Добавил:

ivanov666 Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.

Вуз:

Башкирский Государственный Аграрный Университет

Предмет:

[НЕСОРТИРОВАННОЕ]

Файл:

Неорганическая химия сборник упражнений. Для студентов-иностранцев. Учебное пособие

.pdf

Скачиваний:

Добавлен:

07.09.2026

Размер:

2 Мб

Скачать

☆

<<< < Предыдущая 1 2 3 4 5 67 / 177 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 > Следующая >>>

H Cl H – Cl

Рис. 5. Изображение образования молекулы хлороводорода

При образовании молекулы хлора происходит перекрывание

двух p-орбиталей (рис. 6).

Cl Cl Cl – Cl

Рис. 6. Изображение образования молекулы хлора

Электронные схемы образования молекул хлороводорода и

хлора соответственно имеют вид:

;

В молекуле азота ковалентная связь образуется за счет трех общих электронных пар, т. к. каждый атом азота имеет по три неспаренных электрона, расположенных на p-орбиталях:

n = 2 n = 1

Электронная схема образования молекулы азота имеет вид:

↑↓ ↑ ↑ ↑ ↑↓

Ковалентная связь может образовываться между двумя атомами, один из которых имеет пару электронов, а другой - свободную орбиталь. Например, при взаимодействии аммиака NH3 и хлороводорода HCl пара s-электронов атома азота, которые не участвуют в образовании связей в молекуле аммиака (неподделен-

ная пара электронов), становится общей для водорода и азота,

получается ион аммония NH

ΝΗ Η

Η ΝΗΗΗ Η

××××®

+××××

ê ë

Такой механизм образования ковалентной связи называется донорно-акцепторным. В данном случае донором электронной пары является атом азота, а акцептором – ион водорода. Донорноакцепторный механизм образования ковалентной связи наблюдается в комплексных соединениях [Ag(NH3)2]OH, K4[Fe(CN)6].

Если общие электронные пары обозначать чертой, то электронная формула превращается в структурную:

N:Η: H

.. ..

Cl:Η

O:Η:

C:ΗH: H

OHClH

CHH

Контрольные задания

1. Составьте глоссарий: связь –; донор –; акцептор –; мо- лекулярное облако –; общая электронная пара – ; электронная

формула –.

2. Определите число валентных электронов в атомах: углерода, алюминия, кремния, железа, фосфора, лития, цинка, олова.

3. Напишите электронные и структурные формулы моле-

кул: HI; H2Se; AsH3; SiH4; F2; H2O; CaH2; I2; H2O2; Al2O3; FeS.

4. Сравните способы образования ковалентных связей в молекулах CH4; NH3 и в ионе NH

5. Составьте электронные схемы образования молекул следующих веществ: Вг2; HF; Cr2O3; F2O; N2H4; SiF4; C2N2; NF3.

3.2. Характеристики ковалентной связи

Словарь

Русский Английский Французский Арабский

направленность directivity directivité(f) ﺔﺤﺻ مﺪﻋ ، ﺔﻗد مﺪﻋ полярность polarity polarité(f) بﺎﻄﻘﺘﺳأ насыщаемость saturability saturabilité(f) ﻊﺒﺸﺗ кратность order multiplicité(f) ﺔﻔﻋﺎﻀﻣ ،ﺔﻤﺴﻘﻟا ﺔﯿﻠﺑﺎﻗ перпендикулярный perpendicular perpendiculaire ، يدﻮﻤﻋ ،ﺪﻣﺎﻌﺘﻣ

ﻲﺳأر

симметричный symmetrical symétrique ﮫﺑﺎﺸﺘﻣ смещаться to displace se déplacer حﺰﺣﺰﺗ،ﻞﯾﻮﺤﺗ،ﺔﺣازأ двойная связь double bond double liaison(f) ﺔﺟودﺰﻣ ﺔﻗﻼﻋ тройная связь triple bond triple liaison(f) ﺔﯿﺛﻼﺛ ﺔﻗﻼﻋ длина length longueur(f) لﻮط

Направленность ковалентной связи обусловливает про-

странственную структуру молекул, т. е. их геометрию (форму).

Если электронные облака перекрываются в направлении

прямой, которая соединяет ядра атомов (т. е. по оси связи), такая ковалентная связь называется σ-связью (сигма-связью). Например, в молекулах H2, HCl, Cl2 атомы соединяются ковалентной сигмасвязью (рис. 7). Ковалентные сигма-связи образуются при перекрывании орбиталей: s – s (H2), s – p (HCl), р – р (Cl2).

Рис. 7. Изображения ковалентных σ-связей

При перекрывании p-орбиталей, направленных перпендикулярно оси связи, образуются две области перекрывания по обе стороны оси связи (рис. 8). Такая ковалентная связь называется π-связью (пи-связью). Например, в молекуле азота атомы связаны одной σ-связью (1-) и двумя π-связями (2- и 3-). Изображение связей в молекуле азота представлено на рис. 9.

Рис. 8. Изображения Рис. 9. Изображение σ- и π-связей

этилен).

ковалентных π-связей в молекуле азота

Полярность связи определяется асимметрией в распределении общего электронного облака вдоль оси связи.

Если общие электронные пары располагаются симметрично относительно обоих ядер, то такая ковалентная связь называется неполярной. В молекулах простых веществ (H2, O2, N2, Cl2) атомы соединяются неполярной ковалентной связью.

Если общие электронные пары смещаются к одному из атомов (располагаются несимметрично относительно ядер различных атомов), то такая связь называется полярной. Связь в молекулах воды, аммиака, хлороводорода - полярная.

Кратность ковалентной связи определяется числом общих электронных пар, которые связывают атомы. Связь между атомами при помощи одной пары электронов называется простой или одинарной (связи H – Cl, C – H, H – O). Связь при помощи двух электронных пар называется двойной (H – C = C – H -

׀ ׀

H H

Связь при помощи трех электронных пар называется тройной (H – C ≡ C – H - ацетилен).

Длина связи – это равновесное расстояние между ядрами атомов. Длину связи выражают в нанометрах (1 нм = 10-9 м). Чем меньше длина связи, тем прочнее химическая связь.

Энергия связи (кДж/моль) равна работе, которую необходимо затратить на разрыв связи. Энергия связи увеличивается с уменьшением длины и увеличением кратности связи (табл. 6).

Энергия и длина связи в молекулах некоторых веществ

Таблица 6

Молекула

HCl 0,128 426

Н3С – СН Н2С = СH

HC ≡ CH 0,120 830

3 2

Длина, нм Энергия, кДж/моль

0,074 435 0,199 242

0,154 350 0,134 610

Связь

Ковалентные связи, образуемые многовалентными атомами, имеют пространственную ориентацию. Углы между связями называются валентными.

Рассмотрим образование молекулы воды. Электронная формула атома кислорода (8О 1s22s22p4) показывает, что на p-орбиталях внешнего электронного слоя находятся два спаренных и два неспаренных (валентных) электрона.

При сближении двух атомов водорода и одного атома кислорода на расстояние 0,957 нм происходит перекрывание s- и p-орби- талей и образуется две общих электронных пар (рис. 10).

Рис. 10. Изображение образования молекулы воды

Электронная схема образования молекулы воды имеет вид:

О:ΗН:..OΗ ®×+×+×

OH:формулаяструктурна;:

Валентный угол между связями в молекуле Н2О равен 90о.

Контрольные задания

1. Составьте глоссарий: направленность –; полярность – ;

кратность –; длина –; энергия связи –; ось связи –.

2. Напишите электронные формулы и укажите свойства

ковалентных связей (направленность, полярность, кратность) следующих веществ: CO2; CH4; NH3; C2H6; O2; NO; Cr2O3; C2N2.

3. Укажите молекулы, у которых имеет место π-связь: CO2,

C2H2; C2H4; CH4; SO2; C2H4; SiC2; SO3.

4. Сколько π-связей в молекуле оксида углерода (IV)? Со-

ставьте электронную схему образования этого оксида.

5. Запишите формулы веществ в порядке увеличения поляр-

ности связи: H2O; CH4; HF; NH3.

3.3. Теория гибридизации атомных орбиталей

Словарь

Русский Английский Французский Арабский

гибридизация hybridization hybridation(f) ﻦﯿﺠﮭﺗ

разъединение disconnection séparation(f) ﻞﺼﻓ

смещение displacement déplacement(m) ﻂﻠﺧ

выравнивание equalization égalisation(f) ﺔﯾﻮﺴﺗ، ةاوﺎﺴﻣ

линейный linear linéaire ، ﻲﻄﺧ ...ﻂﺧ

отталкивание repulsion repoussement(m) رﻮﻔﻧ

треугольник triangle triangle(m) ﺚﻠﺜﻣ

тетраэдр tetrahedron tétraèdre(m) ﻞﻜﺷ ،ﮫﺟوﻻا ﻲﻋﺎﺑر

حﻮﻄﺴﻟا ﻲﻋﺎﺑر

угол angle angle(m) ﺔﯾواز

неподеленный unshared célibatai re, libre كﺮﺘﺸﻣ ﺮﯿﻏ

пара pair paire(f) جوز

Очень часто электроны, участвующие в образовании ковалентной связи, находятся на различных орбиталях. Казалось бы, и связи в молекуле по прочности должны быть не равноценными. Однако опыт показывает, что они равнозначны. Это объясняется понятием гибридизации атомных орбиталей, введенным американским ученым Л. Полингом в 1931 году.

Гибридизацию валентных орбиталей рассмотрим на примере образования молекул хлорида бериллия BeCl2, хлорида бора

BCl3 и метана CH4.

Переход атома бериллия в возбужденное состояние сопровождается разъединением спаренных электронов:

Be 1s22s

Be* 1s22s12p

В возбужденном состоянии атом бериллия присоединяет два атома хлора. Обе связи Be – Cl одинаково прочны, что объясняется явлением гибридизацией валентных орбиталей.

Первоначальная форма и энергия электронных орбиталей атома взаимозаменяются и образуются орбитали одинаковой формы и энергии. В образовании химической связи в молекуле BeCl2 участвуют один s- и один p-электрон атома бериллия. В этом случае происходит sp- (читается эс – пэ) гибридизация атомных орбиталей (рис. 11).

(s и p)-орбитали две sp-орбитали

Рис. 11. sp-Гибридизация валентных орбиталей

Гибридизация – это смещение атомных орбиталей и вы- равнивание их по форме и энергии.

Две гибридных орбитали ориентируются под углом 180 друг к другу, т. е. молекула BeCl2 имеет линейную форму – все три атома расположены на одной линии (рис. 12).

Рис. 12. Линейная молекула BeCl

В молекуле хлорида бора осуществляется sp2-гибридизация орбиталей центрального атома (эс – пэ – два – гибридизация). У атома бора (электронная формула 1s22s22p1, в возбужденном состоянии 1s22s12p2) в гибридизации участвуют орбитали одного s- и двух p-электронов, что приводит к образованию трех гиб- ридных орбиталей, расположенных под углом 120о (рис. 13).

(s + p + p)-орбитали три sp2-орбитали

Рис. 13. sp2–Гибридизация валентных орбиталей

Молекула BC l3 имеет форму плоского равностороннего треугольника, в центре которого находится атом брома (рис. 14).

Рис. 14. Плоская треугольная молекула BCl

При образовании молекулы метана CH4 атом углерода переходит в возбужденное состояние, сопровождающееся разъединением спаренных 2s-электронов:

n = 2 ↑↓ ↑ ↑ n = 2 ↑ ↑ ↑ ↑ n = 1 ↑↓ p n = 1 ↑↓ p

С 1s22s22p

→

C* 1s22s12p3.

Атом углерода в возбужденном состоянии имеет четыре неспаренных электрона и может присоединять четыре атома водорода.

В молекуле метана у атома углерода подвергаются гибридизации орбитали одного s- и трех p-электронов, в результате чего образуется четыре гибридных орбитали (sp3-гибридизация). Валентный угол между осями гибридных орбиталей составляет

109,3о (рис. 15).

(s + p + p + p)-орбитали четыре sp3-орбитали

Рис. 15. sp3–Гибридизация валентных орбиталей

В результате перекрывания четырех гибридных sp3-орбиталей атома углерода и s-орбиталей четырех атомов водорода образуется прочная молекула метана, которая имеет тетраэдрическую форму с одинаковыми всеми связями (рис. 16).

Гибридизацией орбиталей объясняется и то, что валентные углы связей в молекулах аммиака и воды меньше тетраэдрического. Как и в случае образования метана, при образовании молекул воды и аммиака происходит sp3-гибридизация валентных

Рис. 16. Образование химических связей

в тетраэдрической молекуле метана

орбиталей атомов кислорода и азота. Но у атомов углерода все четыре sp3-орбитали заняты связывающими электронными парами, тогда как у атома азота одна sp3-орбиталь из четырех занята несвязывающей электронной парой, а у атома кислорода ими заняты две sp3-орбитали (рис. 17).

1 2 3

Рис. 17. Образование химических связей в молекулах:

метана (1), аммиака (2) и воды (3)

<<< < Предыдущая 1 2 3 4 5 67 / 177 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 > Следующая >>>

Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]