Тема 3 Химическая связь и строение мол-л

1. ТЕМА №3: ХИМИЧЕСКАЯ СВЯЗЬ И СТРОЕНИЕ МОЛЕКУЛ

Рассматриваемые вопросы:
1. Типы химических связей.
2. Ковалентная связь (характеристики, механизмы
образования, свойства).
3. Ионная связь.
4. Металлическая связь.
5. Водородная связь.
6. Межмолекулярные взаимодействия.
1

2.

1. Типы химических связей
Химическая связь – это взаимодействие, связывающее
отдельные атомы в более сложные системы (молекулы,
кристаллы),
сопровождающееся
выделением
энергии
(уменьшением полной энергии системы).
2

3. Сравнительные характеристики для оценки типа связи

Природа атомов
неметалл
неметалл
неметалл
неметалл
металлнеметалл
металлнеметалл
ΔОЭО
0,4
> 0,4
1,7
1,7
Тип связи
Пример
К о в а л е н т н а я
неполярная
Н–Н
(χ1 – χ2 = ΔОЭО) (2,1–2,1 = 0)
полярная
H–O
(2,1–3,5 = 1,4)
H–F
(2,1–4,0 = 1,9)
Ионная
Be – Cl
Na – Cl
(1,5–3,0 = 1,5) (0,9–3,0 = 2,1)
3

4. 2. Ковалентная связь (характеристики, механизмы образования, свойства)

Ковалентная связь – это химическая связь, возникающая за
счет образования общей электронной пары или нескольких
электронных пар.
Пример: образование молекулы водорода Н2
H + H H:H
Характеристики ковалентной связи:
1) энергия;
2) длина;
3) кратность.
4

5.

Энергия связи – это энергия, которая необходима для
разрыва связи (при образовании связи энергия выделяется, при
разрыве – поглощается). (кДж/моль)
Энергия связи для различных атомов изменяется в пределах
170–420 (кДж/моль).
Длина связи – расстояние между центрами ядер
связанных атомов, когда силы притяжения уравновешены
силами отталкивания, а энергия системы минимальна. (нм,
или Å).
1Å = 1·10-10 м.
1 нм = 1·10-9 м.
5

6.

Кратность связи – определяется количеством электронных
пар, связывающих два атома.
В этане Н3С–СН3 связь между атомами углерода одинарная,
в этилене Н2С=СН2 – двойная, в ацетилене НС≡СН – тройная.
С увеличением кратности связи увеличивается энергия
связи.
Химическая связь между атомами обусловливается
перекрыванием электронных облаков.
6

7. Механизмы образования ковалентной связи

Обменный
А• + •B → А:В
Донорно-акцепторный
А: + □В → А:В
:NH3 + □H+ → [NH4]+
донор
акцептор
7

8.

Свойства ковалентной связи
1. Насыщаемость – способность атома образовывать
определенное количество общих электронных пар.
Определяет формулу молекулы.
Примеры: HCl, H2S, PH3
2. Направленность – характеризует форму молекулы, то
есть
показывает перекрытие электронных облаков,
образующих молекулу, в пространстве.
8

9. Линейная форма молекул Н2 (а), НСl (б) и Сl2 (в)

Примеры:
Линейная форма молекул Н2 (а), НСl (б) и Сl2 (в)
9

10.

Угловая форма молекулы H2S
Пирамидальная форма молекулы PH3
10

11. Гибридизация атомных орбиталей − это процесс выравнивания атомных орбиталей по форме и энергии. В результате этого процесса

образуются гибридные орбитали.
• sp-гибридизация: гибридизуются одна s-орбиталь и одна p-орбиталь
(наблюдается при образовании молекулы хлорида бериллия ВеСl2).
11

12.

•sp2-гибридизация: гибридизуются одна s-орбиталь и две
p-орбитали (наблюдается при образовании молекулы хлорида
бора ВСl3).
12

13.

•sp3-гибридизация: гибридизуются одна s-орбиталь и три
p-орбитали (наблюдается при образования молекулы метана
СН4).
13

14. Виды ковалентной связи

-связь По оси, соединяющей
ядра атомов.
s, p, d - облака
-связь
Перекрывание по обе
стороны от линии,
соединяющей ядра
атомов.
p, d - облака
-связь
Перекрывание всех
лепестков
d-орбиталей

15. Полярность связи и полярность молекул

Полярность
связи
определяется
разницей
электроотрицательностей атомов.
Полярность молекулы определяется величиной дипольного
момента.
= ·l
-дипольный момент, Кл·м
- эффективный заряд
l - длина диполя
Полярная молекула
представляет собой диполь

16.

Дипольный момент молекулы равен векторной сумме дипольных
моментов всех связей в молекуле.
В молекуле СО2 (симметричная)
векторы дипольных моментов в
противоположных
направлениях, сумма их = 0
молекула неполярна.
В
молекуле
Н2О
(несимметричная) атомы Н
относительно О расположены
под углом и векторная сумма > 0
молекула полярна.
16

17. 3. Ионная связь

Ионная связь – это химическая связь, образованная за счет
электростатического притяжения между катионами и анионами.
Процесс образования
следующей схемой:
молекулы
NaCl
можно
выразить
Nа + Cl Na + Сl NaCl
Механизм образования:
1s22s22p63s1 + 1s22s22p63s23р5 1s22s22p63s0 + 1s22s22p63s23p6
атом натрия (Na0) атом хлора (Cl0)
ион Nа [Nе]
ион Сl [Ar]
17

18.

Вещества с ионной связью
имеют кристаллическую решетку
ионного типа, в узлах которой
находятся
положительные
и
отрицательные ионы, чередующиеся друг с другом.
+
Na
–
Cl
Свойства ионной связи:
-ненасыщенность;
-ненаправленность.
18

19. 4. Металлическая связь

Металлическая связь – это связь между положительными ионами в
кристалле металла, которую осуществляют обобществленные
валентные электроны («электронный газ»).
В
узлах
кристаллической
решетки
металла
находятся
положительно заряженные ионы
(катионы). В промежутках между
ними располагаются свободные
электроны.
Такая структура обусловлена способностью атомов металла обратимо
превращаться в катионы за счет отрыва электронов:
Ме Ме
0
n+
+ nē
19

20. 5. Водородная связь

Водородная связь – это связь между атомом водорода одной
молекулы и сильно электроотрицательным атомом (F, О, N) другой
молекулы (межмолекулярная Н-связь) или другой части молекулы
(внутримолекулярная Н-связь).
δ–
δ+
δ–
δ+
:Э – Н □ ... :Э – Н □,
где точками обозначена водородная связь;
Э – атом элемента (F, О, N).
Например, водородная связь возникает между молекулами
фтороводорода:
H – F . . . H – F . . . H – F → (HF)n
20

21. Водородная связь между молекулами воды приводит к их ассоциации:

(Н2О)n
21

22. 6. Межмолекулярные взаимодействия (силы Ван-дер-Ваальса)

Отличие реальных газов от идеальных, существование
жидкостей и молекулярных кристаллов являются результатом
того, что между молекулами существуют межмолекулярные
взаимодействия (ММВ).
Различают:
• Ориентационное ММВ реализуется между полярными
(дипольными) молекулами.
полярная + полярная
молекула молекула
22

23.

• Индукционное ММВ реализуется при взаимодействии полярной
молекулы с неполярной.
полярная + неполярная
молекула молекула
индуцированнополярная молекула
• Дисперсионное ММВ реализуется между двумя неполярными
молекулами.
неполярная + неполярная
молекула
молекула
кратковременно полярные
молекулы
23