Ковалентная связь характерна для металлов в агрегатном состоянии

Обновлено: 17.05.2024

1. Определение и основные типы химической связи. Химическая связь – это явление взаимодействия атомов, обусловленное перекрыванием электронных облаков связывающихся частиц, которое сопровождается уменьшением полной энергии системы. Важнейшей энергетической характеристикой служит энергия химической связи, определяющая её прочность; её величина определяется работой, необходимой для разрушения связи, или выигрышем в энергии при образовании вещества из отдельных атомов. К геометрическим параметрам относятся длина связи, валентный угол. Длина связи – это расстояние между центрами ядер атомов в молекуле, когда силы притяжения уравновешены силами отталкивания и энергия системы минимальна. Валентный угол – угол между связями в молекуле.

Химическое взаимодействие едино по своей природе, поэтому деление химических связей на типы носит условный характер, но оно необходимо для выделения важнейших характерных особенностей взаимодействия в данном веществе. Химическая связь описывается тремя основными типами: ковалентной, ионной и металлической.

Ковалентная связь – это взаимодействие между двумя атомами, несильно отличающихся по ЭО (например, между атомами двух неметаллов), при котором атомы обобществляют свои валентные электроны путем образования общих электронных пар. Одна общая электронная пара соответствует одной ковалентной связи. При взаимодействии атомов, одинаковых по ЭО, образуется неполярная ковалентная связь, а разных – полярная.

Образование ковалентной связи может осуществляться двумя способами: а) по обменному механизму (каждый из атомов предоставляет по одному электрону); б) по донорно-акцепторному (донор предоставляет электронную пару, а акцептор – пустую валентную орбиталь).

Главными отличительными особенностями ковалентной связи от других типов является её направленность (в сторону максимального перекрывания электронных облаков), поляризуемость и насыщаемость.

Кратные связи – ковалентные связи, осуществляемые более чем одной парой электронов. При перекрывании валентные орбитали могут подвергаться гибридизации – смешению орбиталей, сопровождающемуся изменением формы электронного облака.

Ионная связь – это взаимодействие между атомом металла и неметалла, в результате которого атомы «стремятся» приобрести электронную конфигурацию благородного газа. Металл отдает свои валентные электроны неметаллу, в результате чего появляются катион и анион. Образовавшиеся противоионы электростатически притягиваются друг к другу, что и обуславливает химическую (ионную) связь между ними.

Следует отметить, что 100% -ной ионной вязи в природе не существует, можно лишь говорить о преобладании ионной компоненты в некоторых веществах, состоящих из частиц, которые резко отличаются по ЭО. Ионная связь ненасыщенная и ненаправленная.

Металлическая связь реализуется в жидких и твердых металлах. Атомы металлов характеризуются значительным дефицитом электронов на внешнем уровне. Перекрывание внешних валентных орбиталей при взаимодействии атомов металлов друг с другом приводит к появлению особого типа химической связи – металлической, которая представляет собой случай предельной делокализации химической связи. Электроны металлической связи не принадлежат какому-либо одному атому или группе атомов, они относительно свободно перемещаются во всем объеме металла. Металлическая связь сходна с ковалентной тем, что основана на обобществлении электронов. Особые свойства металлической связи (ненаправленность, ненасыщенность, многоэлектронность и многоцентровость) определяет ряд специфических физических свойств металлов и их сплавов: высокие значения тепло- и электропроводности, большую пластичность и т. д.

2. Понятие о комплексных соединениях. Это устойчивые химические соединения сложного состава, в которых обязательно имеется хотя бы одна связь, возникшая по донорно-акцепторному механизму.

Комплексные соединения состоят из комплексообразователя и лигандов, образующих внутреннюю сферу, и внешней сферы, состоящей из ионов, которые компенсируют заряд внутренней сферы.

Комплексообразователь (центральный атом, ядро комплекса) – это атом или ион, который является акцептором электронных пар, предоставляя свободные АО, и занимает центральное положение в комплексном соединении. Чаще всего роль комплексообразователей играют ионы d-металлов. Если в комплексном соединении один комплексообразователь, то оно называется моноядерным, если несколько – полиядерным.

Лиганды – молекулы или ионы, которые являются донорами электронных пар и непосредственно связаны с комплексообразователем. В качестве лигандов выступают молекулы воды, аммиака, галогенид-ионы и многие другие. Если лиганд связан с комплексообразователем одной связью его называют монодентатным, если несколькими – полидентатным.

Число связей, которые образует комплексообразователь с лигандами, называется координационным числом.

Внутренняя сфера (комплекс, комплексный ион) – совокупность центрального атома и лигандов. В химических формулах заключается в квадратные скобки.

В зависимости от заряда комплексного иона различают катионные, анионные и нейтральные комплексные соединения. Например, K₃[Fe(CN)₆], [Ag(NH₃)₂]Cl, [Pt (NH₃)₃Cl₂].

Внешняя сфера – положительно или отрицательно заряженные ионы, нейтрализующие заряд комплексного иона и связанные с ним ионной связью.

3. Межмолекулярные взаимодействия и агрегатные состояния вещества. Внутри молекул – прочные ковалентные связи. Но и между молекулами есть притяжение, только более слабое. Если бы его не было, то все молекулярные вещества при всех температурах были бы газами. Возможность существования веществ в твердом и жидком состоянии свидетельствует о том, что между молекулами этих веществ действуют силы притяжения, которые называют межмолекулярными связями или взаимодействиями (силами).

В зависимости от природы частиц осуществляются различные виды взаимодействия. Рассмотрим их в порядке убывания энергии взаимодействия.

Водородная связь. Водородная связь возникает за счет притяжения положительно поляризованного атома водорода одной молекулы (части молекулы) с электроотрицательным атомом другой молекулы (другой части молекулы). В соответствии с этим различают межмолекулярные и внутримолекулярные водородные связи. Водородные связи существуют в HF, NH₃, H₂O и во многих других веществах.

Энергия водородной связи значительно меньше энергии обычной ковалентной связи. Однако ее достаточно, чтобы вызвать ассоциацию молекул. Именно ассоциация молекул служит причиной аномально высоких температур плавления и кипения таких веществ, как фтороводород, вода, аммиак. Водородная связь в значительной мере определяет свойства и таких биологически важных веществ, как белки и нуклеиновые кислоты.

Ион-дипольное взаимодействие. Осуществляется в растворах между полярными молекулами растворителя и ионами растворенного вещества, играют важную роль во многих биологических системах.

Силы Ван-дер-Ваальса. Различают три типа этих сил. Ориентационное (диполь-дипольное) взаимодействие: полярные молекулы, то есть диполи ориентируются друг к другу противоположно заряженными концами и притягиваются (но не так сильно, как при водородной связи). Индукционное взаимодействие – притяжение дипольной молекулы к наведенному ею (индуцированному) диполю в молекуле, которая сама по себе неполярна. Дисперсионное взаимодействие – притяжение мгновенных диполей, которые образуются в любом атоме, ионе, молекуле из-за флуктуаций электронной плотности. Дисперсионные силы – общие для всех веществ (молекулярных и немолекулярных, с полярной и неполярной связью), но в чистом виде они наблюдаются между неполярными молекулами.

Агрега́тное состоя́ние – состояние вещества, характеризующееся определёнными качественными свойствами – способностью или неспособностью сохранять объём и форму, наличием или отсутствием дальнего и ближнего порядка и другими. Ближний порядок – это упорядоченность во взаимном расположении соседних атомов или молекул в веществе, которая повторяется лишь на расстояниях, соизмеримых с расстояниями между атомами. Дальний порядок – это упорядоченность во взаимном расположении атомов или молекул в веществе, которая повторяется на неограниченно больших расстояниях.

В современной физике выделяют следующие агрегатные состояния: твёрдое тело, жидкость, газ, плазма (полностью или частично ионизированный газ).

Твёрдое и жидкое состояния вещества относятся к конденсированным состояниям – атомы или молекулы вещества в них находятся настолько близко друг к другу, что неспособны свободно двигаться. Для твердых тел характерны собственная форма, механическая прочность, постоянный объем. В зависимости от степени упорядоченности частиц твердые вещества разделяются на кристаллические и аморфные. Твердая фаза кристаллических веществ состоит из частиц (атомов, молекул, ионов), которые образуют однородную структуру, характеризующуюся строгой повторяемостью одной и той же элементарной ячейки во всех направлениях, то есть дальним порядком.

Элементарная ячейка кристалла – часть кристаллической решетки, параллельные переносы которой в трех измерениях позволяют построить всю кристаллическую решетку. Кристаллические решетки классифицируют по типу частиц их образующих на ионные, атомные и молекулярные.

К особенностям твердого вещества относятся: 1) анизотропия – неодинаковость всех или нескольких физических и химических свойств вещества по разным направлениям, то есть зависимость свойств от направления; 2) полиморфизм – явление существования вещества в зависимости от условий (температуры и давления) в разных кристаллических структурах; 3) изоморфизм: если вещества имеют сходные формулу и тип кристаллической решетки, то они могут образовывать твердые растворы и называются изоморфными.

В аморфном состоянии наблюдается только ближний порядок расположения частиц. Аморфные вещества – изотропны, то есть свойства их не зависят от направления.

Для жидкого состояния характерны текучесть и изотропность. Жидкости имеют промежуточную природу между твердыми веществами и газами. В них наблюдается ближний порядок расположения молекул. Для жидкого состояния характерны броуновское движение, диффузия и летучесть частиц, вязкость (сопротивление текучести), поверхностное натяжение. Состояние вещества, характеризующееся наличием одновременно свойств и жидкости (текучесть) и кристалла (анизатропность), называется жидкокристаллическим состоянием.

Газ (от греч. хаос) – агрегатное состояние вещества, характеризующееся очень слабыми связями между составляющими его частицами, (молекулами, атомами или ионами), а также их большой подвижностью.

Газообразное состояние вещества в условиях, когда возможно существование устойчивой жидкой или твёрдой фазы этого же вещества, обычно называется паром. Подобно жидкостям, газы обладают текучестью и сопротивляются деформации. В отличие от жидкостей, газы не имеют фиксированного объёма и не образуют свободной поверхности, а стремятся заполнить весь доступный объём (например, сосуда). Газообразное состояние – самое распространённое состояние вещества Вселенной.

Химическая связь и агрегатные состояния вещества

Конспект по теме "Виды химической связи"

Под химической связью в химии понимается взаимное сцепление атомов в молекуле и кристаллической решетке , в результате действия силы притяжения, существующей между атомами . Именно благодаря химическим связям происходит образование различных химических соединений, в этом заключается природа химической связи.

Типы химических связей

Механизм образования химической связи сильно зависит от ее типа или вида, в целом различаются такие основные виды химической связи:

§ Ковалентная химическая связь (которая в свою очередь может быть полярной и неполярной)

1. Ионная химическая связь

Образование ионной химической связи возникает при взаимном электрическом притяжении двух ионов, имеющих разные заряды. Ионы (заряженные частицы) бывают простые или сложные. Для веществ с ионной химической связью характерна ионная кристаллическая решетка. Свойствами веществ с ионной решеткой являются кристаллическое строение, растворимость или нерастворимость в воде. Если растворимое вещество в воде, то электропроводность.

Ионная связь характерна для солей ( NaCl , CaCO ₃ ), оксидов активных металлов ( Na ₂ O , СаО), оснований ( NaOH ).

2. Металлическая связь

Металлическая связь – связь в металлах и сплавах, образованная силами притяжения между свободными электронами и положительно заряженными частицами металла.

В качестве примера металлической химической связи могут выступать любые металлы: натрий, железо, цинк и так далее. Свойствами веществ металлов являются металлический блеск, твердое агрегатное состояние, электропроводность, теплопроводность.

Примеры веществ: алюминий, железо и прочие металлы-простые вещества. Сплавы: сталь, латунь и др.

3. Ковалентная связь

Ковалентная связь - связь между атомами, образованная за счет пары электронов, являющихся общими для двух элементов. Образование ковалентной связи происходит исключительно среди атомов неметаллов, причем появляться она может как в атомах молекул, так и кристаллов.

3.1. Ковалентная неполярная связь

Ковалентная неполярная связь – это связь, которая образуется между двумя одинаковыми атомами (атомами с равной электроотрицательностью). Пример образование неполярной ковалентной связи смотрите ниже на схеме.

Схема ковалентной неполярной связи.

Веществами с ковалентной неполярной связью обычно являются газы ( O ₂ , Cl ₂ , H ₂ ), жидкости ( Br ₂ ) или сравнительно низкоплавкие тверды вещества с молекулярной кристаллической решеткой ( S , P ).

3.2. Ковалентная полярная связь

Ковалентная полярная связь – это связь между химическими элементами, которые имеют разную электроотрицательность.

Ярким примером вещества с полярной ковалентной связью является вода, соляная кислота (и другие кислоты), органические вещества. На схеме показано образование ковалентной полярной связи.

4. Водородная химическая связь

Еще задолго до появления современной теории химических связей в ее современном виде учеными химиками было замечено, что соединения водорода с неметаллами обладают различными удивительными свойствами: способность быть в трех агрегатных состояниях.

Примеры веществ с водородной связью: аммиак, фтороводородная кислота, вода, карбоновые кислоты, спирты, белки, ДНК, РНК.

Конспект лекции по теме "Металлическая и водородная связь. Агрегатное состояние вещества" дисциплины ОУД.10 Химия, специальности 33.02.01 Фармация, СПО

1. Металлическая кристаллическая решетка и металлическая химическая связь.

Физические свойства металлов.

2. Агрегатные состояния веществ и водородная связь.

3. Твердое жидкое и газообразное состояния веществ.

1. Металлическая связь – это связь между ионами металлов и относительно свободными электронами, движущимися по всему объему кристалла. Она характерна для металлов в твердом и жидком состояниях. Атомы металлов имеют небольшое число валентных электронов, но много свободных валентных орбиталей. Например, в атоме магния на два валентных электрона приходится девять валентных орбиталей (одна 3 s , три 3 p и пять 3 d ). Кроме этого атомы металлов обладают большими радиусами, поэтому валентные электроны слабо удерживаются в атоме и перемещаются по всему кристаллу.

В отличие от ковалентной связи металлическая связь не имеет направленности и не обладает насыщаемостью.

Особенности металлической связи определяют физические и механические свойства металлов: все металлы твердые вещества, кроме ртути (при н. у.), имеют металлический блеск и непрозрачность, хорошую тепло- и электропроводность, ковкость и пластичность.

Физические свойства металлов. В обычных условиях все металлы, за исключением ртути, являются твердыми веществами с металлической кристаллической решеткой, особенности которой определяют их общие физические и механические свойства.

Металлический блеск и непрозрачность металлов – результат отражения световых лучей. Электро- и теплопроводность обусловлены наличием в металлических решетках свободных электронов.

С повышением температуры электропроводность металлов уменьшается, а с понижением температуры – увеличивается. Около абсолютного нуля для многих металлов характерно явление сверхпроводимости.

Металлы обладают ковкостью и пластичностью. По определению М.В. Ломоносова, «металлоломом называется светлое тело, которое ковать можно». Металлы легко прокатываются в листы, вытягиваются в проволоку, поддаются ковке, штамповке, прессованию.

По отдельным физическим свойствам металлы подразделяют:

- по значению плотности – на легкие (плотность меньше 5г/см 3 ): Na , Ca , Mg , Al , Ti - и тяжелые (плотность больше 5г/см 3 ): Zn , Cr , Sn , Mn , Ni , Cu , Ag , Pb , Hg , Au , W , Os .

- по значению температуры плавления – на легкоплавкие (температура меньше 1000 градусов): Hg , Na , Sn , Pb , Zn , Mg , Al , Ca , Ag – и тугоплавкие температура более 1000): Au , Cu , Mn , Ni , Fe , Ti , Cr , Os , W .

Из металлов самые мягкие – щелочные) их можно резать ножом), самый твердый – хром (царапает стекло), самый тугоплавкий – вольфрам, самый тяжелый – осмий.

По отношению к магнитным полям металлы подразделяются на три группы:

а) ферромагнитные – способны намагничиваться под действием даже слабых магнитных полей ( Fe , Co , Ni );

б) парамагнитные – проявляют слабую способность к намагничиванию даже в сильных магнитных полях ( Al , Cr , Ti );

в) диамагнитные – не притягиваются к магниту ( Sn , Cu , Bi ).

В заключении рассмотрим влияние электронных конфигураций элементов на структуру и физические свойства простых веществ, образованных ими.

Тип кристаллической решетки

молекулярная

Простые вещества, образованные остальными элементами (кроме радона), имеют металлическую решетку.

В Периодической системе в начале периодов расположены химические элементы, атомы которых содержат на внешнем уровне небольшое количество электронов, а образованные ими простые вещества имеют металлическую решетку. Далее следуют элементы с большим числом электронов на внешнем уровне атома, образующие простые вещества с атомной решеткой. И завершают периоды элементы, атомы которых образуют простые вещества, имеющие молекулярную решетку.

2. Водородная связь. Образование водородной связи обусловлено спецификой водорода как элемента, атом которого состоит из протона и электрона. В соединениях водорода с атомами более электроотрицательных элементов на атоме водорода возникает частичный положительный заряд. Такой атом может взаимодействовать с неподеленными парами электронов атома электроотрицательного элемента соседней молекулы, в результате между молекулами возникает дополнительная межмолекулярная связь.

Водородная связь – это связь, которая образуется между положительно заряженным атомом водорода одной молекулы и отрицательно заряженным атомом сильно электроотрицательного элемента другой молекулы.

Чем больше электроотрицательность атома, с которым соединяется атом водорода, тем больше энергия водородной связи.

Водородная связь наиболее характерна для соединений фтора и кислорода, менее для соединений – азота. Образование водородной связи приводит к ассоциации (соединению) молекул.

Рассмотрим образование водородной связи между двумя молекулами воды. В молекуле воды связь О-Н сильно полярная. На атоме кислорода сосредоточен отрицательный заряд, а на атомах водорода – положительный. Это приводит к притяжению атома водорода одной молекулы воды к атому кислорода другой молекулы – возникает водородная связь.

В кристаллах льда, снега каждая молекула воды связана водородными связями с четырьмя соседними – за счет атомов водорода и двух неподеленных электронных пар атома кислорода. Следовательно, образование водородной связи обусловлено как электростатическим, так и донорно-акцепторным взаимодействием. В результате образуется ажурная (с большими пустотами) структура льда. Из-за этого плотность льда меньше, чем плотность воды.

Способностью к ассоциации обладают молекулы как неорганических, так и органических соединений (вода, аммиак, спирты и др.)

Водородная связь как и ковалентная, имеют направленность в пространстве и насыщаемость.

Длина водородной связи больше длины обычной ковалентной связи, энергия – в 10-20 раз меньше. В связи с этим водородные связи малоустойчивы и довольно легко разрываются (например, при таянии льда и кипении воды). Но на разрыв этих связей требуется дополнительная энергия, поэтому температуры плавления и кипения веществ, в которых молекулы ассоциированы, оказываются выше, чем у подобных веществ, но без водородных связей. Например, между молекулами фтороводорода и воды образуются водородные связи, а между молекулами хлороводорода и сероводорода – практически нет.

Водородная связь служит причиной некоторых важных особенностей воды – вещества, которое играет огромную роль в процессах, протекающих в живой и неживой природе. Она в значительной мере определяет свойства и таких биологически важных веществ, как белки и нуклеиновые кислоты, а поэтому имеет большое значение в химии жизненных процессов.

3. Газообразные, жидкие и твердые вещества.

Из курса физики и повседневной жизни вам известно, что в зависимости от условий окружающей среды, и в первую очередь от температуры и давления, вещества могут находиться в одном из трех основных агрегатных состояний: газообразном, жидком и твердом. Каждое агрегатное состояние отличается от другого расположением частиц друг относительно друга и характером их движения. При переходе вещества из одного состояния в другое состав его частиц не изменяется, изменяется лишь их взаимное расположение.

Газообразное состояние. В газообразном состоянии вещество не имеет собственной формы и объема. Оно занимает весь предоставленный ему объем и принимает форму сосуда. Газы обладают большой сжимаемостью и образуют однородные смеси. Эти свойства газов обусловлены тем, что расстояния между их молекулами в десятки раз превышают размер самих молекул. На таком расстоянии практически отсутствует межмолекулярное взаимодействие. Газообразное состояние характеризуется полной неупорядоченностью расположения молекул друг относительно друга. Молекулы в газах движутся хаотически. Если газы в смеси не реагируют между собой, то они сохраняют свою химическую индивидуальность, и поэтому многие физикохимические свойства таких систем могут быть выведены по правилу аддитивности: суммированием характеристик образующих их газов с учетом их мольных долей. Например, средняя молярная масса смеси газов X, Y , Z определяется так:

М(Х + Y + Z ) = х(Х) • М(Х) + _X ( Y ) • М( Y ) + *( Z ) • М( Z ),

где х(Х), x ( Y )> x ( Z ) — мольные доли газов X, Y , Z ;

М(Х), М( Y ), М( Z ) — молярные массы газов X, Y , Z .

Четвертое агрегатное состояние — плазма, которая представляет собой ионизированный газ.

Жидкое состояние

В отличие от газов, в жидкостях молекулы расположены ближе друг к другу и удерживаются силами межмолекулярного взаимодействия (рис. 226). Это подтверждает, например, тот факт, что один объем воды образуется в результате конденсации 1300 объемов пара. Расстояние между частицами в жидкостях невелико, поэтому жидкости обладают незначительной сжимаемостью, при данной температуре им присущ определенный объем. Чтобы заметно уменьшить их объем, требуется очень большое давление. В то же время силы межмолекулярного притяжения в жидкостях недостаточно велики, чтобы придать им определенную форму. Молекулы в жидкости свободно перемещаются друг относительно друга, поэтому жидкости обладают текучестью и приобретают форму содержащего их сосуда.

Следовательно, жидкости по структуре и свойствам занимают промежуточное положение между газообразными и твердыми веществами. С повышением температуры жидкости усиливается беспорядок во взаимном расположении частиц, что приближает их к газам. При понижении температуры упорядоченность внутренней структуры возрастает, что сближает их с твердыми веществами.

Твердое состояние

В твердом агрегатном состоянии среднее расстояние между образующими вещество частицами сопоставимо с их размерами, а энергия взаимодействия значительно превышает их среднюю кинетическую энергию. Частицы, образующие твердое вещество, не могут свободно перемещаться друг относительно друга, они лишь совершают колебательные движения около положения равновесия. Этим объясняются наличие у твердых веществ определенного объема и формы, их механическая прочность и незначительная сжимаемость. В зависимости от строения и физических свойств твердые вещества подразделяют на аморфные и кристаллические.

Вещества в аморфном состоянии характеризуются некоторой упорядоченностью частиц, расположенных только в непосредственной близости друг от друга (так называемый ближний порядок), поэтому они изотропны, т. е. их физические свойства не зависят от направления. Проведем опыт. Нанесем на поверхность стекла тонкий ело расплавленного воска и дадим ему застыть. Коснемся застывшего вещества раскаленной иглой. Вокруг иглы воск расплавится. При этом пятно расплавленного воска примет форму круга. Следовательно, теплопроводность стекла не зависит от направления.

Аморфные вещества не имеют определенной температур плавления. При нагревании они постепенно размягчаются, начинают растекаться и, наконец, становятся жидкими. При охлаж- дении они так же постепенно затвердевают.

Аморфные вещества по структуре представляют собой переохлажденные жидкости. Подобно жидкостям они проявляют c вой ства текучести, т. е. при длительном действии сравнительно не больших сил постепенно изменяют свою форму.

Примерами веществ в аморфном состоянии могут служить стекла, смолы, клеи, большинство полимеров и т. д.

Кристаллическое состояние

Большинство твердых веществ в окружающем нас мире являются кристаллическими. Для этого состояния характерно строго определенное расположение частиц во всем объеме кристалл (дальний порядок), поэтому в отличие от аморфных кристаллические вещества обладают анизотропией, т. е. их физические свойства (прочность, теплопроводность и т. д.) неодинако вы в различных направлениях. Так, если вышеописанный опыт проделать на гладкой поверхности гипса, то пятно расплавленного воска примет форму эллипса. Значит, теплопроводность гипса в одном направлении более высокая, чем в других.

Кристаллическое вещество в отличие от аморфного плавите; при строго определенной температуре, которую называют температурой плавления. Температура плавления — одно и важнейших физических свойств вещества, измеряя ее, можно определить чистоту данного вещества.

Лекция по Химии на тему: "Агрегатное состояние вещества. Водородная связь"

Цели урока: рассмотреть особенности молекулярного строения и свойства тел в различных агрегатных состояниях. ввести понятия «чистое вещество» и «смесь веществ», раскрыть значение смесей в природе и жизни человека, познакомить учащихся со способами разделения смесей.

Задачи урока: способствовать формированию знаний у учащихся о фазовых переходах, умения объяснять свойства вещества в различных агрегатных состояниях, на основе молекулярного строения вещества; развивать представление о материальности мира, содействовать развитию речи, мышления; воспитывать положительное отношение к предмету.

Ознакомиться с лекционным материалом по теме.

Выполните тестовое задание по теме.

1. Ковалентная связь между атомами образуется посредством:

1) общих электронных пар
2) электростатического притяжения ионов
3) «электронного газа»
4) электростатического притяжения молекул

2. Металлическая связь образуется между атомами:

1) кремния
2) цезия
3) фосфора
4) хлора

3. Формулы только ионных соединений находятся в ряду:

4. Ковалентная связь образуется между атомами, расположенными в периодической системе:

1) в 1 периоде, IA группе и во 2 периоде, VIA группе
2) в 3 периоде, IIА группе и во 2 периоде, VIA группе
3) в 4 периоде, IА группе и в 3 периоде, VIIA группе
4) в 3 периоде, IA группе и во 2 периоде, VIIA группе

5. Для молекулы Н ₂ S не верно, что:

1) между атомами существуют ковалентные полярные связи
2) атом серы образует две одинарные связи
3) электронная плотность смещена к атому серы
4) атом серы образует двойную связь

6. Ковалентная неполярная связь существует между атомами в молекулах каждого из двух веществ:

1) хлороводород и аммиак
2) кислород и хлор
3) оксид серы (VI) и сульфид натрия
4) бромид лития и оксид алюминия

7. Для молекулы CO ₂ верно, что:

1) между атомами существуют двойные связи
2) электронная плотность связи С — О смещена к углероду
3) углерод образует 4 одинарные связи
4) связь С — О ковалентная неполярная

8. Наименее полярной является ковалентная связь в молекуле:

9. В оксиде кальция имеются связи:

1) ковалентная полярная и ионная
2) ковалентная неполярная
3) только ионная
4) ковалентная полярная и неполярная

10. В соединении K ₂ SO ₄ имеются связи:

11. Молекулярная кристаллическая решетка характерна для:

1) хлорида калия
2) углекислого газа
3) натрия
4) нитрата натрия

12. Для веществ с ионной кристаллической решеткой характерны физические свойства:

1) высокая температура плавления
2) хрупкость
3) ковкость
4) летучесть
5) металлический блеск

13. И для алмаза, и для диоксида кремния характерны физические свойства:

1) пластичность
2) высокая твердость
3) неспособность проводить электрический ток
4) низкие температуры плавления
5) хорошая растворимость в воде

14. Установите соответствие между веществом и типом химической связи между атомами в нем:

А) сера
Б) бромоводород
В) бромид магния
Г) магний

Тип химической связи

1) металлическая
2) ковалентная полярная
3) ковалентная неполярная
4) ионная
5) водородная

15. Установите соответствие между веществом и его характеристиками:

А) кальций
Б) хлороводород
В) азот
Г) хлорид кальция

1) между атомами — ковалентная неполярная связь, молекулярная кристаллическая решетка, в обычных условиях — газ
2) между атомами — ионная связь, ионная кристаллическая решетка, твердое вещество
3) между атомами — металлическая связь, металлическая кристаллическая решетка, твердое вещество
4) между атомами — ковалентная полярная связь, молекулярная кристаллическая решетка, газ
5) между атомами — ковалентная полярная связь, молекулярная кристаллическая решетка, жидкость

Агрегатные состояния вещества. Водородная химическая связь.

Вода – самое распространенное и самое удивительное вещество на нашей планете. Она вездесуща. На земле нет ничего, что не содержало бы воды. Покрывающий ¾ нашей земли океан, в котором миллиарды лет назад зародилась жизнь, - это вода. Снежные шапки горных вершин, бескрайние ледяные пустыни Арктики и Антарктики – это тоже вода. Тучи и облака, туман и осадки - и это вода.

В атмосферном воздухе всегда содержится вода в газообразном состоянии.

Часто вместо термина «газ» применительно к воде в газообразном состоянии используют слово «пар». Пары воды прозрачны и бесцветны, их невозможно увидеть. А вот в бытовом понимании водяным паром называют мельчайшие капельки сконденсированной влаги, например туман, пар из носика кипящего чайника. Процесс перехода вещества из газообразного в жидкое агрегатное состояние – конденсация. Процесс перехода вещества из жидкого в газообразное агрегатное состояние – испарение.

В жидкостях частицы вещества расположены гораздо ближе друг к другу, и благодаря силам взаимного притяжения молекул жидкости обладают такой важной характеристикой, как собственный объем. Поступательное движение молекул, хотя и затруднено по сравнению с газами, все-таки сохраняется. Это обусловливает такое важнейшее свойство жидкостей, как текучесть.

Большинство жидких веществ при охлаждении переходит в твердое агрегатное состояние. Такой процесс называют кристаллизацией. Для воды этот процесс происходит при температуре 0 0 С. Процесс перехода вещества из твердого агрегатного состояния в жидкое – плавление.

Частицы твердого вещества находятся настолько близко друг к другу, что очень ограничены в движении. Они совершают колебания, главным образом относительно положения равновесия, а вот перемещаться для них – почти неразрешимая задача. Силы взаимного притяжения частиц в твердых веществах настолько велики, что последние, как правило, не обладают текучестью и имеют не только объем, но и форму.

Все низкомолекулярные вещества могут переходить из твердого состояния сразу в газообразное. Такой процесс называют сублимацией. Процесс, обратный сублимации, называют десублимацией.

Почему же вещества молекулярного строения, у которых ковалентные связи образуются между атомами только в пределах одной молекулы, бывают и твердыми, и жидкими? Что заставляет молекулы в таких веществах притягиваться друг к другу?

Одним из видов молекулярного взаимодействия называется водородной связью. Рассмотрим ее на примере воды. Химические связи между молекулами водорода и кислорода ковалентные полярные. Молекула воды имеет угловое строение. Помимо двух общих с водородом электронных пар у атома кислорода имеются две пары собственных электронов, которые называют неподеленными. Кислород как более электроотрицательный атом обладает частичным отрицательным зарядом. Атомы водорода несут частично положительный заряд. Вполне естественно, что между атомом водорода одной молекулы воды и неподеленной электронной парой атома кислорода другой молекулы возникает электростатическое напряжение:

В молекуле воды два атома водорода и две неподеленные электронные пары атома кислорода. Следовательно, каждая молекула способна к образованию не одной, а четырех водородных связей. Образуется своеобразный каркас, скрепляющий между собой множество молекул воды.

Водородная связь может возникать между атомами водорода одной молекулы и атомами неметаллов с высокой электроотрицательностью, имеющими неподеленные электронные пары, другой молекулы.

Химическая связь между атомом элемента с высокой электроотрицательностью, имеющим неподеленные электронные пары (атом фтора, кислорода, азота), одной молекулы и атомом водорода другой молекулы называют водородной.

Водородная связь

Рассмотрим температуры кипения и плавления водородных соединений халькогенов: кислорода, серы, селена и теллура.

Рис. 1

Если мысленно экстраполировать прямые температур кипения и плавления водородных соединений серы, селена и теллура, то мы увидим, что температура плавления воды должна примерно составлять -100 0 С, а кипения – примерно -80 0 С. Происходит это потому, что между молекулами воды существует взаимодействие – водородная связь, которая объединяет молекулы воды в ассоциацию. Для разрушения этих ассоциатов требуется дополнительная энергия.

Водородная связь образуется между сильно поляризованным, обладающим значительной долей положительного заряда атомом водорода и другим атомом с очень высокой электроотрицательностью: фтором, кислородом или азотом . Примеры веществ, способных образовывать водородную связь, приведены на рис. 2.

Рассмотрим образование водородных связей между молекулами воды. Водородная связь изображается тремя точками. Возникновение водородной связи обусловлено уникальной особенностью атома водорода. Т. к. атом водорода содержит только один электрон, то при оттягивании общей электронной пары другим атомом, оголяется ядро атома водорода, положительный заряд которого действует на электроотрицательные элементы в молекулах веществ.

Сравним свойства этилового спирта и диметилового эфира. Исходя из строения этих веществ, следует, что этиловый спирт может образовывать межмолекулярные водородные связи. Это обусловлено наличием гидроксогруппы. Диметиловый эфир межмолекулярных водородных связей образовывать не может.

Сопоставим их свойства в таблице 1.

Вещество

Растворимость в воде

В любых пропорциях

Т _кип., Т _пл, растворимость в воде выше у этилового спирта. Это общая закономерность для веществ, между молекулами которых образуется водородная связь. Эти вещества характеризуются более высокой Т _кип.,Т _пл, растворимостью в воде и более низкой летучестью.

Физические свойства соединений зависят также и от молекулярной массы вещества. Поэтому проводить сравнение физических свойств веществ с водородными связями, правомерно только для веществ с близкими молекулярными массами.

Энергия одной водородной связи примерно в 10 раз меньше энергии ковалентной связи. Если в органических молекулах сложного состава имеется несколько функциональных групп, способных к образованию водородной связи, то в них могут образовываться внутримолекулярные водородные связи (белки, ДНК, аминокислоты, ортонитрофенол и др.). За счет водородной связи образуется вторичная структура белков, двойная спираль ДНК.

Читайте также: