химия+ информатика / Тема 3 Хим. связь
.pdf
Фундаментальной основой химической связи явилась теория химического строения А.М. Бутлерова (1861 г.), согласно которой свойства соединений зависят от природы и числа составляющих их частиц и химического строения.
Химическая связь - различные виды взаимодействий между электронами и ядрами, приводящие к соединению атомов в новые устойчивые структуры: молекулы, ионы, радикалы, кристаллические и другие вещества
Условия образования химической связи:
1. |
снижение |
общей |
|
энергии |
многоатомной |
||
системы по сравнению с |
|||
суммарной |
|
энергией |
|
изолированных |
частиц, |
||
из |
которых эта |
система |
|
образована |
|
(при |
|
образовании вещества АВ |
|||
|
- |
|
|
из атомов А и В ЕАВ ЕА |
|||
+ ЕВ ) |
|
|
|
2. |
перераспределение |
|
электронной |
плотности |
|
в |
области |
химической |
связи по сравнению с |
||
простым |
наложением |
|
электронных плотностей |
||
несвязанных |
атомов, |
|
сближенных |
на |
|
расстояние связи. |
||
Основные типы химической связи
ковалентная |
водородная |
ионная |
металлическая |
межмолекулярная
В основе классификации типов лежит разное распределение электронной плотности между ядрами
ПРАВИЛО ОКТЕТА При образовании химической связи атомы приобретают
такую же электронную конфигурацию, как у благородных газов (кроме Не) – на внешней оболочке восемь электронов
(октет)
Основные параметры химической связи
Энергия связи Есв, кДж/моль
Количество энергии, выделяющееся при образовании химической связи и характеризующее ее прочность.
Молекула СН4 Есв = 1640 : 4 = 410 кДж/моль
Чем больше энергия химической связи, тем устойчивее молекулы
Длина связи lсв , нм
Межъядерное расстояние взаимодействующих атомов.
Она зависит от размеров электронных оболочек и степени их перекрывания.
Кратность связи
Количество связей между взаимодействующими атомами
|
|
Есв, кДж |
lсв, |
вывод |
|
молекула |
связь |
/моль |
нм |
|
|
F2 |
F – F |
159,0 |
0,142 |
Чем меньше lсв, тем больше |
|
H2 |
H – H |
436,0 |
0,074 |
Есв и устойчивее молекула |
|
О2 |
О О |
498,7 |
0,120 |
Чем выше кратность связи, |
|
|
|
|
|
тем больше Есв и устойчивее |
|
N2 |
N N |
945,6 |
0,109 |
||
молекула |
|||||
|
|
|
|
|
ЕСВ |
lСВ |
|
|
ЕСВ |
lСВ |
Связь |
кДж/ |
нм |
|
Связь |
кДж/моль |
нм |
|
моль |
|
|
|
|
|
H-F |
536 |
0.092 |
|
C-C |
348 |
0.154 |
H-Cl |
432 |
0.128 |
|
C=C |
614 |
0.134 |
H-Br |
360 |
0.142 |
|
O=O |
495 |
0.121 |
H-I |
299 |
0.162 |
|
-C C- |
839 |
0.120 |
H-H |
436 |
0.074 |
|
C O |
1040 |
0.113 |
H-S |
380 |
0.134 |
|
N N |
940 |
0.110 |
Угол связи или валентный угол
Угол между воображаемыми прямыми, проходящими через ядра химически связанных атомов
В молекуле Н2О длина связи Н-О равна 0,096 нм, угол связи Н-О-Н – 104,5, а энергия связи Есв = 464 кДж/моль.
«Ковалентная» - совместно действующая
Химическая связь, образованная в результате обобществления валентных электронов в области связывания (между ядрами атомов)
Существует несколько квантово-механических подходов к описанию ковалентной связи: метод валентных связей (ВС),
метод молекулярных орбиталей (МО )и др..
МЕТОД ВАЛЕНТНЫХ СВЯЗЕЙ.
1927 г. нем.уч. У. Гейтлер и Ф.Лондон провели квантово-механический расчет взаимодействия атомов водорода.
Н + Н = Н2
Зависимость энергии системы
из 2-х атомов водорода с антипараллельными (1) и параллельными (2) спинами Е – энергия связи
Из уравнения Шредингера Есист = f (r ), где r- расстояния между ядрами атомов водорода.
(кривая 1):
•При сближении двух атомов электроны с антипараллельными спинами притягиваются одновременно двумя протонами - Fпритяжения
•Два электрона отталкиваются друг от друга, то же наблюдается и для
двух протонов - Fотталкивания
Fпритяжения Fотталкивания Есист - уменьшается
При некотором расстоянии между ядрами (r = lсв) Есист= min -
система наиболее устойчива химическая связь Н2
(кривая 2):
При сближении атомов, у электронов которых спины параллельны
Fпритяжения Fотталкивания Есист - возрастает
Основные положения метода ВС
◄химическая связь - результат перекрывания АО с образованием связывающих электронных пар (обобществление двух электронов);
◄химическая связь образуется только при взаимодействии электронов с антипараллельными спинами (по принципу Паули);
◄связь направлена в сторону максимального перекрывания АО реагирующих атомов.
◄характеристики химической связи (энергия, длина, полярность и др.) определяются типом перекрывания АО;
Механизм образования ковалентной связи
обменный |
дативный |
|
донорноакцепторный
► Обменный механизм - каждый из двух связываемых атомов выделяет для обобществленной пары по одному неспаренному электрону.
► Донорно-акцепторный механизм - образование общей электронной пары за счет неподеленной пары электронов одного атома (донора) и вакантной орбитали другого атома (акцептора).
Ион аммония NН4+ |
(NН3 + Н+ NН4+) |
►Дативные связи – образуются, когда АО, могут выступать одновременно в роли и донора и акцептора неподеленных пар электронов.
Образование молекулы Cl2
Энергия связи в молекуле Сl2 ( 243 кДж/моль) выше, чем в молекуле F2 (159 кДж/моль), несмотря на большую длину связи.
СВОЙСТВА КОВАЛЕНТНОЙ 
СВЯЗИ
1.Насыщаемость
запрещается
использование одной и той же орбитали дважды для образования связи
(по принципу Паули).
3 . П о л я р но с т ь
2 . Направленность
АО |
пространственно |
ориентированы |
вокруг ядра атома |
|
|
перекрывание АО |
происходит по |
|
определенным направлениям |
||
|
пространственная структура |
|
молекул. Количественно направленность
- значение в а л е н т н ы х у г л о в .
Молекула NaI
3s -АО атома Na перекрываются с 5p – АО атома иода, имеющими по одному неспаренному электрону:
Na 3s1
I 5s25p5
s-p -
Механизм образования связи - обменный.
Валентный угол 180о, структура молекулы - линейная
Связь называется - - связь: связь, находящаяся на воображаемой линии,
соединяющей ядра взаимодействующих атомов
Молекула оксида углерода (II) СО
С 2s2 2p2
О 2s22p4
Между атомами углерода и кислорода образуются 3 связи:
■две по обменному механизму и
■одна по донорно-акцепторному механизму: «O» - донор, «C»- акцептор.
3 ковалентные связи образуются за счет перекрывания 3-х р-АО каждого атома.
Структура молекулы – линейная.
Одна связь - связь, а две другие - -связи:
Связь называется - - связь: связь, при которой
перекрывание АО находится под углом к воображаемой линии, соединяющей ядра взаимодействующих атомов
Перекрывание АО при образовании -связей меньше (Есв-
меньше), чем при -связях, поэтому |
-связи менее |
|||
прочные. |
|
|
||
|
|
|
|
|
Молекула Н2S |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
структура – угловая, валентный угол – 92о
▓ Почему валентный угол в ряду молекул:
H2S (92o), Н2Se (91o) и Н2Те (89о) изменяется?
S, Se и Te - электронные аналоги : S 3s23р4
Se 4s24p4
Te 5s25p4
Пространственная конфигурация всех молекул – угловая.
Причина изменения валентного угла:
увеличение размера атома;
увеличеие расстояния между связывающими электронными парами;
уменьшение силы отталкивания между ними;
уменьшение валентного угла.