- •Часть 2.
- •Список сокращений и обозначений
- •Глава 1. Введение
- •1.1. Периодическая система
- •1.2. Основные свойства элементов
- •1.2.1. Характеристики изолированных атомов
- •1.2.2. Характеристики элементов в составе соединений
- •1.3. Нахождение в природе. Способы получения простых веществ
- •Глава 2.Водород
- •2.1. Распространенность водорода
- •2.2. Сходство водорода с другими элементами
- •2.2.1. Сходство с галогенами
- •2.2.2. Сходство со щелочными металлами
- •2.3. Особенности водорода
- •2.4. Получение водорода. Водородная энергетика
- •Глава 3. Галогены
- •3.1. Общая характеристика. Нахождение в природе
- •3.2. Получение простых веществ.
- •3.3. Физические свойства г2
- •3.4. Химические свойства галогенов
- •3.4.1. Галогены как окислители
- •3.4.2. Взаимодействие г2 с водородом. Получение hCl и ее свойства. Галогеноводородные кислоты
- •3.4.3. Окислительно-восстановительные реакции в водных растворах. Кислородосодержащие соединения хлора
- •Глава 4. Халькогены
- •4.1. Общая характеристика. Нахождение в природе. Получение
- •4.2. Структура и физические свойства простых веществ
- •4.3. Химические свойства и применение простых веществ
- •4.4. Вода и сероводород. Сульфиды
- •4.5. Перхалькогениды
- •4.6. Кислородосодержащие соединения серы
- •4.7. Экологический аспект переработки сульфидных руд
- •Глава 5. Азот и фосфор
- •5.1. Общая характеристика. Нахождение в природе. Получение
- •5.2. Простые вещества
- •5.2.1. Структура и физические свойства
- •5.2.2. Химические свойства
- •5.3. Аммиак и соли аммония
- •5.3.1. Получение аммиака
- •5.3.2. Физические и химические свойства
- •5.3.3. Соли аммония
- •5.4. Оксиды и гидроксиды азота. Соли
- •5.4.1. Получение оксидов и кислот
- •5.4.2. Свойства и применение
- •5.4.3. Нитраты и нитриты
- •5.5. Кислородосодержащие соединения фосфора
- •5.6. Минеральные удобрения
- •Глава 6. Углерод и кремний
- •6.1. Общая характеристика. Нахождение в природе. Получение
- •6.2. Структура и физические свойства простых веществ
- •6.3. Химические свойства простых веществ
- •6.4. Метан
- •6.5. Кислородосодержащие соединения углерода
- •6.5.1. Общая характеристика и свойства
- •6.5.2. Токсичность оксидов
- •6.5.3. Синтез и обнаружение диоксида углерода
- •6.5.4. Применение со2 и проблемы его утилизации
- •6.6. Кислородосодержащие соединения кремния. Стекло. Цемент
- •6.6.1. Оксид. Гидроксид. Соли
- •6.6.2. Нерастворимые стекла
- •6.6.3. Цемент
- •6.7. Уголь и силикагель как сорбенты
- •Глава 7. Металлы
- •7.1. Общая характеристика
- •7.2.2. Жесткость воды и способы ее устранения
- •7.2.3. Получение и свойства s-металлов
- •7.2.4. Сложные вещества s-элементов. Производство соды
- •7.3.1. Общая характеристика. Степени окисления
- •7.3.2. Природные соединения алюминия
- •7.3.3. Физические свойства
- •7.3.4. Химические свойства
- •7.3.5. Оксиды и соли p-элементов
- •7.3.6. Производство алюминия
- •7.4.1. Общая характеристика
- •7.4.2. Нахождение d-элементов в природе
- •7.4.3. Получение d-металлов
- •7.4.4. Физические свойства
- •7.4.5. Химические свойства d-металлов
- •7.4.6. Сложные соединения d-элементов. Сплавы
- •Рекомендуемая литература.
- •Содержание
- •Глава 1. Введение 4
1.2.2. Характеристики элементов в составе соединений
При образовании соединений из атомов химические связи могут формироваться не только спариванием неспаренных электронов, т.е. по обменному механизму, но и по донорно-акцепторному механизму .
Например, в молекуле . Она получается из 1 атома железа и 5 молекул СО. Ее графическая формула:
З десь пары s-электронов атомов С (каждой из 5 частиц СО) предоставлены на свободные орбитали атома железа. Таким образом, в данном веществе углерод использует все свои четыре валентные орбитали.
Любая валентная орбиталь элемента способна участвовать в образовании ХС. А именно: если она свободна, то может акцептировать пару е от атома, с которым формирует ХС; если содержит 2е, то способна давать их на свободную орбиталь другого атома; а если имеет неспаренный электрон, то связь может образоваться по обменному механизму. Вот почему значение ПВ определяется числом всех валентных орбиталей.
Однако, ПВ атомов в соединениях может использоваться не полностью, а лишь частично. Такая проявленная валентность элемента (обозначим ее буквой В), т.е. практически реализованная в данном конкретном веществе, является одной из характеристик элемента в составе соединения.
Значение В ориентировочно определяют как сумму кратностей всех ХС, образованных данным атомом в данном соединении. Очевидно, величина В не может быть больше значения ПВ, а лишь равной ПВ или (чаще) меньше его.
Отметим, что иногда одна орбиталь участвует в образовании двух ХС, и в этом случае кратность каждой из таких связей считается равной 0,5. Например, возьмем молекулу H2F2. Ее графическая формула:
H – F - - Н - - F.
Здесь водород на левом конце молекулы связан с атомом фтора ординарной связью, т.е. кратность ХС равна единице и, значит, В(Н)=1. В случае центрального атома водорода единственная его валентная орбиталь образует две химические связи с двумя атомами F, и кратность каждой из этих ХС равна 0,5 (поэтому они изображены пунктиром), а В(Н)=0,5+0,5=1. Таким образом, оба атома водорода в H2F2 одновалентны, хотя образуют разное число ХС.
К характеристикам элемента в составе вещества (кроме числа сформированных ХС, их кратности и значения В) относятся также следующие величины:
- координационное число (к.ч.), т.е. число атомов, с которыми элемент образует ХС;
- степень окисления (ст.ок.) элемента;
- эффективный (реальный) заряд элемента ();
П одчеркнем, что иногда численно значения указанных характеристик совпадают. Однако они отражают разные стороны состояния элемента в соединении, поэтому не сводимы одна к другой. Это видно из сравнения данных таблицы 2. Например, возьмем молекулу оксида азота (IV), т.е. NO2 . Ее структурная формула:
Здесь кратность каждой связи равна 1,5, значит, В=3, в то время, как к.ч. азота в данной молекуле составляет 2, а число химических связей, которые N образует с атомами O, равно четырем. (В структурной формуле NO2 две из ХС (одинарные) изображены сплошной чертой, а две другие (с кратностью 0,5) – пунктирной.)
Характеристики атома азота в составе разных частиц (ПВ=4) Таблица 2
Частица |
ЧХС* |
В |
к.ч. |
ст.ок. |
Знак |
|
3 |
3 |
1 |
0 |
0 |
|
4 |
4 |
4 |
–3 |
– |
|
4 |
3 |
2 |
+4 |
+ |
*Число химических связей.