Химическая связь

Образование молекул из атомов представляет собой процесс перестройки электронных оболочек внешнего энергетического уровня связывающихся атомов. Такая перестройка может сопровождаться отдачей одного или нескольких электронов и превращением атома в положительно заряженный ион: Na-e→Na⁺; Са-2е→Са²⁺ или присоединением одного или нескольких электронов к другому атому с образованием отрицательно заряженного иона F+e→F^-; О+2е→О^2-.

Прогнозирование характера связей между двумя атомами можно проводить на основании правил Фаянса: связь будет преимущественно ионной, если заряды образующихся ионов невелики, радиус катиона велик, а радиус аниона мал. К ионным соединениям относят большинство соединений между металлами и такими анионами, как перхлорат CIO₄^-, нитрат NO₃^- и др.

Основные виды химической связи: ковалентная, которая образуется в результате обобществления электронов, при этом возникают одна или несколько общих электронных пар: Н^. + Н^.→ Н: Н одна общая пара

N + N →: N::: N: три общих пары.

Правило октета. В результате образования химической связи атомы могут приобретать такую же электронную конфигурацию, как у благородных газов, которые (за исключением гелия) имеют по внешней оболочке восемь (октет) электронов. Это справедливо как для ионной, так и ковалентной связи.

Особенностями ковалентной связи является ее направленность и насыщаемость. Так как, атомные орбитали пространственно ориентированы, то перекрывание электронных облаков происходит по определенным направлениям. Это обусловливает направленность ковалентной связи. Количественно направленность выражается в виде валентных углов, которые можно определить, зная тип гибридизации. Насыщаемость ковалентной связи вызывается ограничением числа электронов, которые могут участвовать в образовании ковалентной связи.

Полярность ковалентной связи. Если ковалентная связь образована одинаковыми атомами, Н-Н; О-О; С1- С1, то обобществленные электроны равномерно распределены между ними. Такая связь называется ковалентной неполярной связью. Если же один атом сильнее притягивает электроны, то электронная пара смещается в сторону этого атома. В этом случае возникает полярная связь, чем выше ЭОО элементов, тем полярнее связь. Вследствие, смещения электронной пары, к одному из ядер, повышается плотность отрицательного заряда у данного атома. И соответственно атом получает заряд, называемый эффективным зарядом атома δ-. У второго атома, повышается плотность положительного заряда δ+. Вследствие этого, возникает диполь, представляющий собой электрически нейтральную систему с двумя одинаковыми по величине положительным и отрицательными зарядами, находящимися на определенном расстоянии (длина диполя) друг от друга. Полярность связи можно узнать по разности ЭО, если она приближается к 1- связь ионная. Однако, даже у ионных соединений имеется определенная доля ковалентности.

Точное описание распределения электронов возможно лишь для небольшого числа молекул. Для этого используют два метода: метод валентных связей (ВС) и молекулярных орбиталей (МО).

Кратные (двойная или тройная) связи – связь двух атомов с помощью нескольких электронных пар.

Перекрывание орбиталей вдоль линии, соединяющей ядра атомов, приводит к образованию σ - связей. Ковалентная связь, образующаяся при боковом перекрывании р -орбиталей по обе стороны от линии соединения ядер атомов, называется π - связь.

Гибридизация атомных орбиталей (АО) – это смещение и выравнивание АО по форме и энергии разных подуровней, электроны которых участвуют в образовании ковалентных связей. Образующиеся гибридные орбитали имеют одинаковую форму и энергию, и определенное расположение в пространстве:

SP –линейное, угол- 180⁰,

SP² – треугольное, угол 120⁰,

SP³ – тетраэдрическое, угол 109⁰,

Sр³d² – октаэдрическое, угол 90⁰.

Ионная связь – образуется при полном переходе общей электронной пары к более ЭО атому и представляет собой электростатическое взаимодействие отрицательно и положительно заряженных ионов в химическом соединении. Такая связь возникает лишь в случае большой разности ЭО атомов, например катионами S- металлов первой и второй группы П.С. и анионами элементов VI и VII групп (LiF, K₂O₄ и др.). Так как электрическое поле иона имеет сферический характер, то для ионной химической связи не характерна направленность, не свойственна насыщаемость, так как ион способен взаимодействовать со многими соседними ионами противоположного знака, число которого зависит от зарядов ионов и соотношений геометрических размеров.

Водородная связь - образуется вследствие сил притяжения между атомом водорода одной молекулы и более электроотрицательным атомом другой. Например, связь в молекуле HF ковалентная, сильно полярная. Общее электронное облако смещено к атому фтора ^+δ H-F^{- δ}. Между двумя молекулами образуется водородная связь Н-F ··· HF и т.д. Водородная связь, образуется также между молекулами воды, спиртов, карбоновых кислот, в белках.

Энергия водородной связи в 10-20 раз меньше обычной ковалентной связи, но она влияет на химические и физические свойства веществ. Именно она виновна на аномальные свойства воды, обратите на это внимание.

Металлическая связь – сильно нелокализованная связь, этот тип связи характерен для металлов, которые имеют много вакантных атомных орбиталей и небольшое количество валентных электронов, например: ₁₃AL 1s²2S²2p⁶ 3s²3p¹3d⁰. Al имеет 3 валентных электрона и 9 (3s3p3d) атомных орбиталей. Свободно перемещающиеся электроны («электронный газ») одновременно связывают большое число ядерных центров. Для образования металлической связи необходима также низкая энергия ионизации. Все это характерно для металлов. Металлическая связь объясняет такие свойства металлов, как: высокая электро- и теплопроводность.

Пример тестового задания по темам: периодический закон, электронное строение атома, химические связи.

1. УКАЗАТЬ АТОМ, ИМЕЮЩИЙ СЛЕДУЮЩЕЕ СТРОЕНИЕ НАРУЖНОГО И ПРЕДПОСЛЕДНЕГО ЭЛЕКТРОННЫХ СЛОЕВ 2s²2p⁶3s²3p¹

1) Mn

2) Ва

3) Ga

4) Al

Правильный ответ: 4)

2. КАКОВА ЭЛЕКТРОННАЯ КОНФИГУРАЦИЯ АТОМА КАЛЬЦИЯ?

1) 2s²2p⁶3s²3p¹

2) 1s²2s²2p⁶3s²3p⁶4s²

3) 1s²2s²2p⁶3s²3p⁶ 3d²4s²

4) 1s²2s²2p²

Правильный ответ: 2)

3. ИОНУ УГЛЕРОДА С⁺² СООТВЕТСТВУЕТ СЛЕДУЮЩАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ ФОРМУЛА:

1) 2s²2p⁶3s²3p¹

2) 1s²2s²2p⁶3s²3p⁶4s²

3) 1s²2s²2p²

4) 1s²2s²2p⁰

Правильный ответ: 4)

4. МОЛЕКУЛА, КАКОГО СОЕДИНЕНИЯ НЕПОЛЯРНА:

1) CCl₄

2) NH₃

3) HCI

4) H₂Se

Правильный ответ: 1)

5. В КАКОЙ ПАРЕ АТОМОВ ХИМИЧЕСКАЯ СВЯЗЬ ИМЕЕТ НАИБОЛЕЕ ЯРКО ВЫРАЖЕННЫЙ ИОННЫЙ ХАРАКТЕР:

1) K-F

2) O-F

3) F-F

4) P-F

Правильный ответ: 4)

Дата добавления: 2014-10-31