- •Российский национальный исследовательский
- •1. Некоторые основные понятия и законы химии
- •2. Энергетика химических реакций
- •Упражнения и задачи для самостоятельного решения
- •3. Химическое равновесие
- •3.1 Основные понятия и признаки химического равновесия
- •3.2 Смещение химического равновесия
- •Упражнения и задачи для самостоятельного решения
- •4. Растворы
- •4.1. Основные понятия. Образование растворов
- •4.2. Способы выражения состава растворов
- •Задачи для самостоятельного решения
- •5. Равновесия в растворах электролитов
- •Упражнения и задачи для самостоятельного решения
- •6. Растворы сильных электролитов
- •Упражнения и задачи для самостоятельного решения
- •7. Буферные растворы
- •7.1 Основные понятия
- •7.2 Свойства буферных растворов
- •Упражнения и задачи для самостоятельного решения
- •8. Равновесия в системе осадок― раствор
- •Упражнения и задачи для самостоятельного решения
- •9. Строение атома
- •Упражнения для самостоятельного решения
- •10. Окислительно_восстановительные реакции
- •Составление уравнений окислительно-восстановительных реакций
- •Основные схемы электронно-ионных полуреакций в различных средах
- •Упражнения для самостоятельного решения
- •11. Химическая связь.
- •11.1 Ковалентная связь
- •Механизмы образования химической связи
- •Гибридизация атомных орбиталей и геометрия молекул
- •Делокализованная π-связь
- •Метод молекулярных орбиталей
- •Свойства ковалентной связи
- •11.2. Ионная связь
- •11.3 Водородная связь
- •11.4. Металлическая связь
- •11.5. Химическая связь в твердых телах
- •12. Комплексные соединения
- •12.1. Основные понятия
- •12.2. Строение комплексных соединений
- •12.3 Природа химической связи в комплексных соединениях
- •12.4. Устойчивость комплексных соединений
- •12.5. Свойства комплексных соединений
- •Упражнения и задачи для самостоятельного решения
- •Приложение
- •Содержание
11.4. Металлическая связь
Металлическая связь возникает в результате частичной делокализации валентных электронов, которые достаточно свободно движутся в решетке металлов, электростатически взаимодействуя с положительно заряженными ионами. Силы связи не локализованы и не направлены, а делокализированные электроны обусловливают высокую тепло- и электропроводность.
11.5. Химическая связь в твердых телах
Свойства твердых веществ определяются природой частиц, занимающих узлы кристаллической решетки и типом взаимодействия между ними. Твердые аргон и метан образуют атомные и молекулярные кристаллы соответственно. Поскольку силы между атомами и молекулами в этих решетках относятся к типу слабых ван-дер-ваальсовых, такие вещества плавятся при довольно низких температурах. Большая часть веществ, которые при комнатной температуре находятся в жидком и газообразном состоянии, при низких температурах образуют молекулярные кристаллы.
Температуры плавления ионных кристаллов выше, чем атомных и молекулярных, поскольку электростатические силы, действующие между ионами, намного превышают слабые ван-дер-ваальсовы силы. Ионные соединения более твердые и хрупкие. Такие кристаллы образуются элементами с сильно различающимися электроотрицатель– ностями (например, галогениды щелочных металлов). Ионные кристаллы, содержащие многоатомные ионы, имеют более низкие температуры плавления; так,
для NaCl tпл. = 801 °C, а для NaNO3 tпл = 306,5 °C.
Пример 1. Каким типом гибридизации АО бериллия описывается образование молекулы хлорида бериллия? Какова конфигурация этой молекулы?
Решение:
Возбужденный атом бериллия имеет конфигурацию 2s12p1. Поэтому можно считать, что в образовании химических связей могут участвовать не одинаковые, а различные атомные орбитали. В молекуле BeCl2 должны быть неравноценные по прочности и направлению связи, причем σ-связи из p-орбиталей должны быть более прочными, чем связи из s-орбиталей, т.к. для p-орбиталей имеются более благоприятные условия для перекрывания. Однако опыт показывает, что в молекулах, содержащих центральные атомы с различными валентными орбиталями (s, p, d), все связи равноценны – это объясняет метод гибридизации. В данном случае имеет место sp- гибридизация
При образовании молекулы одна s- и одна р-орбиталь образуют две гибридные sp-орбитали под углом 180о.
sp-гибридные орбитали
Экспериментальные данные показывают, что все галогениды Be, а также Zn, Cd и Hg (II) линейны и обе связи имеют одинаковую длину.
Пример 2. Определите тип гибридизации орбиталей центрального атома в молекуле BF3. Какова конфигурация этой молекулы?
Решение:
Возбуждённый атом бора имеет конфигурацию 2s12p2.
В результате гибридизации одной s-орбитали и двух p-орбиталей образуются три гибридные sp2-орбитали, расположенные в одной плоскости под углом 120о друг к другу.
sp2-гибридизация
Пример 3. Каким типом гибридизации АО азота описывается образование молекулы аммиака?
Решение:
В результате гибридизации 2s и трёх 2p орбиталей азота образуются четыре гибридные орбитали sp 3 . Конфигурация молекулы представляет из себя искажённый тетраэдр, в котором три гибридных орбитали участвуют в образовании химической связи, а четвёртая с парой электронов – нет. Углы между связями N-H не равны 90 о как в пирамиде, но и не равны 109,5 о , соответствующие тетраэдру.
sp3- гибридизация в молекуле аммиака
При взаимодействии аммиака с ионом водорода в результате донорно-акцепторного взаимодействия образуется ион аммония, конфигурация которого представляет собой тетраэдр.
Пример 4. Объяснить с позиций метода МО возможность существования молекулярного иона Не2+
Решение:
В молекулярном ионе Не2 + имеется три электрона. На связывающей орбитали размещены два электрона, а на разрыхляющей — один. Следовательно, порядок связи равен 0,5, и такой ион должен быть энергетически устойчивым.
Пример 5. Определите энергию связи кислород-водород в молекуле Н2О если энергия связи Н–Н и О–О соответственно равны 435,9 и 498,7 кДж/моль, а при сгорании
2 моль водорода выделяется 483,68 кДж теплоты.
Решение:
Процесс образования молекулы воды можно представить следующим образом: рвутся связи водород-водород и кислород-кислород а образовавшиеся атомы соединяются в молекулы Н2О каждая из которых содержит две связи кислород-водород:
4Н(г) = 2Н2(г) – 435,9∙2 кДж
2О(г) = О2(г) – 498,7 кДж
2Н2(г) + О2(г) = 2Н2О(г) – 483,68 кДж
----------------------------------------------------
4Н(г) + 2О(г) = 2Н2О(г) –– 1854,18 кДж
В двух молекулах Н2О четыре связи кислород–водород; средняя энергия связи кислород – водород равна: –1854,18 / 4 = – 463,54 кДж/моль
Упражнения для самостоятельного решения
1. Определите тип гибридизации орбиталей центрального атома в следующих молекулах и укажите геометрическую форму этих молекул:
AlBr3, BeF2, CF4, BBr3, H2O, SF6, SiCl4, NH3, CH4, AlCl3, BCl3
Полярны ли эти молекулы?
2. Определите тип гибридизации орбиталей центрального атома в следующих частицах и укажите геометрическую форму этих частиц:
NH4+, GaCl4-, H3O+,BF4-, SiF62-, AlF63-, SO42-, PO43-.
3. Составьте энергетическую диаграмму МО для следующих частиц и определите порядок связи в них:
H2,H2+,H2-,He2, HeH, He2+, Li2, Be2, B2, N2, N2+, O2, O2-, O2+, CO, CO+, NO, NO+, NO-.
4. Пользуясь таблицей относительных электроотрицательностей, определите,какая из связей является наиболее полярной:Са–Н, I–C1.C–S.
5. В каком из приведенных соединений:LiF, BeF ,BF ,CF связь Э–F
будет больше всего приближаться к ковалентной?
6. Как изменяется прочность связи в ряду:НF–НСl–НВг–Н1?
7. При переходе от NaF к Nal температура плавления кристаллов уменьшается. Объясните наблюдаемый ход изменения температур плавления.
8. BaCl2 в водных растворах―сильный электролит,a HgCl2―слабый электролит. Объясните это различие в свойствах солей.
9. Сероводород при обычной температуре ― газ, а вода ― жидкость. Чем можно объяснить это различие в свойствах?