Co2 в твердому стані складається з молекул. Гази, рідини, тверді тіла відносяться до макросистеми. Тверді речовини: аморфні і кристалічні

Молекула, в якій не збігаються центри тяжкості позитивно і негативно заряджених ділянок, називається диполем. Дамо визначення поняттю «диполь».

Диполь - сукупність двох рівних за величиною різнойменних електричних зарядів, розташованих на деякій відстані один від одного.

Молекула водню Н 2 не є диполем (рис. 50 а), А молекула хлороводню - диполь (рис. 50 б). Молекула води також є диполь. Електронні пари в Н 2 О в більшій мірі зміщені від атомів водню до атома кисню.

Центр тяжкості негативного заряду розташований поблизу атома кисню, а центр ваги позитивного заряду поблизу атомів водню.

У кристалічному речовині атоми, іони або молекули знаходяться в строгому порядку.

Місце, де розташовується така частка, називається вузлом кристалічної решітки. Положення атомів, іонів або молекул у вузлах кристалічної решітки показано на рис. 51.

в г
Мал. 51. Моделі кристалічних решіток (показана одна площина об'ємного кристала): а) Ковалентний або атомна (алмаз С, кремній Si, кварц SiO 2); б) Іонна (NaCl); в) Молекулярна (лід, I 2); г) Металева (Li, Fe). У моделі металевої решітки точками позначені електрони

За типом хімічного зв'язку між частинками кристалічні решітки діляться на ковалентні (атомні), іонні і металеві. Існує ще один тип кристалічної решітки - молекулярний. У такій решітці окремі молекули утримуються за рахунок сил міжмолекулярної тяжіння.

кристали з ковалентними зв'язками (Рис. 51 а) Представляють собою багатоатомні молекулярні освіти. Шматочок алмазу або кварцу - це не що інше, як полімерна молекула з ковалентними хімічними зв'язками.

іонні кристали (Рис. 51 б) Містять у вузлах кристалічної решітки позитивно і негативно заряджені іони. Кристалічна решітка побудована так, що сили електростатичного притягання разноименно заряджених іонів і сили відштовхування однойменно заряджених іонів врівноважені. Такі кристалічні решітки характерні для сполук типу LiF, NaCl і багатьох інших.

молекулярні кристали (Рис. 51 в) Містять в вузлах кристала молекули-диполі, які утримуються відносно один одного силами електростатичного притягання подібно іонів в іонної кристалічній решітці. Наприклад, лід являє молекулярну кристалічну решітку, утворену диполями води. На рис. 51 в не наведено символи  у зарядів, щоб не перевантажувати малюнок.

кристал металу (Рис. 51 г) Містить у вузлах кристалічної решітки позитивно заряджені іони. Деяка частина зовнішніх електронів вільно переміщається між іонами. " Електронний газ"Утримує позитивно заряджені іони в вузлах кристалічної решітки .. При ударі метал не колеться подібно льоду, кварцу або кристалу солі, а лише змінює форму. Електрони завдяки своїй рухливості встигають в момент удару переміститися і утримати іони в новому положенні. Саме тому метали кування і пластичні, згинаються без руйнування.

Мал. 52. Будова оксиду кремнію: а) Кристалічного; б) Аморфного. Чорними точками позначені атоми кремнію, світлими кружками атоми кисню. Зображена площина кристала, тому четверта зв'язок у атома кремнію не вказана. Пунктирною лінією виділено ближній порядок в безладді аморфного речовини
В аморфному речовині порушена тривимірна періодичність структури, характерна для кристалічного стану (рис. 52 б).

Рідини і гази відрізняються від кристалічних і аморфних тіл безладним переміщенням атомів і
молекул. У рідинах сили тяжіння в стані утримувати мікрочастинки відносно один одного на близьких відстанях, порівнянних з відстанями в твердому тілі. У газах взаємодія атомів і молекул практично відсутній, тому гази на відміну від рідин займають весь наданий їм об'єм. Моль рідкої води при 100 0 С займає об'єм 18,7см 3, а моль насиченої водяної пари 30000 см 3 при тій же температурі.


Мал. 53. Різні види взаємодії молекул в рідинах і газах: а) Диполь-диполь; б) Диполь-недіполь; в) недіполь-недіполь
На відміну від твердих тіл в рідинах і газах молекули вільно переміщаються. В результаті переміщення вони певним чином орієнтуються. Наприклад, на рис. 53 а, б. показано як взаємодіють молекули-диполі, а також неполярні молекули з молекулами-диполями в рідинах і газах.

При зближенні диполя з диполем молекули повертаються в результаті тяжіння і відштовхування. Позитивно заряджена частина однієї молекули розташовується поблизу негативно зарядженої частини іншої. Так взаємодіють диполі в рідкій воді.

При зближенні між собою двох неполярних молекул (недіполей) на досить близькі відстані вони також взаємно впливають один на одного (рис. 53 в). Молекули зближуються негативно зарядженими електронними оболонками, які охоплюють ядра. електронні оболонки деформуються так, що відбувається тимчасове поява позитивного і негативного центрів в тій і іншій молекулі, і вони взаємно притягуються один до одного. Досить молекулам розійтися, як тимчасові диполі знову стають неполярними молекулами.

Прикладом служить взаємодія між молекулами газоподібного водню. (Рис. 53 в).
3.2. Класифікація неорганічних речовин. Прості і складні речовини
В початку XIX століття шведський хімік Берцеліус запропонував речовини, отримані з живих організмів, назвати органічними. Речовини, характерні для неживої природи, Були названі неорганічнимиабо мінеральними(Отриманими з мінералів).

Всі тверді, рідкі та газоподібні речовини можна розділити на прості і складні.

Простими називаються речовини, що складаються з атомів одного хімічного елемента.

Наприклад, водень, бром і залізо при кімнатній температурі і атмосферному тиску являють собою прості речовини, Що знаходяться відповідно в газоподібному, рідкому і твердому станах (рис. 54 а Б В).

Газоподібний водень Н 2 (г) і рідкий бром Br 2 (ж) складаються з двохатомних молекул. Тверде залізо Fe (т) існує у вигляді кристала з металевою кристалічною решіткою.

Прості речовини підрозділяють на дві групи: неметали і метали.

а) б) в)

Мал. 54. Прості речовини: а) Газоподібний водень. Він легший за повітря, тому пробірка закрита корком і перевернута догори дном; б) Рідкий бром (зазвичай зберігається в запаяних ампулах); в) Порошок заліза

Неметали - прості речовини з ковалентним (атомної) або молекулярної кристалічною решіткою в твердому стані.

При кімнатній температурі ковалентная (атомна) кристалічна решітка характерна для таких неметалів, як бор B (т), вуглець C (т), кремній Si (т). Молекулярну кристалічну решітку мають білий фосфор P (т), сірка S (т), йод I 2 (т). Деякі неметали тільки при дуже низьких температурах переходять в рідкий або твердий агрегатний стан. У звичайних умовах вони є газами. До таких речовин відносяться, наприклад, водень Н 2 (г), азот N 2 (г), кисень O 2 (г), фтор F 2 (г), хлор Cl 2 (г), гелій He (г), неон Ne (г), аргон Ar (г). При кімнатній температурі в рідкому вигляді існує молекулярний бром Br 2 (ж).

Метали - прості речовини з металевою кристалічною решіткою в твердому стані.

Це ковкие, пластичні речовини, які мають металевий блиск і здатні проводити тепло і електрику.

Приблизно 80% елементів періодичної системи утворюють прості речовини-метали. При кімнатній температурі метали - тверді речовини. Наприклад, Li (т), Fe (т). Лише ртуть, Hg (ж) - рідина, що твердіє при -38,89 0 С.

Складні речовини - це речовини, що складаються з атомів різних хімічних елементів

Атоми елементів у складній речовині пов'язані постійними і цілком певними відносинами.

Наприклад, вода Н 2 О - складна речовина. До складу її молекули входять атоми двох елементів. Вода завжди, в будь-якій точці Землі містить 11,1% водню і 88,9% кисню за масою.

Залежно від температури і тиску вода може перебувати в твердому, рідкому або газоподібному стані, Яке вказують праворуч від хімічної формули речовини - Н 2 О (г), Н 2 О (ж), Н 2 О (т).

В практичної діяльності ми, як правило, маємо справу не з чистими речовинами, а їх сумішами.

Суміш - це сукупність хімічних сполук різного складу і будови

Уявімо прості і складні речовини, а також їх суміші у вигляді схеми:

прості

Неметали

емульсії

Основи

Складні речовини в неорганічної хімії підрозділяються на оксиди, підстави, кислоти і солі.

оксиди
Розрізняють оксиди металів і неметалів. Оксиди металів - з'єднання з іонними зв'язками. У твердому стані вони утворюють іонні кристалічні решітки.

оксиди неметалів - з'єднання з ковалентними хімічними зв'язками.

Оксидами називаються складні речовини, що складаються з атомів двох хімічних елементів, одним з яких є кисень, ступінь окислення якого дорівнює - 2.

Нижче наведені молекулярні і структурні формули деяких оксидів неметалів і металів.
молекулярна формула структурна формула

СО 2 - оксид вуглецю (IV) О \u003d С \u003d О

SO 2 - оксид сірки (IV)

SO 3 - оксид сірки (VI)

SiO 2 - оксид кремнію (IV)

Na 2 O - оксид натрію

CaO - оксид кальцію

К 2 О - оксид калію, Na 2 O - оксид натрію, Al 2 O 3 - оксид алюмінію. Калій, натрій і алюміній утворюють по одному оксиду.

Якщо для елемента характерно кілька ступенів окислення, існує кілька його оксидів. У цьому випадку після назви оксиду вказують ступінь окислення елемента римською цифрою в дужках. Наприклад, FeO - оксид заліза (II), Fe 2 O 3 - оксид заліза (III).

Крім назв, утворених за правилами міжнародної номенклатури, застосовуються традиційні російські назви оксидів, наприклад: CO 2 оксид вуглецю (IV) - вуглекислий газ , СО оксид вуглецю (II) - чадний газ, СаО оксид кальцію - негашене вапно, SiO 2 оксид кремнія- кварц, кремнезем, пісок.

Виділяють три групи оксидів, що розрізняються хімічними властивостями, - основні, кислотніі амфотерні(Ін. Грец. , - і той, і інший, двоїстий).

Основні оксиди утворені елементами головних підгруп I і II груп Періодичної системи (ступінь окислення елементів +1 і +2), а також елементами побічних підгруп, Ступінь окислення яких також +1 або +2. Всі ці елементи - метали, тому основні оксиди - це оксиди металів, Наприклад:
Li 2 O - оксид літію

MgO - оксид магнію

CuO - оксид міді (II)
Основним оксидам відповідають підстави.

кислотні оксиди утворені неметаллами і металами, ступінь окислення яких більше +4, наприклад:
СО 2 - оксид вуглецю (IV)

SO 2 - оксид сірки (IV)

SO 3 - оксид сірки (VI)

Р 2 О 5 - оксид фосфору (V)
Кислотних оксидів відповідають кислоти.

амфотерні оксиди утворені металами, ступінь окислення яких +2, +3, іноді +4, наприклад:
ZnO - оксид цинку

Al 2 O 3 - оксид алюмінію
Амфотерним оксидів відповідають амфотерні гідроксиди.

Крім того, виділяють невелику групу так званих байдужих оксидів:
N 2 O - оксид азоту (I)

NO - оксид азоту (II)

СО - оксид вуглецю (II)
Слід зазначити, що одним з найважливіших на нашій планеті оксидів є оксид водню, відомий вам як вода Н2О
Основи
У розділі "Оксиди" згадувалося, що основним оксидам відповідають підстави:
Оксиду натрію Na 2 O - гідроксид натрію NaOH.

Оксиду кальцію CaO - гідроксид кальцію Ca (OH) 2.

Оксиду міді CuO - гідроксид міді Cu (OH) 2

Підставами називаються складні речовини, що складаються з атома металу і однієї або декількох гидроксогрупп ОН.

Підстави є тверді речовини з іонними кристалічними гратами.

При розчиненні в воді кристали розчинних підстав ( лугів) руйнуються під дією полярних молекул води, і утворюються іони:

NaOH (т)  Na + (р-р) + ВІН - (р-р)

Подібна запис іонів: Na + (р-р) або ОН - (р-р) означає, що іони знаходяться в розчині.

Назва підстави включає слово гідроксид і російська назва металу в родовому відмінку. Наприклад, NaOH - гідроксид натрію, Са (ОН) 2 - гідроксид кальцію.

Якщо метал утворює кілька підстав, то в назві вказують ступінь окислення металу римською цифрою в дужках. Наприклад: Fe (OH) 2 - гідроксид заліза (II), Fe (OH) 3 - гідроксид заліза (III).

Крім цього, для деяких підстав існують традиційні назви:

NaOH - їдкий натр, каустична сода

КОН - їдке калі

Са (ОН) 2 - гашене вапно, вапняна вода

Р
Розчинні у воді підстави називають лугами

Азлічают розчинні і нерозчинні у воді підстави.

Це гідроксиди металів головних підгруп I і II груп, крім гідроксидів Ве і Mg.

До амфотерним гідроксиду відноситься,
HCl (г)  Н + (р-р) + Cl - (р-р)

Кислотами називаються складні речовини, до складу яких входять атоми водню, здатні заміщатися чи обмінюватися на атоми металів, і кислотні залишки.

Залежно від наявності або відсутності атомів кисню в молекулі виділяють безкисневі і кислородсодержащие кислоти.

Щоб назвати безкисневі кислоти, до російського назвою неметалла додають букву - о- і слово воднева :

HF - фтороводородной кислота

HCl - хлороводородная кислота

HBr - бромоводородной кислота

HI - іодоводородной кислота

H 2 S - сірководнева кислота
Традиційні назви деяких кислот:

HCl - соляна кислота; HF - плавикова кислота

Щоб назвати кислородсодержащие кислоти, до кореню російської назви неметалла додають закінчення - ная,

-овая, Якщо неметалл знаходиться в надзвичайно окислення. Вища ступінь окислення збігається з номером групи, в якій знаходиться елемент-неметалл:
H 2 SO 4 - сер наякислота

HNO 3 - азот ная кислота

HClO 4 - хлор ная кислота

HMnO 4 - марганцю ова кислота
Якщо елемент утворює кислоти в двох ступенях окислення, то для назви кислоти, що відповідає більш низького ступеня окислення елемента, використовується закінчення - щира:
H 2 SO 3 - сарн щира кислота

HNO 2 - азот щира кислота
За кількістю атомів водню в молекулі розрізняють одноосновні(HCl, HNO 3), двохосновні (H 2 SO 4), триосновні кислоти (Н 3 РО 4).

Багато кисневмісних кислоти утворюються при взаємодії відповідних кислотних оксидів з водою. Оксид, що відповідає даній кислоті, називається її ангідридом:

Сірчистий ангідрид SO 2 - сірчиста кислота H 2 SO 3

Сірчаний ангідрид SO 3 - сірчана кислота H 2 SO 4

Азотистий ангідрид N 2 O 3 - азотистая кислота HNO 2

Азотний ангідрид N 2 O 5 - азотна кислота HNO 3

Фосфорний ангідрид P 2 O 5 - фосфорна кислота H 3 PO 4
Зверніть увагу, що ступеня окислення елемента в оксиді і відповідної кислоті збігаються.

Якщо елемент в одній і тій же мірі окислення утворює кілька кисневмісних кислот, То до назви кислоти з меншим вмістом атомів кисню додається префікс " мета", З великим вмістом кисню - префікс" орто". Наприклад:

HPO 3 - метафосфорная кислота

H 3 PO 4 - ортофосфорна кислота, яку часто називають просто фосфорною кислотою

H 2 SiO 3 - метакремнієва кислота, зазвичай її називають кремнієвої кислотою

H 4 SiO 4 - ортокремнієвої кислота.

Кремнієві кислоти не утворюються при взаємодії SiO 2 c водою, їх отримують іншим шляхом.
З
Солі - це складні речовини, що складаються з атомів металу і кислотних залишків.
оли
NaNO 3 - нітрат натрію

CuSO 4 - сульфат міді (II)

СаСО 3 - карбонат кальцію

При розчиненні в воді кристали солей руйнуються, утворюються іони:

NaNO 3 (т)  Na + (р-р) + NO 3 - (р-р).
Солі можна розглядати як продукти повного або часткового заміщення атомів водню в молекулі кислоти атомами металу або як продукти повного або часткового заміщення гидроксогрупп підстави кислотними залишками.

При повному заміщенні атомів водню утворюються середні солі:Na 2 SO 4, MgCl 2. . При частковому заміщенні утворюються кислі солі (гідросолі) NaHSO 4 і основні солі (гідроксосолі) MgOHCl.

За правилами міжнародної номенклатури назви солей утворюють з назви кислотного залишку в називному відмінку і російської назви металу в родовому відмінку (табл. 12):

NaNO 3 - нітрат натрію

CuSO 4 - cульфат міді (II)

СаСО 3 - карбонат кальцію

Са 3 (РО 4) 2 - ортофосфат кальцію

Na 2 SiO 3 - силікат натрію

Назва кислотного залишку виробляють від кореня латинської назви кислотоутворюючого елемента (наприклад, nitrogenium - азот, корінь нітр-) і закінчень:

-ат для вищого ступеня окислення, -ит для більш низького ступеня окислення кислотоутворюючого елемента (табл. 12).

Т а б л і ц а 12

Назви кислот і солей

Назва кислоти	Формула кислоти	Назва солей	приклади солей
хлороводородная (Соляна)	HCl	хлориди	AgCl хлорид срібла
сірководнева	H 2 S	сульфіди	FeS сульфа ід заліза (II)
сірчиста	H 2 SO 3	сульфіти	Na 2 SO 3 сульфа ит натрію
сірчана	H 2 SO 4	сульфати	K 2 SO 4 сульфа ат калію
азотистая	HNO 2	нітрити	LiNO 2 нітрит ит літію
азотна	HNO 3	нітрати	Al (NO 3) 3 нітрит аталюмінію
ортофосфорна	H 3 PO 4	ортофосфати	Ca 3 (PO 4) 2 ортофосфати кальцію
вугільна	H 2 CO 3	карбонати	Na 2 CO 3 Карбонат натрію
кремнієва	H 2 SiO 3	силікати	Na 2 SiO 3 Силікат натрію

назви кислих солей утворюються подібно назв середніх солей, з додаванням приставки " гідро":

NaHSO 4 - гидросульфат натрію

NaHS - гидросульфид натрію
Назви основних солей утворюють, додаючи приставку " гідроксо": MgOHCl - гидроксохлоріда магнію.

Крім того, у багатьох солей є традиційні назви, наприклад:
Na 2 CO 3 - сода;

NaHCO 3 - харчова (питна) сода;

СаСО 3 - крейда, мармур, вапняк.

Атомно-молекулярне вчення розвинув і вперше застосував в хімії великий російський вчений М. В. Ломоносов. Основні положення цього вчення викладені в роботі "Елементи математичної хімії" (1741р) і ряді інших. Сутність вчення Ломоносова можна звести до наступних положень.

1. Всі речовини складаються з "корпускул" (так Ломоносов називав молекули).

2. Молекули складаються з "елементів" (так Ломоносов називав атоми).

3. Частинки - молекули й атоми - знаходяться в безперервному русі. Тепловий стан тіл є результат руху їх частинок.

4. Молекули простих речовин складаються з однакових атомів, молекули складних речовин - з різних атомів.

Через 67 років після Ломоносова атомистическое вчення в хімії застосував англійський вчений Джон Дальтон. Він виклав основні положення атомістики в книзі " Нова система хімічної філософії "(1808). У своїй основі вчення Дальтона повторює вчення Ломоносова. Однак Дальтон заперечував існування молекул у простих речовин, що в порівнянні з вченням Ломоносова є кроком назад. По Дальтону, прості речовини складаються тільки з атомів, і лише складні речовини - з "складних атомів" (в сучасному розумінні - молекул). Атомно-молекулярне вчення в хімії остаточно утвердилося лише в середині XIX ст. На міжнародному з'їзді хіміків р Карлсруе в 1860 р було прийнято визначення понять молекули й атома.

Молекула - це найменша частинка даної речовини, що володіє його хімічними властивостями. Хімічні властивості молекули визначаються її складом і хімічною будовою.

Атом - найменша частинка хімічного елемента, що входить до складу молекул простих і складних речовин. Хімічні властивості елемента визначаються будовою його атома. Звідси випливає визначення атома, що відповідає сучасним уявленням:

Атом - це електронейтральна частинка, що складається з позитивно зарядженого атомного ядра і негативно заряджених електронів.

Відповідно до сучасних уявлень з молекул складаються речовини в газоподібному і пароподібному стані. У твердому стані з молекул складаються лише речовини, кристалічна решітка яких має молекулярну структуру. Більшість же твердих неорганічних речовин не має молекулярної структури: їх решітка складається не з молекул, а з інших частинок (іонів, атомів); вони існують у вигляді макротел (кристал хлориду натрію, шматок міді і ін.). Не мають молекулярної структури солі, оксиди металів, алмаз, кремній, метали.

Хімічні елементи

Атомно-молекулярне вчення дозволило пояснити основні поняття і закони хімії. З точки зору атомно-молекулярного вчення хімічним елементом називається кожен окремий вид атомів. Найважливішою характеристикою атома є позитивний заряд його ядра, чисельно рівний порядковому номеру елемента. Значення заряду ядра служить відмітною ознакою для різних видів атомів, що дозволяє дати більш повне визначення поняття елемента:

Хімічний елемент- це певний вид атомів з однаковим позитивним зарядом ядра.

Відомо 107 елементів. В даний час тривають роботи по штучному отриманню хімічних елементів з більш високими порядковими номерами.

Всі елементи зазвичай ділять на метали і неметали. Однак цей поділ умовний. Важливою характеристикою елементів є їх поширеність в земній корі, тобто у верхній твердій оболонці Землі, товщина якої прийнята умовно рівній 16 км. Розподіл елементів в земній корі вивчає геохімія - наука про хімію Землі. Геохімік А.П.Виноградов склав таблицю середнього хімічного складу земної кори. Згідно з цими даними найпоширенішим елементом є кисень - 47,2% маси земної кори, потім слід кремній - 27,6, алюміній - 8,80, залізо -5,10, кальцій - 3,6, натрій - 2,64, калій - 2,6, магній - 2,10, водень - 0,15%.

Ковалентний хімічний зв'язок, її різновиди та механізми утворення. Характеристика ковалентного зв'язку (полярність і енергія зв'язку). Іонна зв'язок. Металева зв'язок. воднева зв'язок

Вчення про хімічний зв'язок складає основу всієї теоретичної хімії.

Під хімічним зв'язком розуміють таку взаємодію атомів, яке пов'язує їх в молекули, іони, радикали, кристали.

Розрізняють чотири типи хімічних зв'язків: іонну, ковалентний, металеву і водневу.

Розподіл хімічних зв'язків на типи носить умовний характер, по скільки всі вони характеризуються певним єдністю.

Іонну зв'язок можна розглядати як граничний випадок ковалентного полярного зв'язку.

Металева зв'язок поєднує ковалентное взаємодія атомів за допомогою обобществленних електронів і електростатичне тяжіння між цими електронами і іонами металів.

У речовинах часто відсутні граничні випадки хімічного зв'язку (або чисті хімічні зв'язки).

Наприклад, фторид літію $ LiF $ відносять до іонним з'єднанням. Фактично ж в ньому зв'язок на $ 80% $ іонна і на $ 20% $ ковалентная. Правильніше тому, очевидно, говорити про ступінь полярності (ионности) хімічного зв'язку.

В ряду галогеноводородов $ HF-HCl-HBr-HI-HАt $ ступінь полярності зв'язку зменшується, бо зменшується різниця в значеннях електронегативності атомів галогену і водню, і в астатоводень зв'язок стає майже неполярной $ (ЕО (Н) \u003d 2.1; ЕО (At) \u003d 2.2) $.

Різні типи зв'язків можуть міститися в одних і тих же речовинах, наприклад:

1. в підставах: між атомами кисню і водню в гидроксогрупп зв'язок полярна ковалентний, а між металом і гидроксогрупп - іонна;
2. в солях кисневмісних кислот: між атомом неметалла і киснем кислотного залишку - ковалентний полярна, а між металом і кислотним залишком - іонна;
3. в солях амонію, метіламмонія і т. д .: між атомами азоту і водню - ковалентний полярна, а між іонами амонію або метіламмонія і кислотним залишком - іонна;
4. в пероксид металів (наприклад, $ Na_2O_2 $) зв'язок між атомами кисню ковалентная неполярная, а між металом і киснем - іонна і т.д.

Різні типи зв'язків можуть переходити одна в іншу:

- при електролітичноїдисоціації в воді ковалентних сполук ковалентная полярна зв'язок переходить в іонну;

- при випаровуванні металів металева зв'язок перетворюється в ковалентну неполярну і т.д.

Причиною єдності всіх типів і видів хімічних зв'язків служить їх однакова хімічна природа - електронно-ядерна взаємодія. Утворення хімічного зв'язку в будь-якому випадку є результат електронно-ядерної взаємодії атомів, що супроводжується виділенням енергії.

Способи утворення ковалентного зв'язку. Характеристики ковалентного зв'язку: довжина і енергія зв'язку

Ковалентний хімічний зв'язок - це зв'язок, що виникає між атомами за рахунок утворення спільних електронних пар.

Механізм утворення такого зв'язку може бути обмінним і донорно-акцепторні.

I. обмінний механізм діє, коли атоми утворюють загальні електронні пари за рахунок об'єднання неспарених електронів.

1) $ H_2 $ - водень:

Зв'язок виникає завдяки освіті загальної електронної пари $ s $ -Електронна атомів водню (перекривання $ s $ -орбіталей):

2) $ HCl $ - хлороводень:

Зв'язок виникає за рахунок утворення спільної електронної пари з $ s- $ і $ p- $ електронів (перекривання $ s-p- $ орбіталей):

3) $ Cl_2 $: в молекулі хлору ковалентний зв'язок утворюється за рахунок непарних $ p- $ електронів (перекривання $ p-p- $ орбіталей):

4) $ N_2 $: в молекулі азоту між атомами утворюються три загальні електронні пари:

II. Донорно-акцепторні механізм утворення ковалентного зв'язку розглянемо на прикладі іона амонію $ NH_4 ^ + $.

Донор має електронну пару, акцептор - вільну орбіталь, яку ця пара може зайняти. В іоні амонію всі чотири зв'язку з атомами водню ковалентні: три утворилися завдяки створенню спільних електронних пар атомом азоту і атомами водню за обмінним механізмом, одна - по донорно-акцепторного механізму.

Ковалентні зв'язки можна класифікувати за способом перекривання електронних орбіталей, а також щодо зміщення їх до одного з пов'язаних атомів.

хімічні зв'язку, Що утворюються в результаті перекривання електронних орбіталей вздовж лінії зв'язку, називаються $ σ $ -зв'язків (сигма-зв'язками). Сигма-зв'язок дуже міцна.

$ P- $ Орбіталі можуть перекриватися в двох областях, утворюючи ковалентний зв'язок за рахунок бічного перекривання:

Хімічні зв'язки, що утворюються в результаті «бічного» перекривання електронних орбіталей поза лінією зв'язку, тобто в двох областях, називаються $ π $ -зв'язків (пі-зв'язками).

за ступеня зміщення загальних електронних пар до одного з пов'язаних ними атомів ковалентний зв'язок може бути полярної і неполярной.

Ковалентну хімічний зв'язок, що утворюється між атомами з однаковою електронегативністю, називають неполярной. Електронні пари не зміщені до жодного з атомів, тому що атоми мають однакову ЕО - властивість відтягувати до себе валентні електрони від інших атомів. наприклад:

тобто за допомогою ковалентного неполярной зв'язку утворені молекули простих речовин-неметалів. Ковалентну хімічний зв'язок між атомами елементів, електронегативності яких відрізняються, називають полярної.

Довжина і енергія ковалентного зв'язку.

характерні властивості ковалентного зв'язку - її довжина і енергія. довжина зв'язку - це відстань між ядрами атомів. Хімічна зв'язок тим міцніше, чим менше її довжина. Однак мірою міцності зв'язку є енергія зв'язку, Яка визначається кількістю енергії, необхідної для розриву зв'язку. Зазвичай вона вимірюється в кДж / моль. Так, згідно з досвідченим даними, довжини зв'язку молекул $ H_2, Cl_2 $ і $ N_2 $ відповідно становлять $ 0.074, 0.198 $ і $ 0.109 $ нм, а енергії зв'язку відповідно рівні $ 436, 242 $ і $ 946 $ кДж / моль.

Іони. іонна зв'язок

Уявімо собі, що «зустрічаються» два атома: атом металу I групи і атом неметалла VII групи. У атома металу на зовнішньому енергетичному рівні знаходиться єдиний електрон, а атому неметалла якраз не вистачає саме одного електрона, щоб його зовнішній рівень виявився завершеним.

Перший атом легко віддасть другого свій далекий від ядра і слабо пов'язаний з ним електрон, а другий надасть йому вільне місце на своєму зовнішньому електронному рівні.

Тоді атом, позбавлений одного свого негативного заряду, стане позитивно зарядженою часткою, а другий перетвориться в негативно заряджену частинку завдяки отриманому електрону. Такі частинки називаються іонами.

Хімічна зв'язок, що виникає між іонами, називається іонної.

Розглянемо освіту зв'язку з цим на прикладі добре всім знайомого з'єднання хлориду натрію (кухонна сіль):

Процес перетворення атомів в іони зображений на схемі:

Таке перетворення атомів в іони відбувається завжди при взаємодії атомів типових металів і типових неметалів.

Розглянемо алгоритм (послідовність) міркувань при записі освіти іонної зв'язку, наприклад між атомами кальцію і хлору:

Цифри, що показують число атомів або молекул, називаються коефіцієнтами, А цифри, що показують число атомів або іонів в молекулі, називають індексами.

металева зв'язок

Ознайомимося з тим, як взаємодіють між собою атоми елементів-металів. Метали зазвичай існують не у вигляді ізольованих атомів, а в формі шматка, злитка або металевого виробу. Що утримує атоми металу в єдиному обсязі?

Атоми більшості металів на зовнішньому рівні містять не велике число електронів - $ 1, 2, 3 $. Ці електрони легко відриваються, і атоми при цьому перетворюються в позитивні іони. Відірвалися електрони переміщаються від одного іона до іншого, пов'язуючи їх в єдине ціле. З'єднуючись з іонами, ці електрони утворюють тимчасово атоми, потім знову відриваються і з'єднуються вже з іншим іоном і т.д. Отже, в обсязі металу атоми безперервно перетворюються в іони і навпаки.

Зв'язок в металах між іонами за допомогою обобществленних електронів називається металевої.

На малюнку схематично зображено будову фрагмента металу натрію.

При цьому невелике число обобществленних електронів пов'язує велику кількість іонів і атомів.

Металева зв'язок має деяку схожість з ковалентним, оскільки заснована на усуспільнення зовн них електронів. Однак при ковалентного зв'язку усуспільнено зовнішні непарні електрони тільки двох сусідніх атомів, в той час як при металевої зв'язку в усуспільнення цих електронів беруть участь всі атоми. Саме тому кристали з ковалентним зв'язком крихкі, а з металевої, як правило, пластичні, електропровідні і мають металевий блиск.

Металева зв'язок характерна як для чистих металів, так і для сумішей різних металів - сплавів, що знаходяться в твердому і рідкому станах.

воднева зв'язок

Хімічний зв'язок між позитивно поляризованими атомами водню однієї молекули (або її частини) та негативно поляризованими атомами сильно електронегативний елементів, що мають неподіленого електронні пари ($ F, O, N $ і рідше $ S $ і $ Cl $), інший молекули (або її частини) називають водневої.

Механізм утворення водневого зв'язку має частково електростатичний, частково донорно- акцепторні характер.

Приклади міжмолекулярної водневого зв'язку:

При наявності такого зв'язку навіть низькомолекулярні речовини можуть бути при звичайних умовах рідинами (спирт, вода) або легко зріджується газами (аміак, фтороводород).

речовини з водневої зв'язком мають молекулярні кристалічні решітки.

Речовини молекулярного і немолекулярного будови. Тип кристалічної решітки. Залежність властивостей речовин від їх складу і будови

Молекулярне і немолекулярное будова речовин

В хімічні взаємодії вступають не окремі атоми або молекули, а речовини. Речовина при заданих умовах може перебувати в одному з трьох агрегатних станів: твердому, рідкому або газоподібному. Властивості речовини залежать також від характеру хімічного зв'язку між утворюють його частинками - молекулами, атомами або іонами. За типом зв'язку розрізняють речовини молекулярного і немолекулярного будови.

Речовини, що складаються з молекул, називаються молекулярними речовинами. Зв'язки між молекулами в таких речовинах дуже слабкі, набагато слабкіше, ніж між атомами всередині молекули, і вже при порівняно низьких температурах вони розриваються - речовина перетворюється в рідину і далі в газ (сублімація йоду). Температури плавлення і кипіння речовин, що складаються з молекул, підвищуються зі збільшенням молекулярної маси.

До молекулярним речовин відносяться речовини з атомною структурою ($ C, Si, Li, Na, K, Cu, Fe, W $), серед них є метали і неметали.

Розглянемо фізичні властивості лужних металів. Відносно мала міцність зв'язку між атомами зумовлює низьку механічну міцність: лужні метали м'які, легко ріжуться ножем.

Великі розміри атомів призводять до малої щільності лужних металів: літій, натрій і калій навіть легше води. У групі лужних металів температури кипіння і плавлення знижуються зі збільшенням порядкового номера елемента, тому що розміри атомів збільшуються, і слабшають зв'язку.

До речовин немолекулярного будови відносяться іонні сполуки. Таким будовою володіє більшість з'єднань металів з неметалами: все солі ($ NaCl, K_2SO_4 $), деякі гідриди ($ LiH $) і оксиди ($ CaO, MgO, FeO $), підстави ($ NaOH, KOH $). Іонні (немолекулярное) речовини мають високі температури плавлення і кипіння.

кристалічні решітки

Речовина, як відомо, може існувати в трьох агрегатних станах: газоподібному, рідкому і твердому.

тверді речовини: Аморфні і кристалічні.

Розглянемо, як впливають особливості хімічних зв'язків на властивості твердих речовин. Тверді речовини діляться на кристалічніі аморфні.

Аморфні речовини не мають чіткої температури плавлення - при нагріванні вони поступово розм'якшуються і переходять в текучий стан. У аморфному стані, наприклад, знаходяться пластилін і різні смоли.

Кристалічні речовини характеризуються правильним розташуванням тих частинок, з яких вони складаються: атомів, молекул та іонів - у строго визначених точках простору. При з'єднанні цих точок прямими лініями утворюється просторовий каркас, званий кристалічною решіткою. Точки, в яких розміщені частинки кристала, називають вузлами решітки.

Залежно від типу частинок, розташованих у вузлах кристалічної решітки, і характеру зв'язку між ними розрізняють чотири типи кристалічних решіток: іонні, атомні, молекулярні і металеві.

Іонні кристалічні решітки.

іонними називають кристалічні решітки, у вузлах яких знаходяться іони. Їх утворюють речовини з іонним зв'язком, якій можуть бути пов'язані як прості іони $ Na ^ (+), Cl ^ (-) $, так і складні $ SO_4 ^ (2), ВІН ^ - $. Отже, іонними кристалічними гратами мають солі, деякі оксиди і гідроксиди металів. Наприклад, кристал хлориду натрію складається з чергуються позитивних іонів $ Na ^ + $ і негативних $ Cl ^ - $, які утворюють решітку у формі куба. Зв'язки між іонами в такому кристалі дуже стійкі. Тому речовини з іонним гратами відрізняються порівняно високою твердістю і міцністю, вони тугоплавкі і нелеткі.

Атомні кристалічні решітки.

атомними називають кристалічні решітки, у вузлах яких знаходяться окремі атоми. У таких решітках атоми з'єднані між собою дуже міцними ковалентними зв'язками. Прикладом речовин з таким типом кристалічних решіток може служити алмаз - одне з аллотропних видозмін вуглецю.

Більшість речовин з атомної кристалічною решіткою мають дуже високі температури плавлення (наприклад, у алмазу вона вище $ 3500. ° С $), вони міцні і тверді, практично нерозчинні.

Молекулярні кристалічні решітки.

молекулярними називають кристалічні решітки, у вузлах яких розташовуються молекули. Хімічні зв'язку в цих молекулах можуть бути і полярними ($ HCl, H_2O $), і неполярними ($ N_2, O_2 $). Незважаючи на те, що атоми всередині молекул пов'язані дуже міцними ковалентними зв'язками, між самими молекулами діють слабкі сили міжмолекулярної тяжіння. Тому речовини з молекулярними кристалічними гратами мають малу твердість, низькі температури плавлення, летючі. більшість твердих органічних сполук мають молекулярні кристалічні решітки (нафталін, глюкоза, цукор).

Металеві кристалічні решітки.

речовини з металевим зв'язком мають металеві кристалічні решітки. У вузлах таких грат знаходяться атоми і іони (то атоми, то іони, в які легко перетворюються атоми металу, віддаючи свої зовнішні електрони «в загальне користування»). Таке внутрішню будову металів визначає їх характерні фізичні властивості: гнучкість, пластичність, електро- і теплопровідність, характерний металевий блиск.

Молекулярне і немолекулярное будова речовин. будова речовини

В хімічні взаємодії вступають не окремі атоми або молекули, а речовини. За типом зв'язку розрізняють речовини молекулярногоі немолекулярного будови. Речовини, що складаються з молекул, називаються молекулярними речовинами. Зв'язки між молекулами в таких речовинах дуже слабкі, набагато слабкіше, ніж між атомами всередині молекули, і вже при порівняно низьких температурах вони розриваються - речовина перетворюється в рідину і далі в газ (сублімація йоду). Температури плавлення і кипіння речовин, що складаються з молекул, підвищуються зі збільшенням молекулярної маси. До молекулярним речовин відносяться речовини з атомною структурою (C, Si, Li, Na, K, Cu, Fe, W), серед них є метали і неметали. До речовин немолекулярного будови відносяться іонні сполуки. Таким будовою володіє більшість з'єднань металів з неметалами: все солі (NaCl, K 2 SO 4), деякі гідриди (LiH) і оксиди (CaO, MgO, FeO), підстави (NaOH, KOH). Іонні (немолекулярное) речовини мають високі температури плавлення і кипіння.

Тверді речовини: аморфні і кристалічні

Тверді речовини діляться на кристалічні і аморфні.

аморфні речовини не мають чіткої температури плавлення - при нагріванні вони поступово розм'якшуються і переходять в текучий стан. У аморфному стані, наприклад, знаходяться пластилін і різні смоли.

кристалічні речовинихарактеризуються правильним розташуванням тих частинок, з яких вони складаються: атомів, молекул та іонів - у строго визначених точках простору. При з'єднанні цих точок прямими лініями утворюється просторовий каркас, званий кристалічною решіткою. Точки, в яких розміщені частинки кристала, називають вузлами решітки. Залежно від типу частинок, розташованих у вузлах кристалічної решітки, і характеру зв'язку між ними, розрізняють чотири типи кристалічних решіток: іонні, атомні, молекулярні і металеві.

Іонними називають кристалічні решітки, В вузлах яких знаходяться іони. Їх утворюють речовини з іонним зв'язком, якій можуть бути пов'язані як прості іони Na \u200b\u200b+, Cl -, так і складні SO 4 2-, OH -. Отже, іонними кристалічними гратами мають солі, деякі оксиди і гідроксиди металів. Наприклад, кристал хлориду натрію побудований з чергуються позитивних іонів Na + і негативних Cl -, які утворюють решітку у формі куба. Зв'язки між іонами в такому кристалі дуже стійкі. Тому речовини з іонним гратами відрізняються порівняно високою твердістю і міцністю, вони тугоплавкі і нелеткі.

Кристалічна решітка - а) і аморфна решітка - б).

Кристалічна решітка - а) і аморфна решітка - б).

Атомні кристалічні решітки

атомними називають кристалічні решітки, у вузлах яких знаходяться окремі атоми. У таких решітках атоми з'єднані між собою дуже міцними ковалентними зв'язками. Прикладом речовин з таким типом кристалічних решіток може служити алмаз - одне з аллотропних видозмін вуглецю. Більшість речовин з атомної кристалічною решіткою мають дуже високі температури плавлення (наприклад, у алмазу вона понад 3500 ° С), вони міцні і тверді, практично нерозчинні.

Молекулярні кристалічні решітки

молекулярниминазивають кристалічні решітки, у вузлах яких розташовуються молекули. Хімічні зв'язку в цих молекулах можуть бути і полярними (HCl, H 2 O), і неполярними (N 2, O 2). Незважаючи на те, що атоми всередині молекул пов'язані дуже міцними ковалентними зв'язками, між самими молекулами діють слабкі сили міжмолекулярної тяжіння. Тому речовини з молекулярними кристалічними гратами мають малу твердість, низькі температури плавлення, летючі. Більшість твердих органічних сполук мають молекулярні кристалічні решітки (нафталін, глюкоза, цукор).

Молекулярна кристалічна решітка (вуглекислий газ)

Металеві кристалічні решітки

речовини з металевим зв'язком мають металеві кристалічні решітки. У вузлах таких грат знаходяться атоми і іони (То атоми, то іони, в які легко перетворюються атоми металу, віддаючи свої зовнішні електрони «в загальне користування»). Таке внутрішню будову металів визначає їх характерні фізичні властивості: гнучкість, пластичність, електро- і теплопровідність, характерний металевий блиск.

шпаргалки