Obschaya_khimia_Lektsia12

П Л А Н
12.1 Химическая связь и ее типы.
12.2 Ковалентная

12.1 Химическая связь – результат взаимодействия двух или более атомов, приводящий

Природа сил, действующих в многоатомных системах, электрическая: притяжение разноименно заряженных частиц.

По характеру распределения заряженных частиц в веществе различают несколько типов химической

Силы межмолекулярного взаимодействия

Энергия связи (Е, кДж/моль) – это энергия, необходимая для разрыва химической

Чем больше энергия связи, тем прочнее химическая связь.

Энергетический подход к описанию химической связи

Образование химической связи энергетически выгодно,

Кривая потенциальной энергии молекулы Н2

R

Энергия, кДж/моль

Область отталкивания

Область притяжения

0,074 нм

0,074 нм – это длина связи в молекуле H2. Длина связи

12.2 Ковалентная связь (КС) – самый распространенный тип химической связи. В

Существует два квантово-механических подхода к описанию КС: метод валентных связей (ВС)

12.2.1 Основные положения метода ВС.

1. В образовании КС участвуют только валентные

Валентность атома можно предсказать по числу неспаренных электронов в его

Валентные возможности атома серы

3s

3p

3 d

B = II

Стационарное состояние атома

Валентные возможности атома серы

3s

3p

3 d

B = IV

Возбужденное состояние атома-1

Валентные возможности атома серы

3s

3p

3 d

B = VI

Возбужденное состояние атома-2

2. Единичную КС образуют 2 электрона с антипараллельными спинами, принадлежащими двум

Ковалентная связь – это химическая связь, образованная при помощи общих электронных

Механизм образования КС

Обмен-ный

Донорно-акцептор-ный

Обменный механизм – обобществление неспаренных электронов взаимодействующих атомов

H

H

H H

Донорно-акцепторный механизм – атом-донор отдает неподеленную электронную пару на вакантную орбиталь

NH3 +

● ●

H+

N

H

H

H

H

+

Кратность связи (n) равна числу общих электронных пар:
Н – Н n

3. С точки зрения волновых представлений, образованию общей электронной пары соответствует

Способы перекрывания АО

Осевое

Боковое

Ось молекулы – это условная линия, соединяющая ядра атомов в молекуле

Способы осевого перекрывания АО

s - s

s - рх

px - px

При осевом перекрывании орбиталей образуется разновидность ковалентной связи, называемая σ- связью.

Способы бокового перекрывания АО

При боковом перекрывании орбиталей образуется разновидность ковалентной связи, называемая π- связью

Чем сильнее перекрываются орбитали, тем прочнее КС. Вот почему σ-связи прочнее

4. Если в молекуле три и более атомов, то орбитали ее

Гибридизация – выравнивание орбиталей атома по форме и энергии в процессе

Гибридная AO

Гибридизация- энергетически выгодный процесс, обеспечивающий максимальное перекрывание АО.

5.Ковалентная связь

Неполяр-ная

Полярная

Неполярные КС связывают атомы одного химического элемента: Н-Н, О=О, N ≡

Полярные КС связывают атомы разных химических элементов: H-Cl, H-O-H, C≡O.

Полярность связи обусловлена смещением общей электронной пары в сторону более электроотрицательного

Полярная молекула – это диполь, характеризующийся величиной дипольного момента(μ).

μ = ℓq,
ℓ – расстояние между центрами тяжести положительного и

H - F

2,10

4,10

ОЭО

δ+

δ-

+

-

ℓ

Полярность сложных молекул зависит от их конфигурации и полярности связей.

Симметричные молекулы

Ассиметричные молекулы, содержащие полярные связи, являются полярными. Молекула воды полярна.

Диполи связей

Суммарный

12.2.2 Основные положения метода MO.

1.В образовании КС участвуют все электроны в

2. Электроны в молекулах занимают молекулярные орбитали (MO), подобно тому, как

3. МО заполняются электронами в соответствии с принципом минимальной энергии, принципом

МО есть результат сложения или вычитания волновых функций АО взаимодействующих атомов.

При сложении АО образуется связывающая МО, энергия которой меньше энергии исходных

При вычитании АО образуется разрыхляющая МО, энергия которой больше энергии исходных

s (A)

s (B)

-

+

σsp

σsсв

AO

MO

E

Кратность связи

n =

N – N'

2

N – число электронов на связывающих орбиталях,
N' – число электронов на

Молекула не образуется, если n = 0

Метод МО позволяет определить магнитные свойства молекул.

Парамагнитные молекулы, генерирующие электромагнитное поле, содержат неспаренные электроны на МО.

Диамагнитные молекулы, не генерирующие собственное электромагнитное поле, не содержат неспаренных электронов

Для описания молекул используются энергетические диаграммы.

Энергетическая диаграмма молекулы H2

E

AO (H)

MO (H2)

AO (H)

1s

1s

σsp

σscв

Молекула диамагнитна, так как не содержит неспаренных электронов на МО

n =

2

Энергетическая диаграмма катиона H2+ (H+ H+)

E

AO (H)

MO (H2)

AO (H+ )

1s

1s

σsp

σscв

Катион парамагнитен, так как содержит неспаренный электрон на МО

n =

1 -

Энергетическая диаграмма аниона H2- (H+ H-)

E

AO (H)

MO (H2)

AO (H-)

1s

1s

σsp

σscв

Анион парамагнитен, так как содержит неспаренный электрон на МО

n =

2 -

σрxр

σрxсв

Px (A)

Px (B)

-

+

E

В образовании молекул, состоящих из атомов 2-го периода, участвуют

πрyр

πрyсв

Py (A)

Py (B)

-

+

E

πрzр

πрzсв

Pz (A)

Pz (B)

-

+

E

Энергетическая диаграмма молекулы N2

E

AO (N)

MO (N2)

AO (N)

px

σpxp

σpxcв

px

py

py

pz

pz

πрyр

πрzр

πрyсв

πрzсв

Молекула диамагнитна, так как не содержит неспаренных электронов на МО

n =

6

12.3 Водородная связь - это особый вид меж- и внутримолекулярного взаимодействия,

Механизм образования водородной связи состоит в том, что поляризованный атом водорода

Ввиду низкой прочности водородной связи, ее обозначают пунктиром или многоточием.

Межмолекулярная водородная связь приводит к ассоциации молекул и существенно влияет на

Например, температура кипения родственных соединений растет с увеличением их молярной массы.

M

Зависимость температуры ки-пения водородных соединений
от их молярной массы.

ПРИМЕРЫ СОЕДИНЕНИЙ С МЕЖМОЛЕКУЛЯРНОЙ ВОДОРОДНОЙ СВЯЗЬЮ

1) Вода
Во льду молекула Н2О образует

O

H

H

H

H

O

H

O

O

H

H

H

Ажурная структура льда

При плавлении льда часть водородных связей разрывается (при 20оС их сохраняется

Плотность льда меньше плотности жидкой воды(0,92 и 1,0 г/мл).

Вследствие этого

Ассоциацию молекул воды в жидкой фазе можно представить схемой:
...Н ⎯ О

Жидкая вода содержит как ассоциаты (кластеры), так и молекулы, не связанные

2) Фтороводородная кислота
.....Н ⎯ F ..... Н ⎯ F .....

Значение внутримолекулярных водородных связей заключается в том, что они участвуют в

Вторичная структура белков