Химическая связь

Содержание

Слайд 2

План лекции 1. Теории химической связи 2. Основное и возбуждённое состояние

План лекции

1. Теории химической связи
2. Основное и возбуждённое состояние электронов

в атоме
3. Типы химических связей
4. Механизм образования химической связи
5. Основные характеристики химической связи
6. Гибридизация орбиталей. Геометрическая форма молекул
7. Ионная связь
8. Металлическая связь
9. Водородная связь
Слайд 3

1. Теории химической связи Теория химической связи Бертоле: в основе химической


1. Теории химической связи
Теория химической связи Бертоле: в основе

химической связи лежит чисто гравитационное притяжение атомов

1748-1822

Теория химической связи Берце-лиуса: между атомами в молеку-лах и кристаллах действуют си-лы электростатического притяже-ния

1799-1848


Слайд 4

Г.Льюис (1875 - 1946) В.Коссель (1888 - 1956) Электронная теория валентности

Г.Льюис
(1875 - 1946)

В.Коссель
(1888 - 1956)

Электронная теория валентности

Слайд 5

Электронная теория валентности Г.Н.Льюис и В.Коссель, 1916 Согласно электронной теории валентности,

Электронная теория валентности

Г.Н.Льюис и В.Коссель, 1916

Согласно электронной теории валентности, атомы,

образуя связи, приближаются к наиболее устойчивой (т.е. имеющей наиболее низкую энергию) электронной конфигурации.

Атомы могут достичь этого двумя способами.

приобретение или
потеря электронов

обобществление
электронов

Слайд 6

Правило октета - когда атом какого либо элемента образует химическую связь,

Правило октета - когда атом какого либо элемента образует химическую связь,

обретая, теряя, обобществляя электроны, его электронная конфигурация становится такой же, как у атома благородного газа, расположенного в конце того же периода, что и данный элемент, либо в конце предыдущего периода.
Слайд 7

Слайд 8

поделенная пара неподеленные пары 8 электронов

поделенная пара

неподеленные пары

8 электронов

Слайд 9

Современная теория химической связи базируется на трех основных методах: метод валентных

Современная теория химической связи базируется на трех основных методах:

метод валентных связей

ВС описывает химическую связь чисто качественно, объясняя её образование возникно-вением общей пары электронов
метод молекулярных орбиталей МО описывает химическую связь количественно, предполагая, что все электроны всех атомов молекулы образуют общее электронное облако, т.е. атомные орбитали объединяются в молекулярные.
метод отталкивания электронных пар (метод валентных углов) позволяет получить представление о простран-ственной конфигурации молекул
Слайд 10

Химическая связь – вид межатомных взаимодействий в молекулах, ионах, кристаллах, характеризуемый

Химическая связь – вид межатомных взаимодействий в молекулах, ионах, кристаллах, характеризуемый

определенной энергией, обуславливающих существование двух- и многоатомных соединений.
Слайд 11

2. Основное и возбуждённое состояние электронов в атоме

2. Основное и возбуждённое состояние электронов в атоме

Слайд 12

В ряде случаев с целью увеличения валентных возмож-ностей перед образованием химической

В ряде случаев с целью увеличения валентных возмож-ностей перед образованием

химической связи атом перехо-дит в «возбужденное состояние». При этом происходит «распаривание» электронов на валентном уровне.

В → В*
B: 2s22p1

Энергия, поглощенная при переходе в возбужденное состояние, полностью
компенсируется энергией, которая выделяется при образовании химичес-
кой связи

S → S* → S**

S:3s23p4

S*:3s23p33d1

S**:3s13p33d2

В max = 3

Вmax =6

B*: 2s12p2

Слайд 13

Переход электронов при «возбуждении» атома возможен только в пределах одного энергетического

Переход электронов при «возбуждении» атома возможен только в пределах одного энергетического

уровня. Независимо от порядка заполнения электронами орбиталей «распариваются» электроны только внешнего электрон-ного уровня

Ti: 4s23d2

Ti*: 4s14p13d2

Fe: 4s23d6

Fe*: 4s14p13d6

Вmax =4

Вmax =6

Способность атома элемента образовывать химическую связь назы-
вается валентностью. Число неспаренных электронов у атома
отвечает его валентности.

Слайд 14

3.Типы химических связей (ВС) Тип химической связи определяется степенью смещения общей

3.Типы химических связей (ВС)

Тип химической связи определяется степенью смещения общей электронной

плотности к ядру одного из атомов.
Мерой смещения является ОТНОСИТЕЛЬНАЯ ЭЛЕКТРООТРИЦАТЕЛЬНОСТЬ АТОМА.
Относительная электроотрицательность (ЭО) – это способность атома элемента оттягивать на себя электроны, осуществляющие химическую связь
Слайд 15

Относительная электроотрицательность атомов элементов по Полингу

Относительная электроотрицательность атомов элементов по Полингу

Слайд 16

Cs+ F- ΔЭО= 4,1-0,86 = 3,24 Химическая связь Ковалентная ΔЭО ≤

Cs+ F-
ΔЭО= 4,1-0,86 = 3,24

Химическая связь

Ковалентная
ΔЭО ≤ (2)
Осуществляется за счет
общей

пары электронов

Ионная
ΔЭО > (2)- условно ионная)
Осуществляется за счет
электростатического притяжения
ионов

Полярная
(2)>ΔЭО>0

Неполярная
ΔЭО=0

Слайд 17

Зависимость между Δэ.о. и степенью смещения общего электронного облака (%ионности)

Зависимость между Δэ.о. и степенью смещения общего электронного облака (%ионности)

Слайд 18

Характер связей между атомами в молекулах Ковалентная неполярная – общее электронное

Характер связей между атомами в молекулах

Ковалентная неполярная – общее электронное облако

расположено симметрично относительно ядер атомов.
Ковалентная полярная – общее электронное облако смещено к более элетроотрицательному атому меньше, чем на 50%.
Ионная - общее электронное облако смещено к более элетроотрицательному атому больше, чем на 50%.
Слайд 19

Электроны, принимающие участие в образовании связи называются валентными. Na 1s22s22p63s1 Mg

Электроны, принимающие участие в образовании связи называются валентными.

Na 1s22s22p63s1
Mg

1s22s22p6 3s2
O 1s22s22p4
As 1s22s22p63s23p64s23d104p3

Sc 1s22s22p63s23p64s23d1
Mo 1s22s22p63s23p64s23d104p6 5s14d5
Pm 1s22s22p63s23p64s23d104p65s24d105p66s25d14f4
Eu 1s22s22p63s23p64s23d104p65s24d105p66s25d14f6

4. Механизм образования химической связи

У s- и р-элементов валентными являются электроны
внешнего энергетического уровня.

У d- и f- элементов – s-электроны внешнего и d-электроны
предвнешнего уровня.

Слайд 20

По обычному механизму в обра-зовании химической связи прини-мают участие неспаренные ва-лентные

По обычному механизму в обра-зовании химической связи прини-мают участие неспаренные ва-лентные

электроны с противо-положными спинами.

По донорно-акцепторному механизму в образовании химической связи принимают участие свободная орбиталь
одного атома и неподеленная пара электронов другого

Слайд 21

Степень окисления – это условный заряд атома элемента в соединении, вычисленный,

Степень окисления – это условный заряд атома элемента в соединении, вычисленный,

исходя из предположения, что соединение состоит из ионов.

HCl

N2

H 1s1, валентность 1, ЭО=2,1
Сl …3s23p5, ЭО=3, валентность 1,
Степень окисления водорода +1
Степень окисления хлора -1

N2 … 2s22p3
Валентность 3,
Степень окисления 0

Слайд 22

5. Основные характеристики химической связи Химическая связь характеризуется энергией, длиной и

5. Основные характеристики химической связи

Химическая связь характеризуется энергией, длиной и валентным

углом.
Энергия связи – это количество энергии,
затрачиваемой на ее разрыв.
Длина связи l – это расстояние между ядрами
атомов, образующих связь.
Слайд 23

Валентные углы – углы между линиями, соединяющими центры атомов в направлении

Валентные углы – углы между линиями, соединяющими центры атомов в направлении

действия между ними химической связи.
Валентные углы в молекулах метана, аммиака и воды
Слайд 24

Радиус атома водорода – 0,53 10-10 м, а расстояние между центрами

Радиус атома водорода –
0,53 10-10 м, а расстояние
между центрами атомов

в
молекуле водорода –
0,73 10-10 м.

Кривая Морзе. Зависимость потенциальной энергии от расстояния между ядрами.

Слайд 25

Основные свойства ковалентной связи Химическая связь, образованная парой электронов, обобществляемых между

Основные свойства ковалентной связи

Химическая связь, образованная парой электронов, обобществляемых между

двумя соседними атомами, называется ковалентной связью.
1. Насыщаемость - это свойство атомов образовывать ограниченное число ковалентных связей, вследствие чего молекулы имеют определенный состав.
2. Направленность – cвойство ковалентной связи, обусловленное ее образованием в направлении максимального перекрывания электронных облаков.
Слайд 26

3. Кратность связи определяется количеством электронных пар, осуществляющих связь Н +

3. Кратность связи определяется количеством электронных
пар, осуществляющих связь

Н

+ Н

→ Н-Н

кратность 1

О

+ О

→ О=О кратность 2

N

+ N

→N≡N кратность 3

Слайд 27

4. Поляризуемость связи – способность молекулы с неполярной или малополярной связью

4. Поляризуемость связи – способность молекулы с неполярной или малополярной связью

становиться полярной под действием внешнего поля.
Слайд 28

σ- и π- связи σ-связь: область максимальной электронной плотности лежит в

σ- и π- связи

σ-связь: область максимальной
электронной плотности лежит в


плоскости, на которой распола-
гаются ядра атомов

π-связь: область максимальной
электронной плотности лежит в
плоскости, перпендикулярной той,
на которой располагаются ядра
атомов

6

Первая общая электронная пара между атомами называется σ- связью. Она определяет ориентацию в пространстве атомов относительно друг друга.
Вторая или третья общие электронные пары образуют π- связи. Они располагаются вне линии, связывающей ядра атомов, поэтому не влияют на геометрию молекулы.

Слайд 29

6. Гибридизация орбиталей. Геометрическая форма молекул В молекуле все связи, независимо

6. Гибридизация орбиталей. Геометрическая форма молекул

В молекуле все связи, независимо

от того, каким электронами они образованы, энергетически равноценны. Энергетическая равноценность химических связей объясняется тем, что их образованию может предшествовать изменение валентных орбиталей атома: исходные неравноценные атомные орбитали как бы «перемешиваясь», образуют энергетически равноценные орбитали.
В молекуле BeF2 бериллий – в возбужденном состоянии: Be* 2s12p1

+

=

+

S-орбиталь

р-орбиталь

Две sр-орбитали

Слайд 30

Гибридизация – это формальный прием, посредством которого можно предсказать геометрическую форму

Гибридизация – это формальный прием, посредством которого можно предсказать геометрическую форму

молекулы.
Согласно гибридизации во многих молекулах некоторые атомные орбитали, принимающие участие в образовании ковалентных связей, смешиваются между собой (гибридизуются), при этом образуются новые, гибридные атомные орбитали с тем же общим количеством электронов, и свойствами, и энергией, промежуточной между энергией негибридных орбиталей.
Слайд 31

При гибридизации происходит перераспределение электронной плотности, которое требует затрат энергии. В

При гибридизации происходит перераспределение электронной плотности, которое требует затрат энергии.
В

результате гибридизации электронное облако вытягивается по направлению к взаимодействующему атому , благодаря чему увеличивается его перекрывание с электронными облаками последнего. Это приводит к образованию более прочной связи и следовательно к дополнительному выделению энергии, которое компенсирует затраты энергии на гибридизацию.
В гибридизации принимают участие неспаренные электроны, образующие σ-связь и неподеленные пары электронов, находящиеся на внешнем электронном уровне.
Слайд 32

Характер гибридизации BeF2 - бериллий 2-валентный, находится в возбужденном состоянии Be

Характер гибридизации

BeF2 - бериллий 2-валентный, находится в возбужденном состоянии
Be …2s22p0
BF3 -

бор 3-валентный, находится в возбужденном состоянии
B …2s22p1,

sp-гибридизация

2s

2p

2s

2p

sp2-гибридизация

NH3 – азот 3-валентный, находится в нормальном состоянии
N …2s22p3

sp3-гибридизация

C2H2 HC≡CH – углерод 4-хвалентный, находится в возбужденном состоянии.
В тройной связи одна-σ-связь и две π-связи.

π π

sp-гибридизация

Be* …2s12p1

B* …2s12p2

С …2s22p2

C*…2s12p3

Слайд 33

Гибридизация Геометрическая Угол между связями форма sp Линейная 180° sp2 Треугольная

Гибридизация Геометрическая Угол между связями
форма
sp Линейная 180°
sp2

Треугольная 120°
sp3 Тетраэдрическая 109,5°
sp3d Тригонально-
бипирамидальная 90°, 120°
sp3d2 Октаэдрическая 90°
Слайд 34

Гибридизация атомных орбиталей

Гибридизация атомных орбиталей

Слайд 35

Геометрическая форма гибридных электронных облаков и полярнось молекул Гибридные орбитали представляют

Геометрическая форма гибридных электронных облаков и полярнось молекул

Гибридные орбитали представляют собой

участки повышенной электронной плотности. Они стремятся оттолкнуться друг от друга на максимально возможный угол.
Если в гибридизации орбиталей не принимают участие неподеленные пары электронов центрального атома, форма молекул соответствует приведенной в таблице и молекула неполярна.
Слайд 36

форма - пирамидальная форма – плоская, угловая Диполь- это система из

форма - пирамидальная

форма – плоская, угловая

Диполь- это система из двух равных

по величине,
но противоположных по знаку зарядов
q - заряд диполя;
l – длина диполя
μ = q l; μ – дипольный момент

q

l

Если в гибридизации
орбиталей принимают
участие неподеленные
пары электронов цен-
трального атома, фор-
ма молекулы меняется
и молекула становится
полярной, превращается
в диполь.

Слайд 37

Дипольные моменты молекул O=C=O H-Cl σ+ σ+ σ+ σ+ σ+ σ+

Дипольные моменты молекул

O=C=O

H-Cl

σ+

σ+

σ+

σ+

σ+

σ+

σ+

σ+

σ+

σ+

σ-

σ-

σ-

σ-

σ-

σ-

σ-

Слайд 38

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ГЕОМЕТРИЧЕСКОЙ ФОРМЫ МОЛЕКУЛЫ 1. Привести графическую формулу молекулы и определить


ОПРЕДЕЛЕНИЕ ГЕОМЕТРИЧЕСКОЙ ФОРМЫ МОЛЕКУЛЫ

1. Привести графическую формулу молекулы и определить

валентность её центрального атома.
2. Для центрального атома показать графическое распределение электронов по орбиталям, соответствующее его валентности.
3. Справа налево зачеркнуть (убрать условно) такое количество неспаренных электронов, которое соответствует числу π связей.
4. Оставшиеся занятые s-, p- и d- орбитали образуют гибридное электронное облако.
5. Расположение в пространстве его ветвей, использованных для образование σ- связей, определяет геометрическую форму молекулы.
Слайд 39

7. Ионная связь Химическая связь, образованная за счет кулоновских сил притяжения

7. Ионная связь
Химическая связь, образованная за счет
кулоновских сил притяжения между
противоположно заряженными

ионами,
называется ионной связью.
Слайд 40

Основные свойства ионной связи Ненасыщаемая (притягивается столько ионов, сколько уместится). Ненаправленная

Основные свойства ионной связи

Ненасыщаемая (притягивается столько ионов, сколько уместится).
Ненаправленная (так

как электромагнитное поле распространяется во все стороны).

Cs+

F-

Слайд 41

Слайд 42

Кристаллическая решетка ионного соединения Na Cl

Кристаллическая решетка ионного соединения

Na

Cl

Слайд 43

Устойчивость ионных соединений Большинство ионных соединений устойчивы в виде кристаллических решеток.

Устойчивость ионных соединений

Большинство ионных соединений устойчивы в виде кристаллических решеток.
Энергия кристаллической

решетки – энергия, необходимая для соединения одного моля катионов и анионов, находящихся в газообразном состоянии, в кристаллическую решетку.
Слайд 44

Na+(г) + Сl-(г) = Na+Cl-(тв) Энергия решетки = -787 кДж/моль Понижение

Na+(г) + Сl-(г) = Na+Cl-(тв)

Энергия решетки = -787 кДж/моль

Понижение энергии решетки

– повышение устойчивости ионного соединения
Слайд 45

Тест Элементы, находящиеся в одной группе и подгруппе, обладают одинаковым числом

Тест Элементы, находящиеся в одной группе и подгруппе, обладают одинаковым числом
1. протонов
2.

нейтронов
3. энергетических уровней
4. валентных электронов
Слайд 46

Тест Элементы, находящиеся в одной группе и подгруппе, обладают одинаковым числом

Тест Элементы, находящиеся в одной группе и подгруппе, обладают одинаковым числом
1. протонов
2.

нейтронов
3. энергетических уровней
4. валентных электронов
Слайд 47

В молекуле сероводорода все связи 1. ковалентные неполярные 2. ковалентные полярные

В молекуле сероводорода все связи
1. ковалентные неполярные
2. ковалентные полярные
3. донорно –

акцепторные
4. ионные
Слайд 48

В молекуле сероводорода все связи 1. ковалентные неполярные 2. ковалентные полярные

В молекуле сероводорода все связи
1. ковалентные неполярные
2. ковалентные полярные
3. донорно –

акцепторные
4. ионные
Слайд 49

В подгруппах с увеличением порядкового номера элемента ЭО 1. увеличивается 2.

В подгруппах с увеличением порядкового номера элемента ЭО

1. увеличивается
2. уменьшается
3. изменяется

периодически
4. не изменяется
Слайд 50

В подгруппах с увеличением порядкового номера элемента ЭО 1. увеличивается 2.

В подгруппах с увеличением порядкового номера элемента ЭО

1. увеличивается
2. уменьшается
3. изменяется

периодически
4. не изменяется
Слайд 51

Степень ионности связей возрастает в ряду 1. Na2O, BaO, CO2 2.

Степень ионности связей возрастает в ряду

1. Na2O, BaO, CO2
2. H20, CH4,

CaH2
3. BH3, BeH2, LiH
4. CCl4, NaCl, MgCl2
Слайд 52

Степень ионности связей возрастает в ряду 1. Na2O, BaO, CO2 2.

Степень ионности связей возрастает в ряду

1. Na2O, BaO, CO2
2. H20, CH4,

CaH2
3. BH3, BeH2, LiH
4. CCl4, NaCl, MgCl2
Слайд 53

Другие типы химической связи Металлическая связь Водородная связь Вандерваальсовы силы

Другие типы химической связи

Металлическая связь
Водородная связь
Вандерваальсовы силы

Слайд 54

8. Металлическая связь Металлическая связь - химическая связь между атомами в

8. Металлическая связь

Металлическая связь - химическая связь между атомами в металлическом кристалле, возникающая за

счёт обобществления их валентных электронов.
В твердом состоянии металлы состоят из положительно заряженных ионов, плотно упакованных в кристаллическую решетку и удерживаемых вместе свободными электронами, которые создают вокруг ионов «электронный газ».
Слайд 55

Слайд 56

Слайд 57

9. Водородная связь Образование водородной связи обусловлено тем, что в результате

9. Водородная связь
Образование водородной связи обусловлено тем, что в результате сильного

смещения электронной пары к электроотрицательному атому атом водорода, обладающий эффективным положительным зарядом, может взаимодействовать с другим электроотрицательным атомом (F, O, N, реже Cl, Br, S).
Слайд 58

Водородная связь - форма ассоциации между электроотрицательным атомом и атомом водорода

Водородная связь - форма ассоциации между электроотрицательным атомом и атомом водорода

H, связанным ковалентно с другим электроотрицательным атомом
В качестве электроотрицательных атомов могут выступать N, O или F.
Водородные связи могут быть межмолекулярными или внутримолекулярными
Слайд 59

Образование внутримолекулярной водородной связи. Образование межмолекулярной водородной связи

Образование внутримолекулярной водородной связи.

Образование межмолекулярной водородной связи

Слайд 60

Слабые и сильные водородные связи Слабые водородные связи (водородные связи в

Слабые и сильные водородные связи

Слабые водородные связи (водородные связи в воде,

аммиаке, метаноле)
Сильные водородные связи (существуют в ионах: водороддифтор-ион гидратированный гидроксид-ион )

Энергия связи, кДж/моль

Длина связи, нм

10-30
400

30
23-24

[F-H-F]-

[OH-H-OH]-

Слайд 61

Вопросы к лекции Дайте определение понятию «химическая связь». Каковы два обязательных

Вопросы к лекции

Дайте определение понятию «химическая связь». Каковы два обязательных условия

образования ковалентной связи. Покажите на примере образования молекулы водорода из атомов.
Какая связь называется ковалентной неполярной? Приведите схемы образования связей в молекулах бромоводорода и брома. Как называется механизм образования связи для этих случаев?
Какую связь называют ионной? Почему она является предельным случаем ковалентной связи? Приведите схему образования хлорида натрия.
Какая связь называется металлической? Каковы ее особенности?
Водородная связь относится к связи между атомами в молекуле соединения или к взаимодействию между молекулами? Приведите пример водородной связи.
Дайте определение понятию длина связи. Как изменяется длина связи между атомами в молекулах фтороводорода, хлороводорода, бромоводорода, иодоводорода. Объясните, используя графические формулы для этих соединений и учитывая их положение в периодической системе
Слайд 62

7.Какая характеристика служит мерой полярности молекулы? Как она определяется? Каковы пределы

7.Какая характеристика служит мерой полярности молекулы? Как она определяется? Каковы

пределы ее значений для неполярных и полярных молекул?
8.Дайте определение понятию степень окисления. Всегда ли численно совпадают степень окисления и валентность. Графические формулы воды и перекиси водорода: Н-О-Н и
Н-О-О-Н соответственно. Каковы валентность и степень окисления атома кислорода в этих соединениях. Для ответа используйте значения ОЭО атомов элементов.
9. Какие механизмы образования химической связи вы знаете?
10.Покажите схему образования ковалентной связи по донорно-акцепторному механизму на примере иона аммония.
11. Приведите схемы перекрывания р-электронных облаков при образовании σ-связи и π-связи. Приведите графическую формулу молекулы азота. Сколько σ- и π-связей в молекул азота, кислорода, этилена, ацетилена, ортофосфорной кислоты?