Приклад 13. Відомо, що кремній є неметалом з напівпровідниковими властивостями. Які властивості будуть виявляти алюміній і фосфор?

Відповідь. У періодах зліва направо металеві властивості слабшають, а неметалічні зростають. Оскільки кремній – неметал з перехідними властивостями, а фосфор стоїть праворуч від кремнію, то можна стверджувати, що фосфор матиме більш яскраво виражені властивості неметалу, алюміній же, що знаходиться в періоді лівіше, буде мати переважно металеві властивості.

Приклад 14. У якого елемента ІІ групи кальцію чи стронцію сильніше виражено металеві властивості?

Відповідь. У головних підгрупах згори донизу металеві властивості підсилюються, а неметалеві слабшають. Унаслідок того, що стронцій стоїть у тій же підгрупі, що і кальцій, але нижче, то він є більш активним металом, ніж кальцій.

Приклад 15. Як змінюються властивості вищих оксидів елементів третього періоду?

Відповідь. Властивості елементів кожного періоду зліва направо змінюються від металевих до неметалічних, відповідно властивості їхніх оксидів змінюються від основних до кислотних. Вищий ступінь окиснення визначає номер групи, у якій знаходиться елемент. Отже, Na₂O і MgО – основні оксиди, Al₂O₃ – амфотерний, SiО₂; P₂O₅; SO₃; Cl₂O₇ – кислотні, зліва направо кислотні властивості підсилюються.

Глава 4. ХІМІЧНИЙ ЗВ’ЯЗОК І БУДОВА МОЛЕКУЛ

Під хімічним зв’язком треба розуміти силу, що діє між атомами та єднає їх у молекули чи кристали. Природа хімічного зв’язку є електричною. Це означає, що хімічний зв’язок виникає завдяки полям, які утворюються ядрами атомів, що беруть участь у формуванні молекул чи інших хімічних утворень.

Залежно від характеру розподілу електронної густини у речовині розрізняють такі основні типи хімічного зв’язку: ковалентний, іонний та металевий. Для переважної більшості речовин характерне сполучення різних типів зв’язку.

Основними параметрами молекули є між’ядерні відстані, енергія зв’язку, валентні кути та геометрія молекул.

Між’ядерні відстані між хімічно зв’язаними атомами називають довжиною зв’язку. Наприклад довжина зв’язку Н – Н дорівнює 0,074 нм. Кут між уявними лініями, які проходять крізь ядра хімічно зв’язаних атомів, називається валентним кутом. У молекулі води він дорівнює 104,5^о. Мірою міцності зв’язку між атомами в молекулі є кількість енергії, яку необхідно затратити, щоб розірвати зв’язок.

Довжина та енергія зв’язку, валентні кути, а також експериментально визначені оптичні, магнітні, електричні та інші властивості речовини безпосередньо залежать від характеру розподілу електронної густини в молекулі та зумовлюють її геометрію.

4.1. КОВАЛЕНТНИЙ ЗВ’ЯЗОК

Необхідною й достатньою умовою утворення ковалентного зв’язку є наявність електронів із протилежними спінами атомів.

Розглянемо механізм утворення ковалентного зв’язку на прикладі молекули водню, яка утворюється з двох атомів Н_а та Н_б. Хімічний зв’язок між атомами може виникнути тільки у тому випадку, якщо при зближенні атомів потенціальна енергія системи буде менше потенціальної енергії окремих атомів. Розглянемо випадок коли зближуються два атоми водню, електрони яких мають антипаралельні спіни.

r = 0,053 нм l = 0,074 нм

Н_а Н_б Н₂

Схематично зміну потенціальної енергії (Е) системи у залежності від відстані між атомами (r) зображено на мал. Х.

Спочатку переважають сили притягання – потенціальна енергія зменшується. При подальшому зближенні атомі між ними виникають сили відштовхування. Мінімум енергії (енергії зв’язку) відповідає такому станові системи, коли сили притягання та відштовхування зрівноважені. Після цього сили відштовхування переважують, що призводить до різкого збільшення енергії системи (крива 1 на мал.4.1).

E

2 (↑↑)

R₀ R, нм

Е_зв. 1 (↑↓)

Мал.4.1. Зміна потенціальної енергії залежно від відстані між атомами.

Значення r₀ відповідає довжині зв’язку й дорівнює для молекули водню 0,074 нм; енергія зв’язку становить 4,5 еВ. Утворення молекули водню супроводжується, крім зміни енергії системи, зміною густини електронних хмар. При утворенні ковалентного зв’язку відбувається перекривання електронних хмар атомів водню, тобто у молекули водню змінюється густина електронних хмар порівняно з густиною електронної хмари ізольованого атома водню.

Ковалентний зв’язок – це зв’язок, що утворюється внаслідок сполучення електронних оболонок взаємодіючих атомів.

Якщо зближуються атоми, електрони яких мають паралельні спіни, то в цьому випадку переважають силив відштовхування – потенціальна енергія зростає. Молекула не утворюється (крива 2 на мал.4.1). Ковалентний зв’язок можна умовно позначити так:

Н : Н або Н – Н ;

H : Cl або Н – Cl ;

N  N або N  N .