Химическая связь - Общая химия

Химическая связь образуется в результате взаимодействия атомов (или любых частиц в веществе), которое обусловливает их соединение в молекулы (кристаллы). В основу теории химической связи положены представления о том, что устойчивым является такое состояние атома, когда его внешний энергетический уровень закончен, т. е. содержит 8 электронов (для элементов I периода — 2).

Основные типы химической связи

Связь	Определение			Агрегатное состояние вещества при нормальных условиях
Ионная	Связь, образующаяся при взаимодействии атомов, резко отличающихся друг от друга значением электроотрицательности. В результате взаимодействия образуются ионы			Твердые кристаллические вещества(NaCl, СаСO3)
Ковалентная	Связь, которая образуется при помощи общих электронных пар	Ковалентная полярная	Связь, при образовании которой происходит смещение электронных пар к более электроотрицательному атому	Жидкие и газообразные вещества (НСl, Н2O)
		Ковалентная неполярная	Связь, при образовании которой общая электронная пара размещается симметрично относительно обоих ядер атомов	Газообразные, твердые, реже жидкие вещества (Cl2, F2, алмаз, графит)
Металлическая	Связь, которая образуется в результате взаимодействия относительно свободных электронов с ионами металлов			Твердые вещества (все металлы, кроме ртути)
Водородная	Связь, которая образуется между атомами водорода одной молекулы и атомом сильно электроотрицательного элемента (О, N, Р, F и др.) другой молекулы			Твердые и жидкие вещества (связь образуется между молекулами Н2O, спиртов, аминокислот и др.)

Характеристики ковалентной связи

1. Кратность. Ковалентная химическая связь между двумя атомами, которая образована

• одной парой электронов, называется одинарной (простой):

— образование молекулы водорода из атомов,

• двумя парами электронов — двойной:

— образование молекулы кислорода,

• тремя парами электронов — тройной:

— образование молекулы азота.

Двойные и тройные химические связи называют кратными.

Ковалентной связью соединяются атомы неметаллических элементов.

Связь в молекуле изображают двумя способами:

1) — электронной формулой,

— упрощенной электронной формулой;

2) Н—Сl — графической формулой.

2. Энергия. Энергия необходима для разрыва связи, т. е. для разрушения молекулы до отдельных атомов. Ее измеряют в кДж/моль вещества.

3. Полярность. При взаимодействии атомов с одинаковой электроотрицательностью образуются молекулы с ковалентной неполярной связью (для простых веществ Н₂, Сl₂, С).

При взаимодействии атомов, значения электроотрицательности которых почти не отличаются, происходит смещение общей электронной пары к более электроотрицательному атому и образуются молекулы с ковалентной полярной связью (сложные вещества: H₂S, NH₃, HF, СO₂).

Различают σ- и π-ковалентные связи, которые отличаются характером перекрывания валентных орбиталей взаимодействующих атомов, а также симметрией распределения электронной плотности связи относительно линии, соединяющей центры двух атомов.

σ-связь — связь, при образовании которой перекрывание электронных облаков происходит вдоль прямой, соединяющей центры двух атомов; а-связь образуется при перекрывании s-s, s-p, р-р, а также гибридных орбиталей друг с другом и с негибридными орбиталями.

π-связь — связь, при которой перекрывание электронных облаков проходит в плоскости, перпендикулярной прямой, соединяющей центры атомов и проходящей через эти центры; π-связь менее прочная, чем σ-связь, она образуется только между атомами, которые уже соединены σ-связью.

Кристаллической решеткой вещества называют совокупность его структурных единиц, отражающая порядок размещения частиц в массе вещества.

Типы кристаллических решеток

Название решетки	Частицы, находящиеся в узлах решетки	Химическая связь	Свойства
Ионная	Катионы, анионы	Ионная	Уступают веществам с атомной решеткой, но имеют преимущество над веществами с молекулярной решеткой. Имеют сравнительно высокие tпл как правило, нелетучие (NaCl, NH4NO3, MgO), не проводят электрический ток в твердом состоянии, а в жидком (расплавленном) состоянии являются электропроводными
Атомная	Атомы	Ковалентная неполярная	Высокие твердость вещества и температура плавления (алмаз, графит, Si, В), твердые вещества, практически нерастворимые в жидкостях
		Ковалентная полярная
Молекулярная	Молекулы	Соединены между собой силами межмолекулярного взаимодействия; ковалентная полярная и неполярная	Малая твердость, низкая t плавления, нерастворимые или малорастворимые в воде, их растворы почти не проводят электрический ток (твердый СО2, F2, Н2, О2, N2, O3; органические вещества, кислоты, оксиды неметаллов, водородные соединения неметаллов)
Металлическая	Отдельные атомы и положительно заряженные ионы металла, между которыми находится электронный газ	Металлическая	Металлы твердые, кроме Hg. Легко- и тугоплавкие, проводят электрический ток, тепло, пластичны

Электроотрицательность — способность атомов в соединении притягивать электроны.

В периодах наблюдается общая тенденция роста электроотрицательности элементов, а в группах — ее падение.

Степень окисления — условный заряд, который получил бы атом при смещении всех электронов его химических связей в данном соединении к более электроотрицательному атому.

Степень окисления может иметь положительное, отрицательное, целое значение, не превышающее 8.

Степень окисления элементов в простых веществах равна 0.

Алгебраическая сумма степеней окисления всех атомов в веществе равна 0.

Фтор в соединениях всегда проявляет степень окисления -1.

Степень окисления водорода в соединениях, как правило, равна +1. Исключение: Степень окисления кислорода в соединениях, как правило, равна -2. Исключение:

ПРОВЕРЬТЕ СЕБЯ

1. Определите валентность и степень окисления углерода в соединениях HCN, СН₃OН, HCOH.

2. Определите, как изменяется прочность соединений в ряду: HF, HCl, HBr, HI.

3. Молекулярное вещество EН₂ — газ с запахом гнилой рыбы. Относительная молекулярная масса равна 34. Определите элемент E, запишите графическую и электронную формулы соединения.

4. Определите степени окисления элементов в соединениях.

А СаСO₃

Б Н₃РO₄

В Mg(NO₃)₂

Г H₂SO₃

Д KNO₂

5. Составьте формулы

а) трех соединений хлора с кислородом, в которых хлор имеет степени окисления +1; +4; +7;

б) двух соединений мышьяка с серой, в которых первый элемент имеет степени окисления +3 и +5, а второй -2.

6. Определите степень окисления азота в веществах.

A N₂O₄

Б (NH₄)₂CO₃

В NO₂^-

7. Определите степень окисления железа в соединениях.

A Fe₃(PO₄)₂

Б K₂FeO₄

В Fe(OH)SO₄

8. Какая из химических связей Н—Cl Н—Br, Н—I, Н—S, Н—Р наиболее полярна? Укажите, в какую сторону смещается электронная плотность связи.

9. Укажите формулы веществ с ионной связью.

I₂, NaCl, Н₂O, HCl, K₂S, Na₂O.

10. Определите степень окисления элементов в соединениях.

А Н₂O₂

Б К₂Сr₂O₇

В Mg₃N₂

11. Сера образует химические связи с калием, водородом. Укажите, в сторону какого атома произойдет смещение электронной плотности связи.

12. Укажите тип химической связи в соединениях. Ответ обоснуйте.

А КС.

Б O₂

В SO₂

13. Напишите формулы ионов, из которых состоят

A ZnO, Сr₂O₃

Б КОН, Са(OН)₂

В KNO₃, Na₂SiO₃

14. Укажите химические формулы, принадлежащие веществам с ионной связью. СO₂, Cr₂O₃, NO, N₂, K₂S, HCl, Fe.

15. Укажите формулы веществ с ковалентной связью.

I₂, Н₂O, HCl, NaCl, Na₂O, Na₂S, NH₃

ТЕСТОВЫЕ ЗАДАНИЯ

1. Укажите пару атомов с ярко выраженной ионной связью.

А Н—Н

Б К—Сl

В Н—I

Г F—Н

2. Укажите строку соединений, между атомами которых возникает ковалентная неполярная связь.

А Н₂, Сl₂, O₂

Б O₂, О₃, РН₃

В HCl, OF₂, Н₂

Г F₂, СO₂, СО

3. Укажите строку, в которой приведены соединения с ковалентной полярной связью.

A Cl₂, F₂, Н₂O

Б NH₃, СO₂, Н₂O

В НСl, Na, Na₂O

Г PH₃, СО, I₂

4. Какую кристаллическую решетку имеет поваренная соль?

А металлическую

Б ионную

В молекулярную

Г атомную

5. Укажите соединения с ионной связью.

А СO₂

Б Na₂SO₄

В O₂

Г КСl

Д НСl

6. Укажите соединения с ковалентной полярной связью.

A NH₃

Б РН₃

В MgBr₂

Г СО

Д СO₂

7. Укажите соединения с ковалентной неполярной связью.

A F₂

Б NaCl

В O₂

Г HСl

Д Н₂O

8. Укажите формулу вещества, в котором степень окисления любого элемента без учета знака численно не совпадает с его валентностью.

A SO₃

Б NH₃

В NaCl

Г Н₂O₂

9. В каком из приведенных примеров числовые значения степени окисления и валентности углерода не совпадают?

10. Максимальную степень окисления +7 может иметь

А кремний

Б калий

В хлор

Г фосфор

11. Установите соответствие между формулой вещества и его химической связью.

Формула

1 К₂O

2 O₂

3 Н₂O

4 Na₂SO₄

Химическая связь

А ионная

Б ковалентная неполярная

В ковалентная полярная

Г металлическая

Д тройная

12. Установите последовательность возрастания степени окисления хлора в соединениях.

А Сl₂O₇

Б НСl

В Сl₂O₅

Г Сl₂O₃

13. Укажите степени окисления элементов в соединении С₂Н₄.

А +2, -3

Б -2, +1

В +1, -1

Г +4, -2

14. Укажите степень окисления азота в соединении Pb(NO₂)₂.

А +5

Б +3

В -3

Г -2

15. В каком из приведенных соединений связь наиболее полярна?

A Nal

Б NaBr

B CsI

Г NaCl