Химия - учебно-практический справочник

Химическая связь - Общая химия

Химическая связь образуется в результате взаимодействия атомов (или любых частиц в веществе), которое обусловливает их соединение в молекулы (кристаллы). В основу теории химической связи положены представления о том, что устойчивым является такое состояние атома, когда его внешний энергетический уровень закончен, т. е. содержит 8 электронов (для элементов I периода — 2).

Основные типы химической связи

Связь	Определение			Агрегатное состояние вещества при нормальных условиях
Ионная	Связь, образующаяся при взаимодействии атомов, резко отличающихся друг от друга значением электроотрицательности. В результате взаимодействия образуются ионы			Твердые кристаллические вещества(NaCl, СаСO₃)
Ковалентная	Связь, которая образуется при помощи общих электронных пар	Ковалентная полярная	Связь, при образовании которой происходит смещение электронных пар к более электроотрицательному атому	Жидкие и газообразные вещества (НСl, Н₂O)
		Ковалентная неполярная	Связь, при образовании которой общая электронная пара размещается симметрично относительно обоих ядер атомов	Газообразные, твердые, реже жидкие вещества (Cl₂, F₂, алмаз, графит)
Металлическая	Связь, которая образуется в результате взаимодействия относительно свободных электронов с ионами металлов			Твердые вещества (все металлы, кроме ртути)
Водородная	Связь, которая образуется между атомами водорода одной молекулы и атомом сильно электроотрицательного элемента (О, N, Р, F и др.) другой молекулы			Твердые и жидкие вещества (связь образуется между молекулами Н₂O, спиртов, аминокислот и др.)

Характеристики ковалентной связи

1. Кратность. Ковалентная химическая связь между двумя атомами, которая образована

• одной парой электронов, называется одинарной (простой):

— образование молекулы водорода из атомов,

• двумя парами электронов — двойной:

— образование молекулы кислорода,

• тремя парами электронов — тройной:

— образование молекулы азота.

Двойные и тройные химические связи называют кратными.

Ковалентной связью соединяются атомы неметаллических элементов.

Связь в молекуле изображают двумя способами:

1) — электронной формулой,

— упрощенной электронной формулой;

2) Н—Сl — графической формулой.

2. Энергия. Энергия необходима для разрыва связи, т. е. для разрушения молекулы до отдельных атомов. Ее измеряют в кДж/моль вещества.

3. Полярность. При взаимодействии атомов с одинаковой электроотрицательностью образуются молекулы с ковалентной неполярной связью (для простых веществ Н₂, Сl₂, С).

При взаимодействии атомов, значения электроотрицательности которых почти не отличаются, происходит смещение общей электронной пары к более электроотрицательному атому и образуются молекулы с ковалентной полярной связью (сложные вещества: H₂S, NH₃, HF, СO₂).

Различают σ- и π-ковалентные связи, которые отличаются характером перекрывания валентных орбиталей взаимодействующих атомов, а также симметрией распределения электронной плотности связи относительно линии, соединяющей центры двух атомов.

σ-связь — связь, при образовании которой перекрывание электронных облаков происходит вдоль прямой, соединяющей центры двух атомов; а-связь образуется при перекрывании s-s, s-p, р-р, а также гибридных орбиталей друг с другом и с негибридными орбиталями.

π-связь — связь, при которой перекрывание электронных облаков проходит в плоскости, перпендикулярной прямой, соединяющей центры атомов и проходящей через эти центры; π-связь менее прочная, чем σ-связь, она образуется только между атомами, которые уже соединены σ-связью.

Кристаллической решеткой вещества называют совокупность его структурных единиц, отражающая порядок размещения частиц в массе вещества.

Типы кристаллических решеток

Название решетки	Частицы, находящиеся в узлах решетки	Химическая связь	Свойства
Ионная	Катионы, анионы	Ионная	Уступают веществам с атомной решеткой, но имеют преимущество над веществами с молекулярной решеткой. Имеют сравнительно высокие t_пл как правило, нелетучие (NaCl, NH₄NO₃, MgO), не проводят электрический ток в твердом состоянии, а в жидком (расплавленном) состоянии являются электропроводными
Атомная	Атомы	Ковалентная неполярная	Высокие твердость вещества и температура плавления (алмаз, графит, Si, В), твердые вещества, практически нерастворимые в жидкостях
Атомная	Атомы	Ковалентная полярная
Молекулярная	Молекулы	Соединены между собой силами межмолекулярного взаимодействия; ковалентная полярная и неполярная	Малая твердость, низкая t плавления, нерастворимые или малорастворимые в воде, их растворы почти не проводят электрический ток (твердый СО₂, F₂, Н₂, О₂, N₂, O₃; органические вещества, кислоты, оксиды неметаллов, водородные соединения неметаллов)
Металлическая	Отдельные атомы и положительно заряженные ионы металла, между которыми находится электронный газ	Металлическая	Металлы твердые, кроме Hg. Легко- и тугоплавкие, проводят электрический ток, тепло, пластичны

Электроотрицательность — способность атомов в соединении притягивать электроны.

В периодах наблюдается общая тенденция роста электроотрицательности элементов, а в группах — ее падение.

Степень окисления — условный заряд, который получил бы атом при смещении всех электронов его химических связей в данном соединении к более электроотрицательному атому.

Степень окисления может иметь положительное, отрицательное, целое значение, не превышающее 8.

Степень окисления элементов в простых веществах равна 0.

Алгебраическая сумма степеней окисления всех атомов в веществе равна 0.

Фтор в соединениях всегда проявляет степень окисления -1.

Степень окисления водорода в соединениях, как правило, равна +1. Исключение: Степень окисления кислорода в соединениях, как правило, равна -2. Исключение:

ПРОВЕРЬТЕ СЕБЯ

1. Определите валентность и степень окисления углерода в соединениях HCN, СН₃OН, HCOH.

2. Определите, как изменяется прочность соединений в ряду: HF, HCl, HBr, HI.

3. Молекулярное вещество EН₂ — газ с запахом гнилой рыбы. Относительная молекулярная масса равна 34. Определите элемент E, запишите графическую и электронную формулы соединения.

4. Определите степени окисления элементов в соединениях.

А СаСO₃

Б Н₃РO₄

В Mg(NO₃)₂

Г H₂SO₃

Д KNO₂

5. Составьте формулы

а) трех соединений хлора с кислородом, в которых хлор имеет степени окисления +1; +4; +7;

б) двух соединений мышьяка с серой, в которых первый элемент имеет степени окисления +3 и +5, а второй -2.

6. Определите степень окисления азота в веществах.

A N₂O₄

Б (NH₄)₂CO₃

В NO₂^-

7. Определите степень окисления железа в соединениях.

A Fe₃(PO₄)₂

Б K₂FeO₄

В Fe(OH)SO₄

8. Какая из химических связей Н—Cl Н—Br, Н—I, Н—S, Н—Р наиболее полярна? Укажите, в какую сторону смещается электронная плотность связи.

9. Укажите формулы веществ с ионной связью.

I₂, NaCl, Н₂O, HCl, K₂S, Na₂O.

10. Определите степень окисления элементов в соединениях.

А Н₂O₂

Б К₂Сr₂O₇

В Mg₃N₂

11. Сера образует химические связи с калием, водородом. Укажите, в сторону какого атома произойдет смещение электронной плотности связи.

12. Укажите тип химической связи в соединениях. Ответ обоснуйте.

А КС.

Б O₂

В SO₂

13. Напишите формулы ионов, из которых состоят

A ZnO, Сr₂O₃

Б КОН, Са(OН)₂

В KNO₃, Na₂SiO₃

14. Укажите химические формулы, принадлежащие веществам с ионной связью. СO₂, Cr₂O₃, NO, N₂, K₂S, HCl, Fe.

15. Укажите формулы веществ с ковалентной связью.

I₂, Н₂O, HCl, NaCl, Na₂O, Na₂S, NH₃

ТЕСТОВЫЕ ЗАДАНИЯ

1. Укажите пару атомов с ярко выраженной ионной связью.

А Н—Н

Б К—Сl

В Н—I

Г F—Н

2. Укажите строку соединений, между атомами которых возникает ковалентная неполярная связь.

А Н₂, Сl₂, O₂

Б O₂, О₃, РН₃

В HCl, OF₂, Н₂

Г F₂, СO₂, СО

3. Укажите строку, в которой приведены соединения с ковалентной полярной связью.

A Cl₂, F₂, Н₂O

Б NH₃, СO₂, Н₂O

В НСl, Na, Na₂O

Г PH₃, СО, I₂

4. Какую кристаллическую решетку имеет поваренная соль?

А металлическую

Б ионную

В молекулярную

Г атомную

5. Укажите соединения с ионной связью.

А СO₂

Б Na₂SO₄

В O₂

Г КСl

Д НСl

6. Укажите соединения с ковалентной полярной связью.

A NH₃

Б РН₃

В MgBr₂

Г СО

Д СO₂

7. Укажите соединения с ковалентной неполярной связью.

A F₂

Б NaCl

В O₂

Г HСl

Д Н₂O

8. Укажите формулу вещества, в котором степень окисления любого элемента без учета знака численно не совпадает с его валентностью.

A SO₃

Б NH₃

В NaCl

Г Н₂O₂

9. В каком из приведенных примеров числовые значения степени окисления и валентности углерода не совпадают?

10. Максимальную степень окисления +7 может иметь

А кремний

Б калий

В хлор

Г фосфор

11. Установите соответствие между формулой вещества и его химической связью.

Формула

1 К₂O

2 O₂

3 Н₂O

4 Na₂SO₄

Химическая связь

А ионная

Б ковалентная неполярная

В ковалентная полярная

Г металлическая

Д тройная

12. Установите последовательность возрастания степени окисления хлора в соединениях.

А Сl₂O₇

Б НСl

В Сl₂O₅

Г Сl₂O₃

13. Укажите степени окисления элементов в соединении С₂Н₄.

А +2, -3

Б -2, +1

В +1, -1

Г +4, -2

14. Укажите степень окисления азота в соединении Pb(NO₂)₂.

А +5

Б +3

В -3

Г -2

15. В каком из приведенных соединений связь наиболее полярна?

A Nal

Б NaBr

B CsI

Г NaCl