Химическая связь и строение молекул

1.Свойства ковалентной связи и способы ее образования.

Свойства ковалентной связи: Длина связи – расстояние между ядрами атомов, образующих связь;Энергия связи – количество энергии, необходимое для разрыва связи;Насыщаемость – способность атомов образовывать определенное число ковалентных связей; Направленность ковалентной связи – параметр, определяющий пространственную структуру молекул, их геометрию, форму; Гибридизация – выравнивание орбиталей по форме и энергии. Существует несколько форм перекрывания электронных облаков с образованием пи - связей и сигма – связей. Существует 2 способа образования ковалентной связи:

1. Каждый атом для образования связи использует свой неспаренный электрон Cl· + Cl· = Cl:Cl – это обменный способ или как его еще называют механизм.

2. Один атом для образования химической связи использует электронную пару, у другой вакантную орбиталь NH3+H+=NH4+ - это донорно-акцепторный способ (механизм).

Основные типы гибридизации АО. Теория локализованных электронных пар.

1.sp-Гибридизация - это гибридизация, в которой участвуют атомные орбитали одного s - и одного p -электронов. В процессе гибридизации образуются 2 гибридные орбитали, которые ориентируются друг к другу под углом 180°. Примеры химических соединений, для которых характерна sp -гибридизация: BeCl₂, BeH₂, CO, CO₂, HCN. Также sp -гибридизация наблюдается во всех ацетиленовых углеводородах (алкинах): C₂H₂ (ацетилен), C₄H₆, C₆H₁₀ и т. Д

2.sp ² -Гибридизация – гибридизация, в которой участвуют атомные орбитали одного s - и двух p -электронов. В результате гибридизации образуются три гибридные sp ² орбитали, расположенные в одной плоскости под углом 120° друг к другу. Примеры соединений, в которых наблюдается sp ²-гибридизация: SO₃, BCl₃, BF₃, AlCl₃, CO₃^2-, NO₃^-. Кроме того, sp ²-гибридизация характерна для всех этиленовых углеводородов (алкенов) (общая формула C_nH_2n), карбоновых кислот и ароматических углеводородов (аренов) и других органических соединений: C₂H₄ (этилен), C₄H₈, C₆H₁₂, C₆H₆ (бензол), C₈H₁₀, C₉H₁₂, CH₃COOH, C₆H₅OH (фенол), СH₂O (формальдегид), C₅H₉NO₄ (глутаминовая кислота) и др.

3.sp ³- Гибридизация – гибридизация, в которой участвуют атомные орбитали одного s - и трех p -электронов. Четыре sp ³-гибридные орбитали симметрично ориентированны в пространстве под углом 109°28'. Примеры соединений, для которых характерна sp ³-гибридизация: H₂O, NH₃, POCl₃, SO₂F₂, SOBr₂, NH⁴⁺, H₃O⁺. Также, sp ³-гибридизация наблюдается во всех предельных углеводородах (алканы, циклоалканы) и других органческих соединениях: CH₄, C₅H₁₂, C₆H₁₄, C₈H₁₈ и др

Теориялокализованных пар: Метод валентных связей (иначе метод локализованных электронных пар) основан на следующих положениях: 1. Ковалентная связь (КС) образуется двумя атомами за счет перекрывания двух электронных облаков с антипараллельными спинами; 2. Связь располагается в том направлении, в котором будет обеспечиваться наибольшая область перекрывания электронов; 3. КС тем прочнее, чем больше область перекрывания атомных орбиталей (АО).

3.Ионная связь и ее свойства. Ионная связь — очень прочная химическая связь, образующаяся между атомами с большой разностью (>1,5 по шкале Полинга) электроотрицательностей, при которой общая электронная пара полностью переходит к атому с большей электроотрицательностью. Это притяжение ионов как разноименно заряженных тел. Ионная связь — крайний случай поляризации ковалентной полярной связи. Образуется между типичными металлом и неметаллом. При этом электроны у металла полностью переходят к неметаллу. Образуются ионы. Если химическая связь образуется между атомами, которые имеют очень большую разность электроотрицательностей (ЭО > 1.7 по Полингу), то общая электронная пара полностью переходит к атому с большей ЭО. Результатом этого является образование соединения противоположно заряженных ионов. Характерной особенностью ионной связи является ее ненасыщаемость( Взаимодействие друг с другом двух ионов противоположного знака не может привести к полной взаимной компенсации их силовых полей. Поэтому они могут притягивать и другие ионы противоположного знака ) и ненаправленность( Так как ион может притягивать к себе ионы противоположного знака в любом направлении ). Ионная связь является прочной (энергия ионной связи, как правило, больше энергии ковалентной), а потому ионные соединения тугоплавки и высококипящи.

Металлическая связь и ее свойства.

Металлы объединяют свойства, имеющие общий характер и отличающиеся от свойств других веществ. Такими свойствами являются сравнительно высокие температуры плавления, способ­ность к отражению света, высокая тепло- и электропроводность. Эти особенности обязаны существованию в металлах особого вида связи — металлической связи. Металлическая связь — связь между положительными иона­ми в кристаллах металлов, осуществляемая за счет притяжения электронов, свободно перемещающихся по кристаллу. В соот­ветствии с положением в периодической системе атомы металлов имеют небольшое число валентных электронов. Эти электроны достаточно слабо связаны со своими ядрами и могут легко отры­ваться от них. В результате в кристаллической решетке металла появляются положительно заряженные ионы и свободные элек­троны. Поэтому в кристаллической решетке металлов существует большая свобода перемещения электронов: одни из атомов будут терять свои электроны, а образующиеся ионы могут принимать эти электроны из «электронного газа». Как следствие, металл представляет собой ряд положительных ионов, локализованных в определенных положениях кристаллической решетки, и большое количество электронов, сравнительно свободно перемещающихся в поле положительных центров. В этом состоит важное отличие металлических связей от ковалентных, которые имеют строгую направленность в пространстве. Металлическая связь отличается от ковалентной также и по прочности: ее энергия в 3-4 раза меньше энергии ковалентной связи. Свободно движущиеся электроны обусловливают высокую электро- и теплопроводность. Вещества, обладающие металлической связью, часто сочетают прочность с пластичностью, так как при смещении атомов друг относительно друга не происходит разрыв связей.

Водородная связь. Силы межмолекулярного взаимодействия.

Водородная связь – взаимодействие между двумя электроотрицательными атомами одной или нескольких разных молекул при помощи атома водорода: А—Н...В (чертой обозначена ковалентная связь, тремя точками – водородная связь). Для водородной связи характерно электростатическое притяжение водорода (несущего положительный заряд +) к атому электроотрицательного элемента, имеющего отрицательный заряд. Водородная связь отличается от межмолекулярных взаимодействий тем, что обладает свойствами направленности и насыщаемости. Водородная связь считается разновидностью ковалентной химической связи. Водородная связь присутствует во многих химических соединениях. Образуется между наиболее электроотрицательными элементами (фтор, азот, кислород), реже – в некоторых других (хлор, сера). Вандерваальсовы силы — силы межмолекулярного взаимодействия с энергией 0,8 — 8,16 кДж/моль. Этим термином первоначально обозначались все такие силы, в современной науке он обычно применяется к силам, возникающим при поляризации молекул и образовании диполей. Открыты Яном Ван Дер Ваальсом в 1869 году. К ван-дер-ваальсовым силам относятся взаимодействия между диполями (постоянными и индуцированными). Название связано с тем фактом, что эти силы являются причиной поправки на внутреннее давление в уравнении состояния реального газа Ван-дер-Ваальса. Эти взаимодействия в основном определяют силы, ответственные за формирование пространственной структуры биологических макромолекул. Вандерваальсовы силы также возникают между частицей (макроскопической частицей или наночастицей) и молекулой и между двумя частицами.