4. Типы химических связей

4.1.Ковалентная связь – это связь между двумя атомами за счет образования общей электронной пары.

Количество химических связей определяется валентностями элементов. Валентность элемента равна числу орбиталей, принимающих участие в образовании химических связей.

Ковалентная неполярная связь - эта связь, осуществляемая за счет образования электронных пар между атомами с практически равной электроотрицательностью. Например, Н₂, О₂, N₂, Cl₂ и т. д.

Ковалентная полярная связь – эта связь, осуществляемая за счет образования электронных пар между атомами с различной электроотрицательностью. Например, НCl, H₂S, PH₃ и т.д.

Ковалентная связь обладает свойствами:

1) Насыщаемости – способностью атома образовывать столько ковалентных связей, сколько у него имеется валентных орбиталей.

2) Направленности – перекрытие электронных облаков происходит в направлении обеспечивающем максимальную плотность перекрытия.

4.2.Ионная связь – это связь между противоположно заряженными ионами. Её можно рассматривать как крайний случай ковалентной связи. Как правило, она о бразуется между металлом и неметаллом.

Такая связь возникает при большой разнице в электроотрицательностях взаимодействующих атомов. Иoннaя связь не обладает направленностью и насыщаемостью.

Степень окисления – это условный заряд атома в соединении исходя из предположения, что происходит полная ионизация связей.

4.3. Металлическая связь

Большинство металлов обладает: высокими температурами плавления, высокой тепло- и электропроводностью, высокой прочностью,способностью отражать свет, пластичностью, ковкостью и др. свойствами. Эти особенности являются следствием образования в металлах особого вида связи — металлической связи.

Металлы имеют валентные электроны, слабо связаны со своими ядрами, которые могут легко отрываться. В результате этого в кристаллической решетке металла появляются положительно заряженные ионы и свободные электроны (электронный газ), электростатическое взаимодействие которых приводит к металлической связи.

4.4. Водородная связь

Атом водорода, связанный с высоко электроотрицательным элементом (фтором, кислородом, азотом и др.), способен образовывать еще одну химическую связь. Например, связь между молекулами воды и уксусной кислоты

Эта связь значительно слабее других химических связей (энергия ее образования 10–40 кДж/моль.

Исключительно важную роль водородная связь играет в таких неорганических веществах как вода, плавиковая кислота, аммиак и т.д., а также в биологических макромолекулах.

В растворах могут возникать длинные цепи ассоциатов вида:

Наличие водородных связей объясняет аномально высокие температуры плавления и кипения воды. Если бы водородные связи отсутствовали, то вода плавилась бы при –100 °С, а кипела при –80 °С.

Водородные связи могут возникать как между различными молекулами, так и внутри молекулы.

5. Строение гидридов элементов II-периода

Строение молекул определяется строением атомов, участвовавших в образовании данных молекул. Если атом образует несколько связей, с участием различных орбиталей, то может происходить такое явление как гибридизация атомных орбиталей. Гибридизация – это выравнивание формы и энергии различных орбиталей при образовании ковалентной связи.

5 .1. sp – гибридизация

Рисунок .. sp – гибридизация

Молекула BeCl₂ имеет линейную форму, а обе связи Be–Cl совершенно одинаковы.

5.2. sp² –гибридизация

5.2. sp³ –гибридизация

Молекула метана имеет форму правильного тетраэдра, у которого в центре находится атом C, а в вершинах – атомы H. Углы между всеми связями равны и составляют 109°28'.

6. Строение вещества. Типы кристаллических решеток

Кристаллическая структура характеризуется правильным (регулярным) расположением частиц в кристалле. В зависимости от того, какой тип взаимодействия осуществляется между частицами, различают четыре типа кристаллических решеток: атомная, ионная, металлическая и молекулярная.

6.1 Атомная кристаллическая решётка

Построена из атомов, соединенных, как правило, ковалентной связью. Поэтому эти кристаллы обладают высокими твердостью, температурой плавления и низкими тепло- и электропроводностью. Например, углерод (алмаз и графит) карборунд SiC, бор.

6.2 Ионная кристаллическая решётка

состоит из положительных и отрицательных ионов, между которыми действуют электростатические силы. Поскольку они намного превышают слабые ван-дер-ваальсовы силы, то температуры плавления ионных кристаллов выше, чем атомных и молекулярных. Такие кристаллы образуются элементами с сильно различающимися электроотрицательностями (например, NaCl t_пл. = 801 °C ).

6.3. Металлическая кристаллическая решетка

В уз­лах кристаллической решётки металла находятся ионы металла, а валентные электроны, осуществляющие химическую связь, принадлежат всему кристаллу металла. При этом валентные электроны способны свободно перемещаться в объёме кристалла. Об­разованную подобным образом химическую связь называют металлической.

6.4. Молекулярная кристаллическая решётка. Межмолекулярные взаимодействия

Молекулярная кристаллическая решетка состоит из валентнонасыщенных неполярных или слабополярных молекул или молекул инертных газов. Силы взаимодействия между молекулами в этих решетках относятся к типу слабых ван-дер-ваальсовых, поэтому такие вещества плавятся при довольно низких температурах. Например, метан СН₄, диоксид углерода СО₂ и т. д.

В 1873 г. Голландский ученый Ван-дер-Ваальс объяснил природу сил, обуславливающих притяжение между отдельными молекулами. Эти межмолекулярные силы позднее получили название ван-дер-ваальсовых сил. Энергия ван-дер-ваальсовой связи меньше водородной и составляет 2–20 кДж/∙моль.

Межмолекулярные взаимодействия делятся на:

1) Ориентационные (диполь-диполь или ион-диполь)- возникают между полярными молекулами или между ионами и полярными молекулами. При сближении полярных молекул они ориентируются таким образом, чтобы положительная сторона одного диполя была ориентирована к отрицательной стороне другого диполя (рисунок 15.1).

Рисунок 15.1 Ориентационное взаимодействие.

2) индукционные (диполь – индуцированный диполь или ион– индуцированный диполь)- возникают между полярными молекулами или ионами и неполярными молекулами, но способными к поляризации. Диполи могут воздействовать на неполярные молекулы, превращая их в индицированные (наведенные) диполи. (рисунок 15.2).

Рисунок 15.2 Индукционное взаимодействие.

3) дисперсионные (индуцированный диполь – индуцированный диполь)- возникают между неполярными молекулами, но способными к поляризации. В любой молекуле или атоме благородного газа возникают флуктуации электрической плотности, в результате чего появляются мгновенные диполи, которые в свою очередь индуцируют мгновенные диполи у соседних молекул. Движение мгновенных диполей становится согласованным, их появление и распад происходит синхронно. В результате взаимодействия мгновенных диполей энергия системы понижается (рисунок 15.3).

Рисунок 15.3 Дисперсионное взаимодействие.

ТЕМА 7