Závislosť vlastností látok na ich
budov. Chemická väzba. Základné
typy chemických väzieb.
Pokryté problémy:
1. Úrovne organizácie hmoty. Hierarchia štruktúry.
2. Látky molekulárnej a nemolekulovej štruktúry.
3.
4. Príčiny výskytu chemických väzieb.
5. Kovalentná väzba: mechanizmy vzniku, metódy
atómové orbitálne prekrytie, polarita, dipólový moment
molekuly.
6. Iónová väzba.
7. Porovnanie polárnych kovalentných a iónových väzieb.
8. Porovnanie vlastností látok s kovalentnými polárnymi a
iónové väzby.
9. Kovové spojenie.
10. Medzimolekulové interakcie. Látka (viac ako 70 miliónov)
Čo potrebujete vedieť o každej látke?
Vzorec (z čoho pozostáva)
Štruktúra (ako to funguje)
Fyzikálne vlastnosti
Chemické vlastnosti
Spôsoby získavania
(laboratórne a priemyselné)
6. Praktická aplikácia
1.
2.
3.
4.
5.Hierarchia štruktúry hmoty
Všetky látky
skladá sa z
atómov, ale nie
všetko je z
molekuly.
Atom
Molekula
Pre všetky látky
Len pre látky
molekulárne
budov
Nano úroveň
Pre všetky látky
Objemové (makro)
úrovni
Pre všetky látky
Všetky 4 úrovne sú predmetom štúdia chémie Molekulárne látky
a nemolekulárna štruktúra Látky
Molekulárna
budov
Nemolekulárne
budov
Skladá sa z molekúl
Skladá sa z atómov
alebo ióny
H2O, CO2, HNO3, C60,
takmer všetky org. látok
Diamant, grafit, SiO2,
kovy, soli
Vzorec odráža
zloženie molekuly
Vzorec odráža zloženie
jednotka vzorca Látky
Chlorid sodný
Jednotka vzorca NaCl Látky
Silica
Jednotka vzorca SiO2
Mineralogické múzeum Fersman sa nachádza pri vchode do Neskuchnyho záhrady.
Adresa: Moskva, Leninský prospekt, budova 18, budova 2. Rozmanitosť chemických štruktúr.
hnací plyn
C5H6
Coronen
(superbenzén)
C24H12
cavitand
C36H3208 Rozmanitosť chemických štruktúr.
katenán Rozmanitosť chemických štruktúr.
katenán Rozmanitosť chemických štruktúr.
Mobiov pás Molekula
Molekula je stabilný systém pozostávajúci z niekoľkých
atómové jadrá a elektróny.
Atómy sa formovaním spájajú do molekúl
chemické väzby.
Hlavnou hybnou silou pre vznik molekuly z
atómy – pokles celkovej energie.
Molekuly majú geometrický tvar charakterizovaný
vzdialenosti medzi jadrami a uhly medzi väzbami. Hlavná hnacia sila
tvorba chemickej väzby
medzi časticami hmoty -
zníženie celkovej energie
systémov. Hlavné typy chemikálií
spojenia:
1.Iónové
2.Kovalentná
3.Kov
Základné intermolekulárne
interakcie:
1.Vodíkové väzby
2. Van der Waalsove spojenia Iónová väzba
Ak je väzba tvorená atómami s výrazne odlišnými
hodnoty elektronegativity (ΔOOE ≥ 1,7),
takmer úplne zdieľaný elektrónový pár
sa posúva smerom k elektronegatívnejšiemu
atóm.
NaCl
OEO 0,9 3,16
∆ 2,26
+Na
anión
:Clation
Chemická väzba medzi iónmi, ktorá sa vyskytuje
kvôli ich elektrostatickej príťažlivosti,
nazývané iónové. Iónová väzba
Coulombov potenciál je sférický
symetrické, smerujúce do všetkých strán,
preto je iónová väzba nesmerová.
Coulombov potenciál nemá
obmedzenia množstva
pridané protiióny -
teda iónová väzba
nenásytný. Iónová väzba
Zlúčeniny s typom iónovej väzby
pevný, vysoko rozpustný v
polárne rozpúšťadlá, majú vysoké
body topenia a varu. Iónová väzba
Krivka I: príťažlivosť iónov, ak
by zastupovali
bodové poplatky.
Krivka II: odpudzovanie jadier dovnútra
v prípade tesnej blízkosti iónov.
Krivka III: minimálna energia E0 at
zodpovedá krivke
rovnovážny stav iónov
párov, v ktorých sú sily
príťažlivosť elektrónov k jadrám
kompenzované silami
odpudzovanie jadier medzi sebou
vzdialenosť r0, Chemická väzba v molekulách
Chemické väzby v molekulách možno opísať pomocou
pozície dvoch metód:
- metóda valenčných väzieb, MBC
- molekulárna orbitálna metóda, MMO Metóda valenčnej väzby
Heitler-Londýnská teória
Základné ustanovenia metódy BC:
1. Väzbu tvoria dva elektróny s protikladom
sa točí a vlny sa prekrývajú
funkcie a hustota elektrónov medzi nimi
jadrá.
2. Spojenie je lokalizované v smere maxima
prekrývajúce sa Ψ-funkcie elektrónov. Čím silnejší
prekrývajú, tým pevnejšie je spojenie.
dsv - dĺžka
komunikácie;
ESV – energia
komunikácie. Vznik molekuly vodíka:
N · + · N → N:N
Keď sa spoja dva atómy
vznikajú príťažlivé sily a
odpudzovanie:
1) príťažlivosť: „elektrónové jadro“
susedné atómy;
2) odpudzovanie: „core-to-core“,
„elektrón-elektrón“ susedný
atómov. Vznik molekuly vodíka:
Molekulárna
dva elektrónové oblaky,
majúci maximum
elektrónová hustota. Chemická väzba vykonávaná spol
elektrónové páry sa nazývajú kovalentné.
Zdieľaný elektrónový pár môžu tvoriť dva
spôsoby:
1) ako výsledok spojenia dvoch nepárových elektrónov:
2) v dôsledku socializácie nerozdelených
elektrónový pár jedného atómu (donora) a prázdny
orbitály iného (akceptora).
Dva mechanizmy tvorby kovalentných väzieb:
výmena a darca-akceptor.
hustota komunikácie sa vyskytuje pozdĺž linky,
spájajúce centrá atómov (jadier), potom toto
prekrytie sa nazýva σ-spojenie: Metódy prekrývania atómových orbitálov s
tvorba kovalentnej väzby
Ak vznik maximálnej elektron
hustota väzby sa vyskytuje na oboch stranách
čiara spájajúca stredy atómov (jadier), potom
takéto prekrytie sa nazýva π-väzba: Polárna a nepolárna kovalentná väzba
1) Ak je väzba tvorená rovnakými atómami,
dvojelektrónový komunikačný cloud distribuovaný v
priestor symetricky medzi ich jadrami – napr
väzba sa nazýva nepolárna: H2, Cl2, N2.
2) ak je väzba tvorená rôznymi atómami, oblak väzby
posunutý smerom k elektronegatívnejšiemu atómu
- takáto väzba sa nazýva polárna: HCl, NH3, CO2. Polárna kovalentná väzba
Dipólový moment väzby
Dipól
H+5Cl-5 alebo H+0,18Cl-0,18
Kde ±δ je účinné
atómový náboj, zlomok
absolútny poplatok
elektrón.
+δ
-δ
Nezamieňať s oxidačným stavom!
l
Súčin efektívneho náboja a dĺžky dipólu
nazývaný elektrický moment dipólu: μ = δl
Toto je vektorová veličina: nasmerovaná z kladnej
nabíjať do záporu. Polárna kovalentná väzba
Dipólový moment molekuly
Dipólový moment molekuly sa rovná súčtu
vektorov dipólových momentov väzieb s prihliadnutím
osamelé elektrónové páry.
Jednotka dipólového momentu
je Debye: 1D = 3,3·10-30 C·m. Polárna kovalentná väzba
Dipólový moment molekuly
V súčine μ = δl sú obe veličiny smerované opačne.
Preto musíme starostlivo sledovať príčinu
zmeny μ.
Napríklad,
CsF
CsCl
24
31
δ „stratený“ l
CsI
HF
HCl
HBr
AHOJ
37
5,73
3,24
2,97
1,14
naopak Polárna kovalentná väzba
Dipólový moment molekuly
Môže byť molekula nepolárna, ak
Sú všetky spojenia v ňom polárne?
Molekuly typu AB sú vždy polárne.
Molekuly typu AB2 môžu byť polárne aj
nepolárne...
H2O
O
N
CO2
μ>0
N
O
S
μ=0
O Polárna kovalentná väzba
Molekuly pozostávajúce z troch alebo viacerých atómov
(AB2, AB3, AB4, AB5, AB6) ,
môžu byť nepolárne, ak sú symetrické.
Čo ovplyvňuje prítomnosť dipólového momentu?
molekuly?
Existujú medzimolekulové interakcie a
V dôsledku toho sa hustota látky zvyšuje,
teplota topenia a teplota varu. Porovnanie iónových a kovalentných polárnych väzieb
Všeobecné: všeobecné vzdelanie
elektrónový pár.
Rozdiel: stupeň
všeobecný posun
elektrónový pár
(polarizácia väzby).
Iónová väzba by sa mala považovať za extrém
prípad polárnej kovalentnej väzby.
polárne väzby
Kovalentná väzba: nasýtená a smerovaná
Sýtosť (maximálna valencia) -
určená schopnosťou atómu tvoriť
obmedzený počet pripojení (berúc do úvahy oboje
mechanizmy tvorby).
Smer väzby je určený uhlom väzby, ktorý závisí od
typ hybridizácie orbitálov centrálneho atómu.
Iónová väzba: nenasýtená a nesmerová. Porovnanie charakteristík iónových a kovalentných
polárne väzby
Smer väzby je určený väzbovými uhlami.
Väzbové uhly sa určujú experimentálne resp
predpovedané na základe hybridizačnej teórie
atómové orbitály L. Paullinga alebo teória
Gillespie.
Podrobnejšie o tom na seminároch.
Kovalentné väzby
Kovalentné väzby
Atómové kryštály
Medzi atómami
v samotnom kryštáli
Vysoká tvrdosť
vysoké tºtavenie, tºvar
zlé teplo a
elektrická vodivosť
Molekulové kryštály
Medzi atómami
v molekule
Stredná mäkkosť
dosť nízka
tºtopiť, tºvariť
zlé teplo a
Elektrická vodivosť
Nerozpustný vo vode Porovnanie vlastností látok s iónovými a
Kovalentné väzby
molekulárny kryštál
Teplota topenia 112,85 °C Porovnanie vlastností látok s iónovými a
Kovalentné väzby
Atómový kovalentný kryštál
Teplota topenia ≈ 3700 °C Porovnanie vlastností látok s iónovými a
Kovalentné väzby
Iónové väzby
medzi iónmi
v krištáli
tvrdosť a krehkosť
vysoký bod topenia
slabá tepelná a elektrická vodivosť
Rozpustný vo vode Porovnanie vlastností látok s iónovými a
Kovalentné väzby
Iónový kryštál
Teplota topenia ≈ 800 °C Kovové spojenie
Kovové spojenie sa uskutočňuje pomocou elektrónov,
patriace všetkým atómom súčasne.
Elektrónová hustota
„elektrónový plyn“ sa delokalizuje.
Charakteristický
kovový lesk
Plastové
Ťažnosť
Vysoké teplo a
elektrická vodivosť
Teploty topenia
naozaj iné. Medzimolekulové väzby.
1. Vodíková väzba
Príťažlivosť medzi atómom vodíka (+) jedného
a atóm F, O, N (–) inej molekuly
F
F
H
H
H
H
F
F
O
H3C
H
F
C
H
Polymér
(HF)n
O
C
O
H
CH3
Dimer
octová kyselina
O
Vodíkové väzby sú individuálne slabé,
ale kolektívne silné Medzimolekulové väzby.
2. Vodíková väzba v DNA Medzimolekulové väzby.
3. Vodíkové väzby vo vode
tekutá voda
ľad Medzimolekulové väzby.
4. Vznik vodíkových väzieb v
voda
tekutá voda
transformácia
voda na ľad Medzimolekulové väzby.
5. Van der Waalsove spojenia
Aj keď medzi molekulami nie sú žiadne vodíkové väzby,
molekuly sa vždy navzájom priťahujú.
Príťažlivosť medzi molekulárnymi dipólmi sa nazýva van der Waalsova väzba.
Čím silnejšia je príťažlivosť:
1) polarita; 2) molekulová veľkosť.
Príklad: metán (CH4) – plyn, benzén (C6H6) – kvapalina
Jedna z najslabších väzieb c-d-v je medzi molekulami
H2 (t.t. –259 oC, t.v. –253 oC).
Interakcia medzi molekulami je mnohokrát slabšia ako väzba medzi atómami:
Ekow(Cl–Cl) = 244 kJ/mol, Evdv(Cl2–Cl2) = 25 kJ/mol
ale práve to zabezpečuje existenciu kvapalného a pevného skupenstva hmoty V prednáške boli použité materiály od profesora
Chemická fakulta Moskovskej štátnej univerzity. Lomonosov
Eremin Vadim Vladimirovič
Ďakujem
pre tvoju pozornosť!
Závislosť vlastností látok od štruktúry molekúl
Lekcia otvorenej mysle
Ciele. Vzdelávacie – upevniť a prehĺbiť vedomosti študentov z teórie chemickej štruktúry a jej základných princípov.
Vzdelávacie– podporovať vytváranie vzťahov príčin a následkov a vzťahov.
Vývojový– rozvoj myslenia, schopnosti prenášať vedomosti a zručnosti do nových situácií.
Vybavenie a činidlá. Sada modelov guľôčok a palíc; vzorky prírodného a syntetického kaučuku, dietyléter, butanol, etanol, fenol, lítium, sodík, roztok lakmusu, brómová voda, kyselina mravčia a octová.
Motto.„Každá látka – od najjednoduchšej po najzložitejšiu – má tri rôzne, ale vzájomne prepojené aspekty – vlastnosť, zloženie, štruktúra“(V.M. Kedrov).
POČAS VYUČOVANIA
Čo zahŕňa pojem „závislosť“? (Zistite názory študentov).
Napíšte definíciu na tabuľu: „Závislosť je
1) vzťah jedného javu k druhému ako dôsledok príčiny;
2) podriadenosť iným pri absencii nezávislosti, slobody“ (slovník S.I. Ozhegova).
Spoločne určíme ciele lekcie zostavením diagramu:
Motivačno-orientačný blok
Intelektuálne zahriatie
Rozhodnite o správnosti tvrdení nižšie a podporte svoje odpovede príkladmi.
Teóriu chemickej štruktúry objavil D.I.
Odpoveď. A.M. Butlerov, 1861
Valencia uhlíka v organických zlúčeninách môže byť II a IV.
Odpoveď. Valencia uhlíka je najčastejšie IV.
Atómy, ktoré tvoria molekuly organických látok, sú spojené náhodne, bez ohľadu na valenciu.
Odpoveď. Atómy v molekulách sú viazané v špecifickom poradí podľa ich mocenstva.
Vlastnosti látok nezávisia od štruktúry molekúl.
Odpoveď. Butlerov v teórii chemickej štruktúry tvrdil, že vlastnosti organických zlúčenín sú určené zložením a štruktúrou ich molekúl.
Prevádzková a realizačná jednotka
Faktor priestorovej štruktúry
Čo viete o priestorovej štruktúre molekúl alkánov a alkénov?
Odpoveď. V alkánoch sú na každom uhlíku štyri susedné atómy, ktoré sa nachádzajú vo vrcholoch štvorstenu. Samotný uhlík sa nachádza v strede štvorstenu. Typ hybridizácie uhlíkových atómov - sp 3, uhly medzi väzbami (H–C–C, H–C–H, C–C–C) - 109°28". Štruktúra uhlíkového reťazca je cik-cak.
V alkénoch sú dva atómy uhlíka spojené dvojitou väzbou a štyri atómy jednoduchými väzbami v rovnakej rovine. Typ atómovej hybridizácie - sp 2, uhly medzi väzbami (H–C=C, C–C=C) - 120°.
Pamätajte na rozdiel medzi priestorovou štruktúrou molekúl prírodného kaučuku a syntetického kaučuku.
Odpoveď. Prírodný kaučuk, lineárny polymér izoprénu, má štruktúru cis-1,4-polyizoprén. Syntetická guma môže mať štruktúru tranz-1,4-polyizoprén.
Majú tieto gumy rovnakú elasticitu?
Odpoveď. Forma cis je pružnejšia ako forma transformácie. Molekuly prírodného kaučuku sú dlhšie a pružnejšie stočené (najskôr do špirály a potom do gule) ako molekuly syntetického kaučuku.
Škrob (C 5 H 10 O 5) m je biely amorfný prášok a celulóza (C 5 H 10 O 5) n je vláknitá látka.
Aký je dôvod tohto rozdielu?
Odpoveď. Škrob je -glukózový polymér, zatiaľ čo celulóza je -glukózový polymér.
Líšia sa chemické vlastnosti škrobu a celulózy?
Odpoveď. Škrob + I 2 modrý roztok,
celulóza + HNO 3 nitrocelulóza.
Záver. Fyzikálne aj chemické vlastnosti závisia od priestorovej štruktúry.
Faktor chemickej štruktúry
Aká je hlavná myšlienka teórie chemickej štruktúry?
Odpoveď. Chemická štruktúra odráža závislosť vlastností látok od poradia spojenia atómov a ich vzájomného pôsobenia.
Zistite, čo majú látky spoločné:
Odpoveď. Zlúčenina.
Porovnajte fyzikálne vlastnosti týchto látok. V čom vidíte príčinu tohto rozdielu?
Ktorá molekula je na základe rozloženia elektrónovej hustoty chemickej väzby polárnejšia? S čím to súvisí?
Odpoveď. -OH vodíková väzba.
Demonštračný experiment
Záver. Reaktivita alkoholu je určená vzájomným vplyvom atómov v molekule.
Faktor elektronickej štruktúry
Čo je podstatou vzájomného ovplyvňovania atómov?
Odpoveď. Vzájomné ovplyvňovanie spočíva v interakcii elektrónových štruktúr atómov, čo vedie k posunu elektrónovej hustoty chemických väzieb.
Laboratórne práce
učiteľ. Na vašich stoloch sú laboratórne súpravy. Splňte úlohu a experimentálne dokážte závislosť vlastností látok od elektrónovej štruktúry. Pracovať v pároch. Prísne dodržiavajte bezpečnostné predpisy.
Možnosť I. Vykonajte výskum chemických vlastností etanolu a fenolu. Dokážte závislosť ich reaktivity od ich elektronickej štruktúry. Použite činidlá - kovové lítium a brómovú vodu. Napíšte rovnice možných reakcií. Ukážte posun elektrónovej hustoty chemickej väzby v molekulách.
Možnosť II. Vysvetlite podstatu vzájomného vplyvu karboxylovej skupiny –COOH a substituenta na karbonylovom uhlíku v molekulách karboxylových kyselín. Zoberme si príklad kyseliny mravčej a octovej. Použite lakmusový a lítiový roztok. Napíšte reakčné rovnice. Ukážte posun elektrónovej hustoty chemickej väzby v molekulách.
Záver. Chemické vlastnosti závisia od vzájomného vplyvu atómov.
Záverečná kontrola vedomostí
učiteľ. Zhrňme si našu lekciu. Potvrdili sme, že vlastnosti látok závisia od priestorovej chemickej a elektrónovej štruktúry.
1. Napíšte vzorce HCOOH, C 6 H 5 OH a C 4 H 9 COOH v poradí zvyšujúcich sa kyslých vlastností látok.
2. Zoraďte vzorce CH 3 COOH, C 3 H 7 COOH, CH 3 OH, ClCH 2 COOH v zostupnom poradí podľa kyslých vlastností látok.
3. Ktorý aldehyd má:
aktívnejšia aldehydová skupina? prečo?
Vyhodnoťte svoju prácu v triede.
L.A.EREMINA,
učiteľ chémie v škole č
(Abakan, Khakassia)
Kovalentná chemická väzba, jej odrody a mechanizmy vzniku. Charakteristika kovalentných väzieb (polarita a väzbová energia). Iónová väzba. Kovové spojenie. Vodíková väzba
Doktrína chemickej väzby tvorí základ celej teoretickej chémie.
Chemická väzba sa chápe ako interakcia atómov, ktorá ich spája do molekúl, iónov, radikálov a kryštálov.
Existujú štyri typy chemických väzieb: iónové, kovalentné, kovové a vodíkové.
Rozdelenie chemických väzieb na typy je podmienené, pretože všetky sa vyznačujú určitou jednotou.
Iónová väzba môže byť považovaná za extrémny prípad polárnej kovalentnej väzby.
Kovová väzba kombinuje kovalentnú interakciu atómov pomocou zdieľaných elektrónov a elektrostatickú príťažlivosť medzi týmito elektrónmi a kovovými iónmi.
Látky často nemajú obmedzujúce prípady chemickej väzby (alebo čistej chemickej väzby).
Napríklad fluorid lítny $LiF$ je klasifikovaný ako iónová zlúčenina. V skutočnosti je väzba v ňom 80%$ iónová a 20%$ kovalentná. Preto je samozrejme správnejšie hovoriť o stupni polarity (ionicity) chemickej väzby.
V sérii halogenovodíkov $HF—HCl—HBr—HI—HAt$ sa stupeň polarity väzby znižuje, pretože sa zmenšuje rozdiel v hodnotách elektronegativity atómov halogénu a vodíka a v astatínovom vodíku sa väzba stáva takmer nepolárnou. $(EO(H) = 2,1; EO(At) = 2,2)$.
V rovnakých látkach možno nájsť rôzne typy väzieb, napríklad:
- v zásadách: medzi atómami kyslíka a vodíka v hydroxyskupinách je väzba polárna kovalentná a medzi kovom a hydroxyskupinou je iónová;
- v soliach kyselín obsahujúcich kyslík: medzi nekovovým atómom a kyslíkom kyslého zvyšku - kovalentný polárny a medzi kovom a kyslým zvyškom - iónový;
- v amóniových, metylamóniových soliach atď.: medzi atómami dusíka a vodíka - kovalentné polárne a medzi amóniovými alebo metylamóniovými iónmi a zvyškom kyseliny - iónové;
- v peroxidoch kovov (napríklad $Na_2O_2$) je väzba medzi atómami kyslíka kovalentná nepolárna a medzi kovom a kyslíkom je iónová, atď.
Rôzne typy spojení sa môžu navzájom transformovať:
— počas elektrolytickej disociácie kovalentných zlúčenín vo vode sa kovalentná polárna väzba mení na iónovú;
- pri odparovaní kovov sa kovová väzba mení na nepolárnu kovalentnú väzbu atď.
Dôvodom jednoty všetkých typov a typov chemických väzieb je ich identická chemická podstata – elektrón-nukleárna interakcia. Tvorba chemickej väzby je v každom prípade výsledkom elektrón-nukleárnej interakcie atómov sprevádzanej uvoľňovaním energie.
Spôsoby tvorby kovalentných väzieb. Charakteristika kovalentnej väzby: dĺžka väzby a energia
Kovalentná chemická väzba je väzba vytvorená medzi atómami prostredníctvom tvorby zdieľaných elektrónových párov.
Mechanizmus tvorby takejto väzby môže byť výmenný alebo donor-akceptor.
ja Výmenný mechanizmus funguje, keď atómy tvoria zdieľané elektrónové páry kombináciou nespárovaných elektrónov.
1) $H_2$ - vodík:
Väzba vzniká v dôsledku vytvorenia spoločného elektrónového páru $s$-elektrónmi atómov vodíka (prekrývajúce sa $s$-orbitály):
2) $HCl$ - chlorovodík:
Väzba vzniká v dôsledku vytvorenia spoločného elektrónového páru $s-$ a $p-$elektrónov (prekrývajúce sa $s-p-$orbitály):
3) $Cl_2$: v molekule chlóru vzniká kovalentná väzba v dôsledku nespárovaných $p-$elektrónov (prekrývajúce sa $p-p-$orbitály):
4) $N_2$: v molekule dusíka sa medzi atómami tvoria tri spoločné elektrónové páry:
II. Donor-akceptorový mechanizmus Uvažujme o vytvorení kovalentnej väzby na príklade amónneho iónu $NH_4^+$.
Donor má elektrónový pár, akceptor má prázdny orbitál, ktorý môže tento pár obsadiť. V amónnom ióne sú všetky štyri väzby s atómami vodíka kovalentné: tri sa vytvorili v dôsledku vytvorenia spoločných elektrónových párov atómom dusíka a atómami vodíka podľa mechanizmu výmeny, jedna - prostredníctvom mechanizmu donor-akceptor.
Kovalentné väzby možno klasifikovať podľa spôsobu, akým sa elektrónové orbitály prekrývajú, ako aj podľa ich posunutia smerom k jednému z viazaných atómov.
Chemické väzby vytvorené ako výsledok prekrývajúcich sa elektrónových orbitálov pozdĺž väzbovej línie sa nazývajú $σ$ - dlhopisy (sigma dlhopisy). Sigma väzba je veľmi silná.
$p-$orbitály sa môžu prekrývať v dvoch oblastiach a vytvárať kovalentnú väzbu v dôsledku laterálneho prekrývania:
Chemické väzby vznikajúce ako výsledok „laterálneho“ prekrývania elektrónových orbitálov mimo komunikačnej linky, t.j. v dvoch oblastiach sa nazývajú $π$ -väzby (pí-väzby).
Autor: stupeň posunutia zdieľané elektrónové páry k jednému z atómov, ktoré viažu, môže byť kovalentná väzba polárny A nepolárne.
Kovalentná chemická väzba vytvorená medzi atómami s rovnakou elektronegativitou sa nazýva nepolárne. Elektrónové páry nie sú posunuté k žiadnemu z atómov, pretože atómy majú rovnaký EO – vlastnosť priťahovania valenčných elektrónov od iných atómov. Napríklad:
tie. molekuly jednoduchých nekovových látok vznikajú prostredníctvom kovalentných nepolárnych väzieb. Kovalentná chemická väzba medzi atómami prvkov, ktorých elektronegativita sa líši, sa nazýva polárny.
Dĺžka a energia kovalentných väzieb.
Charakteristický vlastnosti kovalentnej väzby- jeho dĺžka a energia. Dĺžka odkazu je vzdialenosť medzi jadrami atómov. Čím kratšia je dĺžka chemickej väzby, tým je silnejšia. Meradlom sily spojenia však je väzbovú energiu, ktorá je určená množstvom energie potrebnej na prerušenie väzby. Zvyčajne sa meria v kJ/mol. Podľa experimentálnych údajov sú teda dĺžky väzieb molekúl $H_2, Cl_2$ a $N_2$ $ 0,074, 0,198 $ a $ 0,109 $ nm a energie väzby sú v tomto poradí $ 436, 242 $ a $ 946 $ kJ/mol.
Ióny. Iónová väzba
Predstavme si, že sa „stretnú“ dva atómy: atóm kovu skupiny I a atóm nekovu skupiny VII. Atóm kovu má na svojej vonkajšej energetickej úrovni jeden elektrón, zatiaľ čo nekovovému atómu chýba iba jeden elektrón, aby bola jeho vonkajšia úroveň úplná.
Prvý atóm ľahko dá druhému svoj elektrón, ktorý je ďaleko od jadra a je s ním slabo viazaný, a druhý mu poskytne voľné miesto na jeho vonkajšej elektrónovej úrovni.
Potom sa atóm zbavený jedného zo svojich záporných nábojov stane kladne nabitou časticou a druhá sa vďaka výslednému elektrónu zmení na záporne nabitú časticu. Takéto častice sa nazývajú ióny.
Chemická väzba, ktorá sa vyskytuje medzi iónmi, sa nazýva iónová.
Uvažujme o vytvorení tejto väzby na príklade známej zlúčeniny chloridu sodného (stolová soľ):
Proces premeny atómov na ióny je znázornený v diagrame:
K tejto premene atómov na ióny dochádza vždy pri interakcii atómov typických kovov a typických nekovov.
Uvažujme o algoritme (postupnosti) uvažovania pri zaznamenávaní tvorby iónovej väzby, napríklad medzi atómami vápnika a chlóru:
Čísla ukazujúce počet atómov alebo molekúl sa nazývajú koeficienty a čísla ukazujúce počet atómov alebo iónov v molekule sa nazývajú indexy.
Kovové spojenie
Zoznámime sa s tým, ako navzájom interagujú atómy kovových prvkov. Kovy zvyčajne neexistujú ako izolované atómy, ale vo forme kusu, ingotu alebo kovového produktu. Čo drží atómy kovu v jednom objeme?
Atómy väčšiny kovov obsahujú na vonkajšej úrovni malý počet elektrónov - $ 1, 2, 3 $. Tieto elektróny sa ľahko odstránia a atómy sa stanú kladnými iónmi. Oddelené elektróny sa pohybujú z jedného iónu na druhý a spájajú ich do jedného celku. Spojením s iónmi tieto elektróny dočasne tvoria atómy, potom sa znova odlomia a spoja s iným iónom atď. V dôsledku toho sa v objeme kovu atómy nepretržite premieňajú na ióny a naopak.
Väzba v kovoch medzi iónmi prostredníctvom zdieľaných elektrónov sa nazýva kovová.
Obrázok schematicky znázorňuje štruktúru fragmentu kovového sodíka.
V tomto prípade malý počet zdieľaných elektrónov viaže veľké množstvo iónov a atómov.
Kovová väzba má určité podobnosti s kovalentnou väzbou, pretože je založená na zdieľaní vonkajších elektrónov. Pri kovalentnej väzbe sa však zdieľajú vonkajšie nepárové elektróny iba dvoch susedných atómov, zatiaľ čo pri kovovej väzbe sa na zdieľaní týchto elektrónov podieľajú všetky atómy. Preto sú kryštály s kovalentnou väzbou krehké, ale s kovovou väzbou sú spravidla ťažné, elektricky vodivé a majú kovový lesk.
Kovová väzba je charakteristická pre čisté kovy aj pre zmesi rôznych kovov – zliatiny v pevnom a tekutom stave.
Vodíková väzba
Chemická väzba medzi pozitívne polarizovanými atómami vodíka jednej molekuly (alebo ich časti) a negatívne polarizovanými atómami silne elektronegatívnych prvkov s osamelými elektrónovými pármi ($F, O, N$ a menej často $S$ a $Cl$) inej molekuly (alebo jeho časť) sa nazýva vodík.
Mechanizmus tvorby vodíkových väzieb je čiastočne elektrostatický, čiastočne donor-akceptorový.
Príklady medzimolekulárnych vodíkových väzieb:
V prítomnosti takéhoto spojenia môžu byť aj nízkomolekulové látky za normálnych podmienok kvapalinami (alkohol, voda) alebo ľahko skvapalnenými plynmi (amoniak, fluorovodík).
Látky s vodíkovými väzbami majú molekulárne kryštálové mriežky.
Látky molekulárnej a nemolekulárnej štruktúry. Typ kryštálovej mriežky. Závislosť vlastností látok od ich zloženia a štruktúry
Molekulárna a nemolekulárna štruktúra látok
Do chemických interakcií nevstupujú jednotlivé atómy alebo molekuly, ale látky. Za daných podmienok môže byť látka v jednom z troch stavov agregácie: tuhá, kvapalná alebo plynná. Vlastnosti látky závisia aj od charakteru chemickej väzby medzi časticami, ktoré ju tvoria – molekulami, atómami alebo iónmi. Na základe typu väzby sa rozlišujú látky molekulárnej a nemolekulárnej štruktúry.
Látky zložené z molekúl sa nazývajú molekulárne látky. Väzby medzi molekulami v takýchto látkach sú veľmi slabé, oveľa slabšie ako medzi atómami vo vnútri molekuly a už pri relatívne nízkych teplotách sa lámu – látka sa mení na kvapalinu a následne na plyn (sublimácia jódu). Teploty topenia a varu látok pozostávajúcich z molekúl sa zvyšujú so zvyšujúcou sa molekulovou hmotnosťou.
Medzi molekulárne látky patria látky s atómovou štruktúrou ($C, Si, Li, Na, K, Cu, Fe, W$), medzi nimi sú kovy a nekovy.
Uvažujme o fyzikálnych vlastnostiach alkalických kovov. Relatívne nízka pevnosť väzby medzi atómami spôsobuje nízku mechanickú pevnosť: alkalické kovy sú mäkké a dajú sa ľahko rezať nožom.
Veľké veľkosti atómov vedú k nízkej hustote alkalických kovov: lítium, sodík a draslík sú ešte ľahšie ako voda. V skupine alkalických kovov teploty varu a topenia klesajú so zvyšujúcim sa atómovým číslom prvku, pretože Veľkosť atómov sa zväčšuje a väzby oslabujú.
K látkam nemolekulárneštruktúry zahŕňajú iónové zlúčeniny. Väčšina zlúčenín kovov s nekovmi má túto štruktúru: všetky soli ($NaCl, K_2SO_4$), niektoré hydridy ($LiH$) a oxidy ($CaO, MgO, FeO$), zásady ($NaOH, KOH$). Iónové (nemolekulárne) látky majú vysoké teploty topenia a varu.
Kryštálové mriežky
Hmota, ako je známe, môže existovať v troch stavoch agregácie: plynné, kvapalné a pevné.
Pevné látky: amorfné a kryštalické.
Uvažujme, ako vlastnosti chemických väzieb ovplyvňujú vlastnosti tuhých látok. Pevné látky sa delia na kryštalický A amorfný.
Amorfné látky nemajú pri zahrievaní jasný bod topenia, postupne mäknú a prechádzajú do tekutého stavu. Napríklad plastelína a rôzne živice sú v amorfnom stave.
Kryštalické látky sa vyznačujú správnym usporiadaním častíc, z ktorých sú zložené: atómov, molekúl a iónov - v presne definovaných bodoch v priestore. Keď sú tieto body spojené priamymi čiarami, vytvorí sa priestorový rámec nazývaný kryštálová mriežka. Body, v ktorých sa nachádzajú častice kryštálov, sa nazývajú uzly mriežky.
V závislosti od typu častíc nachádzajúcich sa v uzloch kryštálovej mriežky a povahy spojenia medzi nimi sa rozlišujú štyri typy kryštálových mriežok: iónové, atómové, molekulárne A kov.
Iónové kryštálové mriežky.
Iónový sa nazývajú kryštálové mriežky, v uzloch ktorých sú ióny. Sú tvorené látkami s iónovými väzbami, ktoré môžu viazať tak jednoduché ióny $Na^(+), Cl^(-)$, ako aj komplexné $SO_4^(2−), OH^-$. V dôsledku toho majú soli a niektoré oxidy a hydroxidy kovov iónové kryštálové mriežky. Napríklad kryštál chloridu sodného pozostáva zo striedajúcich sa kladných iónov $Na^+$ a záporných iónov $Cl^-$, čím sa vytvára mriežka v tvare kocky. Väzby medzi iónmi v takomto kryštáli sú veľmi stabilné. Preto sa látky s iónovou mriežkou vyznačujú pomerne vysokou tvrdosťou a pevnosťou, sú žiaruvzdorné a neprchavé.
Atómové kryštálové mriežky.
Atómový sa nazývajú kryštálové mriežky, v ktorých uzloch sa nachádzajú jednotlivé atómy. V takýchto mriežkach sú atómy navzájom spojené veľmi silnými kovalentnými väzbami. Príkladom látok s týmto typom kryštálových mriežok je diamant, jedna z alotropných modifikácií uhlíka.
Väčšina látok s atómovou kryštálovou mriežkou má veľmi vysoké teploty topenia (napríklad pre diamant je nad 3500 °C), sú pevné a tvrdé a prakticky nerozpustné.
Molekulové kryštálové mriežky.
Molekulárna nazývané kryštálové mriežky, v uzloch ktorých sa nachádzajú molekuly. Chemické väzby v týchto molekulách môžu byť polárne ($HCl, H_2O$) aj nepolárne ($N_2, O_2$). Napriek tomu, že atómy vo vnútri molekúl sú spojené veľmi silnými kovalentnými väzbami, medzi molekulami samotnými pôsobia slabé medzimolekulové príťažlivé sily. Preto látky s molekulárnymi kryštálovými mriežkami majú nízku tvrdosť, nízke teploty topenia a sú prchavé. Väčšina pevných organických zlúčenín má molekulárne kryštálové mriežky (naftalén, glukóza, cukor).
Kovové kryštálové mriežky.
Látky s kovovými väzbami majú kovové kryštálové mriežky. Na miestach takýchto mriežok sa nachádzajú atómy a ióny (buď atómy alebo ióny, na ktoré sa atómy kovov ľahko premenia a odovzdajú svoje vonkajšie elektróny „na bežné použitie“). Táto vnútorná štruktúra kovov určuje ich charakteristické fyzikálne vlastnosti: kujnosť, ťažnosť, elektrická a tepelná vodivosť, charakteristický kovový lesk.
Elektronegativita je vlastnosť chemického prvku priťahovať elektróny k svojmu atómu z atómov iných prvkov, s ktorými tento prvok tvorí chemickú väzbu v zlúčeninách.
Keď sa vytvorí chemická väzba medzi atómami rôznych prvkov, spoločný elektrónový oblak sa posunie k viac elektronegatívnemu atómu, a preto sa väzba stáva kovalentne polárnou a ak je rozdiel v elektronegativite veľký, stáva sa iónovou.
Elektronegativita sa berie do úvahy pri písaní chemických vzorcov: v binárnych zlúčeninách je na zadnej strane napísaný symbol najviac elektronegatívneho prvku.
Elektronegativita sa zvyšuje zľava doprava pre prvky každého obdobia a klesá zhora nadol pre prvky rovnakej skupiny PS.
Valence Prvok je vlastnosť jeho atómov spájať sa s určitým počtom iných atómov.
Existujú stechiometrické, elektronické valenčné a koordinačné číslo. Budeme brať do úvahy iba stechiometrickú valenciu.
Stechiometrické Valencia ukazuje, koľko atómov iného prvku je pripojených k atómu daného prvku. Valencia vodíka sa berie ako jednotka valencie, pretože vodík je vždy monovalentný. Napríklad v zlúčeninách HCl, H 2 O, NH 3 (v moderných učebniciach sa už používa správny pravopis čpavku H 3 N) je CH 4 chlór jednomocný, kyslík dvojmocný, dusík trojmocný a uhlík štvormocný.
Stechiometrická valencia kyslíka je zvyčajne 2. Keďže takmer všetky prvky tvoria zlúčeniny s kyslíkom, je vhodné ho použiť ako štandard na určenie valencie iného prvku. Napríklad v zlúčeninách Na 2 O, CoO, Fe 2 O 3, SO 3 je sodík jednomocný, kobalt dvojmocný, železo trojmocný, síra šesťmocný.
Pri redoxných reakciách bude pre nás dôležité určiť oxidačné stavy prvkov.
Oxidačný stav prvku v látke sa nazýva jeho stechiometrická valencia, ktorá sa berie so znamienkom plus alebo mínus.
Chemické prvky sa delia na prvky konštantnej valencie a prvky premennej valencie.
1.3.3. Látky molekulárnej a nemolekulárnej štruktúry. Typ kryštálovej mriežky. Závislosť vlastností látok od ich zloženia a štruktúry.
Podľa toho, v akom stave sa zlúčeniny v prírode nachádzajú, sa delia na molekulárne a nemolekulárne. V molekulárnych látkach sú najmenšími štruktúrnymi časticami molekuly. Tieto látky majú molekulárnu kryštálovú mriežku. V nemolekulárnych látkach sú najmenšími štruktúrnymi časticami atómy alebo ióny. Ich kryštálová mriežka je atómová, iónová alebo kovová.
Typ kryštálovej mriežky do značnej miery určuje vlastnosti látok. Napríklad kovy majúce typ kovovej mriežky, odlišný od všetkých ostatných prvkov vysoká ťažnosť, elektrická a tepelná vodivosť. Tieto vlastnosti, ako aj mnohé ďalšie – kujnosť, kovový lesk atď. sú spôsobené špeciálnym typom väzby medzi atómami kovov - kovové spojenie. Je potrebné poznamenať, že vlastnosti, ktoré sú kovom vlastné, sa objavujú iba v kondenzovanom stave. Napríklad striebro v plynnom stave nemá fyzikálne vlastnosti kovov.
Špeciálny typ väzby v kovoch – kovová – je spôsobený nedostatkom valenčných elektrónov, takže sú spoločné pre celú štruktúru kovu. Najjednoduchší model štruktúry kovov predpokladal, že kryštálovú mriežku kovov tvoria kladné ióny obklopené voľnými elektrónmi, pohyb elektrónov prebieha chaoticky, podobne ako molekuly plynu. Takýto model, hoci kvalitatívne vysvetľuje mnohé vlastnosti kovov, sa však pri kvantitatívnom testovaní ukazuje ako nedostatočný. Ďalší vývoj teórie kovového stavu viedol k vytvoreniu pásová teória kovov, ktorý je založený na konceptoch kvantovej mechaniky.
Miesta kryštálovej mriežky obsahujú katióny a atómy kovov a elektróny sa voľne pohybujú po celej kryštálovej mriežke.
Charakteristickou mechanickou vlastnosťou kovov je plast, kvôli zvláštnostiam vnútornej štruktúry ich kryštálov. Plasticita sa chápe ako schopnosť telies pod vplyvom vonkajších síl podliehať deformácii, ktorá zostáva aj po zániku vonkajšieho vplyvu. Táto vlastnosť kovov umožňuje ich tvarovanie do rôznych tvarov pri kovaní, kov možno valcovať do plechov alebo ťahať do drôtu.
Plasticita kovov je spôsobená tým, že pod vonkajším vplyvom sa vrstvy iónov, ktoré tvoria kryštálovú mriežku, navzájom posúvajú bez porušenia. K tomu dochádza v dôsledku skutočnosti, že premiestnené elektróny v dôsledku voľnej redistribúcie pokračujú v komunikácii medzi iónovými vrstvami. Pri mechanickom pôsobení tuhej látky s atómovou mriežkou dochádza v dôsledku prerušenia kovalentných väzieb k posunutiu jej jednotlivých vrstiev a narušeniu adhézie medzi nimi.
ióny, potom tieto látky vznikajú iónový typ kryštálovej mriežky.
Sú to soli, ako aj oxidy a hydroxidy typických kovov. Sú to tvrdé, krehké látky, ale ich hlavná kvalita je : roztoky a taveniny týchto zlúčenín vedú elektrický prúd.
Ak uzly kryštálovej mriežky obsahujú atómov, potom tieto látky vznikajú atómový typ kryštálovej mriežky(diamant, bór, kremík, hliník a oxidy kremíka). Vlastnosti sú veľmi tvrdé a žiaruvzdorné, nerozpustné vo vode.
Ak uzly kryštálovej mriežky obsahujú molekuly, potom tieto látky vznikajú (za normálnych podmienok plyny a kvapaliny: O 2, HCl; I 2 organické látky).
Je zaujímavé si všimnúť kovové gálium, ktoré sa topí pri teplote 30 o C. Táto anomália sa vysvetľuje tým, že molekuly Ga 2 sa nachádzajú v uzloch kryštálovej mriežky a jeho vlastnosti sa stávajú podobnými látkam, ktoré majú molekulovú kryštálová mriežka.
Príklad. Všetky nekovy skupiny majú nemolekulárnu štruktúru:
1) uhlík, bór, kremík; 2) fluór, bróm, jód;
3) kyslík, síra, dusík; 4) chlór, fosfor, selén.
V nemolekulárnych látkach sú najmenšími štruktúrnymi časticami atómy alebo ióny. Ich kryštálová mriežka je atómová, iónová alebo kovová
O rozhodnutie Je ľahšie pristupovať k tejto otázke z opačného smeru. Ak uzly kryštálovej mriežky obsahujú molekuly, potom tieto látky vznikajú molekulárny typ kryštálovej mriežky(za normálnych podmienok plyny a kvapaliny: O 2, HCl; aj I 2, ortorombická síra S 8, biely fosfor P 4, organické látky). Z hľadiska vlastností ide o krehké, taviteľné zlúčeniny.
Druhá odpoveď obsahuje plynný fluór, tretia obsahuje plynný kyslík a dusík a štvrtá obsahuje plynný chlór. To znamená, že tieto látky majú molekulárnu kryštálovú mriežku a molekulárnu štruktúru.
IN najprv Odpoveď je, že všetky látky sú za bežných podmienok pevné zlúčeniny a tvoria atómovú mriežku, čo znamená, že majú nemolekulárnu štruktúru.
Správna odpoveď:1) uhlík, bór, kremík
Prednáška: Látky molekulárnej a nemolekulárnej štruktúry. Typ kryštálovej mriežky. Závislosť vlastností látok od ich zloženia a štruktúry
Molekulové a nemolekulárne látky
Chemické látky sú podľa štruktúry rozdelené do dvoch skupín: tie, ktoré pozostávajú z molekúl, sa nazývajú molekulárne a obsahujúce atómy a ióny – nemolekulárne.
Molekulárne látky majú nízke teploty topenia/varu. Môžu byť v troch stavoch agregácie: kvapalné, pevné, plynné. Táto skupina zahŕňa väčšinu jednoduchých látok nekovov, ako aj ich vzájomné zlúčeniny. Väzby medzi atómami molekulárnych látok sú kovalentné.
Nemolekulárne látky majú vysoké teploty topenia/varu. Sú v pevnom stave. Sú to, ako ste uhádli, jednoduché kovové látky, ich zlúčeniny s nekovmi, nekovmi zahŕňajú bór, uhlík - diamant, fosfor (čierny a červený), kremík. Nemolekulárne látky tvoria iónové, atómové, molekulové kryštály, ktorých usporiadanie častíc má jasnú postupnosť a tvoria mriežku.
Typy kryštálových mriežok
Existujú štyri typy kryštálových mriežok v závislosti od typov častíc umiestnených v uzloch mriežky:
1) Iónovékryštálová mriežka je charakteristická pre zlúčeniny s iónovým typom chemickej väzby. Katióny a anióny sa nachádzajú na miestach mriežky. Príkladmi látok s týmto typom kryštálovej mriežky sú soli, oxidy a hydroxidy typických kovov. Sú to tvrdé, ale krehké látky. Vyznačujú sa žiaruvzdornosťou. Rozpúšťajú sa vo vode a sú elektricky vodivé.
2) Jadrové mriežka má vo svojich uzloch atómy. Častice tvoria kovalentné nepolárne a polárne väzby. Z jednoduchých látok patrí k tomuto typu kryštálovej mriežky uhlík v stave grafitu a diamantu, bór, kremík, germánium. Z komplexných látok má atómovú mriežku napríklad oxid kremičitý (kremeň, horský krištáľ). Sú to veľmi tvrdé, žiaruvzdorné látky, v prírode nie veľmi bežné. Nerozpúšťajú sa vo vode.
3) Molekulárne Kryštálovú mriežku tvoria molekuly držané pohromade slabými silami medzimolekulovej príťažlivosti. Preto sa látky tohto typu mriežky vyznačujú nízkou tvrdosťou, krehkosťou a nízkou teplotou topenia. Ide napríklad o vodu v ľadovom stave. Väčšina pevných organických zlúčenín má tento typ mriežky. Typ väzby v zlúčenine je kovalentný.
