Підручники з Хімії / Хімія 9 клас / Березан Хімія 9 клас. 2017

§ 2. Хімічний зв’язок і будова речовини

Ознайомившись із матеріалом параграфа, ви:

•повторите, що таке хімічний зв’язок, які є види хімічних зв’язків;

•узагальните знання про те, як утворюється ковалентний, йонний зв’язок, які сполуки належать до йонних;

•пригадаєте основні типи кристалічних ґраток.

У природі інертні гази не утворюють сполук, оскільки їхні атоми мають на зовнішнійоболонці8електронів. Таказавершеназовнішня8-електронна1 оболонка (октет) для атома є енергетично найбільш вигідною і стійкою. Усі інші атоми зазвичай вступають один з одним у взаємодію— утворюють хімічні зв’язки.

Хімічний зв’язок — це взаємодія між атомами, завдяки якій вони утримуються разом у молекулі (або кристалі).

Залежно від своєї природи (електронегативності) атоми або приєднують (чи віддають) електрони, або усуспільнюють їх. Пригадаймо зміст поняття «електронегативність».

Електронегативність — це властивість атома елемента під час утворення хімічного зв’язку відтягувати на себе електронну пару.

В елементів одного періоду вона зростає зліва направо. Найбільш електронегативним у кожному періоді є елемент із групи галогенів. В елементів головнихпідгрупелектронегативністьзгоридонизузменшується.Отже,Флуорєнайбільш електронегативним елементом, а Францій— найменш електронегативним.

Електронегативність деяких елементів (за Полінгом)

Na Ba Li K Ca Mg Al Si Ag Cu As H P S I C Br N Cl O F

0,9 0,9 1,0 0,8 1,0 1,2 1,5 1,6 1,9 1,9 2,0 2,1 2,1 2,5 2,5 2,5 2,8 3,0 3,0 3,5 4,0

Ковалентний зв’язок

Ковалентний зв’язок — це зв’язок між атомами, зумовлений наявністю спільних пар електронів.

Утворенняспільнихковалентнихпаррозглядаютьякперекриттяелектронних орбіталей, у яких є неспарені електрони з протилежними спінами. Зв’язок, здійснений за допомогою однієї електронної пари, називають одинарним (простим). Якщо зв’язок утворюється за допомогою двох чи трьох електронних пар, то його називають кра́тним, відповідно подвійним або потрійним.

Якщо зв’язок утворено атомами з однаковою електронегативністю, то спільна електронна пара (ділянка перекривання електронних орбіталей) перебуває на однаковій відстані від ядер атомів. Такий ковалентний зв’язок називають неполярним.Неполярнимиєзв’язкивмолекулахпростихречовинO2,N2,F2,І2,Cl2,H2.

1 Для елементів першого періоду — Гідрогену і Гелію — 2-eлектронна.

11

Рис. 2.2. Утворення молекули хлору Cl2

Полярний ковалентний зв’язок утворюють атоми з різною електронегативністю, коли різниця їх електронегативностей менша від 2,1 (за Полінгом). Область перекривання електронних орбіталей зміщується в бік атома з більшою електронегативністю: H2O, H2O2, HCl, NH3, H2S, PCl3, OF2.

Н + Cl → НCl

+=

Рис. 2.3. Утворення молекули гідроген хлориду HCl

ОскількиХлорбільшелектронегативний,спільнаелектроннапаравмолекулі гідроген хлориду зміщується в його бік. В атома Хлору виникає частковий негативний заряд δ– (дельта мінус), а в атома Гідрогену — частковий позитивний

12

Ковалентний зв’язок притаманний сполукам, до складу яких входять неметалічніелементи.Різницяелектронегативностейелементівуковалентнихсполукахє меншою за 2,1.Що більша різниця електронегативностей елементів,тополярніші зв’язки між атомами. Порівняймо полярність зв’язків N–H у молекулі амоніаку NН3 та С–Н у молекулі метану СН4.

Різниця електронегативностей у зв’язку N–H становить: 3,0 – 2,1 = 0,9. Різниця електронегативностей у зв’язку С–Н становить: 2,5 – 2,1 = 0,4. Отже, зв’язки N–H в молекулі амоніаку є більш полярними, ніж зв’язки С–Н

у молекулі метану.

Йонний зв’язок

Йонний зв’язок — це хімічний зв’язок, зумовлений електростатичним притяганням протилежно заряджених йонів.

Під час утворення йонного зв’язку:

1)атоми металічних елементів втрачають валентні електрони і перетворюються на позитивно заряджені йони (катіони);

2)атоми неметалічних елементів приєднують електрони й утворюють негативно заряджені йони (аніони).

Наприклад, між Натрієм і Хлором наявний йонний зв’язок (різниця електронегативностей дорівнює 2,1). Атом Натрію втрачає один електрон і перетворюється на позитивно заряджений йон Na+, натомість атом Хлору приєднує цей електрон і перетворюється на негативно заряджений йон Cl–. Записують це так:

Na0 – 1e Na+

+11 +11

Cl0 + 1eCl–

+17 +17

Тут «е–»означаєелектронтайоговід’ємнийзаряд.ЙониNa+ і Cl– притягуються один до одного як різнойменно заряджені частинки:

Na+ + Cl– → NaCl.

Йонні сполуки — це кристалічні речовини, утворені типовими металічними і неметалічними елементами, коли різниця їх електронегативностей більша або дорівнює 2,1 (за Полінгом). До йонних сполук належить низка оксидів, утворених металічними елементами, а також луги, сполуки лужних елементів з галогенами чи Сульфуром. Наприклад: CsF, KCl, NaF, K2O, CaO, CaCl2.

Різниця електронегативностей Натрію та Оксигену становить: 3,5 – 0,9 = 2,6. Отже, сполука Na2O належить до йонних.

13

5.Формульна одиниця калій сульфату — K2SO4. Які види зв’язків є в цій речовині?

6.Складіть формули сполук, утворених такими йонами:

Запишітьформулийонів,зякихвонискладаються,якщоцейоннасполука.

8.Укажіть вид хімічного зв’язку в речовинах, формули яких: CH4; H2S, OF2, Cl2O, CaO, NaF.

9.Якзмінюєтьсяелектронегативністьелементівуперіодахігрупахперіодичної системи? Розмістіть елементиAl, Cl, Si, S у послідовності зростання електронегативності.

10.Обчисліть масу натрій сульфату кількістю речовини 2 моль.

11.Обчисліть об’єм газу, що виділився під час взаємодії 1,2 моль цинку з хлоридною кислотою.

12.Обчисліть кількість атомів Оксигену, що міститься у 5,6 л (н. у.) сульфур(ІV) оксиду.

13.Обчисліть маси калій гідроксиду й ортофосфатної кислоти необхідні для добування 53 г калій ортофосфату.

14.Обчисліть об’єм кисню (н. у.) масою 160 г.

15.Обчислітькількістьречовиникупрум(ІІ)гідроксиду,уякійміститься1,4 моль Гідрогену.

16*.Визначте масу Сульфуру в суміші, що містить 1,4 моль натрій сульфіду та 0,6 моль алюміній сульфіду.

17.Який об’єм (н. у.) водню виділиться під час взаємодії 0,4 моль алюмінію

зсульфатною кислотою, взятою у достатній кількості?

16

ТЕМА 1

РОЗЧИНИ Серед алхіміків панувала думка:

речовини не реагують, якщо вони не

розчинені. Тому шукачі філософсько-

го каменя намагались знайти універсальний розчинник (алкагест). Хоча

це їм не вдалось, але вони змогли

правильно оцінити значення розчинів.

Підраховано, що сучасні хіміки більш ніж 99 % перетворень речовин проводять у розчинах, і не лише у водних, а й у спиртових, ртутних та інших.

*2 Березан. Хімія. Підручник для 9 класу

§ 3. Поняття про дисперсні системи. Колоїдні та істинні розчини

Ознайомившись із матеріалом параграфа, ви:

•засвоїте поняття «дисперсна система», «дисперсійне середовище», «дисперсна фаза», вивчите класифікацію дисперсних систем;

•дізнаєтесь, що таке розчини, колоїдні системи, емульсії, суспензії.

Природніречовини,тобтоті,зякихскладаютьсяприродніфізичнітіла,практично ніколи не бувають чистими. Вони завжди мають якісь домішки, утворюючи так звані суміші.

Суміш— це сукупність різних речовин, з яких може складатись фізичне тіло.

Кожну речовину, що міститься в суміші, називають компонентом. Суміш може містити два і більше компонентів. Різні компоненти суміші зазвичай не

змішуються і в хімічні реакції між собою не вступають.

Суміш, одна з речовин якої дрібними частинками рівномірно розподілена в об’ємі інших речовин, називають дисперсною системою.

Компонентами дисперсної системи (від лат. dispersio — розсіювання) є диспе́рсна фаза (подрібнена речовина), яка розподілена в дисперсі́йному середовищі. Між ними є поверхня розділу.

Системи розрізняють за агрегатним станом дисперсної фази та дисперсійного середовища. У таблиці 3.1 наведено приклади найпоширеніших (зазвичай

двокомпонентних) дисперсних систем:

Таблиця 3.1. Найпоширеніші дисперсні системи

18

Залежно від лінійних розмірів частинок дисперсної фази (за ступенем дисперсності) дисперсні системи поділяють на три групи:

1)грубодисперсні, у яких частинки мають розмір понад 100 нм;

2)тонкодисперсні(колоїдні),уякихчастинкимаютьрозмірвід1нмдо100 нм;

3)істиннірозчини, у яких величина частинокнеперевищує1нм(1нм=10–9 м).

Суспе́нзіяа(́з вись—) цедисперснасистема,уякійдисперсноюфазоюєтверда речовина, а дисперсійним середовищем — рідина.

Ему́льсія — це дисперсна система, що складається із двох майже взаємно нерозчинних рідин.

Під час тривалого відстоювання суспензії та емульсії зазвичай розшаровуються на складові частини — компоненти.

У природіпереважно трапляються системи, які містять понад два компоненти.

Колоїдні системи

Тонкодисперсні системи називають колоїдними системами, колоїдними розчинами, або зóлями. Термін колоїдний у перекладі з грецької означає «подібний до клею».

Якщо в золі дисперсійним середовищем є вода, його називають гідрозолем. Фруктові желе та гелі для вкладання волосся — це типові приклади таких систем. Гідрозолі мають важливе біологічне значення: їх прикладами є вміст будь-якої живої клітини, біологічні рідини (кров, молоко, слина, міжклітинна рідина тощо). Недарма хімік І.І.Жуков (1880–1949) стверджував, що людина— це ходячий колоїд.

Дисперговані частинки (а їх розміри в колоїдних розчинах, нагадаємо, коливаються в межах 1–100 нм) можна побачити лише за допомогою електронного мікроскопа. За високих концентрацій у рідких колоїдах частинки починають дотикатися й утворювати сітчасті структури. Так одержують студні, або гелі (від лат. gelо — застигаю). Таку структуру має цитоплазма клітин.

Прикладом рідких колоїдних систем також можуть бути водні розчини білків (желатину,білкаяйця),колоїднірозчинизолота,срібла,арґентум(І)хлоридутощо.

Істинні розчини

Якщо розміри частинок дисперсної фази не перевищують розмірів молекул чи йонів — менше за 1 нм, — такі системи називають істинними розчинами. У розчинах між компонентами немає поверхні розділу.

Розчин—гомогенна(однорідна)система,утвореначастинкамирозчиненої речовини, розчинником і продуктами їх взаємодії.

Розчин містить два або (зазвичай) більше компонентів.

Залежно від агрегатного стану розчини бувають газоподібні, рідкі й тверді:

• газоподібні розчини (атмосфера Землі, інших планет, промислові гази);

19

•рідкі розчини (води Світового океану, розчин йоду в спирті тощо);

•тверді розчини (природні мінерали, сплави металів).

Найчастіше в хімії ми маємо справу з рідкими розчинами, які можуть бути водними і неводними. Вони складаються з розчинника (рідина) і розчинених речовин — газоподібних, рідких, твердих.

Найбільш важливими розчинами є водні, коли розчинником виступає вода — найпоширенішарідкасполуканаЗемлі,якамаєнизкунадзвичайнихвластивостей

(про них йтиметься в наступних параграфах).

Неводні розчини — це розчини, у яких розчинником є інша рідина: спирт, бензин, ацетон тощо.

Розчини мають величезне значення в природі, промисловості, медицині. Усі природні води є розчинами. Розчинами є також найважливіші фізіологічні рідини — кров, плазма, лімфа, спинномозкова рідина, соки рослин. Рослини засвоюють речовини у вигляді розчинів. Засвоєння їжі тваринами й людиною такожпов’язанезпереведеннямпоживнихречовинурозчини.Більшістьхімічних реакцій у живій і неживій природі відбувається у розчинах.

Домашній експеримент

Спробуймоприготуватистрави,основоюякихєколоїднірозчини(желе,кисіль). Пропонуємо, наприклад, приготувати смачний молочний кисіль. Для цього в каструлювлийте3склянкимолока(приблизно750мл),додайтепівсклянкицукру, поставте на вогонь. Окремо розчиніть у склянці холодного молока 2–3 ст. ложки кукурудзяного (або картопляного) крохмалю і влийте за мить до кипіння в гаряче молоко. Безперервно помішуючи (щоб не пристало до дна), варіть кисіль на слабкому вогні протягом 1–2 хв до загуснення.Подаватиохолодженимдоманних

котлет або як самостійну страву.

За матеріалами Інтернету самостійно дізнайтеся, як приготувати:

а) фруктове желе; б) сметанне желе; в) молочне желе.

Для тих, хто хоче знати хімію глибше

У 1857 році англійський учений Майкл Фарадей одержав золь золота, відомий ще алхімікам середньовіччя під назвою aurum potabile (питне золото), — завислі у воді колоїдні частинки металу, розмір яких був менший за 1 мкм (10–6 м). І, незважаючи на те, що густина золота в 20 разів більша за густину води, частинки не осідали на дно. Ці золі й донині демонструють у Британському музеї.

Рис. 3.1. Золь золота

20