Какими свойствами обладают вещества с ковалентными полярными связями
Приложение.
Карточка 1.
Тема: Ковалентная неполярная связь. Свойства веществ с ковалентной неполярной связью. Молекулярная и атомная кристаллические решетки.
I. Изучите и умейте объяснить:
1. Признаки ковалентной неполярной связи:
характер химических элементов – ковалентную неполярную связь образуют атомы неметаллов с одинаковой электроотрицательностью.
механизм образования связи: каждый атом неметалла отдает в общее пользование другому атому свои наружные неспаренные электроны: общая электронная плотность в равной мере принадлежит обоим атомам.
2. Примеры образования ковалентной неполярной связи: водород, фтор, кислород, азот.
3. Свойства веществ с ковалентной неполярной связью:
o При обычных условиях вещества газообразные (водород, кислород), жидкие (бром), твердые (иод, фосфор).
o Большинство веществ сильнолетучие, т.е. имеют очень низкие температуры плавления и кипения.
o Растворы и расплавы веществ электрического тока не проводят. Почему?
Если в молекулах простых веществ ковалентная неполярная связь, то между молекулами действуют очень слабые межмолекулярные силы. Это приводит к образованию сильнолетучих веществ с молекулярной кристаллической решеткой. В твердом виде в узлах кристаллической решетки вещества находятся неполярные молекулы, электроны, осуществляющие ковалентную неполярную связь, по кристаллу не перемещаются. Такое строение является причиной общих свойств: вещества с молекулярной кристаллической решеткой электрического тока не проводят. Рассмотрим образование химической связи в алмазе (см. модель кристаллической решетки алмаза). Алмаз самое твердое и тугоплавкое вещество. Следовательно, в узлах кристаллической решетки алмаза находятся не молекулы, а атомы углерода, связанные посредством ковалентной неполярной связи. Кристаллы алмаза имеют атомную кристаллическую решетку. Кристаллы с атомной кристаллической решеткой образуют также кремний, германий, бор.
II. Рассмотрите на рисунке или моделях кристаллические решетки иода и алмаза.
III. Познакомьтесь с образцами веществ, имеющих ковалентную неполярную связь.
Вопросы и задания для самоконтроля.
1. Какие элементы образуют ковалентную неполярную связь?
2. Каков механизм образования ковалентной неполярной связи?
3. Какими свойствами обладают вещества с молекулярными кристаллическими решетками? Почему?
4. Какими свойствами обладают вещества с атомными кристаллическими решетками? Почему?
5. Составьте химические формулы веществ: азота, натрий хлорида, гидроген бромида, хлора, дигидрогенсульфида, калий фторида. В молекулах каких из этих веществ имеется ковалентная неполярная связь? Изобразите электронную и структурные формулы молекул этих веществ.
Карточка 2.
Тема: Ковалентная полярная связь. Свойства веществ с ковалентной полярной связью. Молекулярная и атомная кристаллические решетки.
I. Изучите и умейте объяснить:
1. Признаки ковалентной полярной связи:
характер химических элементов – ковалентную полярную связь образуют атомы неметаллов с разной электроотрицательностью.
механизм образования связи: каждый атом неметалла отдает в общее пользование другому атому свои наружние неспаренные электроны: общая электронная пара смещена к более электроотрицательному атому.
2. Примеры образования ковалентной неполярной связи: вода, аммиак, гидроген хлорид.
3. Свойства веществ с ковалентной полярной связью:
o При обычных условиях вещества газообразные, жидкие, твердые.
o Большинство веществ имеют относительно низкие температуры плавления и кипения.
o Растворы многих веществ проводят электрический ток. Почему?
Если в молекулах простых веществ ковалентная полярная связь, то молекулы притягиваются друг к другу своими противоположно заряженными полюсами, но с меньшей силой, чем ионы. Это приводит к образованию молекулярной кристаллической решетки, в узлах которой находятся полярные молекулы. Поскольку межмолекулярные силы не велики (по сравнению с силами между ионами), то вещества с молекулярной кристаллической решеткой летучи, т.е. имеют довольно низкие температуры плавления и кипения.
II. Рассмотрите на рисунке или моделях кристаллическую решетку твердой воды, объясните ее строение.
III. Познакомьтесь с образцами веществ, имеющих ковалентную полярную связь, предскажите их физические свойства, сверьте свои предположения со справочным материалом.
Вопросы и задания для самоконтроля.
1. Какие элементы образуют ковалентную полярную связь?
2. Каков механизм образования ковалентной полярной связи?
3. Какими свойствами обладают вещества с ковалентными полярными связями. Почему?
4. Какие вещества, образцы которых выставлены на столе, имеют ковалентную полярную связь?
5. Карборунд (силиций карбид SiC) – один из самых твердых и термостойких минералов. Его используют как огнеупорный и абразивный материал. Какой вид химической связи и тип кристаллической решетки в этом веществе? Изобразите схематически фрагмент кристаллической решетки карборунда.
Карточка 3.
Дата добавления: 2016-12-31; просмотров: 2281 | Нарушение авторских прав | Изречения для студентов
Читайте также:
Рекомендуемый контект:
Поиск на сайте:
© 2015-2020 lektsii.org – Контакты – Последнее добавление
Источник
Ковалентная связь осуществляется за счёт обобществления электронов, принадлежащих обоим участвующим во взаимодействии атомам. Электроотрицательности неметаллов достаточно велики, поэтому передачи электронов не происходит.
Электроны, находящиеся на перекрывающихся электронных орбиталях, поступают в общее пользование. При этом создаётся ситуация, при которой внешние электронные уровни атомов оказываются заполненными, то есть образуется 8-ми или 2-х электронная внешняя оболочка.
…
Состояние, при котором электронная оболочка заполнена полностью, характеризуется наименьшей энергией, а соответственно, и максимальной устойчивостью.
Механизмов образования два:
- донорно-акцепторный;
- обменный.
В первом случае один из атомов предоставляет свою пару электронов, а второй — свободную электронную орбиталь.
Это интересно: как расставлять коэффициенты в химических уравнениях?
Во втором — в общую пару приходит по одному электрону от каждого участника взаимодействия.
В зависимости от того, к какому типу относятся — атомному или молекулярному, соединения с подобным видом связи могут значительно различаться по физико-химическим характеристикам.
Ковалентная неполярная химическая связь
Молекулярные вещества чаще всего газы, жидкость или твёрдые вещества с низкими температурами плавления и кипения, неэлектропроводные, обладающие малой прочностью. К ним можно отнести: водород (H 2), кислород (O 2), азот (N 2), хлор (Cl 2), бром (Br 2), ромбическую серу (S 8), белый фосфор (P 4) и другие простые вещества; диоксид углерода (CO 2), диоксид серы (SO 2), оксид азота V (N 2 O 5), воду (H 2 O), хлороводород (HCl), фтороводород (HF), аммиак (NH 3), метан (CH 4), этиловый спирт (C 2 H 5 OH), органические полимеры и другие.
Это интересно: алканы — химические свойства предельных углеводородов.
Вещества атомные существуют в виде прочных кристаллов, имеющих высокие температуры кипения и плавления, не растворимы в воде и прочих растворителях, многие не проводят электрический ток. Как пример можно привести алмаз, который обладает исключительной прочностью. Это объясняется тем, что алмаз представляет собой кристалл, состоящий из атомов углерода, соединённых ковалентными связями. В алмазе нет отдельных молекул. Также атомным строением обладают такие вещества, как графит, кремний (Si), диоксид кремния (SiO 2), карбид кремния (SiC) и другие.
Ковалентные связи могут быть не только одинарными (как в молекуле хлора Cl2), но также двойные, как в молекуле кислорода О2, или тройные, как, например, в молекуле азота N2. При этом тройные имеют большую энергию и более прочны, чем двойные и одинарные.
Ковалентная связь может быть образована как между двумя атомами одного элемента (неполярная), так и между атомами различных химических элементов (полярная).
Указать формулу соединения с ковалентной полярной связью не представляет труда, если сравнить значения электроотрицательностей, входящих в состав молекул атомов. Отсутствие разницы в электроотрицательности определит неполярность. Если же разница есть, то молекула будет полярна.
Не пропустите: механизм образования металлической связи, конкретные примеры.
Ковалентная неполярная химическая связь
Характерна для простых веществ неметаллов. Электроны принадлежат атомам в равной степени, и смещения электронной плотности не происходит.
Примером могут служить следующие молекулы:
H2, O2, О3, N2, F2, Cl2.
Исключением являются инертные газы. Их внешний энергетический уровень заполнен полностью, и образование молекул им энергетически не выгодно, в связи с чем они существуют в виде отдельных атомов.
Также примером веществ с неполярной ковалентной связью будет, например, РН3. Несмотря на то, что вещество состоит из различных элементов, значения электроотрицательностей элементов фактически не различаются, а значит, смещения электронной пары происходить не будет.
Видео: Виды химической связи: ионная, ковалентная полярная и неполярная, донорно-акцепторная
Ковалентная полярная химическая связь
Рассматривая ковалентную полярную связь, примеров можно привести множество: HCl, H2O, H2S, NH3, CH4, CO2, SO3, CCl4, SiO2, СО.
Ковалентная полярная связь образуется между атомами неметаллов с различной электроотрицательностью. При этом ядро элемента с большей электроотрицательностью притягивает общие электроны ближе к себе.
Схема образования ковалентной полярной связи
В зависимости от механизма образования общими могут становиться электроны одного из атомов или обоих.
На картинке наглядно представлено взаимодействие в молекуле соляной кислоты.
Пара электронов принадлежит и одному атому, и второму, у обоих, таким образом, внешние уровни заполнены. Но более электроотрицательный хлор притягивает пару электронов чуть ближе к себе (при этом она остаётся общей). Разница в электроотрицательности недостаточно большая, чтобы пара электронов перешла к одному из атомов полностью. В результате возникает частичный отрицательный заряд у хлора и частичный положительный у водорода. Молекула HCl является полярной молекулой.
Физико-химические свойства связи
Связь можно охарактеризовать следующими свойствами: направленность, полярность, поляризуемость и насыщаемость.
- Насыщаемость — характеристика, определяющая, сколько связей способен сформировать атом.
- Направленность — свойство, которое зависит от строения образующейся молекулы, от её геометрической формы. Направленность обуславливается тем, что перекрывающиеся орбитали имеют определённую ориентацию в пространстве.
- Полярность определяется смещением электронной плотности ближе к одному из ядер атомов. Это свойство характеризуется такой величиной, как дипольный момент.
- Поляризуемость определяет, насколько сильно меняется полярность молекулы под действием внешних сил (электромагнитного поля, например).
Источник
Ковалентная связь
Определение
Связь, возникающая при взаимодействии электронов с образованием обобщенных электронных пар, называется ковалентной.
В случае если взаимодействующие атомы имеют равные значения электроотрицательности, общая электронная пара в равной степени принадлежит обоим атомам, то есть находится на равном расстоянии от обоих атомов. Такая ковалентная связь называется неполярной. Она имеет место в простых веществах-неметаллах: H$_2$, О$_2$, N$_2$, Cl$_2$, P$_4$, O$_3$.
При взаимодействии атомов, имеющих различные значения электроотрицательности, например водорода и хлора, общая электронная пара оказывается смещенной в сторону атома с большей электроотрицательностью, то есть в сторону хлора.
Атом хлора приобретает частичный отрицательный заряд, а атом водорода — частичный положительный. Это пример полярной ковалентной связи.
Молекула, в которой разделены центры положительного и отрицательного зарядов, называется диполем. Полярная связь имеет место между атомами с различной, но не сильно различающейся электроотрицательностью, например между различными неметаллами. Примерами соединений с полярными ковалентными связями являются соединения неметаллов друг с другом, а также различные ионы, содержащие атомы неметаллов (NO$_3^–$, CH$_3$COO$^–$). Особенно много ковалентных полярных соединений среди органических веществ.
Характеристики ковалентной связи
ПОЛЯРНОСТЬ СВЯЗИ
Определение
Полярность ковалентной химической связи показывает перераспределение электронной плотности вокруг ядер атомов в молекуле в сравнении с распределением электронной плотности в нейтральных атомах, образующих данную связь.
Полярность связи зависит от видов атомов, образующих связь, и от эффективных зарядов на атомах. В органической химии эффективные заряды обозначаются +$delta$ и –$delta$. Полярность связи имеет определяющее значение для механизма протекания реакции. Неполярная связь образуется между атомами с одинаковой электроотрицательностью. В молекулах с неполярной связью дипольный момент связи равен нулю. Полярная связи тем больше, чем больше разница электроотрицательностей элементов, ее образующих.
Задание
Расположите соединения в порядке уменьшения полярности связи: NaCl, NaI, NaBr, NaF.
Можно воспользоваться таблицей со значениями электроотрицательности (по шкале Полинга) и найти разность электроотрицательностей $Deltachi$ элементов в каждом соединении.
$Deltachi(NaCl)=| chi(Cl) – chi(Na)|=|3,16 – 0,93| = 2,23$
$Deltachi(NaI)=| chi(I) – chi(Na)|=|2,66 – 0,93| = 1,73$
$Deltachi(NaBr)=| chi(Br) – chi(Na)|=|2,96 – 0,93| = 2,03$
$Deltachi(NaF)=| chi(F) – chi(Na)|=|4,0 – 0,93| = 3,07$
Следовательно, вещества можно расположить в ряд увеличения $Deltachi$:
NaF ($Deltachi = 3,07$) >NaCl ($Deltachi= 2,23$) > NaBr ($Deltachi = 2,03$) > NaI ($Deltachi=1,73$).
Это задание можно решить, и не имея под рукой точных значений ЭО. Для этого достаточно понимать, что самый электроотрицательный элемент — фтор, а значит, в периоде слева направо ЭО увеличивается, а в группе сверху вниз — уменьшается. Зная это и приняв ЭО(Na) за некую постоянную, можно понять, что галогены будут расположены в ряд уменьшения ЭО следующим образом:
$chi(F) > chi(Cl) > chi(Br) > chi(I).$
Следовательно, разница электроотрицательностей, а значит, и полярность перечисленных галогенидов натрия будет уменьшаться таким же образом.
ТИП ПЕРЕКРЫВАНИЯ АО И КРАТНОСТЬ СВЯЗИ
По типу перекрывания электронных орбиталей ковалентная химическая связь подразделяется на $sigma$- и $pi$-связи.
Греческие буквы $sigma$ и $pi$ соответствуют латинским буквам s и р, которые обозначают формы электронных орбиталей атомов, участвующих в образовании $sigma$- и $pi$-связей соответственно. $sigma$-связь образуется в результате образования одной общей электронной пары (общей электронной плотности) за счет перекрывания электронных орбиталей s-s, s-p или р-р-типа.
Такие варианты образования связи характерны для простых неорганических соединений. В органических соединениях $sigma$-связь образовывается за счет перекрывания гибридных орбиталей атомов углерода и некоторых других атомов. Так, в молекуле этана все C–H-связи образованы за счет перекрывания $sp^3$-гибридных орбиталей с s-орбиталями атома водорода, а связь C–C — за счет перекрывания $sp^3$-гибридных орбиталей атомов углерода. В этом случае все связи являются одинарными.
В образовании π-связи в органических веществах принимают участие только р-электроны, перекрываясь в плоскости, перпендикулярной плоскости образующихся $sigma$-связей. В случае одновременного перекрывания двух $sp^3$-гибридных орбиталей и двух $р_у$-электронных орбиталей соседних атомов углерода образуется двойная связь C=C: одна C–C $sigma$-связь и одна C–C $pi$-связь. Оба атома углерода $sp^2$-гибридизованы. На схеме $sigma$-связи изображаются прямыми линиями, а $pi$-связь — в виде вытянутых перекрывающихся «восьмерок». Заштрихованные участки означают области общей электронной плотности. Таким образом, в молекуле этена (этилена) $CH_2=CH_2$ всего можно выделить пять $sigma$-связей и одну $pi$-связь, а в молекуле пропена (пропилена) $CH_3–CH=CH_2$ — всего восемь $sigma$-связей и одну $pi$-связь.
В случае же одновременного перекрывания двух $sp^3$-гибридных орбиталей, двух $р_у$- и двух $р_z$-электронных орбиталей соседних атомов углерода образуется тройная связь С$equiv$С: одна C–C $sigma$-связь и две C–C $pi$-связи. При образовании тройной связи оба атома углерода sp-гибридизованы. Таким образом, в молекуле этина (ацетилена) CH$equiv$CH всего можно выделить три $sigma$ -связи и две $pi$-связи, а в молекуле пропина $CH_3–C equiv CH$ — пять $sigma$-связей и две $pi$-связи.
Одинарные, двойные и тройные связи в молекулах химических веществ называют кратными связями.
ДЛИНА, ПРОЧНОСТЬ И ЭНЕРГИЯ СВЯЗИ
Определение
Кратность связи — количество общих электронных пар между атомами.
Ковалентные химические связи в молекулах характеризуются двумя взаимосвязанными параметрами: длиной и прочностью (энергией связи или энергией разрыва связи). Сравнение этих характеристик (на примере атомов углерода) приведено в следующей таблице.
| Кратность связи | Межъядерное расстояние (длина связи), Å | Энергия связи, кДж/моль |
|---|---|---|
| Одинарная (C–C) | 1,54 | 348 |
| Двойная (C=C) | 1,34 | 614 |
| Тройная (C$equiv$C) | 1,20 | 839 |
Определение
Энергия связи — энергия, необходимая для разрыва всех связей в веществе количеством 1 моль.
Как видно из таблицы, самой короткой и самой прочной является тройная связь. Однако в этом случае речь идет о полном разрушении (разрыве) связи. Если же говорить о химической активности вещества, то есть о возможности разрыва только одной из связей ($sigma$ или $pi$), то необходимо сравнивать характерные особенности $sigma$- и $pi$-связей по отдельности:
Самой прочной является $sigma$-связь, ее энергия составляет 82,3 кДж. Это связано, во-первых, с более эффективным осевым перекрыванием АО при образовании МО, а во-вторых, с тем, что $sigma$-электроны находятся непосредственно между ядрами связываемых атомов. Энергия $pi$-связи составляет 63,3 кДж.
$pi$-электроны, находясь вне межъядерного пространства, более подвижны, чем $sigma$-электроны, поэтому $pi$-связь более поляризована, чем $pi$-связь.
Вокруг $sigma$-связи возможно внутримолекулярное вращение атомов, в то время как вокруг $pi$-связи такое вращение невозможно.
направленность И насыщенность
Направленность связи обуславливает строение веществ и геометрическое строение их молекул.
Форма молекул определяется типом электронных облаков, участвующих в образовании связи, а также фактом наличия или отсутствия неподеленных электронных пар. Так, например, молекула СО$_2$ является линейной (нет неподеленных электронных пар), а Н$_2$О и SO$_2$ — уголковыми (есть неподеленные пары).
Насыщаемость связи характеризует способность каждого атома образовать ограниченное число связей, которое обусловлено количеством валентных орбиталей.
Источник