Металлическая и водородная связи единая природа химической связи

Обновлено: 28.04.2024

Тема урока: Основные виды химической связи. Ионная и ковалентная связь. Металлическая связь. Водородная связь.

Цель урока: сформировать понятие о химической связи и научить учащихся определять ее тип в различных соединениях по химической формуле вещества.

Образовательные:

сформировать представление учащихся о единой природе химической связи;

познакомить учащихся с различными типами химических связей;

научить школьников определять типы химических связей в различных соединениях.

Развивающие:

формировать умение определять тип химической связи в соединении;

развивать устную речь учащихся, умение применять знания в новой ситуации;

развитие творческого химического мышления.

Воспитательные:

развивать познавательный интерес учащихся;

способствовать росту инициативы и самостоятельности;

Планируемые результаты:

1. Познавательные УУД:

- давать определение понятиям, обобщать понятия, осуществлять

сравнение и классификацию, строить логические рассуждения, устанавливать

причинно-следственные связи, создавать обобщения, делать выводы,

понимать, обобщать информацию, представленную в рисунках , схемах и

2. Регулятивные УУД:

- планировать учебную деятельность в соответствии с учебным

заданием, осуществлять само- и взаимоконтроль и коррекцию своей

деятельности в процессе достижения результата;

3. Коммуникативные УУД:

-организовывать учебное сотрудничество и совместную деятельность с

учителем и с одноклассниками, устанавливать рабочие отношения в группе,

планировать общие способы работы, строить понятные для собеседника

речевые высказывания, уметь слушать собеседника, адекватно и осознанно

использовать устную и письменную речь, формировать опыт взаимодействия

в условиях групповой работы.

формирование культуры общения, чувства уважения друг к другу.

Техническое обеспечение урока: компьютер, проектор, интерактивная доска, презентация к уроку, листы для учащихся.

I. Организационный момент

Учитель сообщает учащимся результаты контрольной работы; делает анализ выполнения заданий, разбирает типичные ошибки; можно предложить учащимся сделать работу над ошибками.

II . Актуализация знаний.

Учащиеся выполняют самостоятельную работу по индивидуальным карточкам, где необходимо дать характеристику химического элемента по его положению в периодической системе согласно плану:

1)Положение элемента в ПС (номер элемента, период, группа, подгруппа).

2)Схема строения атома. Электронная конфигурация валентного слоя.

3)Валентные возможности элемента

4)Возможные и характерные степени окисления элемента

5)Высший оксид элемента (его формула и характер).

6)Высший гидроксид элемента (его формула и характер).

7)Водородное соединение (его формула).

8)Летучее водородное соединение

III .Мотивация.

Изучение химических свойств в логической связи со строением вещества

Если не знаешь причинности и связей, невозможно сравнивать и сопоставлять. (Сосан)

I V . Изучение нового материала

Вопрос . Какие виды химической связи известны? А какие типы кристаллических решеток?

Ответ . Известны ковалентная связь, ионная связь, металлическая связь, водородная связь. Типы кристаллических решеток — ионная, атомная, молекулярная.

Главными задачами урока являются выяснение причин возникновения различных видов химической связи и изучение механизмов образования связи.

Вопрос . Что такое химическая связь?

Химическая связь – это такое взаимодействие атомов, которое связывает их в молекулы, ионы, радикалы, кристаллы.

1. Ковалентная химическая связь – это связь, возникающая между атомами за счёт общих электронных пар.

- Что вы знаете о ковалентной химической связи?

Стремление к устойчивой электронной конфигурации за счёт образования общих электронных пар.

1) Обменный механизм

2) Донорно-акцепторный механизм

Азот – донор (имеет электронную пару), водород – акцептор (имеет свободную орбиталь)

По числу общих электронных пар (по кратности).

По степени смещения.

- Что такое электроотрицательность?

Электроотрицательность – это способность атомов химических элементов оттягивать на себя общие электронные пары, находящиеся в совместном владении

Неполярная – ковалентная химическая связь, образующаяся между атомами с одинаковой электроотрицательностью.

Полярная – ковалентная химическая связь, образующаяся между атомами с разной электроотрицательностью.

Молекула углекислого газа неполярная, так как имеет линейное строение

Кристаллическая решётка веществ с ковалентной химической связью: атомная и молекулярная. Атомная – очень прочная (графит, алмаз), молекулярная – газы, легколетучие жидкости, твёрдые легкоплавкие вещества (хлор, вода, йод, углекислый газ – «сухой лёд»). Молекулярная кристаллическая решётка непрочная, так как внутримолекулярные связи прочные, межмолекулярное взаимодействие слабое.

- Что вы знаете об ионной связи, ионной кристаллической решётке?

2. Ионная химическая связь – это химическая связь, образовавшаяся за счёт электростатического притяжения катионов к анионам.

Наиболее устойчивая электронная конфигурация атомов 8 электронов - 2 s 2 2 p 6 и 2 электрона - 1 s 2 .

Me 0 - nẽ ↔ Me n + (катионы)

не Me 0 + nẽ ↔ не Me n - (анионы)

Образуется ионная кристаллическая решётка

Растворы и расплавы ионных соединений – электролиты.

- Что такое электролиты?

- Определение электролитической диссоциации?

- Три случая образования электролитов?

Ионная связь – крайний случай ковалентной полярой связи, но в оличие от неё связь ненаправленная.

3. Металлическая связь – связь в металлах и сплавах, которую выполняют относительно свободные электроны между ионами металлов в металлической кристаллической решётке.

Характеристика – ненаправленная, ненасыщенная, небольшое количество валентных электронов, большое количество свободных орбиталей.

Физические свойства – твёрдость, тепло- и электропроводность, ковкость, пластичность, металлический блеск.

Металлическая кристаллическая решётка – в узлах ионы или атомы металлов, между которыми свободно перемещаются электроны.

4. Водородная химическая связь – это химическая связь между положительно поляризованными атомами водорода одной молекулы (или её части) и отрицательно поляризованными атомами сильноэлектроотрицательных элементов, имеющих неподелённые электронные пары ( F , O , N , реже Cl и S ) другой молекулы или другой её части.

Характер связи: частично электростатический, частично донорно-акцепторный.

В молекулах ДНК цепи нуклеотидов связаны водородными связями в двойные спирали - принцип комплементарности (Ц-Г, А-Т).

Вещества с водородными связями имеют молекулярные кристаллические решётки.

Ионная химическая связь – крайний случай ковалентной полярной химической связи. Металлическая связь совмещает в себе ковалентное взаимодействие атомов и электростатическое притяжение между ионами металлов и их электронами.

LiF – 80% ионной связи и 20% ковалентной полярной.

Основания: между кислородом и водородом в гидроксогруппе о ковалентная полярная связь, между металлом и гидроксогруппой – ионная.

Соли: в кислотном остатке – ковалентная полярная, между металлом и кислотным остатком – ионная.

V. Закрепление изученного материала.

1.Из предложенного перечня выберите два вещества, в которых присутствуют только ковалентные полярные связи.

1) К NO 3

Запишите в поле ответа номера выбранных соединений.

Ковалентная неполярная связь образуется в молекулах между атомами одного элемента-неметалла. Ковалентная полярная связь образуется в молекулах между атомами разных неметаллов, ионная — между атомами металлов и неметаллов. Поэтому только ковалентные полярные связи присутствуют в и .

2. Из предложенного перечня выберите две пары веществ, для каждой из которых характерна ковалентная полярная связь.

1) углекислый газ и сероводород

2) азот и аммиак

3) вода и хлороводород

4) хлороводород и хлорид натрия

5) оксид лития и гидроксид лития

Запишите в поле ответа номера выбранных пар веществ.

Молекулы сероводорода, воды, хлороводорода и углекислого газа это сложные вещества, образованные атомами неметаллов, поэтому ковалентная полярная связь характерна для каждого из этих двух веществ.

3. Из предложенного перечня выберите два вещества, в которых кислород образует ионные связи.

2) оксид кальция

3) углекислый газ

Оксид кальция и оксид меди это ионные соединения, потому что ионная связь образуется между атомами металлов и неметаллов.

4. Из предложенного перечня выберите два вещества, для которых характерна водородная связь.

Межмолекулярная водородная связь образуется между атомом водорода, ковалентно связанным с атомом с высокой электроотрицательностью ( , и ), одной молекулы и атомом эле-мента с высокой электроотрицательностью ( , , ) другой молекулы. Например, между атомом водорода одной молекулы фтороводорода и атомом фтора другой молекулы фтороводорода образуется водородная связь.

Среди предложенных веществ кислород в составе группы −ОН присутствует только в молекулах спиртов и фенолов, поэтому среди предложенных веществ водородная связь возможна между молекулами спиртов и фенолов. Остальные вещества относятся к углеводородам и не способны к образованию водородных связей.

5.Из предложенного перечня выберите две пары веществ, в которых расположены только соединения с ковалентной неполярной связью.

2) водород и хлор

1. Определить вид химической связи в соединениях. Обосновать ответ:

2. В каком из указанных соединений наиболее полярная связь? Расположить соединения в порядке возрастания полярности:

Ответы на вопросы закрепления

1. Ионная связь: КВr; ВаСl₂. Элементы, образующие соединения, резко отличаются в ЭО. Ковалентная полярная связь.

SO₂; C₂H₆ — элементы, образующие соединения, отличаются в ЭО не резко. Ковалентная неполярная связь.

F₂; I₂ — элементы, образующие соединения, одинаковы по ЭО.

2. Наиболее полярная связь в соединении Н₂O.

ЭО_н = 2,1; Э0_O = 3,5, разность в ЭО 3,5 - 2,1 = 1,4.

VI. Домашнее задание

VII. Рефлексия.

И в завершении занятия попробуйте проанализировать свою работу по желанию, начиная словами:

Вы сегодня молодцы. Все смогли подняться еще на ступеньку выше в своих знаниях химии. Раскололи скорлупу ореха. Я благодарю вас за работу. До свидания.

Презентация по химии на тему: Единая природа химической связи

Цель:
дать представление о причинах единства всех типов химической связи
Задачи.
Образовательная: углубить и расширить знания о причинах возникновения разных видов химической связи и механизмах их образования;
дать более полное представление о всех типах кристаллических решеток ;
Развивающая: научить характеризовать химические связи по определенному плану;
научить соотносить зависимость физических и химических свойств веществ от вида химической связи и типа кристаллической решетки.
Воспитательная: развивать представления о взаимосвязи, взаимозависимости явлений окружающего мира.
Медиасоставляющая: используя различные справочники, дополнительную литературу, интернет ресурсы, материалы CD дисков, презентацию – сформировать целостное представление о химической связи.
Войнова Т.А. МБОУ КСОШ №2 г.Рубцовск Алтайский край

Что такое химическая связь?

Какова природа химической связи?

Войнова Т.А. МБОУ КСОШ №2 г.Рубцовск Алтайский край

Любая химическая связь образуется только тогда, когда сближение частиц приводит к понижению полной энергии системы.

Определяющим является:
энергия взаимодействия – Е
межъядерное расстояние – r
Войнова Т.А. МБОУ КСОШ №2 г.Рубцовск Алтайский край

Причина образования химической связи – стремление системы к минимизации энергии. Энергия образующейся системы – химическое связи – меньше энергии, которой обладают изолированные частицы. Идет выигрыш в энергии.
Войнова Т.А. МБОУ КСОШ №2 г.Рубцовск Алтайский край

Войнова Т.А. МОУ "Лицей "Эрудит" г.Рубцовск Алтайский край

Важнейшим фактором характеристики атома является его электроотрицательность
Войнова Т.А. МБОУ КСОШ №2 г.Рубцовск Алтайский край

Определение типа связи(по ЭО):
Равная ЭО – ковалентная неполярная;

Разность ЭО > 1,7 – ионная связь;
Войнова Т.А. МБОУ КСОШ №2 г.Рубцовск Алтайский край

Кристаллические решётки веществ – это упорядоченное расположение частиц(атомов, молекул, ионов) в строго определённых точках пространства. Точки размещения частиц называют узлами кристаллической решётки.

В зависимости от типа частиц, расположенных в узлах кристаллической решётки, и характера связи между ними различают 4 типа кристаллических решёток: ионные, атомные, молекулярные, металлические. Рассмотрим каждую из решёток в отдельности и поподробней.

Ионные
Ионными называют кристаллические решетки, в узлах которых находятся ионы. Их образуют вещества с ионной связью. Ионные кристаллические решётки имеют соли, некоторые оксиды и гидроксиды металлов.
Рассмотрим строение кристалла поваренной соли, в узлах которого находятся ионы хлора и натрия.
Связи между ионами в кристалле очень прочные и устойчивые. Поэтому вещества с ионной решёткой обладают высокой твёрдостью и прочностью, тугоплавки и нелетучи.
Войнова Т.А. МБОУ КСОШ №2 г.Рубцовск Алтайский край

Атомные
Атомными называют кристаллические решётки, в узлах которых находятся отдельные атомы, которые соединены очень прочными ковалентными связями. Ниже показана кристаллическая решётка алмаза.

В природе встречается немного веществ с атомной кристаллической решёткой. К ним относятся бор, кремний, германий, кварц, алмаз. Вещества с АКР имеют высокие температуры плавления, обладают повышенной твёрдостью. Алмаз-самый твёрдый природный материал.
Войнова Т.А. МБОУ КСОШ №2 г.Рубцовск Алтайский край

Молекулярные
Молекулярными называют кристаллические решётки, в узлах которых располагаются молекулы. Химические связи в них ковалентные, как полярные, так и неполярные. Связи в молекулах прочные, но между молекулами связи не прочные. Ниже представлена кристаллическая решётка I2
Вещества с МКР имеют малую твёрдость, плавятся при низкой температуре, летучие, при обычных условиях находятся в газообразном или жидком состоянии
Войнова Т.А. МОУ "Лицей "Эрудит" г.Рубцовск Алтайский край

Металлические
Металлическими называют решётки, в узлах которых находятся атомы и ионы металла.
Для металлов характерны физические свойства: пластичность, ковкость, металлический блеск, высокая электро- и теплопроводность
Войнова Т.А. МБОУ КСОШ №2 г.Рубцовск Алтайский край

Какова природа возникновения химической связи?
Электронно-ядерное взаимодействие атомов, сопровождающееся выделением энергии
Часто встречаются соединения в которых несколько видов связи

В зависимости от условий,возможен переход от одного вида связи в другой:
При электролитической диссоциации, соединения с ковалентной полярной связью, под влиянием сильно полярных молекул воды, становятся соединениями с ионной связью.
При испарении металлов, металлическая связь превращается в ковалентную.
В органической химии, ковалентная неполярная связь Br2, при его взаимодействии с непредельными углеводородами становится ионной
План характеристики химической связи:
Вид химической связи(учитывая ЭО элементов)
Механизм их образования
Какие возникают связи δ, π, кратность связи
Соответствующий тип кристаллической решетки, физические свойства данного вещества
Войнова Т.А. МБОУ КСОШ №2 г.Рубцовск Алтайский край

Тест
Войнова Т.А. МБОУ КСОШ №2 г.Рубцовск Алтайский край

б
а
а
б
Войнова Т.А. МБОУ КСОШ №2 г.Рубцовск Алтайский край

Рефлексия: что? какой? зачем?
Домашнее задание:
- повторить § 6;
- выполнить упр. 3,4,6
гл.3 Кузьменко. Вопросы 84-112

Учебно-методический комплект
Габриелян О.С., Лысова Г.Г., . Общая химия.11класс., -М.: Дрофа, 2006.
Габриелян О.С., Лысова Г.Г., Химия. 11 класс. Методическое пособие в 2х частях., - М.: Дрофа, 2003.
Горковенко М.Ю. Поурочные разработки по химии 11 класс., - М.: Вако. 2005.
Лидин Р.А. и др. Химия для школьников старших классов и поступающих в вузы. - М.: Дрофа, 2004.
Троегубова Н.П. Поурочные разработки по химии. – М.:Дрофа, 2009.

Рабочие листы и материалы для учителей и воспитателей

Более 3 000 дидактических материалов для школьного и домашнего обучения

Химические связи

Химическая связь - связь между атомами в молекуле или молекулярном соединении, возникающая в результате переноса электронов с одного атома на другой, либо обобществления электронов для обоих атомов.

Различают несколько типов химических связей: ковалентная, ионная, металлическая, водородная.

Ковалентная связь ( лат. со - совместно + valens - имеющий силу)

Ковалентная связь возникает между двумя атомами по обменному механизму (обобществление пары электронов) или донорно-акцепторному механизму (электронов донора и свободной орбитали акцептора).

Ковалентной связью соединены атомы в молекулах простых веществ (Cl₂, Br₂, O₂), органических веществ (C₂H₂), а также, в общем случае, между атомами неметалла и другого неметалла (NH₃, H₂O, HBr).

Если атомы, образующие ковалентную связь, имеют одинаковые значения электроотрицательности, то связь между ними называется ковалентной неполярной связью. В таких молекулах нет "полюса" - электронная плотность распределяется равномерно. Примеры: Cl₂, O₂, H₂, N₂, I₂.

Если атомы, образующие ковалентную связь, имеют разные значения электроотрицательности, то связь между ними называется ковалентной полярной. В таких молекулах имеется "полюс" - электронная плотность смещена к более электроотрицательному элементу. Примеры: HCl, HBr, HI, NH₃, H₂O.

Ковалентная связь может быть образована по обменному механизму - обобществлению электронной пары. В таком случае каждый атом "одинаково" вкладывается создание связи. Например, два атома азота, образующие молекулу N₂, отдают по 3 электрона с внешнего уровня для создания связи.

Существует донорно-акцепторный механизм образования ковалентной связи, при котором один атом выступает в качестве донора неподеленной электронной пары. Другой атом не тратит свои электроны, а только лишь предоставляет орбиталь (ячейку) для этой электронной пары.

NH₄ + - в ионе аммония
NH₄ + Cl, NH₄ + Br - внутри иона аммония во всех его солях
NO₃ - - в нитрат ионе
KNO₃, LiNO₃ - внутри нитрат иона во всех нитратах
O₃ - озон
H₃O + - ион гидроксония
CO - угарный газ
K[Al(OH)₄], Na₂[Zn(OH)₄] - во всех комплексных солях есть хотя бы одна ковалентная связь, возникшая по донорно-акцепторному механизму

Ионная связь

Ионная связь - один из видов химической связи, в основе которого лежит электростатическое взаимодействие между противоположно заряженными ионами.

В наиболее частом случае ионная связь образуется между типичным металлом и типичным неметаллом. Примеры:

Большой подсказкой служит таблица растворимости, ведь все соли имеют ионные связи: CaSO₄, Na₃PO₄. Даже ион аммония не исключение, между катионом аммония и различными анионами образуются ионные связи, например в соединениях: NH₄I, NH₄NO₃, (NH₄)₂SO₄.

Часто в химии встречаются несколько связей внутри одной молекулы. Рассмотрим, например, фосфат аммония, обозначив тип каждой связи внутри этой молекулы.

Металлическая связь

Металлическая связь - вид химической связи удерживающая вместе атомы металла. Этот тип связи выделен отдельно, так как его отличием является наличие высокой концентрации в металлах электронов проводимости - "электронного газа". По природе металлическая связь близка к ковалентной.

"Облако" электронов в металлах способно приходить в движение под различным воздействием. Именно оно является причиной электропроводности металлов.

Водородная связь

Водородная связь - вид химической связи, образующийся между некоторыми молекулами, содержащими водород. Одна из наиболее частых ошибок считать, что в самом газе, водороде, имеются водородные связи - это вовсе не так.

Водородные связи возникают между атомом водорода и другим более электроотрицательным атомом (O, S, N, C).

H₂O
NH₃
HF
Органических спиртов: С₂H₅OH, C₃H₇OH
Органических кислот: CH₃COOH, C₂H₅COOH

Отчасти за счет водородных связей наблюдается то самое исключение, связанное с усилением кислотных свойств в ряду галогеноводородных кислот: HF → HCl → HBr → HI. Фтор является самым ЭО-ым элементов, сильно притягивает к себе атом водорода другой молекулы, что снижает способность кислоты отщеплять водород и снижает ее силу.

Данная статья написана Беллевичем Юрием Сергеевичем и является его интеллектуальной собственностью. Копирование, распространение (в том числе путем копирования на другие сайты и ресурсы в Интернете) или любое иное использование информации и объектов без предварительного согласия правообладателя преследуется по закону. Для получения материалов статьи и разрешения их использования, обратитесь, пожалуйста, к Беллевичу Юрию.

Химическая связь. Типы химической связи

Темы кодификатора ЕГЭ: Ковалентная химическая связь, ее разновидности и механизмы образования. Характеристики ковалентной связи (полярность и энергия связи). Ионная связь. Металлическая связь. Водородная связь

Сначала рассмотрим связи, которые возникают между частицами внутри молекул. Такие связи называют внутримолекулярными.

Химическая связь между атомами химических элементов имеет электростатическую природу и образуется за счет взаимодействия внешних (валентных) электронов, в большей или меньшей степени удерживаемых положительно заряженными ядрами связываемых атомов.

Ключевое понятие здесь – ЭЛЕКТРООТРИЦАТЕЛЬНОСТЬ . Именно она определяет тип химической связи между атомами и свойства этой связи.

Электроотрицательность χ – это способность атома притягивать (удерживать) внешние (валентные) электроны. Электроотрицательность определяется степенью притяжения внешних электронов к ядру и зависит, преимущественно, от радиуса атома и заряда ядра.

Электроотрицательность сложно определить однозначно. Л.Полинг составил таблицу относительных электроотрицательностей (на основе энергий связей двухатомных молекул). Наиболее электроотрицательный элемент – фтор со значением 4 .

Важно отметить, что в различных источниках можно встретить разные шкалы и таблицы значений электроотрицательности. Этого не стоит пугаться, поскольку при образовании химической связи играет роль разность электроотрицательностей атомов, а она примерно одинакова в любой системе.

Если один из атомов в химической связи А:В сильнее притягивает электроны, то электронная пара смещается к нему. Чем больше разность электроотрицательностей атомов, тем сильнее смещается электронная пара.

Если значения электроотрицательностей взаимодействующих атомов равны или примерно равны: ЭО(А)≈ЭО(В) , то общая электронная пара не смещается ни к одному из атомов: А : В . Такая связь называется ковалентной неполярной.

Если электроотрицательности взаимодействующих атомов отличаются, но не сильно (разница электроотрицательностей примерно от 0,4 до 2: 0,4 ), то электронная пара смещается к одному из атомов. Такая связь называется ковалентная полярная .

Если электроотрицательности взаимодействующих атомов отличаются существенно (разница электроотрицательностей больше 2: ΔЭО>2 ), то один из электронов практически полностью переходит к другому атому, с образованием ионов . Такая связь называется ионная .

Основные типы химических связей — ковалентная, ионная и металлическая связи. Рассмотрим их подробнее.

Ковалентная химическая связь

Ковалентная связь – это химическая связь , образованная за счет образования общей электронной пары А:В . При этом у двух атомов перекрываются атомные орбитали. Ковалентная связь образуется при взаимодействии атомов с небольшой разницей электроотрицательностей (как правило, между двумя неметаллами) или атомов одного элемента.

Основные свойства ковалентных связей

Эти свойства связи влияют на химические и физические свойства веществ.

Направленность связи характеризует химическое строение и форму веществ. Углы между двумя связями называются валентными. Например, в молекуле воды валентный угол H-O-H равен 104,45 о , поэтому молекула воды — полярная, а в молекуле метана валентный угол Н-С-Н 109 о 28′.

Насыщаемость — это способность атомов образовывать ограниченное число ковалентных химических связей. Количество связей, которые способен образовывать атом, называется валентностью.

Полярность связи возникает из-за неравномерного распределения электронной плотности между двумя атомами с различной электроотрицательностью. Ковалентные связи делят на полярные и неполярные.

Поляризуемость связи — это способность электронов связи смещаться под действием внешнего электрического поля (в частности, электрического поля другой частицы). Поляризуемость зависит от подвижности электронов. Чем дальше электрон находится от ядра, тем он более подвижен, соответственно и молекула более поляризуема.

Ковалентная неполярная химическая связь

Существует 2 вида ковалентного связывания – ПОЛЯРНЫЙ и НЕПОЛЯРНЫЙ .

Пример . Рассмотрим строение молекулы водорода H₂. Каждый атом водорода на внешнем энергетическом уровне несет 1 неспаренный электрон. Для отображения атома используем структуру Льюиса – это схема строения внешнего энергетического уровня атома, когда электроны обозначаются точками. Модели точечных структур Льюиса неплохо помогают при работе с элементами второго периода.

H . + . H = H:H

Таким образом, в молекуле водорода одна общая электронная пара и одна химическая связь H–H. Эта электронная пара не смещается ни к одному из атомов водорода, т.к. электроотрицательность у атомов водорода одинаковая. Такая связь называется ковалентной неполярной .

Ковалентная неполярная (симметричная) связь – это ковалентная связь, образованная атомами с равной элетроотрицательностью (как правило, одинаковыми неметаллами) и, следовательно, с равномерным распределением электронной плотности между ядрами атомов.

Дипольный момент неполярных связей равен 0.

Ковалентная полярная химическая связь

Ковалентная полярная связь – это ковалентная связь, которая возникает между атомами с разной электроотрицательностью (как правило, разными неметаллами) и характеризуется смещением общей электронной пары к более электроотрицательному атому (поляризацией).

Электронная плотность смещена к более электроотрицательному атому – следовательно, на нем возникает частичный отрицательный заряд (δ-), а на менее электроотрицательном атоме возникает частичный положительный заряд (δ+, дельта +).

Чем больше различие в электроотрицательностях атомов, тем выше полярность связи и тем больше дипольный момент . Между соседними молекулами и противоположными по знаку зарядами действуют дополнительные силы притяжения, что увеличивает прочность связи.

Полярность связи влияет на физические и химические свойства соединений. От полярности связи зависят механизмы реакций и даже реакционная способность соседних связей. Полярность связи зачастую определяет полярность молекулы и, таким образом, непосредственно влияет на такие физические свойства как температуре кипения и температура плавления, растворимость в полярных растворителях.

Механизмы образования ковалентной связи

Ковалентная химическая связь может возникать по 2 механизмам:

1. Обменный механизм образования ковалентной химической связи – это когда каждая частица предоставляет для образования общей электронной пары один неспаренный электрон:

А . + . В= А:В

2. Донорно-акцепторный механизм образования ковалентной связи – это такой механизм, при котором одна из частиц предоставляет неподеленную электронную пару, а другая частица предоставляет вакантную орбиталь для этой электронной пары:

А: + B= А:В

При этом один из атомов предоставляет неподеленную электронную пару ( донор ), а другой атом предоставляет вакантную орбиталь для этой пары ( акцептор ). В результате образования связи оба энергия электронов уменьшается, т.е. это выгодно для атомов.

Ковалентная связь, образованная по донорно-акцепторному механизму, не отличается по свойствам от других ковалентных связей, образованных по обменному механизму. Образование ковалентной связи по донорно-акцепторному механизму характерно для атомов либо с большим числом электронов на внешнем энергетическом уровне (доноры электронов), либо наоборот, с очень малым числом электронов (акцепторы электронов). Более подробно валентные возможности атомов рассмотрены в соответствующей статье.

Ковалентная связь по донорно-акцепторному механизму образуется:

– в молекуле угарного газа CO (связь в молекуле – тройная, 2 связи образованы по обменному механизму, одна – по донорно-акцепторному): C≡O;

– в ионе аммония NH₄ + , в ионах органических аминов, например, в ионе метиламмония CH₃-NH₂ + ;

– в комплексных соединениях, химическая связь между центральным атомом и группами лигандов, например, в тетрагидроксоалюминате натрия Na[Al(OH)₄] связь между алюминием и гидроксид-ионами;

– в азотной кислоте и ее солях — нитратах: HNO₃, NaNO₃, в некоторых других соединениях азота;

– в молекуле озона O₃.

Основные характеристики ковалентной связи

Ковалентная связь, как правило, образуется между атомами неметаллов. Основными характеристиками ковалентной связи являются длина, энергия, кратность и направленность.

Кратность химической связи

Кратность химической связи — это число общих электронных пар между двумя атомами в соединении. Кратность связи достаточно легко можно определить из значения валентности атомов, образующих молекулу.

Например , в молекуле водорода H₂ кратность связи равна 1, т.к. у каждого водорода только 1 неспаренный электрон на внешнем энергетическом уровне, следовательно, образуется одна общая электронная пара.

В молекуле кислорода O₂ кратность связи равна 2, т.к. у каждого атома на внешнем энергетическом уровне есть по 2 неспаренных электрона: O=O.

В молекуле азота N₂ кратность связи равна 3, т.к. между у каждого атома по 3 неспаренных электрона на внешнем энергетическом уровне, и атомы образуют 3 общие электронные пары N≡N.

Длина ковалентной связи

Длина химической связи – это расстояние между центрами ядер атомов, образующих связь. Ее определяют экспериментальными физическими методами. Оценить величину длины связи можно примерно, по правилу аддитивности, согласно которому длина связи в молекуле АВ приблизительно равна полусумме длин связей в молекулах А₂ и В₂:

Длину химической связи можно примерно оценить по радиусам атомов, образующих связь, или по кратности связи, если радиусы атомов не сильно отличаются.

При увеличении радиусов атомов, образующих связь, длина связи увеличится.

Например . В ряду: C–C, C=C, C≡C длина связи уменьшается.

Длина связи, нм

При увеличении кратности связи между атомами (атомные радиусы которых не отличаются, либо отличаются незначительно) длина связи уменьшится.

Энергия связи

Мерой прочности химической связи является энергия связи. Энергия связи определяется энергией, необходимой для разрыва связи и удаления атомов, образующих эту связь, на бесконечно большое расстояние друг от друга.

Ковалентная связь является очень прочной. Ее энергия составляет от нескольких десятков до нескольких сотен кДж/моль. Чем больше энергия связи, тем больше прочность связи, и наоборот.

Прочность химической связи зависит от длины связи, полярности связи и кратности связи. Чем длиннее химическая связь, тем легче ее разорвать, и тем меньше энергия связи, тем ниже ее прочность. Чем короче химическая связь, тем она прочнее, и тем больше энергия связи.

Например , в ряду соединений HF, HCl, HBr слева направо прочность химической связи уменьшается, т.к. увеличивается длина связи.

Ионная химическая связь

Ионная связь — это химическая связь, основанная на электростатическом притяжении ионов.

Ионы образуются в процессе принятия или отдачи электронов атомами. Например, атомы всех металлов слабо удерживают электроны внешнего энергетического уровня. Поэтому для атомов металлов характерны восстановительные свойства — способность отдавать электроны.

Пример. Атом натрия содержит на 3 энергетическом уровне 1 электрон. Легко отдавая его, атом натрия образует гораздо более устойчивый ион Na + , с электронной конфигурацией благородного газа неона Ne. В ионе натрия содержится 11 протонов и только 10 электронов, поэтому суммарный заряд иона -10+11 = +1:

+11 Na ) ₂ ) ₈ ) ₁ — 1e = +11 Na + ) ₂ ) ₈

Пример. Атом хлора на внешнем энергетическом уровне содержит 7 электронов. Чтобы приобрести конфигурацию стабильного инертного атома аргона Ar, хлору необходимо присоединить 1 электрон. После присоединения электрона образуется стабильный ион хлора, состоящий из электронов. Суммарный заряд иона равен -1:

+17 Cl ) ₂ ) ₈ ) ₇ + 1e = +17 Cl — ) ₂ ) ₈ ) ₈

Обратите внимание:

Свойства ионов отличаются от свойств атомов!
Устойчивые ионы могут образовывать не только атомы, но и группы атомов. Например: ион аммония NH₄ + , сульфат-ион SO₄ 2- и др. Химические связи, образованные такими ионами, также считаются ионными;
Ионную связь, как правило, образуют между собой металлы и неметаллы (группы неметаллов);

Образовавшиеся ионы притягиваются за счет электрического притяжения: Na + Cl — , Na₂ + SO₄ 2- .

Наглядно обобщим различие между ковалентными и ионным типами связи:

Металлическая химическая связь

Металлическая связь — это связь, которую образуют относительно свободные электроны между ионами металлов, образующих кристаллическую решетку.

У атомов металлов на внешнем энергетическом уровне обычно расположены от одного до трех электронов. Радиусы у атомов металлов, как правило, большие — следовательно, атомы металлов, в отличие от неметаллов, достаточно легко отдают наружные электроны, т.е. являются сильными восстановителями.

Отдавая электроны, атомы металлов превращаются в положительно заряженные ионы . Оторвавшиеся электроны относительно свободно перемещаются между положительно заряженными ионами металлов. Между этими частицами возникает связь, т.к. общие электроны удерживают катионы металлов, расположенные слоями, вместе , создавая таким образом достаточно прочную металлическую кристаллическую решетку . При этом электроны непрерывно хаотично двигаются, т.е. постоянно возникают новые нейтральные атомы и новые катионы.

Межмолекулярные взаимодействия

Отдельно стоит рассмотреть взаимодействия, возникающие между отдельными молекулами в веществе — межмолекулярные взаимодействия . Межмолекулярные взаимодействия — это такой вид взаимодействия между нейтральными атомами, при котором не появляются новые ковалентные связи. Силы взаимодействия между молекулами обнаружены Ван-дер Ваальсом в 1869 году, и названы в честь него Ван-дар-Ваальсовыми силами. Силы Ван-дер-Ваальса делятся на ориентационные , индукционные и дисперсионные . Энергия межмолекулярных взаимодействий намного меньше энергии химической связи.

Ориентационные силы притяжения возникают между полярными молекулами (диполь-диполь взаимодействие). Эти силы возникают между полярными молекулами. Индукционные взаимодействия — это взаимодействие между полярной молекулой и неполярной. Неполярная молекула поляризуется из-за действия полярной, что и порождает дополнительное электростатическое притяжение.

Особый вид межмолекулярного взаимодействия — водородные связи. Водородные связи — это межмолекулярные (или внутримолекулярные) химические связи, возникающие между молекулами, в которых есть сильно полярные ковалентные связи — H-F, H-O или H-N . Если в молекуле есть такие связи, то между молекулами будут возникать дополнительные силы притяжения.

Механизм образования водородной связи частично электростатический, а частично — донорно–акцепторный. При этом донором электронной пары выступают атом сильно электроотрицательного элемента (F, O, N), а акцептором — атомы водорода, соединенные с этими атомами. Для водородной связи характерны направленность в пространстве и насыщаемость .

Водородную связь можно обозначать точками: Н ··· O. Чем больше электроотрицательность атома, соединенного с водородом, и чем меньше его размеры, тем крепче водородная связь. Она характерна прежде всего для соединений фтора с водородом , а также к ислорода с водородом , в меньшей степени азота с водородом .

Водородные связи возникают между следующими веществами:

— фтороводород HF (газ, раствор фтороводорода в воде — плавиковая кислота), вода H₂O (пар, лед, жидкая вода):

— раствор аммиака и органических аминов — между молекулами аммиака и воды;

— органические соединения, в которых связи O-H или N-H: спирты, карбоновые кислоты, амины, аминокислоты, фенолы, анилин и его производные, белки, растворы углеводов — моносахаридов и дисахаридов.

Водородная связь оказывает влияние на физические и химические свойства веществ. Так, дополнительное притяжение между молекулами затрудняет кипение веществ. У веществ с водородными связями наблюдается аномальное повышение температуры кипения.

Например , как правило, при повышении молекулярной массы наблюдается повышение температуры кипения веществ. Однако в ряду веществ H₂O-H₂S-H₂Se-H₂Te мы не наблюдаем линейное изменение температур кипения.

А именно, у воды температура кипения аномально высокая — не меньше -61 о С, как показывает нам прямая линия, а намного больше, +100 о С. Эта аномалия объясняется наличием водородных связей между молекулами воды. Следовательно, при обычных условиях (0-20 о С) вода является жидкостью по фазовому состоянию.

Тренировочный тест по теме «Химические связи» — 10 вопросов, при каждом прохождении новые.

Читайте также: