Металлическая связь водородная связь

Обновлено: 19.05.2024

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.

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.

Теоретический материал по теме "Типы химической связи"

Химическая связь – это взаимодействие, связывающее отдельные атомы в более сложные системы.

• ковалентная (полярная и не полярная)

1. Ковалентная – возникает в результате образования общих электронных пар между двумя атомами = обобществления электронов

Возникает между атомами неметаллов

1.а) Между атомами одинаковых неметаллов – ковалентная неполярная

Общая электронная пара принадлежит обоим атомам одинаково. Отсутствует смещение электронной плотности* к одному из атомов.

*Электронная плотность — плотность вероятности обнаружения электрона в данной точке конфигурационного пространства.

Важно! Благородные газы НЕ образуют ковалентных связей, так как обладают устойчивым числом электронов на внешнем уровне. Газы существуют в форме свободных атомов.

1.б) Между атомами неметаллов, незначительно отличающимися по электроотрицательности – ковалентная полярная

В данной связи электронная пара смещается к более электроотрицательному атому.

Электроотрицательность можно определить по таблице – чем ближе к F, тем выше электроотрицательность (способность притягивать к себе электроны).

При этом на атоме, от которого смещается электронная пара возникает частичный положительный заряд. На атоме, к которому смещается электрон - частично отрицательный. Заряд – «дельта»

Важно понимать, что ни один из атомов полностью не отдаёт и не принимает электрон, они только смещаются.

Основные характеристики ковалентной связи:

- Энергия связи – это энергия, которую необходимо затратить на разрыв связи

- Длина связи – это расстояние между ядрами связанных атомов

- Полярность связи – неравномерное распределение между атомами электронной плотности. Чем выше разность электроотрицательности – тем выше полярность

Два механизма образования ковалентной связи:

• обменный (HCl, H₂S, NH₃) – каждый атом предоставляет для

образования связи свои неспаренные электроны

• донорно-акцепторный – связь образуется за счет не поделённой электронной пары одного атома и свободной орбитали другого атома

Пример – образование катиона аммония

2. Ионная связь – осуществляется за счет электростатического притяжения противоположно заряженных ионов.

Возникает из-за перехода электронов от атома металла к атому неметалла.

Примеры веществ: оксиды и галогениды металлов (BaO, NaCl), щелочи, соли кислородосодержащих кислот

3. Металлическая связь – связь между положительными ионами в кристалле металла, которую осуществляют обобществленные валентные электроны («электронный газ»)

Атомы металлов легко превращаются в положительно заряженные электроны. Освободившиеся электроны свободно перемещаются по всему кристаллу и осуществляют связь между ионами.

4. Водородная связь – это связь между положительно поляризованным атомом водорода и другим отрицательно поляризованным атомом

Может возникать между двумя молекулами – например молекулами воды или аммиака

Или между отдельными частями внутри одной молекулы (например салициловой кислоты или белка)

Водородная связь возникает между водородом и сильно

электроотрицательным элементом – N, O и F

Образование химических связей обусловлено перераспределением электронов между атомами: иногда атомы полностью отдают/принимают электроны, превращаясь в ионы (как в ионной связи), а иногда электрон только частично переход к другому атому (ковалентная связь).

Частичный «условный заряд», который принимает атом при данном перераспределении электронов – называется степенью окисления атома.

Степень окисления – это условный заряд атомов в химическом соединении, который определяется из предположения, что все связи ионные.

Электроны «отдаются» - положительная степень окисления атома

Электроны «принимаются» - отрицательная степень окисления атома

Сумма всех степеней окисления в соединении = 0

Степень окисления атомов в простом веществе = 0

Чтобы рассчитывать степень окисления, нужно знать постоянные степени окисления:

Межмолекулярные взаимодействия

Рассмотрим взаимодействия, возникающие между отдельными молекулами в веществе — межмолекулярные взаимодействия . Межмолекулярные взаимодействия — это такой вид взаимодействия между нейтральными атомами, при котором не образуются 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 кислорода 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 есть 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 тепературы 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.

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.

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.

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.

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 .

— 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.

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

Читайте также: