13) Основы метода молекулярных орбиталей.

14) Ионная и металлическая связь. Водородная связь. Межмолекулярное взаимодействие.

Ионная химическая связь — связь, обусловленная образованием электронных пар за счет перехода валентных электронов от одного атома к другому. Характерна для соединений металлов с наиболее типичными неметаллами.

Механизм образования ионной связи можно рассмотреть на примере реакции между натрием и хлором. Атом щелочного металла легко теряет электрон, а атом галогена - приобретает. В результате этого возникает катион натрия и хлорид-ион. Они образуют соединение за счет электростатического притяжения между ними.

Взаимодействие между катионами и анионами не зависит от направления, поэтому о ионной связи говорят как о ненаправленной. Каждый катион может притягивать любое число анионов, и наоборот== ненасыщенной. Число взаимодействий между ионами в твердом состоянии ограничивается лишь размерами кристалла. Поэтому "молекулой" ионного соединения следует считать весь кристалл.

Характеристикой подобных соединений служит хорошая растворимость в полярных растворителях (вода, кислоты и т. д.). Это происходит из-за заряженности частей молекулы. При этом диполи растворителя притягиваются к заряженным концам молекулы, и, в результате Броуновского движения, «растаскивают» молекулу вещества на части и окружают их, не давая соединиться вновь. В итоге получаются ионы, окружённые диполями растворителя.

Металлическая связь возникает между атомами металлов. Характерной особенностью атомов металлов является небольшое число электронов на внешнем энергетическом уровне, слабо удерживаемых ядром, и большое число свободных атомных орбиталей с близкой энергией, поэтому металлическая связь ненасыщенная.

Металлическая связь характеризуется слабым взаимодействием общих электронов с ядрами соединяемых атомов и полной делокализацией этих электронов между всеми атомами в кристалле, что обеспечивает устойчивость данной связи.

Металлы имеют особую кристаллическую решётку, в узлах которой находятся как нейтральные, так и положительно заряженные атомы металла, между которыми свободно перемещаются (в пределах кристалла) обобществлённые электроны ("электронный газ"). Движение общих электронов в металлах осуще­ствляется по множеству молекулярных орбиталей, возникших за счёт слияния большого числа свободных орбиталей соединяемых атомов и охватывающих множество атомных ядер. В случае металлической связи невозможно говорить о её направленности, так как общие электроны равномерно делокализованы по всему кристаллу.

Особенности строения металлов определяют их характерные физические свойства: твёрдость, ковкость, высокую электрическую проводимость и теплопроводность, а также особый металлический блеск.

Межмолекулярное взаимодействие — взаимодействие молекул между собой, не приводящее к разрыву или образованию новых химических связей. Силы притяжения, действующие между молекулами на больших расстояниях, называются силами Ван-дер-Ваальса и представляют собой кулоновские силы, возникающие между электронами и ядрами двух молекул.

Межмолекулярные взаимодействия характеризуются отсутствием обмена электронами между частицами, отсутствием специфичности и насыщаемости. Энергия межмолекулярного взаимодействия сравнительно невелика, однако она вносит существенный вклад в энергетическое состояние системы, определяя в значительной степени физические и химические свойства вещества.

Механизмы возникновения сил притяжения:

Ориентационное взаимодействие (диполь-диполь). Полярные молекулы, в которых центры тяжести положительного и отрицательного зарядов не совпадают (HCl, H2O, NH3), ориентируются таким образом, чтобы рядом находились концы с противоположными зарядами. Между ними возникает притяжение.

Энергия взаимодействия в таком случае пропорциональна кубу расстояния между диполями.

Притяжение диполь-диполь может осуществляться только тогда, когда энергия притяжения превышает тепловую энергию молекул. Обычно это имеет место в твердых и жидких веществах и проявляется в полярных жидкостях.

Индукционное взаимодействие – это электростатическое взаимодействие полярной и неполярной молекулы. Энергия взаимодействия обратно пропорциональна в степени расстояния между ними.

Неполярные молекулы под действием поля полярной молекулы поляризуются (становятся полярными), молекулы начинают притягиваться друг к другу, но намного слабее чем две полярные молекулы. Этот вид соединения проявляется в растворах полярных соединений в неполярных растворителях.

Дисперсионное взаимодействие (Лондоновские силы) – это взаимодействие, которое может возникнуть между неполярными молекулами. Электроны, которые находятся в постоянном движении могут на очень короткое время оказаться сосредоточенными с одной стороны молекулы и тогда неполярная частица становится полярной. Между молекулами устанавливается кратковременная связь. Является самым слабым из всех взаимодействий.

Водородная связь – это взаимодействие между двумя электроотрицательными атомами (O,N, наиболее сильное с F) одной или разных молекул посредством атома водорода.

В большинстве случаев водородная связь слабее ковалентной, но существенно сильнее обычного притяжения молекул друг к другу. В отличии от межмолекулярного взаимодействия водородная связь обладает направленностью и насыщаемостью. Иногда водородная связь образуется в органических соединениях между кислотами, поэтому органические кислоты очень слабые.

Молекула воды образует 4 водородные связи. В их образовании принимают участие оба атома Н, а атом О из-за неподеленной электронной пары образует 2 водородные связи с атомами Н соседних молекул воды.

При плавлении льда около 10% водородной связи разрушается, и молекулы воды сближаются. Поэтому плотность жидкой воды при t-плавлении выше, чем плотность льда.

15) Кристаллическое, жидкое и аморфное состояние веществ.

Кристаллические твердые тела — это такие тела, атомы и молекулы которых расположены в определенном порядке, и этот порядок сохраняется на достаточно большом расстоянии. кристаллы характеризуются пространственной периодичностью в расположении равновесных положений атомов. Пространственное периодическое расположение атомов или ионов в кристалле--кристаллической решеткой. Точки кристаллической решетки, в которых расположены атомы или ионы -- узлами кристаллической решетки. Примерами веществ в кристаллическом состоянии могут служить соль, сахарный песок, сода и др.

Кристаллические тела бывают монокристаллами и поликристаллами. Монокристалл обладает единой кристаллической решеткой во всем объеме. Монокристаллы обладают свойством анизотропии.

Аморфные твердые тела — тела, у которых отсутствует порядок расположения атомов и молекул по всему объему этого вещества. аморфные вещества изотропны--свойства одинаковы по всем направлениям. В этом состоянии невозможно обнаружить даже малые области, в которых наблюдалась бы зависимость физических свойств от направления. Переход из аморфного состояния в жидкое происходит постепенно, отсутствует определенная температура плавления. Аморфные тела не обладают упругостью, они пластичны. В аморфном состоянии находятся различные вещества: стекла, смолы, пластмассы.

Аморфное состояние — неустойчивое состояние твердых тел. Будучи предоставленными сами себе, они стремятся со временем перейти в кристаллическую форму, хотя этот процесс может занимать годы и даже десятилетия. Взаимодействия между частицами вещества в жидком состоянии достаточно сильны, чтобы препятствовать беспорядочному перемещению частиц, но все же недостаточны для прекращения их перемещения друг относительно друга. Поэтому, подобно твердому телу, жидкость обладает определенной структурой. По структуре жидкое состояние является промежуточным между твердым состоянием со строго определенной периодической структурой во всем кристалле и газом, в котором какая-либо структура полностью отсутствует.

Для жидкости характерно наличие определенного объема и отсутствие определенной формы. Первое обстоятельство сближает жидкости с твердыми телами, второе – с газами. У жидкости вблизи температуры замерзания упорядоченность внутренней структуры становится более четко выраженной, наоборот, по мере приближения к температуре кипения усиливается беспорядок во взаимном расположении частиц.

Структура и физические свойства жидкостей зависят от химической индивидуальности образующих её частиц и от характера и интенсивности сил, действующих между ними. Для полярных молекул большую роль играют ориентационные взаимодействия и водородные связи. У неполярных – дисперсионные взаимодействия.

жидкостей имеют определенную форму и объем, плотность жидкости намного больше, чем плотность газа. В общем случае плотность жидкости подобна плотности твердых тел. Сжимаемость жидкости очень невелика, поскольку между частицами жидкости остается очень мало свободного пространства.

Кроме этих свойств, жидкостям ещё присущи текучесть и вязкость, поверхностное натяжение и диффузия.

16) Скорость химических реакций. Константа скорости и ее физический смысл.

Скорость химической реакции – количество вещества, вступившего в химическую реакцию или образовавшегося в ходе реакции, за единицу времени в единице объема системы

Простые- в одну стадию и участвуют только частцы входящие в уравнение реакции.

Сложные-в несколько стадий.

Последовательные- реакции с промежут стадиями (cl2+chcl3=hcl+ccl4)

Параллельные-способные обр разные продукты реакци(n2h4=n2+2h2/ 3n2h4=n2+2nh3)

Обратимые-в прямом и обратном направлении

Необратимые-в 1 направлении

Гомогенная-1 фаза

Гетерогенная- несколько фаз

Константа скорости реакции (удельная скорость реакции) — коэффициент пропорциональности k в кинетическом уравнении реакции.

Константа скорости реакции зависит от температуры (уравнение Аррениуса), от природы реагирующих веществ, от катализатора, но не зависит от их концентрации.