Вопрос №9. Межмолекулярное взаимодействие. Ориентационный, индукционный и дисперсионный эффекты.

Когда вещество находится в газообразном состоянии, образующие его частицы хаотически движутся и преобладающую часть времени находятся на больших (по сравнению со своими размерами) расстояниях. Вследствие того силы взаимодействия между ними пренебрежимо малы. В жидком или твердом состоянии расстояния между частицами малы и силы взаимодействия существенны.

Межмолекулярные взаимодействия обусловлены электромагнитными полями атомных ядер и электронов молекул. Универсальные взаимодействия проявляются во всех без исключения молекулах. Эти взаимодействия часто называют силами Ван-дер-Ваальса. Они являются первой причиной перехода большинства веществ из газообразного состояния в жидкое, устойчивости молекулярных кристаллов, адсорбции газов поверхностями твердых тел.

Среди сил притяжения выделяют ориентационную, индукционную и дисперсионную составляющие.

Ориентационная составляющая связана с полярностью молекул. Молекула, обладающая дипольным моментом, притягивает другую полярную молекулу за счет электростатических сил взаимодействия. Молекулы при этом стремятся расположиться последовательно или антипараллельно. Такой ориентации препятствует тепловое движение молекул, поэтому ориентационное взаимодействие тем больше, чем больше дипольные моменты, меньше расстояние между молекулами и ниже температура.

Индукционная составляющая возникает при взаимодействии полярной и неполярной молекул. При этом полярная поляризует неполярную, в которой появляется дипольный момент. В результате возникает притяжение молекул. Энергия индукционного взаимодействия тем больше, чем больше дипольный момент полярной молекулы и больше поляризуемость неполярной.

Ориентационные и индукционные силы зависят от наличия полярных молекул, следовательно не аддитивны.

Дисперсионная составляющая универсальна и присутствует всегда. Наиболее отчетливо это притяжение проявляется при взаимодействии неполярных молекул и взаимодействии атомов благородных газов. Суть возникновения заключается в том, что при движении электронов в молекуле мгновенно появляется асимметрия распределения положительных и отрицательных зарядов. В результате молекулу можно рассматривать как место возникновения мгновенно существующих диполей различной направленности.

10. Периодический закон д.И. Менделеева. Периодичность в изменении различных свойств элементов (потенциал ионизации, сродство к электрону, атомные радиусы и т.Д.).

Первоначальная формулировка: свойства простых тел, а также формы и свойства соединений элементов находятся в периодической зависимости от величины атомных весов элементов. Правило Менделеева: характеристика элемента – это среднее арифметическое соседних элементов.

В современной формулировке атомная масса заменена на заряд ядра, соответствующий порядковому номеру элемента.

Периодически повторяется структура внешнего электронного уровня, определяющего свойства элементов.

Энергия ионизации – наименьшая энергия, необходимая для удаления электрона на бесконечность. Численное значение – потенциал ионизации. Потенциалы определены почти для всех атомов и всех электронов (экспериментально).

На энергию ионизации влияют: эффективный заряд ядра, являющийся функцией числа электронов в атоме, экранирующих ядро и расположенных на более глубоко лежащих внутренних орбиталях; радиально расстояние от ядра до максимума зарядовой плотности наружного, наиболее слабо связанного с атомом электрона; мера проникающей способности этого электрона и межэлектронное отталкивание среди наружных электронов.

Сродство к электрону – энергия, выделяющаяся или поглощающаяся при присоединении электрона к нейтральному атому. Определяет окислительную способность частицы. Молекулы с высокими значениями сродства к электрону – сильные окислители.

Электроотрицательность – способность атома притягивать общую электронную пару.

Электроотрицательность уменьшается справа налево и сверху вниз. Самый электроотрицательный элемент – F(4,0).

Справа налево и сверху вниз увеличиваются металлические и восстановительные свойства.

Атомные радиусы при перемещении слева направо уменьшаются, т.к. электроны все сильнее притягиваются к ядру по мере возрастания заряда ядра. При перемещении сверху вниз атомные радиусы элементов растут, потому что заполнено больше электронных уровней.

Вопрос №?. Сходство и различие химических свойств элементов главных и побочных подгрупп в связи с электронным строением атома.

В главные подгруппы входят s- и p- элементы, в побочные d- элементы (переходные элементы).

У атомов элементов главных подгрупп на внешнем электронном уровне находится число электронов, численно совпадающее с номером группы. У атомов элементов побочных подгрупп на внешней оболочке находятся 1-2 электрона, а атом Pd – не имеет электронов на внешнем электронном уровне.

Вопрос №?. Ионная связь как предельный случай ковалентной полярной связи. Свойства ионной связи. Основные виды кристаллических решеток для соединений с ионной связью.

Ионная связь в «чистом» виде не существует, так как в любой химической связи всегда имеется та или иная доля ковалентного характера. Связь такого типа упрощенно считается осуществляемой в результате взаимного электростатического притяжения противоположно заряженных ионов. Предполагается, что при образовании ионной связи атомы стремятся отдать или приобрести столько электронов, чтоб строение их внешней электронной оболочки оказалось аналогичным строению устойчивой внешней оболочки ближайшего по расположению в периодической системе благородного газа.

Отдавая или принимая электроны, атомы взаимодействующих элементов превращаются в заряженные ионы, которые затем притягиваются электростатически, образуя ионную связь. Валентность элементов в ионных соединениях характеризуется числом отданных или присоединенных электронов и, таким образом, равна электровалентности.

Ионная связь, в отличие от ковалентной, не обладает направленностью. Это объясняется тем, что электрическое поле иона обладает сферической симметрией, т.е. убывает с расстоянием по одному и тому же закону в любом направлении.

Ионная связь не обладает насыщаемостью, т.к. два разноименных иона, притянувшись друг к другу, сохраняют способность электростатически взаимодействовать с другими ионами.

Отсутствие направленности и насыщаемости обусловливает склонность ионных молекул к ассоциации, т.е. к соединению их друг с другом. При высоких температурах кинетическая энергия движения молекул преобладает над энергией их взаимного притяжения: поэтому в газообразном состоянии ионные соединения существуют в основном в виде неассоциированных молекул. Но при понижении температуры, ассоциация ионных соединений проявляется сильно. Все ионные соединения в твердом состоянии имеют не молекулярную, а ионную кристаллическую решетку, в которой каждый ион окружен несколькими ионами противоположного знака.

Неполное разделение зарядов в ионных соединениях можно объяснить взаимной поляризацией ионов, т.е. влиянием их друг на друга, которое приводит к деформации электронных оболочек ионов. В результате поляризации электронные облака аниона и катиона оказываются не полностью разделенными и частично перекрываются, так что ионную связь можно рассматривать как предельный случай ковалентной полярной.

0,41<r_k/r_a<0,73 – координационное число = 6 (NaCl)

0,73<r_k/r_a<1,37 – координационное число = 8 (CsCl)

Ионная связь достаточно прочная, соединения имеют высокую температуру плавления.

Свободных электронов нет, низкая электропроводность в твердом состоянии (расплавы проводят ток).