Khimia (1)

47. Периодические свойства элементов. Энергия ионизации. Сродство к электрону. Радиус атома.

Перечислим важнейшие из них: радиус атома и атомный объем; потенциал ионизации; сродство к электрону; электроотрицательность атома (рис); степени окисления; физические свойства соединений (плотность, температуры плавления и кипения). Потенциал (энергия) ионизации I - энергия, необходимая для отрыва наиболее слабо связанного электрона от атома: X → Х+ + е. Наименьшие потенциалы ионизации - у щелочных металлов, наибольшие - у инертных газов. Сродство к электрону Е - энергия, которая выделяется при присоединении электрона к атому: X + е → X-. Наибольшее сродство к электрону - у галогенов, наименьшее - у металлов. Радиусом атома-расстояние между атомным ядром и самой дальней из стабильных орбит электронов в электронной оболочке этого атома

48. Химическая связь. Ковалентная, ионнная и металлическая связь. Водородная связь.

Химическая связь - это взаимодействие двух атомов, осуществляемое путем обмена электронами. При образовании химической связи атомы стремятся приобрести устойчивую восьмиэлектронную (или двухэлектронную) внешнюю оболочку, соответствующую строению атома ближайшего инертного газа.

КОВАЛЕНТНАЯ СВЯЗЬ 

Осуществляется за счет электронной пары, принадлежащей обоим атомам. Различают обменный и донорно-акцепторный механизм образования ковалентной связи. 

1)     Обменный механизм. Каждый атом дает по одному неспаренному электрону в общую электронную пару:

 

H• + •H ® H : H

®

 

2)     Донорно-акцепторный механизм. Один атом (донор) предоставляет электронную пару, а другой атом (акцептор) предоставляет для этой пары свободную орбиталь;

 

®

 Два атома могут обобществлять неcколько пар электронов. В этом случае говорят о кратных связях:

 

®

(или NºN) – тройная связь

 Если электронная плотность расположена симметрично между атомами, ковалентная связь называется неполярной.

Если электронная плотность смещена в сторону одного из атомов, то ковалентная связь называется полярной.

ИОННАЯ СВЯЗЬ

Ионы - это заряженные частицы, в которые превращаются атомы в результате отдачи или присоединения электронов.

®

(фторид натрия состоит из ионов натрия Na⁺ и фторид-ионов F^-)

 Если разность электроотрицательностей атомов велика, то электронная пара, осуществляющая связь, переходит к одному из атомов, и оба атома превращаются в ионы.

Химическая связь между ионами, осуществляемая за счет электростатического притяжения, называется ионной связью.

МЕТАЛЛИЧЕСКАЯ СВЯЗЬ

Валентные электроны металлов достаточно слабо связаны со своими ядрами и могут легко отрываться от них. Поэтому металл содержит ряд положительных ионов, расположенных в определенных положениях кристаллической решетки, и большое количество электронов, свободно перемещающихся по всему кристаллу. Электроны в металле осуществляют связь между всеми атомами металла.

ВОДОРОДНАЯ СВЯЗЬ

Водородная связь - зто связь между положительно заряженным атомом водорода одной молекулы и отрицательно заряженным атомом другой молекулы. Водородная связь имеет частично электростатический, частично донорно-акцепторный характер.

Водородная связь изображена точками

Наличие водородных связей объясняет высокие температуры кипения воды, спиртов, карбоновых кислот.

49. Метод молекулярных орбиталей. Строение молекулы водорода с позиции метода молекулярных орбиталей. Основы зонной теории. Проводники, полупроводники и диэлекртики с позиции зонной теории.

Метод молекулярных орбиталей исходит из того, что каждую молекулярную орбиталь представляют в виде алгебраической суммы (линейной комбинации) атомных орбиталей. Например, в молекуле водорода в образовании МО могут участвовать только 1s атомные орбитали двух атомов водорода, которые дают две МО, представляющие собой сумму и разность атомных орбиталей 1s₁ и 1s₂ – МО_± = C₁1s₁ ±C₂1s₂.

зонная теория— один из основных разделов квантовой теории твердого тела, описывающий движение электронов в кристаллах

• проводники — материалы, у которых зона проводимости и валентная зона перекрываются (нет энергетического зазора), образуя одну зону, называемую зоной проводимости (таким образом, электрон может свободно перемещаться между ними, получив любую допустимо малую энергию);

• диэлектрики — материалы, у которых зоны не перекрываются и расстояние между ними составляет более 3 эВ (для того, чтобы перевести электрон из валентной зоны в зону проводимости требуется значительная энергия, поэтому диэлектрики ток практически не проводят);

• полупроводники — материалы, у которых зоны не перекрываются и расстояние между ними (ширина запрещенной зоны) лежит в интервале 0,1–3 эВ (для того, чтобы перевести электрон из валентной зоны в зону проводимости требуется энергия меньшая, чем для диэлектрика, поэтому чистые полупроводники слабо пропускают ток).

50. Химические и физические свойства кальция. Основные соединения кальция и их практическое применение в совремменном строительстве. Минеральные вяжущие вещества.

Внешний вид: серебристо-бел. кубические металл Кристаллические модификации, цвет растворов и паров: Известен в гексагональной (бета) и кубической (альфа) модификации. Температура перехода из альфа в бета 464 С. Брутто-формула (система Хилла): Ca Формула в виде текста: Ca Молекулярная масса (в а.е.м.): 40,08 Температура плавления (в °C): 842 Температура кипения (в °C): 1495 Растворимость (в г/100 г или характеристика): бензол: не растворим вода: реагирует ртуть: 0,3 (18°C) этанол: мало растворим Плотность: 1,54 (20°C, г/см³) Давление паров (в мм.рт.ст.): 0,1 (689°C) 1 (808°C) 10 (970°C) 100 (1200°C) Удельная теплоемкость при постоянном давлении (в Дж/г·K): 0,656 (25°C) Стандартная энтальпия образования ΔH (298 К, кДж/моль): 0 (т) Стандартная энергия Гиббса образования ΔG (298 К, кДж/моль): 0 (т) Стандартная энтропия образования S (298 К, Дж/моль·K): 41,63 (т) Стандартная мольная теплоемкость C_p (298 К, Дж/моль·K): 26,28 (т) Энтальпия плавления ΔH_пл (кДж/моль): 9,2 Энтальпия кипения ΔH_кип (кДж/моль): 153,6 Аналитические

Кальций реагирует с водой, превращаясь в гидроксид кальция и вытесняя из воды водород: Са + 2Н₂О = Са(ОН)₂ + Н₂ + Q Фенолфталеин в полученном растворе окрашивается в малиновый цвет. Это доказывает сходство кальция с щелочными металлами: как и щелочные металлы, кальций взаимодействует с холодной водой с выделением водорода. Однако реакция кальция с водой протекает значительно медленнее, чем, например, натрия или калия, это связано стем, что на внешнем электронном слое атома кальция находятся два спаренных s-электрона. Гидроксид кальция растворим в воде, т. е. представляет собой щелочь. Растворимость гидроксида кальция значительно выше, чем гидроксида магния, но ниже, чем гидроксидов щелочных металлов — натрия или калия. Кальций хранят под слоем керосина, так как этот металл реагирует с водяными парами, содержащимися в воздухе. 2Са + О₂ = 2СаО С холодной водой с образованием гидроксида кальция (с горячей водой реакция протекает более энергично) Са + 2Н₂О = Са(ОН)₂ + Н₂ При нагревании реагирует со многими неметаллами — водородом, азотом, серой, фосфором, углеродом и др. Са + Н₂ = СаН₂ (гидрид кальция) 3Са + N₂ = Са₃N₂ (нитрид кальция) Са + S = СаS (сульфид кальция) Восстанавливает менее активные металлы из их оксидов и галогенидов 2Са + ТiO₂ = 2СаО + Тi

Известь – один из древнейших связующих материалов. Археологические раскопки показали, что во дворцах древнего города Кносса, в центральной части острова Крит – в одном из центров эгейской культуры, имелись росписи стен пигментами, закрепленными гашеной известью. Эти дворцы относят к XVI...XV вв. до н.э. В данном случае известь использована и как связующее, и как клей.

«Негашеную известь» (оксид кальция, CaО) получают обжигом различных природных карбонатов кальция. Реакция обжига обратима и описывается уравнением

CaCO₃ ↔ CaО + CO₂; ΔH = –179 кДж

Гашение извести сводится к переводу оксида кальция в гидроксид:

CaO + H₂O₃ ↔ Ca(OH)₂; ΔH = +65 кДж

Эта реакция экзотермическая, т.е. протекает с выделением теплоты, что заметно каждому проводящему операцию гашения.

Минеральные вяжущие вещества — это материалы, которые при смешивании с водой образуют пластично-вязкое тесто, способное со временем самопроизвольно затвердевать, переходя в камневидное состояние. Различают органические и минеральные (неорганические) вяжущие вещества.