Общетеоретическая часть

Химическая связь

Методика решения типовых заданий

Задание. Составьте электронную формулу атома железа. Распределите электроны этого атома по квантовым ячейкам (приведите электронно-графическую формулу). К какому электронному семейству относится этот элемент?

Решение: Порядковый номер элемента в периодической системе совпадает с величиной заряда ядра, следовательно, в ядрах изотопов железа содержится 26 протонов и 26 электронов. Электронные орбитали заполняются в соответствии с принципом наименьшей энергии следующим образом:

1s²2s²2p⁶3s²3p⁶4s² 3d⁶.

Последний 26-й электрон атома железа занимает d-орбиталь, поэтому железо относится к d-электронному семейству. С учётом распределения по уровням электронная формула атома железа:

₂₆Fe 1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d⁶4s².

Электронно-графическая схема распределения электронов по квантовым ячейкам имеет вид:

s

n = 1

↑↓

p

n = 2

↑↓

↑↓

↑↓

↑↓

d

n = 3

↑↓

↑↓

↑↓

↑↓

↑↓

↑

↑

↑

↑

f

n = 4

↑↓

Задания к самостоятельной работе

1. Приведите электронные и электронно-графические формулы элементов с порядковыми номерами 14 и 23. К каким электронным семействам относятся эти элементы?

2. Приведите электронные и электронно-графические формулы элементов с порядковыми номерами 12 и 26. К каким электронным семействам относятся эти элементы?

3. Приведите электронные и электронно-графические формулы элементов с порядковыми номерами 15 и 29. К каким электронным семействам относятся эти элементы?

4. Напишите электронную формулу элемента, атом которого содержит на 4 d-подуровне 2 электрона. В каком периоде, группе и подгруппе он находится? К какому электронному семейству относится?

5. Приведите электронные формулы элементов № 12 и 35. Какой из них обладает более выраженными металлическими свойствами? Почему?

6. Приведите электронные формулы элементов № 13 и 49. Какой из них обладает более выраженными металлическими свойствами? Почему?

7. Приведите электронные формулы элементов № 31 и 33. Какой из них обладает более выраженными металлическими свойствами? Почему?

8. Приведите электронные формулы элементов Al, S и Fe, а также ионов Al³⁺, S^2-, Fe²⁺, Fe³⁺. Какой из ионов – Fe²⁺ или Fe³⁺ – более устойчив? Почему?

9. Электронная формула элемента имеет окончание …3d³4s². Приведите полную электронную формулу. К какому электронному семейству относится элемент?

10. Электронная формула элемента имеет окончание …3d⁷4s². Какова электронная формула двухзарядного катиона этого элемента?

Атомы подавляющего большинства химических элементов существуют не в изолированном состоянии, а в виде молекул, ионов, свободных радикалов или входят в состав кристаллических решёток, образуемых совокупностью атомов.

В образовании химической связи определяющую роль играют электроны внешнего энергетического уровня (валентные электроны). При образовании химической связи атомы стремятся приобрести устойчивую восьмиэлектронную (октет) или двухэлектронную (дуплет) конфигурацию наружного слоя. Подобные структуры могут реализоваться различными способами, поэтому химическую связь разделяют на несколько типов.

Для описания распределения электронов в случае образования ковалентной связи используют метод валентных связей (ВС) и метод молекулярных орбиталей (МО). Метод ВС базируется на том, что:

- химическая связь между двумя атомами возникает как результат перекрывания атомных орбиталей (АО) с образованием общих электронных пар;

- между собой взаимодействуют электроны с антипараллельными спинами;

- ковалентная связь направлена в сторону максимального перекрывания АО реагирующих атомов, энергия, длина и полярность связи определяются типом перекрывания АО.

Способность атома присоединять или замещать определённое число других атомов с образованием химических связей называется валентностью. Количественной мерой валентности является число неспаренных электронов у атома в основном или возбуждённом состоянии.

В основе природы ионной связи лежит электростатическое взаимодействие между ионами с зарядами противоположного знака. Этот тип связи возможен между атомами с большой разностью электроотрицательности (ЭО), например между типичными металлами и типичными неметаллами. Ионной связи не присуща направленность и насыщаемость, она проявляется в твёрдых веществах с ионной кристаллической решёткой. Такие вещества, как правило, сильные электролиты.

Особый характер взаимодействия характерен для металлической и водородной связи.

Следует также оценивать вид и величину энергии межмолекулярного взаимодействия, типы кристаллических решёток и химических связей, обусловливающих их существование.

Дата добавления: 2015-07-02