14. Ковалентная (атомная) связь. Метод валентных связей. Возбужденные состояния атомов.

Ковалентная связь (атомная связь) — химическая связь, образованная перекрытием (обобществлением) пары валентных электронных облаков.

Особенностями ковалентной химической связи являются ее направленность и насыщаемость.

Количественно направленность выражается в виде валентных углов между направлениями хим. связи в молекулах и твердых телах.

Насыщаемость ковалентной связи вызывается ограничением числа электронов, находящихся на внешних оболочках, которые могут учувствовать в образовании ковалентной связи.

Метод валентных связей

Основные положения:

1. Химическая связь между атомами возникает как результат перекрывания АО (атомные орбитали) с образованием электронных пар (обобществление двух элетронов).

2. Общие электронные пары образуют лишь неспаренные электроны с антипараллельными спинами

3. При образовании химической связи происходит частичное перекрывание атомных орбиталей (АО), что приводит к увеличению электронной плотности в межъядерном пространстве

4. Химическая связь тем прочнее, чем в большей степени перекрываются взаимодействующие АО

5. В пространстве химическая связь располагается в том направлении, в котором возможность перекрывания АО наибольшая

6. Связь, образованная перекрыванием АО по линии, соединяющей центры атомов, называется σ-связью, а по обе стороны от линии – π-связью. Еσ > Еπ

7. Если молекула образуется путём перекрывания двух АО, связь называется одинарной, если более двух АО – кратной. Одинарная связь представлена всегда σ-связью,

а кратные связи включают σ- и π-связи

8. Общая электронная пара соответствует единице химической связи

Межмолекулярное взаимодействие – взаимодействие молекул между собой, не приводящее к разрыву или образованию новых химических связей.

В их основе, как и в основе химической связи, лежат электрические взаимодействия.

Ван-дер-Ваальсова связь – наиболее универсальный вид

межмолекулярного и межатомного взаимодействия,

возникающий при поляризации молекул

и образовании диполей

E_св = 2–20 кДж/моль

ВОЗБУЖДЁННЫЕ СОСТОЯНИЯ АТОМОВ

Состояние атома, при котором его электроны находятся на таких энергетических уровнях, что их суммарная энергия является минимальной, называется основным или невозбужденным. Состояния с более высокими значениями энергии называются возбужденными.

При сообщении атому дополнительной энергии электроны могут переходить на обладающие большей энергией орбитали. Эти переходы с подуровня на подуровень возможны только в пределах одного внешнего энергетического уровня. Происходящее при этом распаривание электронов приводит к возрастанию у атома числа неспаренных электронов, т.е. к появлению новых валентных возможностей.

15. Валентность и степень окисления. Способы определения степени окисления. Основные окислители и восстановители. Ионно-электронный метод.

Валетность – это способность атома присоединять или замещать определенное число других атомов с образованием хим. связи.

Валентность химического элемента определяет сколько одинарных химических связей способны образовывать атомы этого элемента с другими атомами.

Согласно обменному механизму метода Валентных связей (ВС) каждый атом отдает на образование общей электронной пары (ков. св.) по одном не спаренному электрону.

Количественная мера в этом механизме является число неспаренных электронов у атома в основном или возбужденных состояниях атома.

При возбужденном состоянии происходит распаривание элетронных пар, распаренный электрон занимает свободную орбиталь.

Высшая валентность атома химического элемента в оксиде, равна номеру группы, в которой он находится. 

Однако обычно атом проявляет валентность, равную количеству его неспаренных электронов. Так у галогенов — это один электрон, у кислорода — два, у водорода и щелочных металлов — по одному.

Степень окисления, по сравнению с валентностью, более универсальное понятие. Оно не зависит от вида химической связи и является характеристикой для соединений как с ковалентной, так и ионной и металлической связью. Степень окисления — это условный заряд на атоме в веществе. При определении степени окисления делают предположение, что все связи в соединении ионные. Степень окисления может быть положительной, отрицательной, нулевой.

Поскольку металлы обычно образуют ионные связи неметаллами, то под их валентность понимают именно степень окисления.

В простых веществах степень окисления атомов считают равной нулю. Однако валентность не равна нулю, она равна числу общих электронных пар между атомами. Например, в молекуле H2 валентность атомов равна I, а степень окисления 0.

Отрицательную степень окисления имеют атомы с большей электроотрицательностью. Так в хлориде калия K⁺¹Cl^-1 электронная пара смещена к хлору.

При определении степеней окисления атомов в молекуле следует иметь в виду, что сумма степеней окисления должна быть равна нулю, так как молекула электронейтральна.

Ионно-электронный метод (метод полуреакций)

Реакции окисления-восстановления, также как и реакции обмена, в растворах электролитов происходят с участием ионов. Именно поэтому ионно-молекулярные уравнения ОВР более наглядно отражают сущность реакций окисления-восстановления. При написании ионно-молекулярных уравнений, сильные электролиты записывают в виде ионов, а слабые электролиты, осадки и газы записывают в виде молекул (в недиссоциированном виде). В ионной схеме указывают частицы, подвергающиеся изменению их степеней окисления, а также характеризующие среду, частицы: H⁺ — кислая среда, OH^— — щелочная среда и H₂O – нейтральная среда.

Рассмотрим пример составления уравнения реакции между сульфитом натрия и перманганатом калия в кислой среде.

1. Сначала необходимо составить схему реакции: записать вещества в начале и конце реакции:

Na₂SO₃ + KMnO₄ + H₂SO₄ = Na₂SO₄ + MnSO₄ + K₂SO₄ + H₂O

2. Запишем уравнение в ионном виде, сократив те ионы, которые не принимают участие в процессе окисления-восстановления:

SO₃^2- + MnO₄^— + 2H⁺ = Mn²⁺ + SO₄^2- + H₂O