Обзор разных типов химических связей

1. ХИМИЧЕСКАЯ СВЯЗЬ И СТРОЕНИЕ МОЛЕКУЛ

Лекция 2:
Обзор разных типов
химических связей
1

2.

Магний
Оксид магния
MgO
Сера
Золото
2
Дихромат калия
K2Cr2O7
Оксид никеля (II)
NiO
Медь
Br2
Сахароза
C12H22O11

3.

Химическая связь
Химическая связь - взаимодействие между
атомами, приводящее к образованию
устойчивой системы - молекулы, иона,
кристалла
Л. Полинг
1901 - 1994
3

4. Термодинамика процесса образования химической связи

Процесс самопроизвольный, т.е. ∆ G <0
G H T S
Энтальпийный
фактор
Энтропийный
фактор
S1
S2
+
S1 > S2 ∆S < 0
Т∆S < 0, а это не способствует образованию ХС
∆ G < 0 только если ∆Н < 0
4
Основной причиной образования химических
связей между атомами с образованием молекулы
является понижение полной энергии системы при
переходе от свободных атомов к молекуле

5. Изменение потенциальной энергии в системе из двух атомов водорода в зависимости от расстояния между ядрами атомов

Е, кДж/моль
1.
2.
3.
Ядерно-электронные взаимодействия
способствуют образованию химической связи
Межэлектронные взаимодействия двух типов:
а) притяжение электронов с антипараллельными
спинами (положительный фактор в
образовании связи)
б) отталкивание электронов с параллельными
спинами (отрицательный фактор)
Межъядерное отталкивание не способствует
образованию химической связи
0,074
l, нм
Fпр.< Fотт.
- 435
5
Fпр. >Fотт.
Fпр.= Fотт.

6. Правило октета

6

7. Образование химической связи разных типов: модели

Ионная
Металл/неметалл
7
Передача
электронов
Ковалентная
Неметалл/неметалл
Обмен
электронами
Металлическая
Металл/металл
Объединение
электронов

8. Ионная связь: Энергия кристаллической решетки

Энергия кристаллической решетки – энергия,
необходимая для превращения 1 моль твердого
ионного соединения в газообразные ионы
LiF
8
E
QLi QF
r
k
QLi QF
r
Энергия
решетки,
кДж/моль
Температура
плавления,
ºС

9. Properties of ionic compounds

Hard, rigid solids at room
temperature
High melting point
Dissolve in polar solvents
(if soluble)
Solutions conduct electricity
Melts conduct electricity
Closely packed dense structures
9

10. Ковалентная связь

Атомы, образующие ковалентную связь,
обобществляют электроны
Каждая ковалентная связь образуется 2 общими
электронами
В образовании связей участвуют только
валентные электроны
Структуры Льюиса
10
Copyright © Cengage Learning.
All rights reserved

11. Механизмы образования ковалентной связи

Обменный
Н 1s
Донорно-акцепторный
А
В
Н 1s
11
Свободная АО
(акцептор)
Неподелённая
электронная пара
(донор)

12. Характеристики ковалентной связи

1) Длина связи – расстояние между центрами связанных
атомов
2) Валентный угол – угол между двумя связями, имеющими
общий атом
BeH
BF
CH
2
3
4
3) Энергия связи – энергия, выделяющаяся при образовании
химической связи и характеризующая ее прочность
(200-1000 кДж/моль)
4) Энергия диссоциации – энергия, необходимая для
гомолитического расщепления отдельной связи в
молекуле (для двухатомных молекул равна энергии связи)
12
Гомолитическое расщепление:
А В
Разъединение пары электронов,
осуществляющих ковалентную связь

13. Ковалентная связь: энергия связи versus длина связи

13

14.

Ковалентная связь
Ионная связь
1) Не направлена
2) Не насыщаема
3) Электростатическое приближение
Неполярная
ковалентная связь
μ=0
14
Полярная
ковалентная связь
μ>0

15. Степень ионности

Степень ионности
15
Разность электроотрицательностей

16. Резюме

Химическая связь
1,5
1,5
1,5
16

17. Металлическая связь

Катионы
металла
17
«Электронный
газ»

18.

Элемент
Электронная
конфигурация
У d-элементов лишь небольшая
часть валентных электронов
делокализована по всему
кристаллу. Остальные d-электроны
участвуют в образовании
направленных ковалентных связей
между соседними атомами. Таким
образом, эти элементы в
кристаллическом состоянии
обладают не чисто металлической
связью, а ковалентнометаллической. Поэтому все они
твердые (кроме Hg) и тугоплавкие
(за исключением Zn, Cd) металлы
18
Энергия связи
кДж/моль
ккал/моль
Температура
плавления, ºС
Хром
Молибден
Вольфрам

19. Межмолекулярные взаимодействия

1)
2)
19
Водородная связь
Слабые межмолекулярные
взаимодействия (силы Ван-дер-Ваальса)
Диполь-дипольные
Ион-дипольные
Дисперсионные

20. Водородная связь: механизм образования

- электростатический характер
- донорно-акцепторный характер
20
Водородная
связь
Энергия водородной связи: 10-40 кДж/моль

21. Водородная связь: влияние на свойства соединений

Температура кипения, ºС
Температуры кипения гидридов
некоторых р -элементов
Период
21
• Ассоциация молекул (повышение Ткип, объемные эффекты)
• Повышение растворимости
• Влияние на вязкость (напр., глицерин 1,49 Н×с/м2)
глицерин
• Стабилизация ионизированных частиц в растворе
• Влияние на кислотно-основные свойства соединений (напр., HF)
• Поверхностное натяжение

22. Водородная связь: влияние на свойства воды

Лед/вода
С6Н6(тв.)/С6Н6(ж.)
Плотность, г/мл
Водородная связь: влияние на
свойства воды
Температура, ºС
Четыре
водородные
связи
Максимальная
плотность при 4 ºС
При 0 ºС плотность
0,92 мг/мл
22

23.

Силы
Ван-дер-Ваальса
Слабые межмолекулярные
взаимодействия
Ориентационные силы, диполь-дипольное притяжение
Осуществляется между молекулами, являющимися постоянными
диполями
E ~ 1/r3
Дисперсионное притяжение (лондоновские силы)
катион
Индуцированный
диполь
E ~ 1/r6
Постоянный
диполь
Индуцированный
диполь
Индукционное притяжение
Ион-дипольное взаимодействие
Na+
Слабое
взаимодействие
Постоянный
диполь
23
H2O
Mg2+
Сильное
взаимодействие

24. Слабые межмолекулярные взаимодействия: влияние на свойства соединений

• Конденсация (напр., конденсация гелия при низких температурах)
• Повышение температуры кипения (напр., CH3F -78,4 ºC; CCl4 76,5 ºC)
и плавления
• Соединения включения, комплексы краун-эфиров
• Стабилизация пространственной структуры белковой молекулы
• Способность гекконов взбираться по гладким поверхностям,
например стеклу
O
O
O
O
O
O
24
Дициклогексано-18-краун-6
(связывание К+)
Вещество