При образовании химической связи происходит перераспределение в пространстве электронных плотностей, первоначально принадлежавших разным атомам. Поскольку наименее прочно связаны с ядром электроны внешнего уровня, то этим электронам принадлежит главная роль в образовании химической связи. Количество химических связей, образованных данным атомом в соединении, называют валентностью. Электроны, принимающие участие в образовании химической связи, называются валентными: у s- и р элементов — это внешние электроны, у d- элементов — внешние (последние) s-электроны и предпоследние d-электроны. С энергетической точки зрения наиболее устойчивым является атом, на внешнем уровне которого содержится максимальное число электронов (2 и 8 электронов). Такой уровень называют завершенным. Завершенные уровни отличаются большой прочностью и характерны для атомов благородных газов, поэтому при обычных условиях они находятся в состоянии химически инертного одноатомного газа.
У атомов других элементов внешние энергетические уровни незавершенные. В процессе хим реакции осуществляется завершение внешних уровней, что достигается либо присоединением, либо отдачей электронов, а также образованием общих электронных пар. Эти способы приводят к образованию двух основных типов связи: ковалентной и ионной. Таким образом, при образовании молекулы каждый атом стремится приобрести устойчивую внешнюю электронную оболочку: либо двухэлектронную (дублет), либо восьми-злектромную (октет). Эта закономерность положена в основу теории образования химической связи. Образование химической связи за счет завершения внешних уровней в образующих связь атомах сопровождается выделением большого количества энергии, то есть возникновение химической связи всегда протекает экзотермически, поскольку оно приводит к появлению новых частиц (молекул), обладающих при обычных условиях большей устойчивостью, а следовательно, они меньшей энергией, чем у исходных. Одним из существенных показателей, определяющих какая связь образуется между атомами, является электроотрицательность, то есть способность атомом притягивать к себе электроны от других атомов. Электроотрицательность атомов элементов изменяется постепенно: в периодах периодической системы слева направо ее значение возрастает а в группах сверху вниз — уменьшается.
Химическая связь, осуществляемая за счет образования общих (связывающих) электронных пар, называется ковалентной.1) Разберем пример образования химической связи между атомами с одинаковой электроотрицательностью, например, молекулы водорода Н2 Образование химической связи в молекуле водорода можно представить в виде двух точек: Н- + -Н -> Н: Н или черточкой, которая символизирует пару электронов: H-H Ковалентная связь, образованная атомами с одинаковой электроотрицательностью называется неполярной. Такую связь образуют двухатомные молекулы, состоящие из атомов одного химического элемента: H 2 , Cl 2 и др.2) Образование ковалентной связи между атомами, электроотрицательность которых различается незначительно. Ковалентная связь, образованная атомами с различной электроотрицательностью, называется полярной. При ковалентной полярной связи электронная плотность от общей пары электронов смещена к атому с большей электроотрицательностью. Примерами могут служить молекулы Н2О, NH3, H2S, CH3Cl. Ковалентная (полярная и неполярная) связь в наших примерах образовалась за счет неспаренных электронов связывающихся атомов. Такой механизм образования ковалентной связи называется обменным. Другой механизм образования ковалентной связи — донорно-акцепторный. В этом случае связь возникает за счет двух спаренных электронов одного атома (донора) и свободной орбитали другого атома (акцептор). Хорошо известный пример — образование иона аммония: Н
+ +:NH
3 -> [ Н: NH
3 |
+ <=====> NH
4 + акцептор донор ион аммония электронов. При образовании иона аммония электронная пара азота становится общей для атомов N и Н, то есть возникает четвертая связь, которая не отличается от остальных трех. Их изображают одинаково:
В то время как ковалентное связывание включает разделение электронов между двумя атомами, ионная связь включает в себя полную передачу электронов от одного атома к другому, создавая положительные и отрицательные ионы. Эти ионы удерживаются вместе притяжением между их противоположными зарядами. Ионные соединения образуют кристаллы на основе этих достопримечательностей.
Металлическое связывание включает в себя полное разделение валентных электронов атомов металла, создавая «электронное море», в котором электроны могут свободно двигаться. Это является одной из причин высокой проводимости металлов. Как правило, энергия будет высвобождаться, когда связь образуется между двумя атомами, независимо от типа связи. Точно так же, если связь уже существует между двумя атомами, для ее разрушения потребуется энергия. Количество энергии, необходимое для разрыва связи, такое же, как и количество энергии, выделяемой при ее формировании.
Ионная связь возникает между атомами, электроотрицательность которых резко различается Рассмотрим способ образования на примере хлорида натрия NaCl. Электронную конфигурацию атомов натрия и хлора можно представить: 11 Na ls2 2s2 2p 6 3s1; 17 Cl ls2 2p 6 Зs2 3р5 Как это атомы с незавершенными энергетическими уровнями. Очевидно, для их завершения атому натрия легче отдать один электрон, чем присоединить семь, а атому хлора легче присоединить один электрон, чем отдать семь. При химическом взаимодействии атом натрия полностью отдает один электрон, а атом хлора принимает его. Схематично это можно записать так: Na. — l е —> Na+ ион натрия, устойчивая восьмиэлектронная 1s2 2s2 2p6 оболочка за счет второго энергетического уровня. :Cl + 1е --> .Cl - ион хлора, устойчивая восьмиэлектронная оболочка. Между ионами Na+ и Cl- возникают силы электростатического притяжения, в результате чего образуется соединение.
Химическая связь, осуществляемая за счет электростатического притяжения между ионами, называется ионной связью. Соединения, образованные путем притяжения ионов называются ионными. Ионные соединения состоят из отдельных молекул только в парообразном состоянии. В твердом (кристаллическом) состоянии ионные соединения состоят из закономерно расположенных положительных и отрицательных ионов. Молекулы в этом случае отсутствуют. Ионные соединения образуют резко различные по величине электроотрицательности элементы главных подгрупп I и II групп и главных подгрупп VI и VII групп. Ионных соединений сравнительно немного. Например неорганические соли: NH
4Cl (ион аммония NH4 + и ион хлора Cl-), а также солеобразные органические соединения: алкоголяты соли карбоновых кислот, соли аминов Неполярная ковалентная связь и ионная связь — два предельных случая распределения электронной плотности. Неполярной связи отвечает равномерное распределение связующего двух электронного облака между одинаковыми атомами. Наоборот, при ионной связи связующие электронное облако практически полностью принадлежит одному из атомов. В большинстве же соединений химические связи оказывают промежуточными между этими видами связи, то есть в них осуществляется полярная ковалентная связь.
Металлическая связь существует в металлах в твердом в жидком состоянии. В соответствии с положением в периодической системе атомы металлов имеют небольшое число валентных электронов (1-3 электрона) и низкую энергию ионизации (отрыва электрона). Поэтому валентные электроны слабо удерживаются в атоме, легко отрываются и имеют возможность перемещаться по всему кристаллу. В узлах кристаллической решетки металлов находятся свободные атомы, положительно заряженные коны, а часть валентных электронов, свободно перемещаясь в объеме кристаллической решетки, образует «электронный газ», обеспечивающий связь между атомами металла. Связь, которую осуществляют относительно свободные электроны между ионами металлов в кристаллической решетке, называется металлической связью. Металлическая связь возникает за счет обобществления атомами валентных электронов. Однако между этими видами связи есть существенное различие. Электроны, осуществляющие ковалентную связь, в основном пребывают в непосредственной близости от двух соединенных атомов. В случае металлической связи электроны, осуществляющие связь, перемещаются по всему куску металла. Этим определяются общие признаки металлов: металлический блеск, хорошая проводимость теплоты и электричества, ковкость, пластичность и т. д. Общим химическим свойством металлов является их относительно высокая восстановительная способность.
Водородные связи могут образовываться между атомом водорода, связанным с атомом электроотрицательного элемента, и электроотрицательным элементом, имеющим свободную пару электронов(О,F,N). Водородная связь обусловлена электростатическим притяжением, которому способствуют малые размеры атома водорода, и отчасти, донорно-акцепторным взаимодействием. Водородная связь может быть межмолекулярной и внутримолекулярной. Связи 0-Н имеют выраженный полярный характер: Водородная связь гораздо более слабая, чем ионная или ковалентная, но более сильная, чем межмолекулярное взаимодействие. Водородные связи обуславливают некоторые физические свойства веществ (например, высокие температуры кипения). Особенно распространены водородные связи в молекулах белков, нуклеиновых кислот и других биологически важных соединений, обеспечивая им определенную пространственную структуру (организацию).
Большинство химических реакций связаны как с разрушением, так и с образованием химических связей. Если энергия, выделяемая путем образования новых связей, больше энергии, необходимой для разрушения «старых» связей, энергия будет полностью выведена реакцией. Эта энергия может быть потеряна как тепло или может использоваться для питания.
Сколько стоит написать твою работу?
Например, сгорание метана следует этой химической реакции. Образовавшиеся новые связи представляют собой две связи углерод-кислород и водород-кислородные связи. Эти новые облигации имеют меньше энергии в целом, чем исходные облигации, поэтому энергия будет выделяться этой реакцией. Освобождение энергии является характеристикой реакций горения - вы, возможно, заметили это, чувствуя горячее пламя.
Основные типы химической связи
сновные типы химической связи .
Вам известно, что атомы могут соединяться друг с другом с образованием как простых, так и сложных веществ. При этом образуются различного типа химические связи: ионная, ковалентная (неполярная и полярная), металлическая и водородная. Одно из наиболее существенных свойств атомов элементов, определяющих, какая связь образуется между ними – ионная или ковалентная, - это электроотрицательность, т.е. способность атомов в соединении притягивать к себе электроны.
Жидкости имеют определенный объем, но не имеют определенной формы, в то время как газы не имеют определенного объема или определенной формы. Существует 3 типа связывания в веществе, которые удерживают молекулы вместе. Ковалентная связь Ионическая связь Металлическая связь. . Ковалентная связь является типом химической связи, в которой происходит обмен валентных электронов между двумя атомами молекулы. Ковалентные соединения имеют низкие температуры плавления и кипения, за исключением случаев, когда полимеры образуются в результате ковалентного связывания.
Условную количественную оценку электроотрицательности дает шкала относительных электроотрицательностей.
В периодах наблюдается общая тенденция роста электроотрица-тельности элементов, а в группах – их падения. Элементы по электроот-рицательностям располагают в ряд, на основании которого можно сравнить электроотрицательности элементов, находящихся в разных периодах.
Ионное соединение обычно происходит между металлом и неметаллами. Неметаллы обычно получают электроны и металлы, теряя электроны, чтобы завершить их октет, и, следовательно, металлы приобретают положительный заряд, а неметаллы приобретают отрицательный заряд при образовании ионной связи. Электростатическая сила притяжения между металлами и неметаллами приводит к образованию ионных связей.
Например: натрий теряет один электрон, который приобретается атомом хлора с образованием соединения хлорида натрия, имеющего ионную связь между атомом хлора. Точка плавления и точка кипения ионного соединения очень велика, так как эти связи очень сильны, и для разрушения этих связей требуется большое количество энергии.
Тип химической связи зависит от того, насколько велика разность значений электроотрицательностей соединяющихся атомов элементов. Чем больше отличаются по электроотрицательности атомы элементов, образующих связь, тем химическая связь полярнее. Провести резкую границу между типами химических связей нельзя. В большинстве соединений тип химической связи оказывается промежуточным; например, сильнополярная ковалентная химическая связь близка к ионной связи. В зависимости от того, к какому из предельных случаев ближе по своему характеру химическая связь, ее относят либо к ионной, либо к ковалентной полярной связи.
Металлические связи: металлическая связь - сильная сила притяжения между положительными ядрами и делокализованными электронами. Делокализованные электроны - это электроны, которые не связаны с одним атомом. наблюдаются за счет делекализованных электронов, участвующих в металлической связи. Элементы постоянно взаимодействуют друг с другом в естественном мире. Есть только несколько элитных, которые достаточно благородны, чтобы оставаться в себе. Но, как правило, каждый элемент взаимодействует, по крайней мере, с другим, создавая множество структур, явлений и соединений, которые мы видим каждый день.
Ионная связь.
Ионная связь образуется при взаимодействии атомов, которые резко отличаются друг от друга по электроотрицательности. Например, типичные металлы литий(Li), натрий(Na), калий(K), кальций (Ca), стронций(Sr), барий(Ba) образуют ионную связь с типичными неметаллами, в основном с галогенами.
Кроме галогенидов щелочных металлов, ионная связь также образуется в таких соединениях, как щелочи и соли. Например, в гидроксиде натрия(NaOH) и сульфате натрия(Na 2 SO 4) ионные связи существуют только между атомами натрия и кислорода (остальные связи – ковалентные полярные).
Эти взаимодействия происходят в самой основной форме как образование связей. Существуют различные виды облигаций, но все они сгруппированы по двум основным категориям: первичные и вторичные облигации. Первичные облигации - это те, которые имеют сильный характер. У них есть электронные аттракционы и отталкивания, как вторичные связи, но в равновесии они сильнее, чем позже. Они широко подразделяются на три типа: ионные связи, ковалентные связи и металлические связи.
Это облигации, образованные от донорства и принятия электронов между элементами, что приводит к образованию сильных соединений. Эти связи являются электрически нейтральными, когда соединение находится в твердом состоянии, но при диссоциации в растворах или в расплавленном состоянии они дают положительно и отрицательно заряженные ионы. Это соединение является твердым, но хрупким и не проводит электричество, когда оно твердое, но делает это при смешивании в растворе или в жидком состоянии. Кроме того, он имеет очень высокую температуру плавления, другими словами, для разрушения связей между составляющими ионами требуется сильное тепло.
Ковалентная неполярная связь.
При взаимодействии атомов с одинаковой электроотрица-тельностью образуются молекулы с ковалентной неполярной связью. Такая связь существует в молекулах следующих простых веществ: H 2 , F 2 , Cl 2 , O 2 , N 2 . Химические связи в этих газах образованы посредством общих электронных пар, т.е. при перекрывании соответствующих электронных облаков, обусловленном электронно-ядерным взаимодей-ствием, которые осуществляет при сближении атомов.
Все эти сильные характеристики этого соединения приписываются ему наличием сильных ионных связей между его составными элементами. Ковалентные связи представляют собой те связи, которые образуются, когда электроны распределяются между элементами, приводящими к образованию соединений. Эти связи позволяют составляющим элементам завершить свою неполную конфигурацию благородных газов. Таким образом, эти облигации сильны, поскольку ни один элемент не хочет потерять свое приглашение в элитарное общество дворян.
Например, молекула диоксигена образуется из ковалентных связей между двумя атомами кислорода. Каждый атом кислорода представляет собой два электрона, которые не соответствуют следующей конфигурации благородного газа, которая представляет собой атом неона. Поэтому, когда эти атомы приближаются и разделяют по два электрона, они приводят к двойной ковалентной связи между двумя разделенными электронными парами атомов. Ковалентные связи также возможны для одиночных и тройных связей, где связи образуются между одной и тремя парами электронов соответственно.
Составляя электронные формулы веществ, следует помнить, что каждая общая электронная пара – это условное изображение повышенной электронной плотности, возникающей в результате перекрывания соответствующих электронных облаков.
Ковалентная полярная связь.
При взаимодействии атомов, значение электроотрецательностей которых отличаются, но не резко, происходит смещение общей электронной пары к более электроотрицательному атому. Это наиболее распространенный тип химической связи, которой встречается как в неорганических, так и органических соединениях.
Эти связи являются направленными и обычно нерастворимы в воде. Алмаз, самое твердое вещество, встречающееся в природе на Земле, образуется из ковалентных связей между атомами углерода, расположенными в трехмерной структуре. Металлические связи, как следует из названия, представляют собой связи, найденные только в металлах. Металлы являются элементами электроположительной природы, поэтому атомы-составляющие очень легко теряют свои внешние оболочки и образуют ионы. В металлах эти положительно заряженные ионы удерживаются вместе в море отрицательно заряженных свободных электронов.
К ковалентным связям в полной мере относятся и те связи, которые образованы по донорно-акцепторному механизму, например в ионах гидроксония и амония.
Металлическая связь.
Связь, которая образуется в результате взаимодействия относите-льно свободных электронов с ионами металлов, называются металлической связью. Этот тип связи характерен для простых веществ- металлов.
Эти свободные электроны ответственны за высокую электрическую и теплопроводность металлов. Вторичные облигации представляют собой облигации иного рода для первичных. Эти связи связаны с атомными или молекулярными диполями, как постоянными, так и временными. Постоянные диполи формируются в асимметричных молекулах, где есть постоянные положительные и отрицательные области из-за различий в электроотрицательности составляющих элементов Например, молекула воды состоит из одного атома кислорода и двух атомов водорода.
Поскольку для каждого водорода требуется один электрон, а для кислорода требуется два электрона для завершения их соответствующих конфигураций благородных газов, таким образом, когда эти атомы приближаются друг к другу, они разделяют пару электронов между каждым водород и атом кислорода. Таким образом, все три достигают стабильности через сформированные связи.
Сущность процесса образования металлической связи состоит в следующем: атомы металлов легко отдают валентные электроны и превращаются в положительные заряженные ионы. Относительно свобо-дные электроны, оторвавшиеся от атома, перемещаются между положи-тельными ионами металлов. Между ними возникает металлическая связь, т. е. Электроны как бы цементируют положительные ионы кристал-лической решетки металлов.
Но так как кислород является сильно электроотрицательным атомом, поэтому общее электронное облако притягивается к нему больше, чем атомы водорода, что приводит к возникновению постоянного диполя. молекула воды приближается к другой молекуле воды, образуется частичная связь между частично положительным атомом водорода одна молекула и частично отрицательный кислород другой. Временный диполь формируется в симметричной молекуле, но имеет колебания зарядов, вызывающих частичные дипольные моменты всего на несколько мгновений.
Это также можно увидеть в Например, молекула метана имеет один атом углерода и четыре атома водорода, соединенные друг с другом одними ковалентными связями между углеродом и атомами водорода. Хотя существует несколько возможных способов ответить на вопрос о том, что именно мы подразумеваем под химическим сочетанием, но все же что такое химическая связь? Мы могли бы объяснить связь как силу, которая объединяет группу из двух или более атомов и делает их функционирующими как отдельная единица. Участвующие атомы могут взаимодействовать друг с другом несколькими способами, образуя агрегаты, которые иллюстрируют типы химических связей.
Водородная связь.
Связь, которая образуется между атомов водорода одной молекулы и атомом сильно электроотрицательного элемента (O, N, F) другой молекулы, называется водородной связью.
Может возникнуть вопрос: почему именно водород образует такую специфическую химическую связь?
Это объясняется тем, что атомный радиус водорода очень мал. Кроме того, при смещении или полной отдаче своего единственного электрона водород приобретает сравнительно высокий положительный заряд, за счет которого водород одной молекулы взаимодействует с атомами электроотрицательных элементов, имеющих частичный отрицательный заряд, выходящий в состав других молекул (HF, H 2 O, NH 3).
Это приводит к очень сильному и прочному веществу с высокой температурой плавления. Это в основном связано с сильной связью, которая является результатом силы притяжения струны, существующей между плотно упакованными и противоположно заряженными ионами. Образцы и характеристики дают представление о той связи, которую мы видим.
Основываясь на том, как элемент соединяется с другим, либо путем переноса электронов из его валентной оболочки, либо обмена электронов валентной оболочки, картина склеивания может быть достигнута как ионная, так и электровальная и ковалентная. При электровалентном склеивании электроны в валентной оболочке переносятся на другой электроотрицательный соседний элемент или принимаются в валентную оболочку из электроположительного элемента для достижения ближайшей электронной конфигурации инертного газа.
Рассмотрим некоторые примеры. Обычно мы изображаем состав воды химической формулой H 2 O. Однако это не совсем точно. Правильнее было бы состав воды обозначать формулой (H 2 O)n, где n = 2,3,4 и т. д. Это объясняется тем, что отдельные молекулы воды связаны между собой посредством водородных связей.
Водородную связь принято обозначать точками. Она гораздо более слабая, чем ионная или ковалентная связь, но более сильная, чем обычное межмолекулярное взаимодействие.
Ионные или электроактивные вещества образуются, когда атом сравнительно легко теряет электроны с элементом, который имеет более высокое сродство к электронам или просто взаимодействие между металлическим элементом и неметаллическим. Металл неметаллический = электросталь или ионная связь.
Неметаллическое неметаллическое = ковалентное связывание. Металлический металл = металлическая связь. Водородная связь в основном состоянии для различных типов молекулярных и надмолекулярных систем была систематически описана в обилие опубликованных монографий. Водородная связь и перенос водорода играют жизненно важную роль в фотофизических и фотохимических реакциях. При образовании молекулы водорода электрон находится в основном в пространстве между двумя ядрами и одновременно притягивается обоими протонами.
Наличие водородных связей объясняет увеличения объема воды при понижении температуры. Это связано с тем, что при понижении температуры происходит укрепление молекул и поэтому уменьшается плотность их «упаковки».
При изучении органической химии возникал и такой вопрос: почему температуры кипения спиртов гораздо выше, чем соответствующих углеводородов? Объясняется это тем, что между молекулами спиртов тоже образуются водородные связи.
Повышение температуры кипения спиртов происходит также всле-дствие укрупнения их молекул.
Водородная связь характерна и для многих других органических соединений (фенолов, карбоновых кислот и др.). Из курсов органической химии и общей биологии вам известно, что наличием водородной связи объясняется вторичная структура белков, строение двойной спирали ДНК, т. е. явление комплиментарности.
Похожие рефераты:
Билет 10 Соединения сложного состава, у которых можно выделить центральный атом (комплексообразователь) и непосредственно связанные с ним молекулы или ионы (лиганды), называются комплексными соединениями. По координационной теории Вернера в каждом комплексном соединении различают в...
Формулировка периодического закона Д. И. Менделеева в свете теории строения атома. Связь периодического закона и периодической системы со строением атомов. Структура периодической Системы Д. И. Менделеева.
Московский Государственный Технологический Университет "СТАНКИН" Реферат по химии "Физическая связь" Выполнил: Фридлянд Д.А.
Строение атома водорода в периодической системе. Степени окисления. Распространенность в природе. Водород, как простое вещество, молекулы которого состоят из двух атомов, связанных между собой ковалентной неполярной связью. Физико-химические свойства.
Электростатическая связь: виды взаимодействий. Свойства ковалентных связей (длина, полярность и энергия). Средняя величина дипольных моментов связей и функциональных групп. Строение метана. Строение молекул с n, o-атомами с неподеленной парой электронов.
Представление о строении метана (молекулярная, электронная и структурная формулы). Физические свойства, нахождение в природе, тип химической связи и пространственное строение молекулы и атома углерода в трёх валентных состояниях, понятие гибридизации.
Представления об участии атома водорода в образовании двух химических связей. Примеры соединений с водородной связью. Структура димера фторида водорода. Ассоциаты молекул фторида водорода. Методы молекулярной спектроскопии. Суммарный электрический заряд.
Окислительно-восстановительные процессы принадлежат к числу наиболее распространенных химических реакций и имеют огромное значение в теории и практике. Окисление-восстановление-один из важнейших процессов природы.
К вопросу о металлической связи в плотнейших упаковках химических элементов Г.Г.Филипенко Гродно АННОТАЦИЯ. Обычно в литературе металлическая связь описывается, как осуществленная посредством обобществления внешних электронов атомов и не обладающая свойством направленности. Хотя встречаются поп...