Разрыв связи в молекуле может быть осуществлен:

1) гомолитически, то есть с образованием атомов АВ  А + В;

2) гетеролитически, то есть с образованием ионов АВ  А^z+ + B^z-.

При изменении энергий связей в рядах однотипных соединений можно отметить следующие закономерности:

- чем больше разность между электроотрицательностями (ЭО) эле­ментов, тем больше энергия связи между их атомами (правило Полинга);

- чем больше размеры атомов, тем меньше энергия связи;

- энергия связи в кристалле всегда больше, чем в соответствующей молекуле;

- энергия диссоциации по гомолитическому механизму ниже, чем по гетеролитическому.

Длина связи l_А-В (нм) – это расстояние между ядрами химически связанных атомов. Эта характеристика зависит от размеров электронных оболочек и степени их перекрывания. Между длиной связи и ее энергией имеется определенная корреляция: чем меньше длина связи, тем больше энергия связи. Для приближенной оценки длины ковалентной связи в молекуле можно использовать формулу

, (3)

где , - межъядерные расстояния в молекулах А₂ и В₂. Половина межъядерного расстояния в простой двухатомной молекуле называется ковалентным радиусом атома r_А.

Для веществ, находящихся в кристаллическом состоянии, принято говорить о константе решетки K . Константа решетки - это расстояние между центрами двух соседних структурных частиц в кристалле. В ионном кристалле константа решетки равна сумме эффективных радиусов ионов.

Угол между воображаемыми прямыми, проходящими через ядра химически связанных атомов, называется углом связи или валентным углом. Его определяют с учетом гибридизации центрального атома в молекуле.

Пример 1. Вычислите длину связи в молекуле Н₂О, используя справочные данные о межъядерных расстояниях в молекулах Н₂ и О₂.

Р е ш е н и е

Из табл. 1 приложения выбираем значения длин связей в молекулах водорода и кислорода = 0,074 нм; = 0,121 нм.

По формуле (3) вычисляем длину связи в молекуле Н₂О:

нм.

Пример 2. Константа кристаллической решетки KCl равна K = 0,316 нм. Оцените эффективный радиус иона K⁺, если радиус иона Cl^– =  0,181 нм.

Р е ш е н и е

КСl является соединением ионного характера, поэтому эффективный радиус иона калия можно вычислить как разность между константой решетки и эффективным радиусом иона Cl^–

нм.

Пример 3. Средняя энергия связи N–Н в молекуле NH₃ равна 385 кДж/моль. Какое количество энергии необходимо затратить, чтобы разложить на атомы: а) одну молекулу аммиака; б) 10 г аммиака?

Р е ш е н и е

Используя формулу (1), определяем энергию образования 1 моль молекул аммиака

кДж/моль.

Тогда на разрушение 1 молекулы аммиака понадобится энергия

Дж.

Количество энергии, необходимой для разложения 10 г аммиака, равно

кДж.

Пример 4. Вычислите эффективный радиус атома хрома, если плотность данного металла равна 7,16 г/см³.

Р е ш е н и е

Находим объем, занимаемый 1 атомом хрома в кристаллической решетке

см³.

Считая условно форму атома кубической, вычисляем ребро куба, которое принимаем равным эффективному радиусу атома

см = 0,220 нм.

ЗАДАЧИ

1. Вычислите длину связи С–Cl в CCl₄, используя длины связей

C–C и Cl–Cl. Расположите эти связи в порядке убывания их энергии. Ответ объясните.

2. Энергия связи в молекуле Н₂ равна 436 кДж/моль, а в частице Н₂⁺ – 256 кДж/моль. Сравните длину связи, ответ объясните. Определите, сколько молекул Н₂ можно разложить на атомы, затратив 50 кДж энергии.

3. Ковалентный радиус атома брома равен 0,114 нм, а атома водорода – 0,030 нм. Рассчитайте межъядерные расстояния в молекулах Br₂ и HBr. Сделайте вывод о том, какая из молекул является более прочной.

4. Длины связи в молекулах HF, HCl, HBr и HI соответственно равны (в нм): 0,092; 0,128; 0,142 и 0,162. Укажите характер изменения энергии связи в данном ряду молекул. Какая из кислот наиболее сильная и почему?

5. Энергия связи С–Н равна 445 кДж/моль. Определите энергию образования одной молекулы СН₄. Какую энергию необходимо затратить, чтобы разложить до атомарного состояния 1 мг СН₄?

6. Как изменяется длина и энергия связи в ряду соединений LiF, BeF₂, BF₃, CF₄, F₂? Ответ объясните, используя данные об ЭО элементов.

7. Ковалентный радиус атома водорода равен 0,030 нм. Вычислите ковалентные радиусы атомов F, Cl и I, используя данные о межъядерных расстояниях H–F, H–Cl и H–I. Сделайте вывод о прочности данных связей.

8. Укажите, как изменяется длина и энергия связи в ряду соединений: Li₂O, Na₂O, K₂O. Ответ объясните.

9. Межъядерные расстояния в молекулах I₂ и Cl₂ равны 2,7 · 10^-10 и 2,0 · 10^-10 м соответственно. Рассчитайте длину связи в молекуле IСl.

10. Длина связи С–С равна 0,154 нм, а связи S–S равна 0,192 нм. Вычислите длины связей H–S в H₂S и C–H в CH₄.

11. Вычислите длины связей Н–S в Н₂S и Н–N в NН₃, используя справочные данные о межъядерных расстояниях в молекулах Н₂, S₂ и N₂.

12. Рассчитайте эффективный радиус иона натрия в кристалле NaF, если константа решетки NaF равна 0,231 нм, а радиус иона F^– равен 0,133 нм.

13. Эффективные радиусы ионов Zn²⁺ и S^2- соответственно равны 0,831 и 0,182 нм. Определите константу решетки кристаллического сульфида цинка.