Начальный курс химии (Для студентов-иностранцев). В 2 частях. Ч. 1. Учебное пособие
.pdf
|
Относительные электроотрицательности |
|
Таблица 8 |
|||||||
|
|
|
|
|||||||
|
|
элементов главных подгрупп |
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Период |
|
|
|
Группа |
|
|
|
|
|
|
|
I |
II |
III |
|
IV |
V |
|
VI |
VII |
|
1 |
H |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2,1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2 |
Li |
Be |
B |
|
C |
N |
|
O |
F |
|
|
0,98 |
1,47 |
2,01 |
|
2,50 |
3,07 |
|
3,50 |
4,10 |
|
3 |
Na |
Mg |
Al |
|
Si |
P |
|
S |
Cl |
|
|
1,01 |
1,23 |
1,47 |
|
1,74 |
2,10 |
|
2,60 |
2,83 |
|
4 |
K |
Ca |
Ga |
|
Ge |
As |
|
Se |
Br |
|
|
0,91 |
1,04 |
1,82 |
|
2,02 |
2,20 |
|
2,48 |
2,74 |
|
5 |
Rb |
Sr |
In |
|
Sn |
Sb |
|
Te |
I |
|
|
0,89 |
0,99 |
1,49 |
|
1,72 |
1,82 |
|
2,01 |
2,21 |
|
6 |
Cs |
Ba |
Tl |
|
Pb |
Bi |
|
Po |
At |
|
|
0,86 |
0,97 |
1,44 |
|
1,55 |
1,67 |
|
1,76 |
1,90 |
|
7 |
Fr |
Ra |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
0,86 |
0,97 |
|
|
|
|
|
|
|
|
Относительная электроотрицательность атома не является строго постоянной величиной и применяется только для определения смещения общих электронных пар при образовании молекул. Например, в молекуле воды общие электронные пары смещаются к атому кислорода, т. к. относительная электроотрицательность кислорода выше, чем относительная электроотрицательность водорода.
Контрольные задания
1.У каких соединений: H – F, H – Cl, H – I связь наиболее полярная? К какому из атомов смещается общая пара электронов?
2.Какой из указанных элементов имеет наибольшую электроотрицательность: O, N, Cl, S?
3.У какой из молекул дипольный момент равен нулю: H2O, NO2, CO2, CCl4?
4.Укажите молекулу, у которой дипольный момент не ра-
вен нулю: CO2, CS2, H2S.
91
Контрольные вопросы
1.От чего зависит полярность молекул?
2.Молекулы, каких веществ неполярны, а каких полярны?
3.Что является мерой полярности молекул?
4.Что такое диполь и его электрический момент?
5.Что такое электроотрицательность элемента?
6.Как изменяется электроотрицательность элементов в периодах и группах периодической системы элементов?
3.5.Ионная связь
Словарь
Русский |
Английский |
Французский |
Арабский |
отдача |
loss |
donation |
داﺪﺗرأ ،ﺪﯾﺪﺴﺗ |
присоединение |
attachment |
attachement |
ﻞﯿﺻﻮﺗ، ﻢﺿ،ﻂﺑر |
окисление |
oxidation |
oxydation(f) |
ةﺪﺴﻛأ |
восстановление |
reduction |
réduction |
ةدﺎﻋأ،ﺮﯿﻤﻌﺗ ،ﺪﯾﺪﺠﺗ |
Возникновение ионной связи рассмотрим на примере образования хлорида натрия NaCl. Атомы натрия и хлора резко отли-
чаются по относительной электроотрицательности. Как видно из электронных формул 11Na 1s22s22p63s1 и 17Cl 1s22s22p63s23p5, это атомы с незавершенными внешними электронными уровня-
ми, имеющие по одному неспаренному электрону (у атома натрия это 3s-электрон, а у атома хлора это 3p-электрон). Для завершения внешнего уровня атому натрия легче отдать один электрон, чем присоединить семь, атому хлора легче присоединить один электрон, чем отдать семь. При химических реакциях атом натрия отдает один электрон, а атом хлора принимает его, то есть общая электронная пара полностью смещается к атому хлора, обладающей большей электроотрицательностью. Схематически
это записывается так:
Na - e - → Na +
Cl + e - → Cl -.
92
Заряженные частицы, в которые превращаются атомы в результате отдачи или присоединения электронов, называются ионами. Процесс отдачи электронов называется окислением. Процесс присоединения электронов называется восстановлением.
Электронная оболочка атома Na превращается в устойчивую оболочку атома инертного газа гелия10Ne 1s22s22p6 (это на- трий-ион), а оболочка атома Cl – в оболочку инертного элемента аргона 18Ar 1s22s22p63s23p6 (это хлорид-ион). Между ионами натрия Na + и хлора Cl – возникают силы электростатического притяжения, в результате чего образуется соединение NaCl.
Химическая связь между ионами, осуществляемая электростатическим притяжением, называется ионной связью. Соединения, которые образуются путем притяжения ионов, называются ионными.
Ионные соединения образуют атомы элементов, резко отличающиеся по электроотрицательности, например, атомы элементов главных подгрупп I и II групп с элементами главных подгрупп VI и VII групп (хлорид натрия NaCl, фторид калия KF, йодид кальция CaI2, бромид магния MgBr2).
Ионную связь можно рассматривать как крайний случай ковалентной полярной связи. Очевидно, полярную ковалентную связь можно определить как разновидность, которая претерпела лишь незначительную одностороннюю поляризацию(связующее электронное облако сместилось к атому с большей относительной электроотрицательностью). Она является промежуточной между ионной и неполярной ковалентной связью.
Таким образом, в механизме возникновения неполярной ковалентной, полярной ковалентной и ионной связей нет принципиального различия. Они различаются лишь степенью поляризации общих электронных пар. Природа химической связи едина.
Предсказать полярность связи можно на основании значений относительной электроотрицательности атомов элементов. Чем больше разность относительных электроотрицательностей связанных атомов ( х), тем сильнее выражена полярность. Предельно высокое значение х в соединениях фторидов франция
FrF и цезия CsF ( х = 4,10 – 0,86 = 3,24).
93
Итак, химическая связь между атомами ионная при х ≥ ≈ 2; при х = 0 – это связь неполярная ковалентная; в
промежуточных случаях – полярная ковалентная.
В действительности связи не бывают ионными на100 %. Поэтому говорят о степени ионности связи, которая определяется опытным путем. Оказывается, даже в таком соединении, как CsF, ионная связь выражена только на 89 %.
Ионная связь в отличие от ковалентной связи характеризуется ненаправленностью в пространстве, которая определяется тем, что каждый ион, представляющий собой как бы заряженный шар, может притягивать ион противоположного знака по любому направлению. Например, в кристалле NaCl каждый ион Na + взаимодействует с шестью ионамиCl -. Таким образом, вследствие ненаправленности ионной связи, соединения, состоящие из ионов, представляют собой твердые тела с ионной кристаллической решеткой.
Контрольные задания
1.Напишите электронные схемы молекул F2, Br2, NH3.
2.Определите характер связи в молекулах: CS2, ClF, CO2. Укажите направление смещения общей электронной пары.
3.Напишите электронные схемы образования следующих соединений: Na2S, MgCl2, CuO, Al2O3.
4.Определите тип химической связи в молекулах: N2, N2O5, Ca3N2, O2, SO2, Na2S.
Контрольные вопросы
1. Какая связь называется ионной?
2. Что называют ионами?
3.Чему равен заряд иона?
4.Что такое окисление и восстановление?
5.Какие соединения называются ионными?
6.В чем различие между ионной и ковалентной связями?
94
3.6. Валентность и степень окисления Словарь
Русский |
Английский |
Французский |
Арабский |
валентность |
valence |
valence(f) |
ﺆﻓﺎﻜﺗ |
степень окисления |
degree of |
degré(m) |
ﺪﺴﻛﺎﺘﻟا ﺔﺟرد |
|
oxidation |
d'oxydation |
|
возникать |
to arise |
surgir , prendre |
زﺮﺑ ،ﺮﮭظ |
|
|
naissance |
|
отрицательный |
negative |
négatif |
ﻲﺒﻠﺳ |
положительный |
positive |
positif |
ﻲﺑﺎﺠﯾا |
условный |
conditional |
conditionnel |
ﻲطﺮﺷ |
полностью |
completely |
entièrement |
ﺎﯿﻠﻛ ،ﻞﻣﺎﻜﻟﺎﺑ |
высший |
the highest |
supérieur |
ﺮﺒﻛﻻا ، ﻰﻠﻋﻻا |
низший |
the lowest |
inférieur |
ﻞﻗﻻا ، ﻰﻧدﻻا |
промежуточный |
intermediate |
intermédiaire |
ﻞﺻﺎﻓ ، ﻂﺳﻮﺘﻣ |
В середине XIX века в химии было введено понятие «валентность». Д.И. Менделеев установил связь между валентностью элемента и его положением в периодической системе элементов, ввел представление о переменности валентности.
Валентность элемента определяется числом общих электронных пар, которые связывают атом данного элемента с другими атомами.Валентность не может быть отрицательной и не может равняться нулю. Понятие «валентность» применяется только к соединениям с ковалентной связью. В настоящее время для ха-
рактеристики состояния атома в соединении используют -фор мальное понятие «степень окисления».
Степень окисления – это условный заряд атома в молекуле, который бы возник бы на атоме, если общие электронные пары полностью сместились к более электроотрицательному атому (т. е. атомы превратились бы в ионы).
Степень окисления не всегда численно равна валентности. Для определения степени окисления каждого элемента в соединении нужно помнить следующее.
1. Степень окисления одноатомного иона равна его заряду. Например, в хлориде натрия степень окисления натрия равна +1, степень окисления хлора равна-1; в соединении NaH степень
95
окисления натрия равна+1, |
а степень |
окисления |
водорода |
|||
равна -1. |
|
|
|
|
|
|
2. Степень окисления водорода во всех соединениях, за ис- |
||||||
ключением гидридов металлов (NaH, KH, CaH2, и др.), равна +1. |
||||||
В гидридах металлов его степень окисления равна -1. |
|
|
||||
Степень |
окисления |
фтора |
во |
всех |
его |
соединениях |
равна -1. Щелочные металлы (Li, Na, K, Rb, Cs, Fr) во всех соединениях имеют степень окисления +1, а у элементов главной подгруппы второй группы (Be, Mg, Ca, Sr, Ba, Ra) степень окисления равна +2.
3. Степень окисления кислорода в большинстве соединений равна –2. В соединении с фтором кислород имеет степень окисления +2. В соединениях типа H2O2, Na2O2 степень окисления кислорода равна –1, а его валентность (Н – О – О – Н, Na – O – O – Na) равна двум.
4. Степень окисления атомов в простых веществах равна
нулю:
0 0 0 0 0
Cl2 , H 2 , N 2 , P 4 , S8 .
5. Зная степень окисления одних элементов, можно определить степень окисления других элементов в данном соединении. Для этого нужно помнить, что алгебраическая сумма степеней окисления всех элементов в соединении(с учетом числа атомов) всегда равна нулю.
Например, определим степень окисления азота в азотной HNO3 и азотистой HNO2 кислотах. В азотной кислоте степень окисления водорода равна +1, кислорода равна -2, степень окисления азота равна х:
+ 1 + х + (-2 · 3) = 0, х = +5.
В азотистой кислоте степень окисления азота равна: + 1 + х + (-2 · 2) = 0, х = +3.
6. Степень окисления может выражаться не только целым, но и дробным числом. Например, степень окисления кислорода в КО2 равна -1/2, а в КО3 -1/3.
7. Многие элементы проявляют переменную степень окисления. Например, степень окисления серы в сероводородеH2S равна -2, в оксиде серы (IV) SO3 равна +6.
96
8.Высшая степень окисления элемента обычно равна -но меру группы, в которой находится элемент в периодической системе элементов. Например, магний Mg находится во второй группе и его высшая степень окисления равна +2. Марганец Mn находится в седьмой группе и его высшая степень окисления равна +7.
9.В соединениях неметаллов с водородом их степень окисления изменяется от -4 (у элементов IV группы) до -1 (у элементов VII группы). Это определяется числом электронов, которые атом неметалла оттягивает от атомов водорода. Например, в метане CH4, степень окисления углерода равна -4, в аммиаке NH3, степень окисления азота равна -3, в воде Н2О степень окисления кислорода равна -2, во фтороводороде HF степень окисления фтора равна -1.
Контрольные задания
1.Какую валентность и степень окисления имеет азот в следующих соединениях: N2, N2H4, NH3?
2.Определите степень окисления марганца в соединениях:
MnO, Mn2O3, MnO2, Mn3O4, K2MnO4, KMnO4. Укажите высшую степень окисления марганца.
3.Определите степень окисления каждого элемента в- со единениях: AsH3, Fe2O3, Ca3P2, P2O3, N2O5, Cu2O.
Контрольные вопросы
1.Чем определяется валентность элемента?
2.Что такое степень окисления?
3.Может ли валентность быть положительной, отрицательной и нулевой? А степень окисления?
4.Может ли валентность быть больше номера группы? А степень окисления?
5.Как определить высшую степень окисления элемента?
97
Задачи и упражнения для самостоятельной работы
1.Определите число валентных электронов в атомах: углерода; алюминия, кремния, железа, фосфора, лития, цинка, олова, кобальта, хрома.
2.Напишите электронные и структурные формулы моле-
кул: HI; H2Se; AsH3; H2S; C2H6; H2SO4.
3.Составьте электронные схемы образования молекул: Вг2;
HF; Cr2O3; H2CO3.
4. Укажите свойства ковалентных связей(направленность, полярность, насыщенность, кратность) следующих веществ: CO2; CH4; NH3; C2H6; O2; NO.
5.Сколько σ- и π-связей в молекулах: CO; C2H4; N2H4; CO2; C3H6; Al3C4.
6.Определите геометрическую структуру молекул: СaF2;
GeI4; PCl3; MgBr2; SiCl4; AsH3. Укажите тип гибридизации.
7.Укажите молекулы, имеющие линейную форму: NH3; BaI2; H2O2; C2H2; AsH3; CaI2; H2O; Ag2C2.
8.Геометрия каких из соединений является плоской -тре
угольной: SbH3; AsCl3; GaBr3; InCl3; PCl3; AsI3?
9.У каких соединений: HF; HCl; HI; CO; SnO; PbO связь наиболее полярная? К какому из атомов смещается общая пара электронов?
10.У какой из молекул дипольный момент равен нулю: H2O;NO2; CO2; CCl4; H2S; NO2; CO; CH4?
11.Определите тип химической связи в молекулах: O2;
SO2; Na2S; Cl2; BCl3; NaCl.
12.Укажите молекулу, у которой дипольный момент не ра-
вен нулю: CaBr2; H2Se; I2; AlBr3; CBr4; AsH3.
13.Какую валентность и степень окисления имеет азот в
следующих соединениях: N2; N2H4; NH3; N2O; HNO3?
14.Какую валентность и степень окисления имеет сера в следующих соединениях: S; H2S; H2SO3; H2SO4?
15.Определите степень окисления каждого элемента в со-
единениях: H2O2, HNO3, SO3, F2O, CS2, PH3.
98
|
|
Тестовые задания |
||
|
1. |
Как называется химическая связь с помощью общих |
||
электронных пар? |
|
|
||
1) |
ковалентная; |
2) ионная; |
||
3) |
металлическая; |
4) водородная. |
||
|
2. Сколько валентных электронов содержит атом фосфора? |
|||
1) |
один; |
2) |
три; |
|
3) |
пять; |
4) семь. |
||
|
3. |
Сколько π-связей в молекуле оксида углерода (IV)? |
||
1) |
одна; |
2) |
две; |
|
3) |
три; |
|
4) |
четыре. |
1) |
4. Определите геометрическую структуру молекулы BeCl2: |
|||
линия; |
2) |
треугольник; |
||
3) |
пирамида; |
4) |
тетраэдр. |
|
|
5. |
Укажите тип гибридизации в молекуле CCl4: |
||
1) sp-; |
|
2) sp2-; |
||
3) sp3-; |
|
4) spd-. |
||
|
6. |
У какого соединения связь наиболее полярная? |
||
1) |
H – F; |
2) |
H – Cl; |
|
3) |
H – Br; |
4) |
H – I. |
|
|
7. |
У какой из молекул дипольный момент равен нулю? |
||
1) H2O; |
2) |
СO; |
||
3) |
CCl4; |
4) |
H2S. |
|
|
8. |
У какой из молекул дипольный момент не равен нулю? |
||
1) |
AlCl3; |
2) |
NH3; |
|
3) |
CCl4; |
4) MgF2. |
||
|
9. |
Определите степень окисления марганца в перманганате |
||
калия (KMnO4): |
2) |
+4; |
||
1) +7; |
|
|||
3) +2; |
|
4) |
0. |
|
|
10. Гибридизация – это смещение атомных орбиталей и |
|||
|
|
выравнивание их по … |
|
|
1) |
размеру и расположению; |
2) размеру и форме; |
||
3) |
форме и энергии; |
4) |
положению в пространстве. |
|
99
1) |
11. Определите геометрическую структуру молекулы NH3: |
||
линия; |
2) треугольник; |
||
3) |
пирамида; |
4) тетраэдр. |
|
|
12. Какой из указанных элементов имеет наибольшую |
||
|
относительную электроотрицательность? |
||
1) литий; |
2) |
бериллий; |
|
3) бор; |
4) |
углерод. |
|
|
13. Кратность ковалентной связи определяется числом… |
||
1) свободных орбиталей; |
2) |
валентных электронов; |
|
3) общих электронных пар; |
4) |
общих орбиталей. |
|
|
14. Длина связи – это равновесное расстояние между … |
||
1) |
электронами; |
2) |
атомами; |
3) |
орбиталями; |
4) |
ядрами. |
|
15. Чему равна валентность азота в аммиаке? |
||
1) |
четыре; |
2) |
три; |
3) |
два; |
4) |
один. |
|
16. Выберите возможные значения валентности серы: |
||
1) |
II, III, V; |
2. I, III, V; |
|
3) |
II, IV, VI; |
4. II, III, VI. |
|
|
17. Укажите число связей в молекуле оксида углерода (II): |
||
1) |
четыре; |
2) три; |
|
3) |
две; |
4) одна. |
|
|
18. Атомы какого элемента могут образовывать химиче- |
||
|
ские связи по донорно-акцепторному механизму? |
||
1) |
калий; |
3) азот; |
|
2) |
магний; |
4) гелий. |
|
|
19. Какая молекула наиболее полярная? |
||
1) |
BeCl2; |
2) MgBr2; |
|
3) |
CaI2; |
4) SrF2. |
|
|
20. Определите геометрическую структуру молекулы SO3: |
||
1) линия; |
2) |
треугольник; |
|
3) пирамида; |
4) |
тетраэдр. |
|
|
21. Сколь валентных электронов содержит атом фосфора в |
||
|
возбужденном состоянии? |
||
1) |
один; |
2) три; |
|
3) |
пять; |
4) семь. |
|
100