie: clasa a XI-a: manual pentru instituţiile de învăţământ general / P.P. Popel, L.S. Krivlya. - K.: IC „Academia”, 2008. - 240 p.: ill.
3. Materiale educaționale și de instruire pentru pregătirea examenului unificat de stat. Chimie/Kaverina A.A., Dobrotin D.Yu., Medvedev Yu.N., Koroshchenko A.S. - M.: Intellect-Center, 2011.

1. Interneturok.ru ().
2. Ege.edu.ru ().
3. Chemport.ru ().
4. Khimik.ru ().

Teme pentru acasă

1. Nr. 11-33 (p. 23) Rudzitis G.E. Chimie. Fundamentele chimiei generale. Clasa a XI-a: manual pentru instituţiile de învăţământ general: nivel de bază / G. E. Rudzitis, F.G. Feldman. - ediția a XIV-a. - M.: Educație, 2012.
2. Odată cu oxidarea completă a 2 g dintr-o substanță simplă, se formează 18 g dintr-un oxid de compoziție E 2 O Aflați masa molară a substanței simple.
3. Determinați valența și gradul de oxidare a carbonului în compușii: C 2 H 5 OH, CH 3 COOH.

Testul nr. 2 DKR „STRUCTURA SUBSTANȚEI”.

A 1. Legături chimice în substanțe ale căror formule sunt CH 4 și, respectiv, CaCl 2:

a) polar ionic și covalent, b) polar covalent și ionic,

c) covalente nepolare și ionice, d) covalente polare și metalice.

A 2. Polaritatea legăturii este mai mare în substanța cu formula:

a) Br 2, b) LiBr, c) HBr, d) KBr

A 3. Natura ionică a legăturii din seria de compuși Li 2 O - Na 2 O - K 2 O - Rb 2 O:

a) crește, b) scade, c) nu se modifică, d) mai întâi scade, apoi crește.

A 4. Există o legătură covalentă între atomi, formată printr-un mecanism donor-acceptor într-o substanță, a cărei formulă este:

a) Al(OH)3, b) [CH3NH3]CI, c) C2H5OH, d) C6H12O6.

A 5. Câteva formule pentru substanțe ale căror molecule conțin doar legături δ:

a) CH4 și O2, b) C2H5OH și H2O, c) N2 și CO2, d) HBr și C2H4.

A 6. Cea mai puternică legătură dintre acestea:

a) C - Cl, b) C - F, c) C - Br, d) C - I.

A 7. Un grup de formule de compuși în care există o direcție similară a legăturilor, datorită sp 3 - hibridizarea orbitalilor electronici:

a) CH4, C2H4, C2H2, b) NH3, CH4, H2O, c) H2O, C2H6, C6H6, d) C3H8, BCl 3, BeCl 2.

A 8. Valența și starea de oxidare a atomului de carbon din molecula de metanol sunt, respectiv, egale cu:

a) 4 și +4, b) 4 și -2, c) 3 și +2, d) 4 și -3.

A 9. Substanțele cu o rețea cristalină ionică se caracterizează prin:

a) solubilitate slabă în apă, b) punct de fierbere ridicat, c) fuzibilitate, d) volatilitate.

A 10. Formarea unei legături de hidrogen între molecule duce la:

a) pentru a reduce punctele de fierbere ale substanțelor, b) pentru a reduce solubilitatea substanțelor în apă,

c) la o creștere a punctelor de fierbere ale substanțelor, d) la o creștere a volatilității substanțelor.

A 11. Formula unei substanțe cu o legătură ionică:

a) NH3, b) C2H4, c) KH, d) CCl4.

A 12

A13. Structura moleculară are o substanță cu formula:

A 14. O legătură de hidrogen se formează între:

a) molecule de apă, b) molecule de hidrogen,

c) molecule de hidrocarburi, d) atomi de metal și atomi de hidrogen.

A 15. Dacă agitați energic amestecul de ulei vegetal și apă, obțineți:

a) suspensie, b) emulsie, c) spumă, d) aerosol.

A 16. Formula unei substanțe cu o legătură covalentă polară:

a) CI2, b) KCI, c) NH3, d) O2.

A 17. O substanță între moleculele căreia există o legătură de hidrogen:

a) etanol, b) metan, c) hidrogen, d) benzen.

A 18. Numărul de perechi de electroni partajați într-o moleculă de hidrogen:

a) unu, b) doi, c) trei, d) patru.

A 19. Polaritatea unei legături chimice crește într-un număr de compuși ale căror formule sunt:

a) NH3, HI, O2, b) CH4, H20, HF, c) PH3, H2S, H2, d) HCI, CH4, CL2.

A 20. Rețea cristalină de clorură de sodiu:

a) atomic, b) ionic, c) metalic, d) molecular.

A 21. Numărul de legături δ și π dintr-o moleculă de acetilenă:

a) 5 δ și π - nu, b) 2 δ și 3 π, c) 3 δ și 2 π, d) 4 δ și 1 π.

A 22. Substanțele ale căror formule sunt: ​​CH 3 – CH 2 – OH și CH 3 – O – CH 3 sunt:

a) omologi, b) izomeri, c) aceeași substanță, d) atât omologi, cât și izomeri.

A 23. Omologul unei substanțe a cărei formulă este CH 2 = CH – CH 3 este:

a) butan, b) butenă - 1, c) butenă - 2, d) butină - 1.

A 24. Între atomi se formează o legătură covalentă nepolară:

a) hidrogen și oxigen, b) carbon și hidrogen, c) clor, d) magneziu.

A 25. Doar legătura δ – este prezentă în moleculă:

a) azot, b) etanol, c) etilenă, d) monoxid de carbon (4).

A 26. Atomul de azot are o valență de 3 și o stare de oxidare de 0 într-o moleculă a unei substanțe a cărei formulă este:

a) NH3, b) N2, c) CH3NO2, d) N2O3.

A 27. Structura moleculară are o substanță cu formula:

a) CH4, b) NaOH, c) Si02, d) Al.

A28. Legătura C–H este mai puternică decât legătura Si–H deoarece:

a) lungimea legăturii este mai scurtă, b) lungimea legăturii este mai mare,

c) polaritatea legăturii este mai mică, d) polaritatea legăturii este mai mare.

A 29. Există o legătură covalentă între atomi, formată printr-un mecanism donor-acceptor într-o substanță, a cărei formulă este:

a) CH3NO2, b) NH4NO2, c) C5H8, d) H2O.

A 30. Cea mai mică legătură polară este:

a) C – H, b) C – Cl, c) C – F, d) C – Br
Partea B:
B 1. Numărul de perechi de electroni comuni între atomii de brom dintr-o moleculă Br 2 este……
B 2. Ce legături formează legătura triplă în molecula N 2 (prezentați răspunsul dumneavoastră în cazul nominativ).
B 3. La nodurile rețelei cristaline metalice se află…….. .
B 4. Dați un exemplu de substanță a cărei moleculă conține cinci legături δ și două π. Numiți substanța în cazul nominativ.
B 5.
B 6. Numărul de perechi de electroni comuni între atomii de brom din molecula de N2 este……
B 7. Ce legături formează legătura triplă în molecula C 2 H 2 (prezentați răspunsul dumneavoastră în cazul nominativ).
B 8. La nodurile rețelei cristaline ionice se află........ .
B 9. Dați un exemplu de substanță a cărei moleculă conține cinci legături δ și una π. Numiți substanța în cazul nominativ.
B 10. Care este numărul maxim de legături π care se pot forma între doi atomi dintr-o moleculă? (reprezentați răspunsul ca un număr)
Partea C:
De la 1. Scrieți formulele structurale ale tuturor substanțelor izomerice din compoziția C 5 H 10 O. Numiți fiecare substanță.
C 2 . Alcătuiți formulele structurale ale substanțelor: CHCl 3, C 2 H 2 Cl 2, F 2.

Alcătuiți formule grafice: AlN, CaSO4, LiHCO3.
C 3.

HNO 3, HClO 4, K 2 SO 3, KMnO 4, CH 3 F, MgOHCl 2, ClO 3 -, CrO 4 2-, NH 4 +

C 4. Scrieți formulele structurale ale tuturor substanțelor izomerice din compoziția C 4 H 8 O 2. Denumiți fiecare substanță.
C 5 . Alcătuiți formulele structurale ale substanțelor: CHBr 3, C 2 H 2 Br 2, Br 2.

Alcătuiți formule grafice: Al2S3, MgSO4, Li2CO3.
De la 6. Determinați gradul de oxidare în compușii chimici și ionii:

CCl4, Ba(NO3)2, Al2S3, HClO3, Na2Cr2O7, K2O4, SrO2-, Cr2O32

Pagina 1