И углы между связями. Типы гибридизации, геометрическая форма частиц Гибридизация Геометрическая форма Угол между связями sp линейная (BeH2) 180о

Типы гибридизации, геометрическая форма частиц

Гибридизация	Геометрическая форма	Угол между связями
sp	линейная (BeH2)	180^о
sp^2	треугольная (BF3)	120^о
sp^3	тетраэдрическая (NH4^+)	109^о28^/
sp^3d	тригонально-бипирамидальная (SF4)	90^о,120^о
sp^3d^2	октаэдрическая (SF6)	90^о

Типы связи. Ковалентная связь, образованная однократным перекрыванием электронных облаков по линии, соединяющей центры взаимодействующих атомов, называется σ-связью. Связь, образованная перекрыванием атомных орбиталей по обе стороны линии, соединяющей ядра атомов (боковые перекрывания), называется π-связью.

Поляризуемостью связи называется способность связи становиться полярной или более полярной в результате действия внешнего электрического поля.

Пример 6. Определите пространственную структуру молекул SbH₃ и BH₃ и их полярность.

Р е ш е н и е. Связи в молекуле SbH₃ образуются перекрыванием трёх р-орбиталей атома сурьмы (5s²5p³) с тремя s-орбиталями трёх атомов водорода (1s¹). Поскольку 3p-облака ориентированы в трёх взаимно перпендикулярных направлениях (по осям x,y,z), то связи в образовавшейся молекуле SbH₃ направлены от вершины тригональной пирамиды, в которой находится атом сурьмы, к её основанию, в вершинах которого находятся атомы водорода. Следовательно, молекула SbH₃ имеет

пирамидальную структуру.

Сумма векторов моментов диполей всех связей в молекуле SbH₃ не равна нулю, и следовательно, молекула в целом полярна.

Ковалентные связи в молекуле BH₃ образуются перекрыванием трёх гибридных орбиталей атома бора (2s¹2p²) с s-орбиталями трёх атомов водорода. Гибридные связи направлены под углом 120^о. Ядра всех взаимодействующих атомов лежат в одной плоскости. Молекула имеет структуру плоского треугольника. Векторная сумма электрических моментов диполей связей в молекуле равна нулю, следовательно, молекула BH₃ неполярна.

2 Ионная связь

Ионная связь образуется между атомами, сильно отличающимися друг от друга величиной электроотрицательности. Такая связь обусловлена электростатическим взаимодействием отрицательно и положительно заряженных ионов в химическом соединении.

Так как электрическое поле имеет сферический характер, то для ионной связи характерна ненасыщенность и ненаправленность. Чисто ионной связи не существует, говорят лишь о доле ионности связи.

3 Металлическая связь

Это химическая связь в металлах, где небольшое число электронов связывает большое число ядер атомов, а сами электроны могут перемещаться в металле. Таким образом, в металлах нелокализованная химическая связь. Это обусловливает их высокую электро- и теплопроводность, металлический блеск и др.

При сближении молекул появляется притяжение, что влечет за собой образование конденсированного (жидкого или твердого) состояния вещества. К основным видам межмолекулярного взаимодействия относятся вандерваальсовы силы, водородные связи и донорно-акцепторное взаимодействие.

1. Вандерваальсовы силы

Силы притяжения между молекулами, по предположению Ван-дер-Ваальса, названные вандерваальсовами силами, включают три составляющих:

Диполь-дипольное взаимодействие возикает при сближении полярных молекул ориентированных, чтобы положительная сторона одного диполя была направлена к отрицательной стороне другого диполя.

Индукционное взаимодействие возникает при воздействии диполя на неполярную молекулу, превращая её в индуцированный (наведенный) диполь. Между постоянным и наведенным диполем возникает притяжение.

Дисперсионное притяжение. В результате флуктуации электронной плотности появляются мгновенные диполи, которые в свою очередь индуцируют мгновенные диполи у соседних молекул, что вызывает дисперсионное притяжение. Движение мгновенных диполей согласовано, их появление и распад протекает синхронно.

2. Водородная связь

Химическая связь, образованная положительно поляризованным водородом молекулы А – Н и электроотрицательным атомом В другой или той же молекулы, называется водородной связью. Если водородная связь образуется между разными молекулами, она называется межмолекулярной; если связь образуется между двумя группами одной и той же молекулы, она называется внутримолекулярной. Водородная связь между молекулами обозначается тремя точками.

А – Н + В – R → А – Н ··∙ В – R

Энергия водородной связи возрастает с увеличением электроотрицательности и уменьшением размеров атома В.

Водородная связь может возникнуть между атомами водорода и отрицательными атомами полярных групп в одной и той же молекуле, например в салициловом альдегиде:

3, Комплексные соединения

Сложные соединения, у которых имеются ковалентные связи, образованные по донорно-акцепторному механизму, называют комплексными или координационными соединениям.

CuSO₄ + 4NH₃ = [Cu(NH₃)₄]SO₄

Согласно координационной теории Вернера, комплексные соединения состоят из внешней сферы и внутренней. Внутренняя сфера, или комплекс, включает центральный ион или атом, называемый комплексообразователем. Координируемые им ионы или молекулы называются лигандами. В рассмотренном выше примере комплексообразователем является ион меди, а лигандами – молекулы аммиака. Комплексообразователями являются атомы или ионы металлов, имеющие вакантные орбитали. Ионы или отдельные атомы ионов и молекул лигандов имеют неподеленные пары электронов.

Клатраты

Клатраты, или соединения включения, образуются в результате включения молекул «гостей» в полости кристалла, состоящего из частиц другого вида – «хозяев». К числу клатратов относятся газовые гидраты, клатраты мочевины и др.

В газовых гидратах в полостях кристаллов льда могут находиться молекулы, размеры которых лежат в диапазоне 0,32÷0,92 нм (N₂, O₂, C₂H₄, CO₂, Cl₂, H₂S, Ar, Xe, CH₄ и др.). Например, известны клатраты приблизительного состава СН₄·6Н₂О, в которых на 46 молекул воды приходится 8 полостей, занятых молекулами метана.

Кристаллическое состояние вещества

В зависимости от природы частиц, которые образуют кристаллическую решётку, различают ионные, атомные, молекулярные и металлические решётки.

В узлах ионной кристаллической решётки расположены положительные и отрицательные ионы. Такие решётки характерны для оксидов, гидроксидов и солей. Все ионные соединения имеют высокую температуру плавления и не летучи.

В узлах молекулярной кристаллической решётки располагаются полярные или неполярные молекулы. Они связаны между собой более слабыми силами, чем атомы или ионы. Поэтому вещества с молекулярной кристаллической решёткой имеют невысокую температуру плавления, они летучи. Например, сахар, камфара, вода, йод, аммиак, диоксид углерода (в твердом состоянии).

В узлах атомной кристаллической решётки располагаются атомы, связанные между собой электронными парами. Например, алмаз. Для веществ с атомной кристаллической решёткой характерны высокая твердость и высокая температура плавления.

В узлах металлической решётки располагаются нейтральные атомы и положительные ионы данного металла. Между ними свободно перемещаются электроны, что обусловливает общие свойства металлов: металлический блеск, пластичность, ковкость, электро- и теплопроводность.

Вариант 1.

3. Покажите распределение валентных электронов по орбиталям для каждого атома в молекулах PF₅ и BeH₂;

- определите механизм образования связи и её вид;

- определите полярность связи;

- укажите, имеет ли место гибридизация, и её вид;

- покажите геометрическую структуру молекул;

- определите полярность молекул.

4. Объясните с позиций метода ВС возможность образования молекулы C₂N₂.

Вариант 2.

3. Покажите распределение валентных электронов по орбиталям для каждого атома в молекулах H₂Te и CF₄;

- определите механизм образования связи и её вид;

- определите полярность связи;

- укажите, имеет ли место гибридизация, и её вид;

- покажите геометрическую структуру молекул;

- определите полярность молекул.

4. Объяснить с позиций метода ВС способность оксидов NO и NO₂ образовывать димерные молекулы.

Вариант 3.

3. Покажите распределение валентных электронов по орбиталям для каждого атома в молекулах HBr и SiF₄;

- определите механизм образования связи и её вид;

- определите полярность связи;

- укажите, имеет ли место гибридизация, и её вид;

- покажите геометрическую структуру молекул;

- определите полярность молекул.

4. У какого соединения С₂Н₅ОН или С₂Н₅SH выше температура кипения? Почему?

Вариант 4.

3. Покажите распределение валентных электронов по орбиталям для каждого атома в молекулах H₂O и CCl₄;

- определите механизм образования связи и её вид;

- определите полярность связи;

- укажите, имеет ли место гибридизация, и её вид;

- покажите геометрическую структуру молекул;

- определите полярность молекул.

4. Почему водородная связь оказывает влияние на свойства NH₃, H₂O и HF, но не оказывает заметного влияния на PH₃, H₂S и HCl?

Вариант 5.

3. Покажите распределение валентных электронов по орбиталям для каждого атома в молекулах PH₃ и Br₂;

- определите механизм образования связи и её вид;

- определите полярность связи;

- укажите, имеет ли место гибридизация, и её вид;

- покажите геометрическую структуру молекул;

- определите полярность молекул.

4. Как объяснить чрезвычайно большую растворимость в воде хлороводорода и аммиака – веществ со столь различной химической природой (при обычных условиях в 1 объеме воды растворяется 450 объемов HCl и 700 объемов NH₃)?

Вариант 6.

3. Покажите распределение валентных электронов по орбиталям для каждого атома в молекулах AsH₃ и H₂S;

- определите механизм образования связи и её вид;

- определите полярность связи;

- укажите, имеет ли место гибридизация, и её вид;

- покажите геометрическую структуру молекул;

- определите полярность молекул.

4. Полярность связи в молекуле HF больше, чем в молекуле HCl. Тем не менее в воде HCl более сильная кислота. Почему?

Вариант 7.

3. Покажите распределение валентных электронов по орбиталям для каждого атома в молекулах CO₂ и NCl₃;

- определите механизм образования связи и её вид;

- определите полярность связи;

- укажите, имеет ли место гибридизация, и её вид;

- покажите геометрическую структуру молекул;

- определите полярность молекул.

4. Этанол кипит при 78°С. Почему температура кипения этантиола С₂Н₅SH ниже (37°С)?

Вариант 8.

3. Покажите распределение валентных электронов по орбиталям для каждого атома в молекулах CS₂ и SO₂;

- определите механизм образования связи и её вид;

- определите полярность связи;

- укажите, имеет ли место гибридизация, и её вид;

- покажите геометрическую структуру молекул;

- определите полярность молекул.

4. Из каких солей можно получить К₃[Fe(CN)₆]? Написать уравнение реакции.

Вариант 9.

3. Покажите распределение валентных электронов по орбиталям для каждого атома в молекулах SO₂ и SO₃;

- определите механизм образования связи и её вид;

- определите полярность связи;

- укажите, имеет ли место гибридизация, и её вид;

- покажите геометрическую структуру молекул;

- определите полярность молекул.

4. Какое основание является более сильным: Cu(OH)₂ или комплексное [Cu(NH₃)₄]? Почему?

Вариант 10.

3. Покажите распределение валентных электронов по орбиталям для каждого атома в молекулах PH₃ и SiH₄;

- определите механизм образования связи и её вид;

- определите полярность связи;

- укажите, имеет ли место гибридизация, и её вид;

- покажите геометрическую структуру молекул;

- определите полярность молекул.

4. Пользуясь таблицей констант нестойкости, расположить в порядке повышения устойчивости следующие ионы:

[Cd(NH₃)₄]²⁺, [Cu(CN)₄]^2-, [Ag(NH₃)₂]⁺, [HgI₄]^2-.

Дата добавления: 2014-11-25