Йонни връзки между атомите. Химическа връзка. Вижте какво представлява „йонна химическа връзка“ в други речници

Назад напред

Внимание! Визуализацияслайдовете се използват само за информационни цели и може да не дават представа за всички възможности на презентацията. Ако си заинтересован тази работамоля изтеглете пълната версия.

Цели на урока:

• Формирайте концепцията за химически връзки, като използвате примера за йонни връзки. Постигнете разбиране за образуването на йонна връзка като краен случай на полярна.
• Осигурете по време на урока усвояването на следните основни понятия: йони (катион, анион), йонна връзка.
• Да се ​​развие умствената дейност на учениците чрез създаване на проблемна ситуация при изучаване на нов материал.

Задачи:

• научете да разпознавате видовете химически връзки;
• повтаря структурата на атома;
• да изследва механизма на образуване на йонна химическа връзка;
• да научи как да съставя образователни схеми и електронни формули на йонни съединения, реакционни уравнения с обозначаване на прехода на електрони.

Оборудване: компютър, проектор, мултимедиен ресурс, периодична система от химични елементи D.I. Менделеев, маса " Йонна връзка».

Тип на урока:Формиране на нови знания.

Тип на урока:Мултимедиен урок.

NSурок от

И.Организиране на времето.

II . Проверка на домашната работа.

Учител: Как атомите могат да приемат стабилни електронни конфигурации? Какви са начините за образуване на ковалентна връзка?

Ученик: Полярните и неполярните ковалентни връзки се образуват чрез обменния механизъм. Механизмът за обмен включва случаи, когато един електрон участва във формирането на електронна двойка от всеки атом. Например водород: (слайд 2)

Свързването възниква поради образуването на обща електронна двойка поради комбинацията от несдвоени електрони. Всеки атом има един s-електрон. Н атомите са еквивалентни и двойките еднакво принадлежат и на двата атома. Следователно същият принцип е образуването на общи електронни двойки (припокриване на р-електронни облаци) по време на образуването на молекулата F 2. (слайд 3)

Запис Н · означава, че водородният атом има 1 електрон на външния електронен слой. Записът показва, че на външния електронен слой на флуорния атом има 7 електрона.

С образуването на молекула N 2. Образуват се 3 общи електронни двойки. Р-орбитали се припокриват. (слайд 4)

Връзката се нарича неполярна.

Учител: Сега разгледахме случаи, когато се образуват молекули на просто вещество. Но около нас има много вещества със сложна структура. Да вземем молекула флуороводород. Как се образува облигация в този случай?

Ученик: Когато се образува молекула на флуороводород, орбиталата на s-електрона на водорода и орбиталата на р-електрона на флуора H-F се припокриват. (слайд 5)

Свързващата електронна двойка се измества към флуорния атом, в резултат на което дипол... Връзка наречен полярен.

III. Актуализация на знанията.

Учител: Химическата връзка възниква в резултат на промени, които се случват с външните електронни обвивки на свързващите атоми. Това е възможно, тъй като външните електронни слоеве са непълни в елементи, различни от инертни газове. Химическата връзка се обяснява с желанието на атомите да придобият стабилност електронна конфигурацияподобна на конфигурацията на "най -близкия" до тях инертен газ.

Учител: Напишете веригата електронна структуранатриев атом (близо до черната дъска). (слайд 6)

Ученик: За да се постигне стабилност на електронната обвивка, натриевият атом трябва или да дари един електрон, или да приеме седем. Натрият лесно ще се откаже от своя електрон, който е далеч от ядрото и слабо свързан с него.

Учител: Съставете диаграма на връщането на електрон.

Nа ° - 1ē → Nа + = Ne

Учител: Напишете диаграмата на електронната структура на флуорния атом (на дъската).

Учител: Как да постигнем завършването на попълването на електронния слой?

Ученик: За да се постигне стабилност на електронната обвивка, флуорният атом трябва или да дари седем електрона, или да приеме един. Енергийно по -благоприятно е флуорът да приеме електрон.

Учител: Съставете схема за получаване на електрон.

F ° + 1ē → F- = Ne

IV. Изучаване на нов материал.

Учителят задава въпрос на класа, в който е поставена задачата на урока:

Възможни ли са други опции, при които атомите могат да приемат стабилни електронни конфигурации? Какви са начините за създаване на такива връзки?

Днес ще разгледаме един от видовете връзки - йонните връзки. Нека сравним структурата на електронните обвивки на споменатите вече атоми и инертни газове.

Разговор с класа.

Учител: Какъв заряд имаха натриевите и флуорните атоми преди реакцията?

Ученик: Натриевите и флуорните атоми са електрически неутрални, защото зарядите на техните ядра са балансирани от електрони, въртящи се около ядрото.

Учител: Какво се случва между атомите при подаване и получаване на електрони?

Ученик: Атомите придобиват заряди.

Учителят дава обяснения: Във формулата на йона зарядът му се записва допълнително. За тази цел се използва горния индекс. В него цифрата показва размера на таксата (единицата не е записана), а след това знака (плюс или минус). Например, натриев йон с заряд +1 има формулата Na + (прочетете "натрий -плюс"), флуорен йон с заряд -1 -F -("флуор -минус"), хидроксиден йон с заряд от -1-OH-("o-пепел-минус"), карбонатен йон със заряд -2-CO 3 2- ("це-о-три-два-минус").

Във формулите на йонни съединения първо запишете, без да посочвате заряди, положително заредени йони, а след това отрицателно заредени. Ако формулата е правилна, тогава сумата от зарядите на всички йони в нея е равна на нула.

Положително зареден йон наречен катион, и отрицателно зареден йон-анион.

Учител: Записваме определението в работните тетрадки:

И тойе заредена частица, в която един атом се превръща в резултат на приемане или отказване на електрони.

Учител: Как да определим величината на заряда на калциевия йон Ca 2+?

Ученик: Йон е електрически заредена частица, образувана в резултат на загубата или свързването на един или повече електрони от атом. В калция на последното електронно ниво има два електрона, йонизацията на калциевия атом се случва, когато се дарят два електрона. Ca 2+ е двойно зареден катион.

Учителят: Какво се случва с радиусите на тези йони?

По време на прехода от електрически неутрален атом до йонно състояние размерът на частиците се променя значително. Атомът, дарявайки своите валентни електрони, се превръща в по -компактна частица - катион. Например, когато натриевият атом преминава в катиона Na +, който, както е посочено по -горе, има структура на неон, радиусът на частиците се намалява значително. Радиусът на аниона винаги е по -голям от радиуса на съответния електрически неутрален атом.

Учител: Какво се случва с противоположно заредени частици?

Ученик: Противозаредените йони на натрий и флуор, получени в резултат на прехода на електрон от натриев атом към флуорен атом, взаимно се привличат и образуват натриев флуорид. (слайд 7)

Na + + F - = NaF

Разгледаната от нас схема на образуване на йони показва как между натриевия атом и флуорния атом се образува химическа връзка, която се нарича йонна.

Йонна връзка- химическа връзка, образувана чрез електростатично привличане един към друг от противоположно заредени йони.

Съединенията, които се образуват в този случай, се наричат ​​йонни съединения.

V. Осигуряване на нов материал.

Задачи за затвърждаване на знания и умения

1. Сравнете структурата на електронните обвивки на калциевия атом и калциевия катион, хлорния атом и хлорид -аниона:

Коментирайте схемата за образуване на йонна връзка в калциев хлорид:

2. За да изпълните тази задача, трябва да се разделите на групи от 3-4 души. Всеки член на групата разглежда един пример и представя резултатите на цялата група.

Отговор на ученика:

1. Калцият е елемент основна подгрупа II група, метал. По -лесно е неговият атом да дари два външни електрона, отколкото да приеме липсващите шест:

2. Хлорът е елемент от основната подгрупа от VII група, неметал. По -лесно е неговият атом да приеме един електрон, който му липсва до завършване на външното ниво, отколкото да дари седем електрона от външното ниво:

3. Първо, намираме най -малкото общо кратно между зарядите на образуваните йони, то е равно на 2 (2x1). След това определяме колко калциеви атоми трябва да вземете, така че да се откажат от два електрона, тоест трябва да вземете един Ca атом и два CI атома.

4. Схематично образуването на йонна връзка между калциеви и хлорни атоми може да бъде записано: (слайд 8)

Ca 2+ + 2CI - → CaCI 2

Задачи за самоконтрол

1. Въз основа на схемата за образуване на химично съединение съставете уравнението химическа реакция: (слайд 9)

2. Въз основа на схемата за образуване на химично съединение съставете уравнението на химическата реакция: (слайд 10)

3. Дадена е диаграма на образуването на химично съединение: (слайд 11)

Изберете двойка химични елементи, чиито атоми могат да взаимодействат според тази схема:

но) Naи О;
б) Лии F;
в) Ки О;
Ж) Naи F

Йонна химическа връзка е връзка, която се образува между атомите на химичните елементи (положително или отрицателно заредени йони). И така, какво е йонна връзка и как се образува?

Обща характеристика на йонните химични връзки

Йони са частици с заряд, в които атомите се превръщат в процеса на отдаване или приемане на електрони. Те се привличат помежду си доста силно, поради тази причина веществата с този тип връзка имат високи точки на кипене и топене.

Ориз. 1. Йона.

Йонна връзка - химическа връзка между различните йони поради тяхното електростатично привличане. Може да се счита за ограничаващ случай на ковалентна връзка, когато разликата в електроотрицателността на свързаните атоми е толкова голяма, че настъпва пълно разделяне на зарядите.

Ориз. 2. Йонна химическа връзка.

Обикновено се счита, че комуникацията придобива електронен характер, ако ЕО> 1.7.

Разликата в стойността на електроотрицателността е толкова по -голяма, колкото по -далеч елементите са разположени един от друг в периодичната таблица по протежение на периода. Тази връзка е типична за метали и неметали, особено тези, намиращи се в най-отдалечените групи, например I и VII.

Пример: готварска сол, натриев хлорид NaCl:

Ориз. 3. Диаграма на йонната химическа връзка на натриев хлорид.

Йонната връзка съществува в кристали, има сила, дължина, но не е наситена и не е насочена. Йонната връзка е характерна само за сложни вещества, като соли, основи, някои метални оксиди. В газообразно състояние такива вещества съществуват под формата на йонни молекули.

Между типичните метали и неметали се образува йонна химическа връзка. Електроните непременно преминават от метал към неметал, образувайки йони. В резултат на това се образува електростатично привличане, което се нарича йонна връзка.

Всъщност няма напълно йонна връзка. Така наречената йонна връзка е отчасти йонна, отчасти ковалентна. Въпреки това, връзката на сложни молекулни йони може да се счита за йонна.

Примери за образуване на йонна връзка

Има няколко примера за образуване на йонна връзка:

• взаимодействие на калций и флуор

Ca 0 (атом) -2e = Ca 2 + (йон)

- Калцият е по -лесно да дари два електрона, отколкото да получи липсващите.

F 0 (атом) + 1е = F- (йон)

- флуорът, напротив, е по -лесно да приеме един електрон, отколкото да дари седем електрона.

Нека открием най -малкото общо кратно между зарядите на получените йони. То е равно на 2. Нека определим броя на флуорните атоми, които ще получат два електрона от калциевия атом: 2: 1 = 2,4.

Нека съставим формулата за йонната химическа връзка:

Ca 0 + 2F 0 → Ca 2 + F - 2.

• взаимодействие на натрий и кислород

4.3. Общо получени оценки: 281.

Всички химични съединения се образуват чрез образуване на химическа връзка. И в зависимост от вида на свързващите частици се разграничават няколко типа. Най -основното- тя е ковалентна полярна, ковалентна неполярна, метална и йонна. Днес ще бъдеза йонни.

Във връзка с

Какво представляват йони

Той се образува между два атома - като правило, при условие, че разликата в електроотрицателността между тях е много голяма. Електроотрицателността на атомите и йоните се оценява с помощта на скалата на Polling.

Следователно, за да се разгледат правилно характеристиките на съединенията, беше въведено понятието йонност. Тази характеристика ви позволява да определите процента на определена връзка е йонна.

Съединението с най -висока йонност е цезиев флуорид, в който той е приблизително 97%. Характерна е йонната връзказа вещества, образувани от метални атоми, разположени в първата и втората групи на D.I. Менделеев и атоми от неметали, които са в шестата и седмата групи от същата таблица.

Забележка!Заслужава да се отбележи, че няма съединение, в което връзката да е изключително йонна. За откритите в момента елементи е невъзможно да се постигне толкова голяма разлика в електроотрицателността, за да се получи 100% йонно съединение. Следователно определението за йонна връзка не е напълно правилно, тъй като всъщност се разглеждат съединения с частично йонно взаимодействие.

Защо въведоха този термин, ако такова явление наистина не съществува? Факт е, че този подход помогна да се обяснят много от нюансите в свойствата на соли, оксиди и други вещества. Например защо са силно разтворими във вода и техните решенията са способни да провеждат електрически ток... Това не може да се обясни от друга гледна точка.

Механизъм на формиране

Образуването на йонна връзка е възможно само ако са изпълнени две условия: ако металният атом, участващ в реакцията, е в състояние лесно да дари електрони, разположени върху последния енергийно ниво, и неметален атом е в състояние да приеме тези електрони. Металните атоми по своята природа са редуциращи агенти, тоест те са способни даряващи електрони.

Това се дължи на факта, че на последното енергийно ниво в метала може да има от един до три електрона, а радиусът на самата частица е доста голям. Следователно силата на взаимодействие на ядрото с електрони на последното ниво е толкова малка, че те лесно могат да го напуснат. С неметалите ситуацията е напълно различна. Те имат малък радиус, а броят на собствените си електрони на последното ниво може да бъде от три до седем.

И взаимодействието между тях и положителното ядро ​​е достатъчно силно, но всеки атом се стреми да завърши енергийното ниво, така че неметалните атоми се стремят да получат липсващите електрони.

И когато два атома - метален и неметален - се срещнат, има преход на електрони от метален атом към неметален атом и се образува химическо взаимодействие.

Схема на свързване

Фигурата ясно показва как се осъществява образуването на йонна връзка. Първоначално има неутрално заредени натриеви и хлорни атоми.

Първият има един електрон на последното енергийно ниво, вторият седем. Следва електронен преход от натрий към хлор и образуване на два йона. Които се комбинират помежду си, за да образуват вещество. Какво е йон? Йонът е заредена частица, в която броят на протоните не е равен на броя на електроните.

Разлики от ковалентния тип

Йонната връзка няма посока поради своята специфичност. Това се дължи на факта, че електрическото поле на йон е сфера, докато намалява или се увеличава равномерно в една посока, като се подчинява на същия закон.

За разлика от ковалентния, който се образува от припокриващи се електронни облаци.

Втората разлика е, че ковалентната връзка е наситена... Какво означава? Броят на електронните облаци, които могат да участват във взаимодействието, е ограничен.

А в йонното поле, поради факта, че електрическото поле има сферична форма, то може да се комбинира с неограничен брой йони. Това означава, че можем да кажем, че не е наситен.

Той може да се характеризира и с още няколко свойства:

1. Комуникационната енергия е количествена характеристика, и зависи от количеството енергия, което трябва да се изразходва за разбиването му. Зависи от два критерия - дължината на връзката и йонния зарядучаства в нейното образование. Връзката е по -силна, по -къса е дължината й и по -големи са зарядите на йони, които я образуват.
2. Дължина - този критерий вече е споменат в предишния параграф. Това зависи единствено от радиуса на частиците, участващи в образуването на съединението. Радиусът на атомите се променя, както следва: намалява през периода с увеличаване на серийния номер и се увеличава в групата.

Вещества с йонни връзки

Характерно е за значителен брой химични съединения... Това е по-голямата част от всички соли, включително добре известната готварска сол. Намира се във всички връзки, където има директен контакт между метал и неметал... Ето някои примери за йонно свързани вещества:

• натриеви и калиеви хлориди,
• цезиев флуорид,
• магнезиев оксид.

Може да се прояви и в сложни съединения.

Например магнезиев сулфат.

Ето формулата за вещество с йонна и ковалентна връзка:

Между кислородните и магнезиевите йони ще се образува йонна връзка, но сяра и вече са свързани помежду си с помощта на ковалентна полярна.

От което можем да заключим, че йонните връзки са характерни за сложните химични съединения.

Какво е йонна връзка в химията

Видове химически връзки - йонни, ковалентни, метални

Заключение

Свойствата са пряко зависими от устройството кристална решетка... Следователно, всички съединения с йонна връзка са лесно разтворими във вода и други полярни разтворители, са проводими и са диелектрици. В същото време те са доста огнеупорни и крехки. Свойствата на тези вещества често се използват при проектирането на електрически устройства.

Йонна връзка- химическа връзка, образувана в резултат на взаимно електростатично привличане на противоположно заредени йони, при което стабилно състояние се постига чрез пълен преход на общата електронна плътност към атом на по -електроотрицателен елемент.

Чисто йонната връзка е граничният случай на ковалентна връзка.

На практика не се осъществява пълен преход на електрони от един атом в друг атом по връзката, тъй като всеки елемент има по -голям или по -малък (но не нулев) EO и всяка химическа връзка ще бъде до известна степен ковалентна.

Такава връзка възниква в случай на голяма разлика в ЕО на атомите, например между катиони с-метали от първата и втората групи на периодичната система и аниони от неметални VIА и VIIА групи (LiF, NaCl, CsF и др.).

За разлика от ковалентната връзка, йонната връзка няма насоченост . Това се дължи на факта, че електрическото поле на йона има сферична симетрия, т.е. намалява с разстояние по същия закон във всяка посока. Следователно, взаимодействието между йони независимо от посоката.

Взаимодействието на два йона с противоположен знак не може да доведе до пълна взаимна компенсация на техните силови полета. Поради това те запазват способността да привличат йони от противоположния знак и в други посоки. Следователно, за разлика от ковалентната връзка, йонната връзка също се характеризира с ненаситеност .

Липсата на насоченост и насищане в йонната връзка определя склонността на йонните молекули да се свързват. Всички йонни съединения в твърдо състояние имат йонна кристална решетка, в която всеки йон е заобиколен от няколко йона с противоположен знак. В този случай всички връзки на даден йон със съседни йони са еквивалентни.

Метална връзка

Металите се характеризират с редица специални свойства: електрическа и топлопроводимост, характерен метален блясък, ковкост, висока пластичност, висока якост. Тези специфични свойства на металите могат да се обяснят със специален вид химическа връзка, наречена метал .

Металната връзка е резултат от припокриващи се делокализирани орбитали на приближаващи се атоми в кристалната решетка на метала.

Повечето метали на външното електронно ниво имат значителен брой свободни орбитали и малък брой електрони.

Следователно, енергийно е по -благоприятно електроните да не са локализирани, а да принадлежат на целия метален атом. Решетъчните места на метала съдържат положително заредени йони, които са потопени в електронен „газ“, разпределен в метала:

Me ↔ Me n + + n.

Между положително заредени метални йони (Me n +) и нелокализирани електрони (n) има електростатично взаимодействие, което осигурява стабилността на веществото. Енергията на това взаимодействие е междинна между енергиите на ковалентни и молекулни кристали. Следователно, елементи с чисто метална връзка ( с-, и стр-елементи) се характеризират със сравнително високи точки на топене и твърдост.

Наличието на електрони, които могат свободно да се движат през обема на кристала и да осигурят специфичните свойства на

Водородна връзка

Водородна връзка – специален вид междумолекулно взаимодействие. Водородните атоми, които са ковалентно свързани с атом на елемент с висока стойност на електроотрицателност (най -често F, O, N, както и Cl, S и C) носят относително висок ефективен заряд. В резултат на това тези водородни атоми могат да взаимодействат електростатично с атомите на тези елементи.

И така, атомът H d + на една водна молекула е ориентиран и съответно взаимодейства (както е показано на три точки) с атома O d - друга молекула вода:

Връзките, образувани от Н атом, разположен между два атома на електроотрицателни елементи, се наричат ​​водород:

d- d + d-

А - Н × ЧЧ В

Енергията на водородна връзка е много по -малка от енергията на обикновена ковалентна връзка (150–400 kJ / mol), но тази енергия е достатъчна, за да предизвика агрегиране на молекули на съответните съединения в течно състояние, например в течност водороден флуорид HF (фиг. 2.14). За флуорните съединения той достига около 40 kJ / mol.

Ориз. 2.14. Агрегация на молекули HF поради водородни връзки

Дължината на водородната връзка също е по -малка от дължината на ковалентната връзка. Така че, в полимера (HF) n, дължината на връзката F - H = 0.092 nm и връзката F ∙ · H = 0.14 nm. За водата дължината на връзката O - H = 0,096 nm, а връзката O ∙∙∙ H = 0,177 nm.

Образуването на междумолекулни водородни връзки води до значителна промяна в свойствата на веществата: увеличаване на вискозитета, диелектрична константа, точки на кипене и топене.

СТРУКТУРА НА ВЕЩЕСТВОТО.

ХИМИЧНО СВЪРЗВАНЕ.

3.1. Йонна химическа връзка

В Периодичната таблица на елементите се открояват благородни газове. Това са уникални химични елементи, тъй като дори под формата на просто вещество те съществуват под формата на отделни атоми, които не са свързани помежду си.

Някои химици все още се затрудняват да отговорят на въпроса как да се третират частици благородни газове в просто вещество: като свободни атоми или като едноатомни молекули. Няма еднозначно мнение за това какъв тип кристална решетка е типична за прости вещества от тези елементи. По физически свойства това са вещества с молекулярни кристални решетки, а по състав - ...? В края на краищата силите на междумолекулното взаимодействие, които задържат частици в кристали, действат между атомите.

Това "безразлично" отношение към образуването на химически връзки е "крайната мечта" за атомите на всички други химични елементи, които са много редки под формата на свободни атоми, само при екстремни условия.

Защо атомите на благородни газове са толкова самодостатъчни? След като анализирате тяхната позиция в Периодичната таблица на елементите, вие сами можете да посочите причината. Работата е там, че атомите на благородните газове съдържат пълен външен електронен слой, върху който атома на хелия има два електрона, а останалите имат осем. Атомите на всички други елементи се стремят да придобият точно такава стабилна електронна конфигурация и често постигат това или в резултат на добавянето на електрони от други атоми (такъв процес в химията се нарича редукция), или в резултат на отказване от тях външни електрони към други атоми (процес на окисляване). Атомите, които са прикрепили чужди електрони, се превръщат в отрицателни йони или аниони. Атомите, които даряват своите електрони, се превръщат в положителни йони или катиони.

Ясно е, че сили на електростатично привличане възникват между противоположно заредените катиони и аниони, които ще задържат йони близо един до друг, като по този начин се реализира йонна химическа връзка.

Йонна химическа връзка е връзка, образувана между катиони и аниони поради тяхното електростатично привличане.

Тъй като катионите се образуват главно от метални атоми, а анионите- от неметални атоми, логично е да се заключи, че този тип връзка е характерен за бинарни (двуелементни) съединения, образувани от типични метали (алкални и алкалоземни) и типични не метали (халогени, кислород). Класически примервещества с йонни връзки са халогениди и оксиди на алкални и алкалоземни метали (фиг. 3.1).

Схемата за образуване на йонна връзка между натриеви и хлорни атоми може да бъде представена по следния начин:

Два противоположно заредени йона, свързани със сили на взаимно привличане, не губят способността си да взаимодействат с други противоположно заредени йони. В резултат на това се образуват кристални съединения, състоящи се от огромен брой йони.

Кристални веществасе характеризират с правилното подреждане на тези частици (в нашия случай йони), от които са съставени, в строго определени точки в пространството. Когато тези точки са свързани с прави линии, се образува пространствена рамка, която се нарича кристална решетка. Точките, където се намират кристалните частици, се наричат ​​решетъчни точки. Ясно е, че веществата с йонния тип връзка имат йонни кристални решетки (цветна вложка, фиг. 4).

Такива съединения са твърди, издръжливи, нелетливи вещества с високи точки на топене. При нормални условия кристалите на такива вещества не провеждат електрически ток, а разтворите и стопилките на повечето йонни съединения са отлични електролити.

Веществата с йонни кристални решетки са крехки. Ако някой се опита да деформира такава кристална решетка, един от нейните слоеве ще се движи спрямо другия, докато еднакво заредените йони са един срещу друг. Тези йони веднага ще започнат да се отблъскват и решетката ще се срути. Оттук и крехкостта на йонните съединения.

Ca) (Ca 2 ^) + 2e

Йонните съединения не са само бинарни съединения на алкални и алкалоземни метали. Това също са съединения, образувани от три или повече елемента. Можете лесно да ги кръстите. Това са всички соли (цветна вложка, фиг. 5), както и хидроксиди на алкални и алкалоземни метали.

В заключение представяме класификацията на йони по различни критерии:

1) по състав се разграничават прости (Na +, Cl -, Ca 2+) и сложни (OH -, S0 4 2-, NH 4 +) йони;

2) положителните йони или катиони (M n +, NH 4 +, H +) и отрицателните йони или аниони (OH -, аниони на киселинни остатъци) се отличават със знака на заряда;

3) поради наличието на хидратираща обвивка се разграничават хидратирани (например сини йони на Cu 2+. 4H 2 0) и нехидратирани (например безцветни йони на Cu 2+).

Всичко в нашия свят е относително. Същото може да се каже и за йонното свързване. Броят на съединенията с йонна връзка е много ограничен, но дори и в тях не се наблюдава чисто йонна връзка. Например, няма "чисти" йони на натрий и хлор с заряди съответно +1 и -1. Истинският заряд на тези йони е +0.8 и -0.8. Следователно, дори в съединения, които се считат за йонни, ковалентната природа на връзката се проявява до известна степен. И накрая, относителна истина е, че йонната връзка е резултат от взаимодействието на най-типичните метали с най-типичните неметали. Например, амониеви соли, образувани поради йонната връзка между амониеви катиони и аниони на кисел остатък (например NH 4 Cl, NH 4 NO 3), които имат йонна връзка, се състоят изключително от неметали.

1. Защо преди това благородните газове са били причислявани към нулевата група Периодичната таблица? Защо сега те са включени в осмата група? Кои метали се наричат ​​благородни по аналогия? Защо?

2. Напишете електронната конфигурация на външния слой от атоми от благородни газове, халогени, алкални метали.

3. Дайте определение на понятието „катион“. Какви групи катиони познавате?

4. Дайте определение на понятието "анион". Какви групи аниони познавате?

5. Въз основа на понятията "катион" и "анион" дайте още едно определение на йонната връзка.

6. Съставете схеми за образуване на йонна връзка за вещества: CaF 2, Li 2 0, KCl.

7. Дайте определение на понятията „кристална решетка“, „йонна кристална решетка“.

8. Какви физични свойства се характеризират с вещества с йонни кристални решетки?

9. Сред изброени вещества: KCl, AlCl 3, BaO, Fe 2 O 3, Fe 2 (S0 4) 3, H 2 S0 4, Si0 2, NH 3 - определят съединенията с йонна кристална решетка.

10. Без да изчислявате, определете в кое от съединенията: NaCl, KCl, LiCl, CaCl 2 - масовата част на хлора е по -висока. Потвърдете заключението с изчисления.

11. Определете формулата на йонно съединение, масовите фракции на елементите в които са: калций 24,39%, азот 17,07%, кислород 58,54%.

3.2. Ковалентна химическа връзка.

Алтернативен начин за изграждане на стабилна конфигурация от осем (за водород - два) електрона е тяхната социализация, т.е. споделяне. В резултат на този процес се образуват общи електронни двойки, които играят ролята на " свързваща нишка»Между атомите, образуващи химическа връзка.

Химическата връзка между атомите, която възниква чрез споделяне на електрони с образуването на общи електронни двойки, се нарича ковалентна.

Образуването на обща електронна двойка може да се случи по два начина.

Когато два атома с несдвоени електрони се приближат един към друг, има взаимно проникване на съответните електронни орбитали, тяхното припокриване. На мястото на припокриване се образува т. Нар. Електронна плътност, т.е. областта на пространството, където вероятността да се намери електрон е значително увеличена. Областта на припокриване обикновено се счита за обща електронна двойка от два атома. Този механизъм на образуване на ковалентна връзка се нарича обмен.

Обменният механизъм, например, се реализира, когато в молекулата на водорода Н 2 се образува химическа връзка. Водородните атоми споделят единствените си несдвоени електрони помежду си, като по този начин получават пълно енергийно ниво от два електрона, подобно на атом от инертен газ хелий. Получената електронна двойка в по равнопринадлежи към двата атома:

N. +. H → H: H или H-H

Атомите на хлора също съдържат един недвоен електрон. Поради сдвояването им се образува химическа връзка, т.е. обща електронна двойка в хлорната молекула C1 2:

В двата примера атомите на един и същ елемент са ковалентно свързани. Общата електронна двойка принадлежи еднакво и на двата атома.

Ковалентната връзка, образувана между атомите на един и същ елемент, се нарича неполярна.

Атомите на различни елементи могат да социализират електроните, за да образуват ковалентна връзка. В този случай е необходимо да се вземе предвид такова свойство на химичен елемент като електроотрицателност.

Електроотрицателността е свойството на атомите на даден елемент да изтеглят общите електронни двойки.

Най-важните неметални елементи могат да бъдат подредени в следния ред за подобряване на тяхната електроотрицателност:

Помислете за образуването на ковалентна връзка в молекула на амоняк. Азотният атом съдържа пет електрона на външното енергийно ниво в пълно съответствие с номера на групата, от които три са неспарени (за да определите броя на несдвоените електрони, трябва да извадите броя на външните електрони от желаните осем, в нашия случай : 8 - 5 = 3).

Химическите връзки в амонячната молекула се образуват поради образуването на три електронни двойки между три водородни атома и един азотен атом:

Азотният атом е много по -електроотрицателен от водорода, поради което привлича по -често срещани електронни двойки към себе си. В резултат на това изместване азотният атом придобива частичен отрицателен заряд δ-, докато водородните атоми придобиват частичен положителен заряд δ +.

Ковалентна химическа връзка между атоми с различна електроотрицателност се нарича полярна.

Във всички горни примери химическото свързване се осъществява чрез една обща двойка електрони. Въпреки това, атомите също могат да образуват две или три общи електронни двойки, например в молекулите на въглероден оксид (IV) или азот:

В молекулата на амоняка всеки атом е добавил свой собствен електронна обвивкапреди конфигурацията на благороден газ: азотният атом получава осем електрона, водородните атоми - по два електрона. В този случай азотният атом има несподелена двойка електрони, поради което може да образува четвърта химическа връзка с водородния катион, т.е. частица без електрони. В този случай механизмът на появата на четвъртия облигации N-Hразличен. Азотният атом, който осигурява двойка електрони за образуването на връзка, се нарича донор, а водородният катион, който предполага, че празната орбитала е акцептор... Получената частица носи положителен заряд и се нарича амониев катион:

Такъв механизъм за образуване на ковалентна връзка се нарича донор-акцептор... И четирите N-H връзки в амониевия катион са абсолютно еквивалентни; невъзможно е да се разграничи коя от тях се образува от донорно-акцепторния механизъм и коя от обменния механизъм.

Веществата с ковалентна връзка в твърдо състояние образуват кристални решетки от два типа: атомна и молекулна.

Наричат ​​се кристални решетки, във възлите на които са разположени атомите атомна... Веществата с атомна кристална решетка се характеризират с висока якост и твърдост, висока точка на топене, те са нелетливи, практически не се разтварят в никакви разтворители без химическо взаимодействие. Примери за такива вещества са диамант, кварцов SiO2, алуминиев оксид, силициев карбид SiC.

Наричат ​​се кристални решетки, в чиито възли се намират молекули на вещество молекулярни... Вътремолекулярните ковалентни връзки са достатъчно здрави, но отделните молекули са свързани заедно с доста слаби междумолекулни сили. Следователно молекулната решетка е най -крехката сред всички видове решетки. Такива вещества имат ниска твърдост, относително ниски температуритопене; те летят. Примери за съединения с молекулна кристална решетка са вода, йод, въглероден диоксид, оцетна киселина, захароза.

Всички алотропни модификации на въглерода, включително най -известните - диамант и графит, имат атомни кристални решетки (цветна вложка, фиг. 6, 7).

? 1. Дайте определение за ковалентна връзка. Какви два механизма на неговото формиране познавате? Дайте примери, напишете диаграми.

2. Дайте определението за ковалентен не полярната връзка... Дайте примери, напишете диаграми.

3. Дайте определение за ковалентна полярна връзка. Дайте примери, напишете схеми за образуване на ковалентна връзка чрез обменните и донорно-акцепторните механизми.

4. Какви видове връзки са характерни за следните вещества: Br 2, HBr, KBr? Напишете схеми за тяхното формиране.

5. Как се различават ковалентните връзки по тяхната множественост? Какви връзки се образуват в следните съединения: SO 2, H 2 S, HCN? Запишете структурните формули на тези вещества.

6. Без да правите изчисления, посочете в кой от серните оксиди: SO 2 и SO 3 - съдържанието на сяра е максимално. Потвърдете заключението с изчисления.

7. Изгарянето на 24 g въглерод дава 33,6 литра въглероден двуокис... Каква е масовата част на примесите във въглеродната проба?

8. Може ли йонна връзка да се счита за ковалентна? Защо?

3.3. Метална химическа връзка

Металните атоми се характеризират с три отличителни черти.

Първо, те имат 1-3 електрона на външното енергийно ниво. Калаените и оловните атоми обаче имат четири валентни електрона, антимонът и бисмутът имат пет, а полоният има шест. Защо тези елементи са метали? Очевидно второто започва да си взема давлението. отличителна чертаструктурата на металните атоми - относително големият им радиус. И накрая, трето, металните атоми имат голям брой свободни орбитали. Така че, за натриев атом, например, един външен валентен електрон се намира на третото енергийно ниво, което има девет орбитали (една с-, три R-и пет д-орбитали).

Когато металните атоми се доближат един до друг, техните свободни орбитали могат да се припокрият и валентните електрони са в състояние да се смесят от орбитата на един атом към свободна орбитала от съседни атоми, която е близка по енергия. Атомът, от който "излезе" електронът, се превръща в йон. В резултат на това се образува колекция от свободни електрони в метален продукт или парче метал, които непрекъснато се движат между йони. В същото време, привличани от положителните метални йони, електроните отново ги превръщат в атоми, след което те отново се откъсват, превръщайки последните в йони и това се случва безкрайно. Следователно, в прости веществаВ металите се осъществява безкраен процес на трансформация на атом-йон, който се осъществява от валентни електрони, а частиците, съставляващи металите, се наричат ​​атом-йони:

Същата картина се наблюдава и при метални сплави.

Металната връзка е връзка в метали и сплави между метални атоми, осъществявана от набор от валентни електрони.

Металната връзка определя и специалната кристална структура на металите и сплавите - метална кристална решетка, в възлите на които са разположени атомните йони.

Металната кристална решетка и металната връзка определят най -много характерни свойстваметали: ковкост, пластичност, пластичност, електрическа и топлопроводимост, метален блясък, способност за образуване на сплави.

Пластичностобяснява способността на металите да се сплескат при удар или да се разтегнат в тел под действието на сила. Това е най -важното механични свойстваметалите са в основата на професията на ковач, уважавана от повечето народи по света. Не случайно сред боговете с различни вярвания почти единственият действащ бог е богът на огъня, покровителят на ковачеството: сред гърците - Хефест, сред римляните - Вулкан, сред славяните - Сварог. Пластичността на метала се обяснява с факта, че под външно влияние слоевете атомни йони в кристалите лесно се изместват, сякаш се плъзгат един спрямо друг, без да се нарушава връзката между тях. Най -простият опит може да ви даде някаква представа за това. Ако поставите няколко капки вода между две плоски стъклени плочи, например между огледала, тогава огледалата лесно ще се плъзгат едно върху друго, но ще бъде доста трудно да ги разделите. Според нашия опит водата играе ролята на колекция от метални електрони.

Най -пластичните са злато, сребро и мед. Най -тънкото фолио с дебелина само 0,003 мм може да бъде направено от злато. Такива тънки фолиа се използват за позлатяване на предмети като дърворезба. Художествени предмети, изработени от злато, създадени поради неговата пластичност, са дошли до нас през хилядолетията (цветна вложка, фиг. 8).

Високата електрическа проводимост на металите се дължи именно на наличието в тях на набор от подвижни електрони, които под действието на електрическо полепридобиват насочено движение. Най -добрите проводници на електрически ток са сребро и мед. Алуминият е малко по -нисък от тях. В повечето страни обаче все по -често проводниците се правят не от мед, а от по -евтин алуминий. Най -лошите проводници са манган, олово и живак, както и волфрам и някои подобни огнеупорни метали. Електрическото съпротивление на волфрама е толкова високо, че започва да свети, когато през него преминава ток, който се използва за направата на нажежаеми жички от лампи с нажежаема жичка (фиг. 3.2).

Подобно на електрическата проводимост, топлопроводимостта на металите също се променя, което се обяснява и с голямата подвижност на електроните, които, сблъсквайки се с метални йони, вибриращи в решетъчните места, обменят с тях топлинна енергия. С повишаване на температурата тези вибрации на йони се пренасят от електрони към други йони и температурата на метала бързо се изравнява. Можете да прецените практическото значение на този имот по метални кухненски прибори.

Гладката повърхност на метал или метален продукт се характеризира с метален блясък, който е резултат от отражението на светлинните лъчи. Металите имат голямо отразяване на светлината: живак (от който преди това са били приготвени известните венециански огледала), сребро, паладий и алуминий. Последните три метала се използват за производство на огледала, прожектори и фарове.

В прах металите губят блясъка си, придобивайки черен или сив цвят и само магнезият и алуминият го запазват. Следователно декоративно покритие е направено от алуминиев прах - „сребърна боя“. Светлината, отразена от повърхността на металите, определя сребристо-белия цвят на повечето метали, тъй като те еднакво разсейват всички лъчи на видимата част на спектъра. Но златото и медта поглъщат в по-голяма степен лъчи с къса дължина на вълната, близка до виолетовата, като същевременно отразяват лъчи с дълги вълни, и следователно са оцветени съответно в жълти (червени) или червено-жълти (медни) цветове. Погледнете фиг. 9 върху цветна вложка, която показва причудливи късчета метали, произведени от природата, със съответния цвят.

Дори в древни времена хората са забелязвали, че сплавите имат други, често по -полезни свойства от съставните им чисти метали. Затова чистите метали се използват рядко. Техните сплави се използват по -често. Десетки хиляди различни сплави са получени от малко над 80 известни метала. Например, първата изкуствена сплав, бронз, има по-висока якост от тази на медта и калай. Стоманата и чугунът са по -здрави от чистото желязо. Чистият алуминий е много мек метал, сравнително крехък за разкъсване. Но сплав, състояща се от алуминий, магнезий, манган, мед, никел, наречена дюралуминий, е 4 пъти по -здрава от алуминия за скъсване и затова се нарича образно „крилат метал“ и се използва за производството на конструкции на самолети (фиг. 3.3 ).

В допълнение към по -висока якост, сплавите имат по -висока корозионна устойчивост и твърдост, по -добри отливни свойства от чистите метали. И така, чистата мед е много трудна за отливане, в същото време калайдисаният бронз има отлични отливни качества - от него се изливат художествени продукти, които изискват деликатно изработване на детайлите. Чугунът, сплав от желязо с въглерод, също е отличен материал за леене.

В допълнение към високите механични свойства, сплавите имат присъщи свойства, които чистите метали нямат. Например, неръждаема стомана - сплав на желязна основа - има висока топлоустойчивост и устойчивост на корозия дори в корозивни среди.

Научно -техническата революция, започнала преди около 100 години, засегнала както индустрията, така и социалната сфера, също е тясно свързано с производството на метали и сплави.

На базата на волфрам, молибден, титан и други метали те започнаха да създават устойчиви на корозия, свръхтвърди и огнеупорни сплави, чието използване значително разширява възможностите на машиностроенето. В ядрената и космическата техника (фиг. 3.4) частите са изработени от сплав от волфрам и рений, които работят при температури до 3000 0 C.

В медицината се използват хирургически инструменти и импланти от сплави от тантал и платина.

I. Какви характеристики се характеризират със структурата на металните атоми? Каква позиция заемат металите в периодичната таблица?

2. Дайте определение за метална връзка. Какво общо има с йонните и ковалентни връзки?

3. Каква е структурата на металната кристална решетка? Сравнете го с йонни и атомни кристални решетки.

4. Какво физични свойстваметалите се определят от тяхната кристална структура?

5. Назовете метала, течността при нормални условия. Какви предпазни мерки трябва да се спазват при работа с предмети, съдържащи този метал?

6. Съставът на бронза е 20% калай и 80% мед. Изчислете масата на всеки бронзов компонент, необходим за направата на 200 кг скулптура. Колко вещество от всеки метал е необходимо за това?

7. Плътността на металното злато е 19 g / cm 3. Определете площта на златен филм с дебелина 0,003 мм, който може да бъде направен от парче метал с тегло 3 g.

8. За получаване на метална мед се използват два нейни естествени оксида, съдържащи съответно 89 и 80% от метала. Определете оксидните формули.

9. В прочутата нискотемпературна сплав на Ууд с точка на топене на всички 62 0 С, масовата част на бисмута е два пъти по-голяма от тази на оловото; масовата част на оловото е два пъти по -голяма от тази на калай; и масовата част на кадмий е масова часткалай. Изчислете масовите части на металите в сплавта.

3.4. Водородна химическа връзка

Изследвайки водородната връзка, завършваме нашето запознаване с видовете химични връзки. И това не е случайно.

Първо, водородната връзка е обект на безкрайни дискусии между физици и химици, които разглеждат този вид връзка от различни гледни точки. Физиците твърдят, че това е един вид междумолекулно взаимодействие, което има физическа природа, и твърдят, че енергията на такава връзка е само 4-40 kJ / mol. Повечето химици имат различна гледна точка, която ще бъде очертана по -долу.

Второ, разглеждането на водородната връзка ще ни позволи да сравним тази връзка с други видове и по този начин да обобщим нашето разбиране за естеството на химическата връзка като цяло.

Трето, това е най -значимата химическа връзка на нашата планета, защото определя структурата на тези съединения, които са носители на живот на Земята, отговарят за съхранението и възпроизвеждането наследствена информацияживи организми.

Всички предишни видове химически връзки имат имена въз основа на обобщени химически понятия: йони, атоми, метали. А "водородна връзка" е специфичен термин, свързан със специфичен химичен елемент - водород. Очевидно това се дължи на спецификата на структурата на водородния атом, който има един валентен електрон. Участвайки в образуването на химическа връзка, този електрон разкрива мъничкото ядро ​​на водородния атом, което не е нищо повече от протон.

Химическата връзка между водородните атоми на една молекула и атомите на електроотрицателни елементи (флуор, кислород, азот) на друга молекула се нарича водород.

Междумолекулната водородна връзка обяснява факта, че веществата с малки относителни молекулни тегла при нормални условия са течности (вода, алкохоли - метил, етил, карбоксилни киселини- мравчени, оцетни) или лесно втечнени газове (амоняк, флуороводород).

Механизмът за образуване на водородна връзка е от двоен характер. От една страна, той се състои от електростатично привличане между водороден атом с частичен положителен заряд и кислороден атом (флуор или азот) с частичен отрицателен заряд. От друга страна, взаимодействието донор-акцептор между почти свободната орбитала на водородния атом и самотната електронна двойка на кислородния атом (флуор или азот) също допринася за образуването на водородни връзки. Например, водата се свързва в течност поради водородни връзки, които възникват между диполни молекули:

В течната вода между молекулите се образуват много водородни връзки.

Способността на някои газове, поради образуването на водородни връзки, лесно да се втечняват и отново да преминат в газообразно състояние с поглъщане на топлина, позволява да се използват като хладилни агенти в промишлени хладилни агрегати. Най -широко използван в тази роля е амонякът:

Водородните връзки обясняват необичайно високите точки на кипене (100 ° C) и топенето (0 ° C) на водата. В същото време, за разлика от повечето други течности, плътността на водата по време на прехода към в твърдо състояние(лед, сняг) не се увеличава, а намалява. Това обяснява факта, че ледът е по -лек от водата и не потъва в него и поради това водоемите не замръзват до дъното през зимата, като по този начин се запазва животът на водните обитатели.

Водородните връзки до голяма степен допринасят за образуването на кристали под формата на безкрайно разнообразие от снежинки.

Всички примери, разгледани по -горе, се занимават с този вид водородна връзка, която се нарича междумолекулна водородна връзка... Това обаче е още по -важно при организирането на структурите на жизненоважни молекули вътремолекулна водородна връзка... Тази връзка определя вторичната структура на протеиновите молекули.

Протеинова молекулапредставлява дълга полимерна верига, усукана в спирала. Завоите на тази спирала не се развиват поради водородни връзки между водородните и кислородните атоми от областите на първичната структура на протеиновата молекула.

Като много деликатна и уязвима, водородната връзка в протеините може лесно да бъде унищожена - протеините се денатурират. Такава денатурация може да бъде обратима и необратима.

Обратимата денатурация на протеинови молекули е от социално значение. Така че денатуриращите фактори на протеините на човешкото тяло могат да бъдат механични влияния (пътници, миньори, миньори и други специалисти, използващи вибриращи инструменти), действието високи температури(работници на горещи цехове - металурзи (фиг. 3.5), стъклени изделия и др.), електромагнитно излъчване (лекари -рентгенолози, работници на атомни електроцентрали), химическо излагане (работници на химическо производство). Следователно всички горепосочени категории работници, за да компенсират вредното въздействие на условията на труд върху тялото, използват предвиденото законодателство. Руска федерацияобезщетения: имате по -кратък работен ден, по -дълъг платен отпуск, специално хранене, по -ранно пенсиониране, по -високи заплати.

Необратимата денатурация ви е добре позната от процедурата за варене на яйца или готвене на месо, риба и други протеинови продукти.

Как денатуриращите фактори водят до разрушаване на естествената структура на протеиновите молекули, може да се прецени от прости експерименти. Ако добавите малко етилов алкохол или сол на тежки метали (меден сулфат, оловен (II) нитрат) към разтвор на белтък от пилешко яйце, ще забележите утаяване, дължащо се на денатурация на протеин. Никотин, много силен чай и кафе имат подобен ефект. Може би тези експерименти ще ви помогнат да разберете как вредните навици като пушене, пиене и т.н. са разрушителни.

1. Дайте определение за водородна връзка. Коя гледна точка - физици или химици - споделяте по въпроса за нейната природа?

2. Какъв е механизмът на водородното свързване? Какви видове водородни връзки познавате?

3. Какви са специалните свойства на веществата с междумолекулна водородна връзка?

4. Каква роля играе междумолекулната водородна връзка в практическия живот на човека и в природата?

5. Каква е ролята на вътремолекулната водородна връзка в организацията на структурата на протеините?

6. Каква е според вас социалната роля на водородните връзки? Илюстрирайте отговора с примери от практическия живот на човек.

7. Подгответе доклад за химичния характер на негативните ефекти на тютюнопушенето и консумацията на алкохол върху човешкото тяло.