Содержание
- 2. 2) LiCoO2 или Li[CoO6/3]2∞ – электродный материал литий-ионного аккумулятора. В этой структуре сочетается сразу несколько типов
- 3. В водном растворе каждый ион связан с молекулами воды. На рисунке показана только одна молекула воды,
- 4. частей: 1 от Н и по 0,5 от двух Al. Все гидроксилы мостиковые, структура немолекулярная. В
- 5. Варианты расчёта валентности связи В общем случае связи у данного атома неравноценны по длинам, а часто
- 6. – вместо однозначной связи между L и S даётся закон распределения степени окисле-ния («валентности») катиона между
- 7. Показатели степени в формуле Пятенко для оксидов Если нужного элемента нет в таблице, поищите в ней
- 9. Скачать презентацию
2) LiCoO2 или Li[CoO6/3]2∞ – электродный материал литий-ионного аккумулятора.
В этой структуре
2) LiCoO2 или Li[CoO6/3]2∞ – электродный материал литий-ионного аккумулятора.
В этой структуре
3) Пример использования принципа ЛБВ при прогнозе новых соединений. Одно время вызывали большой интерес соединения структурного типа пирохлора с общей формулой A2M2X6Y, где A – более крупные катионы с КЧ 8 (6X+2Y), M – более мелкие катионы, окружённые шестью X, а окружение анионов определите самостоятельно. Однако соединения A2M2O7, где A – щелочноземельный или щелочной ион (например, Na2W2O7 или Ca2Nb2O7) не образуют такую структуру, а Sm2Ti2O7, NaCaNb2O6F и NaPbNb2O6,5 образуют, хотя Na+, Ca2+, Pb2+ и Sm3+, Ti4+, Nb5+ и W6+, O2- и F- сходны по размерам и координационным предпочтениям. Главная проблема здесь – в обеспечении ЛБВ на анионе Х. Вычислите сумму валентностей для седьмого аниона в каждом из перечисленных случаев и увидите различие.
В водном растворе каждый ион связан с молекулами воды.
На рисунке показана
В водном растворе каждый ион связан с молекулами воды.
На рисунке показана
4) Обсудим склонность гидратированного катиона алюминия к гидролизу – отрыву иона водорода от гидратной оболочки – и к конденсации гидролизованных ионов.
иметь максимальное КЧ 6. В ионном кристалле КЧ может быть меньше по условиям координационного баланса или совместимости координационных групп, но с нейтральными молекулами таких ограничений нет, поэтому неизбежно КЧ 6. Тогда S(Al-O)=3/6=0,5. Тогда у кислорода на связи с Н остаётся 1,5, и S(O-H)=0.75 – связь довольно прочна, но всё же слабее, чем в свободной молекуле воды. Поэтому отрыв протона маловероятен, но иногда возможен. При такой схеме у атома водорода до его валентности 1 не хватает 0,25 единиц валентности. Они восполняются водородной связью с молекулой воды из второй гидратной оболочки. Сравнение величин S(O-H) у разных гидратированных катионов позволяет сравнивать их по кислотности водных растворов их солей.
Но что происходит, когда протон оторвался? Атом кислорода сразу становится валентно ненасыщенным: даже если от оставшегося Н он получит не 0,75, а 1,00, всё равно в сумме со связью O-Al получается лишь 1,5. Чтобы восстановить ЛБВ, есть два варианта: а) резкое упрочнение данной связи
Al-O за счёт ослабления других, что нехарактерно
для Al3+ в отличие, например, от d0-ионов (Ti4+, V5+);
б) присоединение второго Al3+, который даст недо-
стающие 0,5 единиц валентности. Идёт конденсация,
два октаэдра соединяются общим ребром:
частей: 1 от Н и по 0,5 от двух Al. Все
частей: 1 от Н и по 0,5 от двух Al. Все
Если связывать ионы водорода, то гидролиз усиливается вместе с конденсацией, и в пределе получается гигантский полимер, где все гидроксилы мостиковые: [Al(OH)6/2] 2∞, который выпадает в осадок. Встречающиеся в некоторых учебниках версии о трёх ступенях гидролиза трёхзарядного катиона и формулы вроде [Al(OH)3(H2O)3] не имеют никакого отношения к действительности. Если бы гидроксид состоял из таких молекул с концевыми гидроксилами, он бы не выпадал в осадок, а прекрасно растворялся бы в воде – не хуже, чем спирт, где всего один гидроксил.
5) Определим, какой из гидроксидов – Al(OH)3 или Sn(OH)4 – менее устойчив и легко теряет воду даже без нагревания. У обоих катионов – Al3+ и Sn4+ – типичное КЧ 6 и искажения октаэдра нехарактерны. Тогда S(Al-O) = 3/6 = 0.5, а S(Sn-O) = 4/6 = 0.67. Валентность гидроксогруппы ОН – единица. Поэтому ей нужно две связи с алюминием: как уже описано выше, каждый атом О получает свою валентность 2 из трёх
Варианты расчёта валентности связи
В общем случае связи у данного атома неравноценны
Варианты расчёта валентности связи
В общем случае связи у данного атома неравноценны
1) Метод Полинга-Брауна – наиболее универсальный и общепринятый.
S=exp[(L0-L)/B], где
L – длина связи А-Х, L0 – константа, специфичная для данной пары элементов с учётом степеней окисления, а B – константа, обычно принимаемая за 0,37 Å. Из формулы следует, что при L= L0 валентность связи S=1, значит L0 имеет смысл длины ординарной связи. В ионно-ковалентных структурах обычно КЧ>валентности, L>L0, а S<1. Сокращённый список значений L0 есть в «Задачнике по структурной химии» (Приложение 3), а более полный можно найти в виде текстового файла bvparm2013.cif на сайте Межународного союза кристаллографов:
http://www.iucr.org/resources/data/datasets/bond-valence-parameters
Оборотная сторона универсальности этого метода – невысокая точность. В частности, одинаковая величина В для всех связей предполагает, что у них с ростом расстояния величины S убывают по одному и тому же закону. Между тем, достаточно очевидно, что ионная связь – более дальнодействующая, т.е. S должна убывать не так круто, как при ковалентной связи, которая резко ослабевает с уменьшением перекрывания АО.
2) Метод Пятенко – более узко применимый, но при этом более точный. Его особенности:
– применим только к соединениям с однотипными анионами (к оксидам);
– вместо однозначной связи между L и S даётся закон распределения
– вместо однозначной связи между L и S даётся закон распределения
– вместо экспоненциальной используется степенная зависимость, где показатель степени n зависит от разности электроотрицательностей: для наиболее ионных связей он равен 2 (закон Кулона!), а для ковалентных доходит до 7.
SAX = KA × LAX–n,
где SAX – валентность связи между атомами А и Х, LAX – её длина, n – показатель, зависящий от степени ионности связи (см. таблицу на следующем слайде), KA – нормирующий множитель для катиона А, определяемый из условия баланса валентности на катионе А:
KA = ZA/Σ(LAX(i) –n),
где ZA – степень окисления А, i – номер его соседа, и суммирование проводится по всем его соседям.
Разумеется, те же формулы можно применять не только к оксидам, но и к сульфидам, галогенидам и т.д., но тогда нужно будет подобрать иные значения n.
Задача 23. В той же структуре, которая предложена для реферата, найдите обоими методами валентности всех связей и проверьте выполнение локального баланса валентности на каждом атоме. Заметьте, что даже если структура ошибочная и ЛБВ в ней не сходится, глобальный баланс всегда сходится: сумма валентностей связей всех катионов должна равняться сумме валентностей связей всех анионов, ведь это одни и те же цифры. Это надо проверить с учётом кратностей позиций. Если совпадения нет – есть ошибка в расчёте (2 балла).
Задача 24. Вычислите валентность связи О-Н в данных аквакатионах и определите, какой из них более склонен к гидролизу, какой – к конденсации гидролизованных форм (1 балл).
Показатели степени в формуле Пятенко для оксидов
Если нужного элемента нет в
Показатели степени в формуле Пятенко для оксидов
Если нужного элемента нет в