Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Химия. Практикум
.pdf
Рис. 1. а — σ–cвязь, б, в — π–cвязи (схемы перекрывания 2p–электронных
облаков в молекуле N2)
По степени смещения связующего электронного облака связь может быть
ковалентной неполярной, полярной и ионной.
При взаимодействии частиц, одна из которых имеет пару электронов,
другая-свободную орбиталь, например, при взаимодействии молекулы NH3 с
ионом водорода возникает ковалентная связь; неподеленная пара электронов
атома азота становится общей для двух атомов, образуется ион аммония NH
+
.
4
Частица, представляющая для связи электронную пару, называется доно-
ром; частица со свободной орбиталью, принимающая эту электронную пару,
называется акцептором.
Обычно атомы формируют химические связи за счет электронов разных
энергетических уровней.Гибридные орбитали при комбинации: одной s– и
одной р-орбитали расположены под углом 180º, одной s– и двух р-орбиталей
(три sp²–гибридных орбитали)- под углом 120º, одной s– и трех р–орбиталей
(sp³–гибридизация)- под углом 109º 28′.
Рис. 2. Взаимное расположение гибридных sp3–электронных облаков
2.3. Ионная связь, металлическая связь, водородная связь
Природу ионной связи можно объяснить с позиции электростатического
взаимодействия положительных и отрицательных ионов. Соединения, состоя-
щие из простых ионов, легче все образуются при взаимодействии щелочных и
щелочноземельных металлов с галогенами. Ионная связь характеризуется ненаправленностью и ненасыщенностью.
31
В узлах кристаллической решетки металлов расположены положительно
заряженные ионы металлов, связь между которыми осуществляется посред-
ством свободно перемещающихся между ними электронов. Металлическая
связь отличается от неполярной ковалентной связи своей ненаправленностью,
этосильно делокализованная химическая связь.
Атом водорода способен соединяться одновременно с двумя другими
атомами: R1A- H····:BR2. С одним из атомов (А) водород обычно связан значительно сильнее (за счет ковалентной связи), чем с другим (В). Последняя связь
получила название водородной. Ее изображают точками или пунктирами.
3. Литературные источники
1. Коровин Н.В. Общая химия. Учебник для технических направлений и
спец. вузов. – М.: Высш. шк., 2008. – С. 35-65.
2. Тихонов Г.П. Общая химия. Часть II. Учебное пособие для самостоя-
тельной подготовки студентов. – М.: Альтаир- МГАВТ, 2008. – С. 141-178.
3. Тихонов Г.П., Минаева И.А., Пономарев А.Я. Химия на водном транс-
порте. Учебное пособие. – М.: Альтаир- МГАВТ, 2012. – С. 24-38.
4. Порядок проведения занятия
В начале занятия преподаватель кратко знакомит студентов с природой м
типами химической связи. Затем заслушиваются следующие самостоятельно
подготовленные сообщения студентов (рефераты):
1. Ковалентная связь;
2. Ионная и металлическая связь.
В ходе обсуждения дополнительных положений в форме взаимного диа-
лога между преподавателем и самими студентами рассматриваются и обсуж-
даются следующие основные вопросы:
1. Теория валентных связей (В.С.);
2. Гибридизация орбиталей.
5. Задания на самостоятельную работу
5.1. Изучить по предложенным литературным источникам тему «Химиче-
ская связь в различных соединениях».
5.2. Решить 2 задачи, предложенные преподавателем, из раздела 6 «Зада-
чи для самостоятельного решения».
32
6. Задачи для самостоятельного решения
4
5
2
5
1) NaCl
I — ковалентная полярная;
2) PH3
II — полярная;
3) Na
III — ковалентная неполяр-
ная;
4) Cl2
IV — металлическая
1. Указать тип химической связи в молекулах H2, Cl2, HCl. Привести схе-
му перекрывания электронных орбиталей.
2. Какой характер имеют связи в молекулах NCl3, CS2, ICl5, NF3, OF2, ClF.
Указать для каждой из них направление смещения общей электронной пары.
3. Сравнить способы образования ковалентных связей в молекулах CH4,
NH3 и в ионе NH
. Могут ли существовать ионы CH
, NH
?
4. Какие типы гибридизации АО углерода соответствуют образованию
молекул CH4, C2H6, C2H4, C2H2?
5. Указать вид гибридизации АО кремния в молекулах SiH4 и SF
. Поляр-
4
ны ли эти молекулы?
6. Дипольные моменты молекул H2O и H2S равны соответственно 1,84 и
0,94 D. Вычислить длины диполей. В какой молекуле связь более полярна?
Указать направление дипольных моментов связей в этих молекулах.
7. Установите соответствие между формулой вещества и типом химиче-
ской связи:
8. Валентный угол равен 120° в молекуле:
а) ZiF;
б) MgF2;
в) BF2;
г) CF4.
9. Центральный атом имеет sp-гибридизацию в молекулах:
а) H2O;
33
б) BeF2;
в) SO2;
г) CO2.
10. Какой из перечисленных ионов обладает наибольшим поляризующим
действием:
а) Na+;
б) Ca2+;
в) Mg2+;
г) Al3+?
7. Примеры решения задач
1. Может ли длина связи быть равной суме радиусов атомов, которые ее
образуют? Покажите и объясните ответ на примере молекулы H2, зная, что
r (H)= 0,053 нм, а d (H–H)= 0,074 нм.
Решение:
Не может быть. Поскольку при образовании химической связи в про-
странстве между ядрами двух атомов образуется зона повышенной электронной
плотности, и взаимодействие положительно заряженных ядер атомов и отрица-
тельно заряженных электронов стягивает и упрочняет молекулы. В качестве
примера можно привести образование молекулы Н2. Сумма двух радиусов двух
атомов Н равняется: r (H) + r (H)= 0,053нм + 0,053нм = 0,016нм. а d(Н–Н)=
0,074м. Следовательно, диаметр молекулы должен быть меньше, чем сумма радиусов двух атомов, из которых образовалась эта молекула.
2. Определите валентность хлора.
Решение:
Хлор проявляет переменную валентность 1, 3, 5, 7, так как на 3–м энерге-
тическом уровне имеются свободные d-орбитали, куда могут распариваться
спаренные 3s и 3р–электроны.
3. Какая из молекул HCl, HBr, HI имеет наибольший момент диполя? По-
чему?
Решение:
Электрический момент диполя молекулы равен произведению абсолют-
ного заряда электрона (q = 1,60 ·10
–19
Кл) на длину диполя l: M = q · l.
34
Длина диполей молекул HCl, HBr, HI:
–10
–10
–10
μ.
μ;
μ;
(H-Cl)= 0,22 · 10
(H-Br)= 0,15· 10
(H-J)= 0,09· 10
4. Вычислите дипольный момент молекулы HI, если длина диполя равна
0,09· 10
–10
м.
Решение:
Дипольный момент молекулы равен произведению длины диполя l на ве-
личину элементарного электрического заряда g= 1,602·10
μ= g·l = 1,602·10
–19
·0,09·10
–10
= 1,44·10
–30
Kл·м = 0,43 D
5. Определите вид гибридизации электронных облаков и пространствен-
ную структуру молекулы SiCl4.
Решение:
–19
Kл.
В возбужденном состоянии структура внешнего энергетического уровня
атома кремния следующая: 3s
13р3
. В образовании химических связей в атоме
кремния участвуют электроны третьего внешнего энергетического уровня:
один s– и три р–электрона. При образовании молекулы SiCl4 возникают четыре
гибридных электронных облака (sp³–гибридизация), расположенные в пространстве тетраэдрически.
35
ПРАКТИЧЕСКОЕ ЗАНЯТИЕ № 4
Состав, строение и свойства комплексных соединений
1. Перечень вопросов, рассматриваемых на практическом занятии
1. Определение и номенклатура комплексных соединений.
2. Основные свойства комплексных соединений.
2. Теоретическая часть
2.1 Определение и номенклатура комплексных соединений
Комплексными соединениями называют соединения, у которых имеют-
ся ковалентные связи, образованные по донорно–акцепторному механизму. В
соединении K3[Fe(CN)6]:центральный ион Fe3+ — ион комплексообразователь,
ионы CN– — лиганды, которые располагаются (координируются) вокруг центрального иона Fe+3. Центральный атом и лиганды составляют внутреннюю
сферу комплексного соединения, а ионы, уравновешивающие заряд комплекс-
ного иона — внешнюю. В данном комплексном соединении K3[Fe(CN)6]– —
внутренняя сфера, а ионы K+ — внешняя сфера.
Число лигандов, непосредственно связанных с центральным ионом,
называется координационным числом (КЧ). Наиболее часто встречающиеся
координационные числа 4 и 6 соответствуют тетраэдрической, или квадратной,
(4) и октаэдрической (6) конфигурациям.
Комплексные соединения классифицируют по нескольким принципам:
А. По принадлежности к классу соединений:
- комплексные кислоты H[AuCCl4];
- комплексные основания [Ag(NH3)2]OH;
- комплексные соли [Cr(H2O)6]Cl3.
Б. По природе лигандов: на оксалатные, карбонатные, галогенидныеи
другие комплексы, содержащие анионы–лиганды; если лиганд — вода, то образуется аква–комплексы; если аммиак, то амино-комплексы или аммиакаты; если HO–группа, то образуются гидроксо–комплексы; если NO+, то — нитрозил–
комплексы.
В. По знаку заряда комплексаразличают катионные [ZN (NH3)4] Cl
онные K[Be(CO3)2] и нейтральные [Co(NH3)3Cl3] комплексы.
Г. По внутренней структуре различают моноядерные и полиядерные ком-
плексные соединения.
36
, ани-
2
2.2 Основные свойства комплексных соединений
Большинство реакций комплексообразования протекает в водных раство-
рах. Так как вода сама является лигандом, в водных растворах все катионы су-
ществуют в виде аквакомплексов. Поэтому, процесс «образования» комплекс-
ных анионов, в сущности, является процессом замещения молекул воды в ко-
ординационной оболочке комплексообразователя на другие молекулы или ио-
ны.
Обычно формулы молекул растворителя в химическом уравнении не за-
писывают. Поэтому полную реакцию образования аммиачного комплекса чаще
всего пишут как присоединение четырех молекул к двухзарядному иону Cu2+:
Cu2+ + 4NH3 = [Cu(NH3)4]2+.
Константа нестойкости комплексного иона — это мера его прочности.
Если значение К
мало, комплексы являются прочными, если велики —
нест
неустойчивыми.
3. Литературные источники
3.1. Коровин Н.В. Общая химия. Учебник для технических направлений и
спец.вузов. – М.: Высш.шк., 2008. – С. 71-75.
3.2. Тихонов Г.П. Общая химия. Часть II. Учебное пособие для самостоя-
тельной подготовки студентов. – М.: Альтаир-МГАВТ, 2008. – С.179-206.
3.3. Тихонов Г.П., Минаева И.А., Пономарев А.Я. Химия на водном
транспорте. – М.: Альтаир-МГАВТ, 2012. – С.39-41.
4. Порядок проведения занятия
В начале занятия преподаватель кратко знакомит студентов с важностью
изучения и основными характеристиками комплексных соединений. Далее за-
слушивается следующее самостоятельно подготовленное сообщение студентов
(рефераты):
1. Определение и номенклатура комплексных соединений;
2. Классификация комплексных соединений.
В ходе обсуждения доложенных положений в форме взаимного диалога
между преподавателем и самими студентами рассматриваются и обсуждаются
следующие основные вопросы:
1. Основные свойства комплексных соединений;
2. Практическое применение комплексных соединений.
37
5. Задание на самостоятельную работу
1. Изучить по предложенным литературным источникам тему «Состав,
строение и свойства комплексных соединений»;
2. Решить 2 задачи, предложенные преподавателем, из раздела 6 «Задачи
для самостоятельного решения».
6. Задачи для самостоятельного решения
1. Найдите заряды комплексных частиц и укажите среди них катионы,
анионы и неэлектролиты:
[Co(NH3)5Cl];
[Cr(NH3)4PO4];
[Ag(NH3)2];
[Cr(OH)6];
[Co(NH3)3(NO2)3];
[Cu(H2I)4].
2. Определите степень окисления комплексообразователя в следующих
комплексных ионах: [Fe(CN)6]4-; [Ni(NH3)5Cl]+; [Co(NH3)2(NO2)4]-;
[Cr(H2O)4Br2]+; [AuCl4]-; [Hg(CN)4]2-.
3. Установите взаимодействие между растворами указанных электроли-
тов. Напишите уравнение реакций в молекулярной и ионно-молекулярной форме:
а) K2[HgI4] + Br;
б) K2[HgI4] + KCN;
в) [Ag(NH3)2]Cl + K2S2O3;
г) K[Ag(CN)2] + K2S2O3;
д) K2[Cu(CN)4] + Hg(NO3)2.
4. Вычислите концентрацию ионов Ag+ в 0,1М растворе [Ag(NH3)2]NO3,
содержащем в избытке 1моль/лNH3.
5. Вычислить концентрацию ионов кадмия в 0,1М растворе K2[CD(CN)4],
содержащем, кроме того, 6,5 г/л KCN.
38
6. Выпадает ли осадок галогенид серебра при прибавлении к 1л 0,1М рас-
твора [Ag(NH3)2]NO3, содержащему 1моль/л аммиака:
а) 110-5моль KBr, ПР
AgBr
= 610
-13
;
б) 110-5моль KI, ПР
= 1.110
AgJ
-16
?
7. Какова концентрация ионов серебра в 0,08М растворе [Ag(NH3)2]NO3,
содержащем 1моль/л аммиака? Сколько граммов NaCl можно прибавить к 1л
этого раствора до начала выпадения осадка AgCl? ПP
= 1.810
AgCl
-10
8. Назвать следующие электронейтральные комплексные соединения:
[Cr(H2O)4PO4];
[Cu(NH3)2];
[Pd(NH2OH)2Cl2];
[Rh(NH3)3(NO2)3];
[Pt(NH3)2Cl4].
9. Написать в молекулярной и ионно–молекулярной форме уравнения об-
менных реакций, происходящих между:
а) K4[Fe(CN)6] и CuSO4;
б) Na3[Co(CN)6] и FeSO4;
в) K3[Fe(CN)6] и AgNO3,
имея в виду, что образующиеся комплексные соли нерастворимы в воде.
7. Примеры решения задач
1. Определите заряд комплексообразователя в комплексном соединении
K4[Fe(CN)6].
Решение:
Внешняя сфера комплексного соединения K4[Fe(CN)
] состоит из четырёх
6
катионов (K+), следовательно, ее общий заряд составляет (4+). Отсюда следует,
что заряд комплекса–аниона равен (4-), т.е. [Fe(CN)6]4 и рассчитывается степень
окисления комплексообразователя: -4 = х+6 (-1); х= +2, т.е. Fe2+.
39
2. Определите заряд комплексного иона, степень окисления и координа-
ционное число комплексообразователя в соединениях:
а) [Cu(NH3)4]SO4;
б) K2[PtCl6];
в) K[Ag(CN)2].
Напишите уравнения диссоциаций этих соединений в водных растворах.
Решение:
Заряд комплексного иона равен заряду внешней сферы, но противополо-
жен ему по знаку. Координационное число комплексообразователя равно числу
лигандов, координированных вокруг него. Степень окисления комплексообра-
зователя определяется также, как степень окисления атома в любом соедине-
нии, исходя из того, что сумма степеней окисления всех атомов в молекуле
равна нулю. Заряды нейтральных молекул (NH
ных остатков определяют из формул соответствующих кислот (SO
лотный остаток H2SO4; Cl–1 — кислотный остаток HCl; CN
) равны нулю. Заряды кислот-
3
2–
— кис-
4
–1
— кислотный оста-
ток HCN). Следовательно:
а) Заряд комплексного иона [Cu(NH3)4]2+ (+2)]; степень окисления Cu
(+2); координационное число Cu2+ (4);
б) Заряд комплексного иона [PtCl6]2- (-2); степень окисления Pt (+4); ко-
ординационное число Pt4+ (6);
в) Заряд комплексного иона [Ag(CN)2]
1-
(-1); степень окисления Ag (+1);
координационное число Ag1+ (2).
Комплексные соединения диссоциируют в водных растворах ступенчато:
по первой ступени (по внешней сфере) как сильный электролит, а по второй и
следующим ступеням (по внутренней сфере), как слабый электролит.
а) [Cu(NH3)4]SO
4
[Cu(NH3)4]SO4 = [Cu(NH3)4]
[Cu(NH3)4]
2+
Cu
б) K2[PtCl6] = 2K++[PtCl]
[PtCl6]
2–
Pt4++6Cl– (2)
2–
+ 4NH
2–
6
2+
0
(2)
3
(1);
+ SO
2–
(1)
4
в) K[Ag(CN)2] = K+ + [Ag(CN)2]– (1);
[Ag(CN)2]– ↔ Ag+ + 2CN– (2).
40
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]