Состоянию для любого атома с Е min соответствует “завершенная снаружи“ электронная оболочка (для атомов 1 го периода –Н и Не – это два электрона, для всех остальных элементов восемь электронов, - правило октета). Способов достиженияЕ min у атомов несколько.

Схема образования ионной связи

Используются два способа достижения атомами состояния с Е min:

(а) приём электронов, недостающих до завершения наружного слоя электронной оболочки;

(б) отдача наружных электронов для “обнажения “ ранее завершенного предвнешнего слоя электронной оболочки.

Оба способа достижения атомами Е min реализуются одновременно при возникновении ионной связи:

В результате передачи электрона от атома Na атому Cl оба атома приобрели Е min

(8 электронов “снаружи” у каждого). Теперь атомы стали противоположно заряженными ионами, которые притягиваются друг к другу электростатически, - ионная связь.

Ковалентная связь

Третий способ достижения атомами Е min - обобществление электронов соединяющихся атомов с одновременной достройкой электронных оболочек соединяющихся атомов.

Между соединяющимися атомами возникают общие электронные пары, находящиеся в совместном пользовании обоих атомов. В итоге сразу несколько атомов достигли Е min (здесь 2 электрона у атома Н и 8 электронов у атома С).

Общие (связывающие) электронные пары – ковалентная связь , - главный вид связи в органической химии.

Связи между органогенными элементами могут быть как простые (одинарные), так и кратные (двойные или тройные, осуществляемые, соответственно, двумя или тремя общими электронными парами).

Такое, хотя и очень упрощенное, представление о ковалентной связи с позиций ПМ удобно использовать для обсуждения (объяснения) способов разрыва и образования связей, механизмов и типов органических реакций.

Для объяснения структуры молекул а, следовательно, и их химических свойств ПМ недостаточна. Структура молекул может быть объяснена только с позиций квантово-механической модели строения атома.

С позиций КММ химическая связь – это перекрывание орбиталей соединяющихся атомов с образованием между их ядрами областей повышенной электронной плотности.

Способов перекрывания орбиталей - два:

1) “лобовое “ перекрывание (s - связь);

2) “боковое “ перекрывание (p - связь).

s - связь (сигма – связь)

В образовании s - связи могут участвовать атомные орбитали всех типов – и простые (s- и p-), и гибридные (sp, sp 2 и sp 3). Область повышенной электронной плотности (область перекрывания) лежит на линии связи (воображаемой линии, соединяющей центры атомов) – рис.8.

Схемы образования s - связи перекрыванием орбиталей различного типа

p - связь (пи –связь)

В образовании p - связи могут участвовать только симметричные негибридные р - орбитали* соединяющихся атомов, ориентированные вдоль параллельных осей пространства.

При этом способе перекрывания орбиталей область повышенной электронной плотности (область перекрывания) не лежит на линии связи.

Важно при этом подчеркнуть, что p - связь – это не двойная связь, это такой способ перекрывания орбиталей. p - связь - одинарная, образованная одной общей электронной парой (как и s) ковалентная связь. Но p - электроны находятся на периферии молекулы и в первую очередь подвергаются “атаке“ реагента. Кроме того p - связь менее прочна, чем s - связь, а потому соединения с p - связью обладают повышенной реакционной способностью.

* В образовании p - связей могут также участвовать и d – орбитали (здесь не рассматриваются).

Кратные связи

С позиций КММ кратная связь - это одновременное наличие s - и p - связей между двумя атомами.

Если между атомами есть химическая связь, - s -связь есть всегда. Двойная связь - это одна s - и одна p - связи (см. рис.11). Тройная связь - это одна s - и две p - связи (см. рис.12). При изображении структурных формул s - и p - связи показывают одинаковыми валентными штрихами. Важно при этом помнить о различной природе s - и p - связей.

Структура и модели молекул

а) порядок связи атомов в молекуле (“кто с кем“ связан);

б) характер взаимного расположения атомов в пространстве друг относительно друга;

в) типы связей между атомами.

Структурообразующей является s - связь , поскольку она направленная .

Направленность s - связи выражается в том, что несколько атомов, связанных с одним и тем же (центральным) атомом молекулы, располагаются в пространстве строго по направлениям ориентации гибридных орбиталей центрального атома.

Углерод в первом валентном состоянии (sp 3). (Н – С) – связи - s(sp 3 – s). Атомы Н располагаются по направлениям ориентации гибридных sp 3 – орбиталей атома С. Молекула объёмная.

Структура (а) и модель (б) молекулы этилена С 2 Н 4 .

Углерод во втором валентном состоянии (sp 2). Атомы Н располагаются по направлениям ориентации гибридных sp 2 – орбиталей углерода. Все шесть атомов молекулы С 2 Н 4 лежат в одной плоскости (ХУ). Молекула этилена – плоская. Между атомами углерода – две связи: 1) s (sp 2 – sp 2) и 2) p (р z - р z). Между атомами углерода и водорода 4 s (sp 2 – s) связи.

Структура (а) и модель (б) молекулы ацетилена С 2 Н 2 .

Углерод в третьем валентном состоянии (sp).Атомы Н располагаются по направлениям ориентации гибридных sp – орбиталей углерода; все четыре атома молекулы лежат на одной линии, - молекула ацетилена линейна. Между атомами углерода три связи: 1) s (sp – sp) , 2) p (р z - р z) и 3) p (р y - р y). Между атомами углерода и водорода 2 s (sp – s) связи.

4. Природа и типы химической связи. Ковалентная связь

4.5. Типы ковалентной связи

При образовании ковалентной связи АО могут перекрываться по-разному, поэтому различают ковалентные связи σ- и π-типа.

В случае связи σ-связи АО перекрываются вдоль линии, соединяющей ядра атомов (осевое перекрывание):

При образовании связи π-типа перекрывание AO осуществляется вне линии, соединяющей ядра атомов (боковое перекрывание):

Связи π-типа образуются с участием р - или d -АО; с участием s -AO могут образовываться связи только σ-типа.

Различают одинарные (простые) и кратные связи.

Одинарная связь - это связь, образованная одной парой электронов. Как правило, это σ-связь.

Кратными называются двойные и тройные связи, т.е. связи, образованные соответственно двумя и тремя общими электронными парами. Двойная связь состоит из одной σ- и одной π-связи, а тройная - из одной σ- и двух π-связей (как видим, между двумя атомами максимально может образоваться только одна σ-связь и только две π-связи). Примеры структур молекул с разным числом одинарных и кратных связей:

На рис. 4.4 подробно показано образование связей в молекуле азота.

Рис. 4.4. Схема образования тройной связи в молекуле азота

Поскольку электронное облако σ-связи обладает цилиндрической симметрией, вокруг оси данной связи возможно свободное, не разрушающее связь, вращение атомов или атомных групп. Однако вокруг кратных связей такое вращение невозможно, поскольку энергия вращательного движения гораздо меньше, чем энергия π-связи. В случае алкенов это приводит к появлению цис -, транс -изомеров.

При осевом перекрывании АО электронная плотность в межъядерном пространстве больше, чем при боковом. Поэтому σ-связи прочнее, чем π-связи, и как раз по этой причине образуются в первую очередь.

Различают ковалентные полярные и ковалентные неполярные химические связи.

Ковалентная неполярная связь - это связь между атомами неметаллов с одинаковой электроотрицательностью (H 2 , O 2 , Cl 2 , N 2 и т.д.). В молекулах с этой связью электронная плотность связи поровну распределена между атомами (нет зарядовых полюсов, связь неполярная), поэтому атомы электронейтральны.

Ковалентная полярная связь - это связь между атомами неметаллов с различной электроотрицательностью. В случае таких молекул общая электронная плотность связи смещена в сторону атома с большим значением χ. В результате на атоме с меньшим значением χ возникает избыточный частичный положительный заряд, а на атоме с большей электроотрицательностью - такой же по величине, но избыточный отрицательный заряд δ − (H δ+ –Cl δ− , P δ+ –F δ−). Такие частичные заряды называются эффективными .

Полярные молекулы называются диполями (имеют два полюса - положительный и отрицательный), условно их обозначают в виде эллипса . Примеры полярных молекул: NH 3 , SO 2 , H 2 O, HCl, HF, HBr, HI.

Способность электронного облака смещаться к одному из связанных атомов (поляризация) различна для σ- и π-связей. Легче поляризуется электронное облако π-связи, что оказывает существенное влияние на строение продуктов реакций с участием алкенов (правило Марковникова).

Качественно оценить степень полярности связи можно, сравнивая значения χ атомов, образовавших связь: чем больше ∆χ этих атомов , тем связь более полярная и тем больше величина частичных эффективных зарядов δ на атомах, образовавших связь. Например, связь О−Н более полярная, чем N−H, так как χ(O) > χ(N), а связь H−F более полярная, чем связь Н−О, поскольку χ(F) > χ(O).

Пример 4.2. Укажите наименее полярную химическую связь в молекулах:

Решение. Записываем в ряд по возрастанию электроотрицательностей χ атомы элементов, образующих указанные вещества,

Длина отрезков ∆χ - это разность электроотрицательностей атомов, образовавших химическую связь: чем больше длина отрезка, тем более полярная связь Н−Э, чем она меньше, тем менее полярная связь Н−Э.

Видим, что длина отрезка ∆χ наименьшая в случае элемента фосфора. Таким образом, наименее полярная связь Н−Р.

Ответ : 4).

Полярность отдельных связей следует отличать от полярности молекулы в целом. При этом нужно руководствоваться следующими правилами:

а) двухатомные молекулы с полярной связью (СО, HF, NО) всегда полярные;

б) трехатомные молекулы типа A 2 B (H 2 O, CO 2 , BeH 2 , BeCl 2 , SO 2 , H 2 S) неполярные, если имеют линейное строение:

O=C=O H–Be–H Cl–Be–Cl

и полярные, если имеют угловое строение:

в) четырехатомные молекулы состава A 3 B неполярные, если имеют форму правильного треугольника:

и полярные, если имеют пирамидальное строение:

В силу высокой симметрии неполярны молекулы бензола, метана и его тетрагалогенпроизводных с одним и тем же галогеном. Напротив, моногалогенпроизводные бензола, а также производные метана с одним - тремя атомами одного и того же галогена в молекуле будут полярными.

11. В каком ряду перечислены вещества только с ковалентной полярной связью:

1) СН4 Н2 Сl2 2)NH3 HBr CO2 3) PCl3 KCl CCl4 4) H2S SO2 LiF
12. В каком ряду перечислены вещества только с ионным типом связи:
1) F2O LiF SF4 2) PCl3 NaCl CO2 3) KF Li2O BaCl2 4) СаF2 CH4 CCl4
13. Соединение с ионной связью образуется при взаимодействии
1) CH4 и O2 2)NH3 и HCl 3) C2H6 и HNO3 4) SO3 и H2O
14. В каком веществе все химические связи - ковалентные неполярные?
1) Алмаз 2) Оксид углерода (IV) 3) Золото 4) Метан
15. Связь, образующаяся между элементами с порядковыми номерами 15 и 53
1)ионная 2)металлическая
3)ковалентная неполярная 4)ковалентная полярная
16. Водородная связь образуется между молекулами
1) этана 2) бензола 3) водорода 4) этанола
17. В каком веществе есть водородные связи?
1) Сероводород 2)Лед 3) Бромоводород 4) Бензол
18.В каком веществе есть одновременно ионные и ковалентные химические связи?
1) Хлорид натрия 2) Хлороводород 3) Сульфат натрия 4) Фосфорная кислота
19. Более выраженный ионный характер имеет химическая связь в молекуле
1)бромида лития 2)хлорида меди 3)карбида кальция 4)фторида калия
20. Тремя общими электронными парами образована ковалентная связь в молекуле 1) азота 2) сероводорода 3) метана 4) хлора
21.Сколько электронов участвует в образовании химических связей в молекуле воды? 1) 2 ​ 2) 3 3) 4 4) 18
22.Четыре ковалентные связи содержит молекула: 1) СО2 2) С2H4 3) Р4 4) С3Н4

Сера образует с фтором вещество SF4. Изобразительного графическую формулу молекулы этого вещества. Ковалентными связями какого типа связаны атомы серы и

фтора? Перекрыванием каких орбиталей они образованы?
(С подробным решением!)

Помогите, пожалуйста, срочно!!! Задания по видам химической связи.

1) В молекуле Na2SO4 присутствует химическая связь...

а) только ионная
б) ковалентная полярная и неполярная
в) ионная и ковалентная полярная
г) ионная и ковалентная неполярная

2) Какая химическая связь в соединении K2S

3) Сколько общих электронных пар в молекуле азота?

4) В какой из формул есть двойная химическая связь: S2; H2; N2; CI2 ?

1. Формула вещества с ионной связью: A.HCI. Б. КВr. В.Р4. Г.СН3ОН. 2. Вещество с металлической связью: А. Оксид калия. В. Кремний. Б. Медь. Г.

Гидроксид магния. 3. Число общих электронных пар в молекуле азота: А. Одна. Б. Две. В. Три. Г. Четыре. 4. Полярность химической связи уменьшается в ряду соединений, формулы которых: A. CI2, H2S, С02. В. NH3, РН3, S02. Б. HCI, НВr, HI. Г. ВН3, NH3, HF. 5. Вид гибридизации электронных орбиталей атома серы в молекуле соединения, формула которого H2S: A. sp3. Б. sp2. В. sp. Г. Не гибридизированы. 6. Кристаллическая решетка оксида кремния (IV): А. Атомная. В. Металлическая. Б. Ионная. Г. Молекулярная. 7. Число Сигма- и Пи- связей в молекуле этена: А. 6 Сигма и Пи - нет. В. 4 Сигма и 2 Пи. Б. 3 Сигма и 3 Пи. Г. 5 Сигма и 1 Пи 8. Вещества, формулы которых СН2=СН-СН2-СНз и СН2=С-СН3, - это: СНз А Гомологи. Б. Изомеры. В. Одно и то же вещество. 9. Гомологом вещества, формула которого СН3-СН2-СН2-ОН, является: А. Бутаналь. В. Этаналь. Б. Бутанол-2. Г. Этанол. 10. Вещество, формула которого СНз- С=СН2, . ..| СН3-СН2 А. 2-метилбутен-1. В. 2-этилпропен-2. Б. 2-этилпропен-1. Г. 2-метилбутен-2. . . . 11. Составьте схему образования соединений, состоящих из химических элементов: А. Кальция и фтора. Б. Мышьяка и водорода. Укажите тип химической связи в каждом соединении. 12. Какую геометрическую форму имеет молекула соединения с ковалентной связью из задания 11 ? 13. Расположите соединения, формулы которых CH3NH2, NH3, C6H5NH2, C2H5NH2, в порядке возрастания кислотных свойств. Объясните ответ. 14. Составьте структурные формулы не менее трех возможных изомеров веществ состава С4H8O2. Назовите эти вещества. 15. Какой объем кислорода потребуется для полного сгорания 1 м3 пропана?