- •ХИМИЧЕСКАЯ
- •Химическая связь - это различные виды взаимодействия, обуславливающие устойчивое существование двух- и многоатомных
- •Основные черты химической связи:
- •Ковалентная связь.
- •По закону Гесса то же количество выделится при взаимодействии двух атомов водорода.
- •Взаимодействие атомов водорода происходит или на стенках сосуда или в присутствии других молекул,
- •Поэтому добавление инертных газов ускоряет процесс:
- •Объединяются атомы только с противоположными спинами.
- •Проникновение электронных облаков взаимодействующих атомов друг в друга – это
- •Изменение потенциальной энергии Е системы из двух атомов Н в зависимости от расстояния
- •Льюис предположил: устойчивые внешние электронные конфигурации у молекул могут возникнуть в результате обобществления
- •Правило октета: стремление к созданию устойчивой электронной конфигурации благородного газа (2-х или 8-и
- •Энергия и длина связи
- •С уменьшением длины связи энергия связи растёт и соответственно, устойчивость молекул увеличивается.
- •Метод валентных связей (ВС)
- •3)В соответствии с принципом Паули химическая связь образуется лишь при взаимодействии электронов с
- •При сближении атомов с антипараллельными спинами происходит уменьшение энергии системы, т.к. увеличивается электронная
- •В образовании химической связи участвуют электроны внешней оболочки.
- •В рассмотренных соединениях используется правило октета.
- •При образовании связи изменения претерпевает электронная структура внешних оболочек и подоболочек атомов.
- •Механизм образования ковалентной связи
- •Образование молекулы Н2О
- •2) Донорно-акцепторный механизм:
- •Характеристики ковалентной связи
- •Способность атома перетягивать на себя область перекрывания электронных облаков зависит от способности одного
- •Два атома А и В образуют молекулу АВ. Т.к. атомы разные, то связь
- •В сумме энергетические изменения составляет:
- •Неравенство можно переписать в виде:
- •Электроотрицательность позволяет сравнивать атомы по их способности оттягивать электронную плотность при образовании химической
- •Электрический момент диполя м - равен векторной сумме электрических моментов диполей связей, имеющихся
- •Дипольный момент, приходящийся на связь, рассматривают как вектор. При этом надо учитывать вклад
- •Дипольный момент многоатомной молекулы можно считать равным векторной сумме дипольных моментов всех связей
- •Синтезировали дихлорбензол С6Н4С12 с дипольным
- •Необходимо учитывать природу многоатомных заместителей в молекуле.
- •Эффективные заряды.
- •Значения эффективных зарядов в подгруппе уменьшаются, например:
- •Поляризуемость, ( ) - способность молекулы становиться полярной (или более полярной) под действием
- •Насыщаемость.
- •Валентность - число связей, которые данный атом может образовать с другими атомами.
- •Например, углерод в основном состоянии имеет структуру:
- •При возбуждении атома – происходит разъединение 2s электронов и переход одного из них
- •Суммарная валентность равна числу неспаренных электронов (обменный механизм) плюс число связей, образованных по
- •Направленность.
- •Может возникать при перекрывании орбиталей s - s, р - р, d-d-типа, а
- •Связь, образованная перекрыванием АО по обе стороны линии, соединяющей ядра – боковое перекрывание
- •Число связей между атомами называется
- •Строение бензола является промежуточным между:
- •Для более точного решения вводятся ещё 3 структуры:
- •Гибридизация атомных орбиталей
- •Гибридизация – это изменение формы атомной орбитали за счет комбинации с другими атомными
- •Волновая функция гибридной орбитали:
- •Условия устойчивости гибридизации:
- •Виды гибридизации
- •sр2- составлены из одной s и двух р - орбиталей, всего их 3.
- •sp3 - составлены из одной s и трёх р - орбиталей, всего их
- •Пространственная структура молекул
- •Состояние sp3-гибридизации - угловая структура
- •Четырехатомные молекулы имеют два типа структур
- •Тяжелые элементы, из-за рыхлой структуры электронных оболочек связи чаще образуются чистыми p- и
- •В молекулах СН4, NН3, Н2О углерод, азот и кислород имеют sp3 тип гибридизации,
- •Гибридизация с участием d – орбиталей
- •Недостатки метода валентных связей
- •Атом кислорода имеет два неспаренных электрона.
- •Метод молекулярных орбиталей (МО)
- •3)В результате атомные орбитали трансформируются в молекулярные.
- •Молекулярная орбиталь (МО) – волновая функция, которая описывает состояние электрона в поле двух
- •Метод ЛКАО
- •Перекрывание атомных орбиталей а и в соответствует сложению электронных плотностей, и возникает молекулярная
- •Если спины электронов атомных орбиталей параллельны, то эти электроны отталкиваются, и электронные плотности
- •При сложении, электронная плотность в области между ядрами возрастает и образуется связь, энергия
- •При вычитании электронная плотность между ядрами равна нулю, атомы расталкиваются и энергия системы
- •Образование связывающей и разрыхляющей молекулярной орбитали из атомных s-орбиталей.
- •МО, получающиеся при комбинации s атомных орбиталей называются σs МО.
- •При комбинации 2рх атомный орбиталей образуются две σх МО (где х – линия,
- •При комбинации двух ру и двух рz атомных орбиталей образуются две πу и
- •У связывающих МО электронная плотность сосредоточена между ядрами, это снижает запас энергии и
- •р(х) связывание сильнее р(у) ир(z) связывания, поэтому энергетический уровень молекулярной орбитали св2р(х) должен
- •Поэтому уровень св2р(х) перемещен несколько выше уровнейсвр(у) и свр(z), т.к. при образовании двухатомной
- •Порядок заполнения МО
- •Кулоновские интегралы – это энергия, необходимая для отрыва электрона с данной атомной орбитали
- •Второй электрон поступит на ту же орбиталь и образуется нейтральная молекула водорода Н2.
- •Молекула Не2 должна была бы содержать 4 электрона – два связывающих и два
- •Схема образования молекулярных орбиталей у двухатомных молекул второго периода
- •По мере заполнения связывающих МО прочность связи повышается: увеличивается её порядок, уменьшается длина
- •Если два электрона находятся на одной орбитали, то их магнитные поля замыкаются.
- •Для разноименных атомов учитывается I.
- •Построение МО для молекул с гибридизацией
- •Достоинства метода МО:
- •Общие черты ММО и МВС
- •Ионная связь
- •Атомы, отдавшие часть электронов, приобретают положительный заряд и становятся положительно заряженными ионами –
- •Схема образования NaC1
- •Связь, которая образуется за счёт электростатического взаимодействия разнополярных ионов называется ионной.
- •Энергия ионной связи
- •Ионная связь, характеризуется:
- •Поляризация иона - это относительное смещение ядра и окружающих его электронов внешней электронной
- •Различают поляризуемость и поляризующую силу.
- •Поляризующая сила иона – это способность деформировать, поляризовать другой ион.
- •Изменение радиуса
- •Поляризация ионов влияет на свойства соединений:
- •Металлическая связь
- •Металлическая связь – это связь, в которой электрон каждого отдельного атома принадлежит всем
- •Межмолекулярные взаимодейсвия Ван-дер-ваальсовы силы.
- •Индукционное взаимодействие
- •Дисперсионное взаимодействие
- •Молекула
- •Ван-дер-ваальсовы силы действуют между молекулами лишь при близком расположении.
- •Донорно-акцепторное взаимодействие
- •Водородная связь
- •Если водородная связь образуется между разными молекулами, то она называется межмолекулярной.
Электрический момент диполя м - равен векторной сумме электрических моментов диполей связей, имеющихся в молекуле.
Если молекула состоит из одинаковых атомов, или имеются равноценные заместители и при этом у неё симметричная структура, то молекула неполярная, в следствие, симметричного распределения электрических зарядов по отношению к связи.
= ql
1-расстояние между центрами положительных и отрицательных зарядов.
Единица измерения - D - дебай
Дипольный момент, приходящийся на связь, рассматривают как вектор. При этом надо учитывать вклад в дипольный момент неподеленных пар электронов.
Например, молекула СО С –акцептор, О-донор:
Дипольный момент многоатомной молекулы можно считать равным векторной сумме дипольных моментов всех связей (пренебрегая их взаимным влиянием).
Рассмотрим молекулу аммиака: из двух вариантов строения молекулы выбираем второе, т.к. измерения показывают, что молекула полярна.
Синтезировали дихлорбензол С6Н4С12 с дипольным
моментом , какой из трех:
Рассчитаем для каждого дипольный момент:
Был получен мета изомер, т.к. остальные не подходят по дипольному моменту.
Необходимо учитывать природу многоатомных заместителей в молекуле.
Например, нитробензол и толуол.
NО2- электронакцепторный заместитель: в связи С-N электронная плотность сдвигается к азоту.
В толуоле СН3 – электрондонорный заместитель: в
связи С-С электронная плотность смещается к углероду бензольного кольца.
Эффективные заряды.
Эффективные заряды ( ) - (в единицах электрона), выражают ассиметрию электронного облака, они условны, т.к. электронное облако делокализовано и его нельзя разделить между ядрами.
Под влиянием внешнего поля эффективные заряды увеличиваются вплоть до значения, отвечающего ионной связи.
Эффективный заряд тем больше, чем больше поляризуемость, которая увеличивается с увеличением электроотрицательности.
Значения эффективных зарядов в подгруппе уменьшаются, например:
F = 0,45, С1=0,2, Вr=0,12, I=0,05.
В соединениях одного и того же элемента эффективный заряд падает с увеличением степени окисления
Сr+2С12( Сr=1,9); Сr+3С13( Сr=1,3); К2Сr+6О4( Сr=0,2)
Чем выше формальная валентность, тем больше доля ковалентной связи. Это обусловлено уменьшением полярности связей по мере увеличения числа связей.
Поляризуемость, ( ) - способность молекулы становиться полярной (или более полярной) под действием внешнего электрического поля.
В электрическом поле происходит смещение электронных оболочек в сторону положительно зараженной пластины, а ядер в сторону отрицательно заряженной пластины. В результате поляризации может произойти полный разрыв связи.
катализатор |
|
НОН |
|
Н* + Cl* |
НСl |
|
H+ + Cl- |
гомолитический |
|
гетеролитический |
|
разрыв |
|
|
разрыв |
Насыщаемость.
Насыщаемость-невозможность присоединения других атомов к атому, у которого использованы все валентные электроны для образования электронных пар.
В химическом взаимодействии участвуют электроны только внешних энергетических уровней, число которых ограниченно.
Насыщаемость атома определяет его валентность.