ИОННАЯ КРИСТАЛЛИЧЕСКАЯ РЕШЕТКА ТИП ХИМИЧЕСКОЙ СВЯЗИ

1. Основные типы и
характеристики химической связи.

2. Ионная связь.

3. Ковалентная
связь. Метод валентных связей. Типы
ковалентных молекул. Понятие о методе
молекулярных орбиталей.

5. Основные
виды межмолекулярного взаимодействия.
Силы межмолекуляр-ного взаимодействия.

7. Водородная связь.

Основные типы и характеристики химической связи

Учение
о химической связи — центральная проблема
химии. Не зная природу взаимодействия
атомов в веществе, нельзя понять причин
многообразия химических соединений,
представить механизм их образования,
строение и химические свойства.

Фундаментальной
основой химической связи является
теория А. М. Бутлерова (1861 г.), согласно
которой свойства соединений зависят
от природы и числа составляющих их
частиц и химического строения. Эта
теория нашла подтверждение не только
для органических, но и для неорганичеких
веществ.

Химической
связью
называется любое взаимодействие в
системе, приводящее к понижению энергии
и обуславливающее устойчивое существование
двух — и многоатомных соединений: молекул,
ионов, кристаллических и иных веществ.

Природа химической
связи едина. Она осуществляется за счет
электростатического взаимодействия
электронов и ядер атомов. Химическая
связь характеризуется энергией связи
и длиной связи.

Общие сведения о химических связях

Давайте вспомним, как образуются химические связи. Для этого представим атом: он состоит из ядра с положительным зарядом и набора отрицательно заряженных электронов, которые располагаются на нескольких уровнях. Внешний уровень называется валентным, на нем располагаются валентные электроны. Они могут образовывать пары или быть свободными, т. е. неспаренными.

Во взаимодействии двух атомов участвуют свободные электроны внешней оболочки. Сколько таких электронов имеется у атома — столько химических связей он может образовать.

При этом каждый атом стремится приобрести устойчивую конфигурацию — двух- или восьмиэлектронную внешнюю оболочку, подобную той, что есть у инертного газа. Атом может достичь ее, отдавая или принимая часть электронов, а также образуя общую электронную пару с другим атомом. Если в результате получается два разноименно заряженных иона, говорят об ионном типе связи. Он характерен для взаимодействия атомов металла и неметалла.

Рис.

. Аморфное и кристаллическое строение

В аморфных веществах частицы не упорядочены, и такие вещества не имеют постоянных температур плавления. Примеры аморфных веществ: смола, пластилин, пластмассы, стекло, воск.

В кристаллических веществах частицы (молекулы, атомы или ионы) находятся в определённом порядке. Расположение частиц напоминает строение решётки, поэтому и появилось название — кристаллическая решётка.

Известны четыре типа кристаллических решёток: молекулярные, атомные, ионные и металлические.

Молекулярная кристаллическая решётка

Молекулярные кристаллы образуются веществами с ковалентной неполярной связью (йод, белый фосфор, ромбическая и моноклинная сера, твёрдые водород, кислород, азот, хлор, инертные газы и др.), а также веществами с ковалентной полярной связью (фенол, глюкоза, фруктоза, твёрдые вода, углекислый газ и др.).

Рис.

. Молекулярная кристаллическая решётка

В узлах молекулярных кристаллов располагаются молекулы, между которыми действует слабое межмолекулярное взаимодействие. Поэтому молекулярные вещества непрочные и легкоплавкие.

Атомная кристаллическая решётка

Атомные кристаллы также образуются веществами с ковалентными связями: с неполярными (алмаз, графит, кремний, бор, красный фосфор, чёрный фосфор) и с полярными (оксид кремния, карборунд

Рис.

. Атомная кристаллическая решётка

В узлах атомных кристаллов находятся атомы, а связаны они прочными ковалентными связями. Такие вещества отличаются тугоплавкостью и нелетучестью.

Ионная кристаллическая решётка

Ионный тип решётки характерен для веществ с ионной связью. В этом случае в узлах чередуются простые или сложные ионы (

Рис.

. Ионная кристаллическая решётка

Взаимодействие между ионами сильное, поэтому ионные вещества твёрдые, тугоплавкие, нелетучие.

Металлическая кристаллическая решётка

Такой тип решётки у веществ с металлической связью, т. е. у металлов и их сплавов. В узлах находятся положительные ионы, а между ними перемещаются обобществлённые электроны.

Рис.

. Металлическая кристаллическая решётка

Рис. 4. Ионная кристаллическая решётка. Общественное достояние, https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/e/eb/Sodium_chloride_crystal.png, дата обращения: 26.08.2022.

Тип кристаллической решётки вещества определяет его физические свойства.

Особенности строения разных типов кристаллических решёток и характерных физических свойств веществ представлены в таблице.

Сравним физические свойства веществ с разными типами кристаллических решёток.

Атомные кристаллы — самые твёрдые и прочные, так как атомы, расположенные в их узлах, соединены ковалентными связями.

Вещества с ионными кристаллическими решётками — твёрдые при обычных условиях, но непрочные, хрупкие. При механическом воздействии одинаковые ионы начинают расталкиваться и кристалл разрушается.

Металлы отличаются ковкостью и пластичностью. При ударе металл не разрушается, а сплющивается, так как вместе со слоями ионов и атомов смещаются и свободные электроны.

У самых непрочных веществ — молекулярные кристаллические решётки. Многие из них при обычных условиях являются газами и жидкостями.

Температуры плавления и кипения

У металлов температуры плавления и кипения зависят от размера атомов и числа валентных электронов, а также от строения кристаллической решётки. Поэтому разброс в значениях очень большой. Например, температура плавления ртути равна

, а вольфрама —

Среди веществ с молекулярной решёткой легче плавятся и кипят вещества, молекулы которых неполярные. У веществ с ионной и атомной решётками температуры плавления и кипения высокие (у атомных выше, чем у ионных).

В таблице приведены температуры плавления веществ с разными кристаллическими решётками.

Вещества с атомной кристаллической решёткой в воде не растворяются.

Хорошо растворяются в воде вещества с ионной кристаллической решёткой (щёлочи, многие соли).

Молекулярные вещества растворяются, если их молекулы полярные (хлороводород, аммиак, сернистый газ). Высокая растворимость — у веществ, образующих водородные связи (метанол, этанол, глицерин, серная, азотная, муравьиная, уксусная кислоты и т. д.).

Молекулярные вещества с неполярными молекулами растворяются в воде плохо (водород, кислород, азот, метан и т. д.).

Высокая электропроводность у металлов (за счёт свободных электронов).

Ионные вещества проводят электрический ток в расплавах и водных растворах, в твёрдом состоянии они неэлектропроводны.

Запах может быть только у молекулярных веществ.

Кристаллической решеткой называют пространственное расположение атомов или ионов в кристалле. Точки
кристаллической решетки, в которых расположены атомы или ионы, называют узлами кристаллической решетки.

Кристаллические решетки подразделяют на молекулярные, атомные, ионные и металлические.

Очень важно не перепутать вид химической связи и кристаллической решетки. Помните, что кристаллические решетки отражают
пространственное расположение атомов.

Молекулярная кристаллическая решетка

В узлах молекулярной решетки расположены молекулы. При обычных условиях молекулярную решетку имеют большинство газов и жидкостей.
Связи чаще всего ковалентные полярные или неполярные.

Классическим примером вещества с молекулярной решеткой является вода, так что ассоциируйте свойства этих веществ с водой. Вещества с
молекулярной решеткой непрочные, имеют небольшую твердость, летучие, легкоплавкие, способны к возгонке, для них характерны небольшие
температуры кипения.

Примеры: NH3, H2O, Cl2, CO2, N2, Br2, H2, I2.
Особо хочется отметить белый фосфор, ромбическую, пластическую и моноклинную серу, фуллерен. Эти аллотропные модификации мы
подробно изучили в статье, посвященной классификации веществ.

Ионная кристаллическая решетка

В узлах ионной решетки находятся атомы, связанные ионной связью. Этот тип решетки характерен для веществ, обладающих ионной связь: соли,
оксиды и гидроксиды металлов.

Ассоциируйте этот ряд веществ с поваренной солью — NaCl. Веществе с ионной решеткой имеют высокие температуры плавления и кипения, легко
растворимы в воде, хрупкие, твердые, их растворы и расплавы проводят электрический ток.

Примеры: NaCl, MgCl2, NH4Br, KNO3, Li2O, Na3PO4.

Металлическая кристаллическая решетка

В узлах металлической решетки находятся атомы металла. Этот тип решетки характерен для веществ, образованных металлической связью.

Ассоциируйте свойства этих веществ с медью. Они обладают характерным металлическим блеском, ковкие и пластичные, хорошо проводят
электрический ток и тепло, имеют высокие температуры плавления и кипения.

Примеры: Cu, Fe, Zn, Al, Cr, Mn.

Атомная кристаллическая решетка

В узлах атомной решетки находятся атомы, связанные ковалентной полярной или неполярной связью.

Ассоциируйте эти вещества с песком. Они очень твердые, очень тугоплавкие (высокая температура плавления), нелетучие, прочные,
нерастворимы в воде.

Примеры: SiO2, B, Ge, SiC, Al2O3. Особенно хочется выделить: алмаз и графит (C), красный и черный фосфор (P).

Данная статья написана Беллевичем Юрием Сергеевичем и является его интеллектуальной собственностью. Копирование, распространение
(в том числе путем копирования на другие сайты и ресурсы в Интернете) или любое иное использование информации и объектов
без предварительного согласия правообладателя преследуется по закону. Для получения материалов статьи и разрешения их использования,
обратитесь, пожалуйста, к Беллевичу Юрию.

Представим, что встретились два атома: атом и атом . У атома металла на внешнем энергетическом уровне — единственный электрон, а атому неметалла как раз не хватает одного электрона, чтобы завершить свой внешний уровень.

Атом металла легко отдаст свой слабо связанный с ядром валентный электрон атому неметалла, который предоставит ему свободное место на внешнем энергетическом уровне. Оба в результате получат заполненные внешние уровни.

Атом металла при этом приобретёт положительный заряд, а атом галогена превратится в отрицательно заряженную частицу. Такие частицы называются .

— , в которые превращаются атомы в результате отдачи или принятия электронов.

Образовавшиеся разноимённо заряженные ионы притягиваются друг к другу, и возникает химическая связь, которая называется

— связь между положительно и отрицательно заряженными ионами.

Рассмотрим механизм образования ионной связи на примере взаимодействия натрия и хлора.

Такое превращение атомов в ионы происходит всегда при взаимодействии атомов типичных металлов и типичных неметаллов, электроотрицательности которых резко различаются.

Ионная связь образуется в сложных веществах, состоящих из атомов металлов и неметаллов.

Взаимодействие кальция и фтора

1. Кальций — элемент главной подгруппы второй группы. Ему легче отдать два внешних электрона, чем принять недостающие.

2. Фтор — элемент главной подгруппы седьмой группы. Ему легче принять один электрон, чем отдать семь.

3. Найдём наименьшее общее кратное между зарядами образующихся ионов. Оно равно
. Определим число атомов фтора, которые примут два электрона от атома кальция:
 (:) 

 (=) 
.

4. Составим схему образования ионной связи:

Взаимодействие натрия и кислорода

1. Натрий — элемент главной подгруппы первой группы. Он легко отдаёт один внешний электрон.

2. Кислород  — элемент главной подгруппы шестой группы. Ему легче принять два электрона, чем отдать шесть.

3. Найдём наименьшее общее кратное между зарядами образующихся ионов. Оно равно
 (:) 

 (=) 
. Определим число атомов натрия, которые отдадут два электрона атому кислорода:
.

С помощью ионной связи образуются также соединения, в которых имеются сложные ионы:

Значит, ионная связь существует также в солях и основаниях.

не содержат металла, но образованы ионной связью.

Ионы создают вокруг себя электрическое поле, действующее во всех направлениях. Поэтому каждый ион окружён ионами противоположного знака. Такое соединение представляет собой огромную группу положительных и отрицательных частиц, расположенных в определённом порядке.

Рис.

. Ионный кристалл

Притяжение между ионами довольно сильное, поэтому ионные вещества имеют высокие температуры кипения и плавления.

Все ионные соединения при обычных условиях — твёрдые вещества.

Примеры веществ с ионной связью:

Рис. 1. Ионный кристалл https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/e/eb/Sodium_chloride_crystal.png

Рис. 2. Питьевая сода https://pixabay.com/images/id-768950/ 8.06.2021

Рис. 3. Железный купорос https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/a/ab/Iron%28II%29-sulfate-heptahydrate-sample.jpg/1280px-Iron%28II%29-sulfate-heptahydrate-sample.jpg

Рис. 4. Поваренная соль https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/9/93/Chlorid_sodn%C3%BD. JPG

Химическая
связь возникает благодаря взаимодействию
электрических полей создаваемых
электронами и ядрами атомов, т.е.
химическая связь имеет электрическую
природу.

Под
химической
связью
понимают результат взаимодействия 2х
или более атомов приводящий к образованию
устойчивой многоатомной системы.
Условием образования химической связи
является уменьшение энергии
взаимодействующих атомов, т.е. молекулярное
состояние вещества энергетически более
выгодно, чем атомное. При образовании
химической связи атомы стремятся
получить завершенную электронную
оболочку.

Различают:
ковалентную, ионную, металлическую,
водородную и межмолекулярную.

Ковалентная
связь –
наиболее общий вид химической связи,
возникающий за счет обобществления
электронной пары посредством обменного
механизма –,
когда каждый из взаимодействующих
атомов поставляет по одному электрону,
или по
донорно-акцепторному
механизму,
если электронная пара передается в
общее пользование одним атомом (донором
– N,
O,
Cl,
F)
другому атому (акцептору – атомы
d-элементов
).

1
– кратность связей – между 2мя атомами
возможна только 1 сигма-связь, но наряду
с ней между теми же атомами могут быть
пи и дельта-связь, что приводит к
образованию кратных связей. Кратность
определяется числом общих электронных
пар.

2
– длина связи – межъядерное расстояние
в молекуле, чем больше кратность, тем
меньше ее длина.

3
– прочность связи – это количество
энергии необходимое для ее разрыва

4
– насыщаемость ковалентной связи
проявляется в том, что одна атомная
орбиталь может принимать участие в
образовании только одной к.с. Это свойство
определяет стехиометрию молекулярных
соединений.

5
– направленность к.с. в зависимости от
того, какую форму и какое направление
имеют электронные облака в пространстве
при их взаимном перекрывании могут
образовываться соединения с линейной
и угловой формой молекул.

Ионная
связь
– образуется
между атомами которые сильно отличаются
по электроотрицательности. Это соединения
главных подгрупп 1 и 2 групп с элементами
главных подгрупп 6 и 7 групп. Ионной
называют химическую связь, которая
осуществляется в результате взаимного
электростатического притяжения
противоположно заряженных ионов.

Механизм
образования ионной связи: а) образование
ионов взаимодействующих атомов; б)
образование молекулы за счет притяжения
ионов.

Ненаправленность
и ненасыщенность ионной связи

Силовые
поля ионов равномерно распределяются
во всех направлениях поэтому каждый
ион может притягивать к себе ионы
противоположного знака в любом
направлении. В этом заключается
ненаправленность ионной связи.
Взаимодействие 2х ионов противоположного
знака не приводит к полной взаимной
компенсации их силовых полей. Поэтому
у них сохраняется способность притягивать
ионы и по другим направлениям, т.е. ионная
связь характеризуется ненасыщенностью.
Поэтому каждый ион в ионном соединении
притягивает такое число ионов
противоположного знака, чтобы образовалась
кристаллическая решетка ионного типа.
В ионном кристалле нет молекул. Каждый
ион окружен определенным числом ионов
другого знака (координационное число
иона).

Металлическая
связь
– хим. Связь в металлах. У металлов
имеется избыток валентных орбиталей и
недостаток электронов. При сближении
атомов их валентные орбитали перекрываются
благодаря чему электроны свободно
перемещаются из одной орбитали в другую,
осуществляется связь между всеми атомами
металла. Связь которую осуществляют
относительно свободные электроны между
ионами металла в кристаллической решетке
называется металлической связью. Связь
сильно делокализована и не обладает
направленностью и насыщенностью , т.к.
валентные электроны равномерно
распределены по кристаллу. Наличие
свободных электронов обусловливает
существование общих свойств металлов:
непрозрачность, металлический блеск,
высокая электро и теплопроводность,
ковкость и пластичность.

Водородная
связь
– связь между атомом Н и сильноотрицательным
элементом (F,
Cl,
N,
O,
S).
Водородные связи могут
быть внутри- и межмолекулярными.
ВС слабее ковалентной связи. Возникновение
ВС объясняется действием электростатических
сил. Атом Н обладает маленьким радиусом
и при смещении или отдаче единственного
электрона Н приобретает сильный
положительный заряд, который действует
на электроотрицательность.

Физические свойства ионной связи

Между ионами в молекуле всегда образуется достаточно сильное притяжение, поэтому вещества с ионной связью в обычных условиях твердые и нелетучие. Такие соединения сложно разрушить при помощи тепловой энергии, что обуславливает высокую температуру кипения и плавления. При этом ионы имеют небольшой радиус взаимодействия — это придает веществам хрупкость.

Свойства ионных соединений:

Типичным веществом с ионными связями можно считать хлорид натрия NaCl или поваренную соль. Ее кристаллы в точности соответствуют всем характеристикам.

Характеристики ионной связи

Мы узнали, как образуется ионная связь, а теперь поговорим о ее характеристиках. Она существенно отличается от других типов связи между атомами.

Разберемся в каждом пункте и начнем с направленности. Ковалентная полярная связь направлена, потому что она подразумевает смещение общей электронной пары к тому атому, который имеет большую электроотрицательность. В случае с ионами все иначе. Согласно закону Кулона притяжение между отрицательным и положительным ионом идет по прямой, соединяющей эти заряженные частицы. В кристаллической решетке все разноименно заряженные ионы взаимодействуют друг с другом и притяжение распределяется равномерно, поэтому говорят, что ионная связь не направлена.

А как насчет насыщаемости? Эта характеристика указывает на то, что атом может вступить в ограниченное количество химических связей, поскольку имеет ограниченное число неспаренных электронов. Но ионная связь — это не процесс соединения свободных электронов в пары, а взаимное притяжение ионов. Каждый ион может притягивать к себе неограниченное число ближайших соседей, поэтому нет смысла говорить о насыщаемости.

Из вышесказанного понятно, что ионная связь не имеет и кратности. Эта характеристика означает число общих электронных пар у атома, но в данном случае мы рассматриваем притяжение между ионами.

Вопросы для самопроверки

Вернемся к нашему примеру с гидридом натрия и посмотрим на кристаллическую решетку, которую имеет это ионное соединение. Каждый ион Na+ контактирует с шестью ионами H-. Это максимально возможное для данного иона число химических связей, оно называется координационным.

Координационное число — это количество ближайших соседей иона в ионной кристаллической решетке. По сути это количество связей, которые образует каждый ион в составе сложного вещества.

При рассмотрении ковалентной химической связи говорят о валентности — она характеризует, сколько связей есть у конкретного атома с другими атомами. Но к ионным соединениям это понятие не применяют, потому что все ионы в кристаллической решетке взаимодействуют друг с другом. Вместо этого есть координационное число, и оно отражает количество таких взаимодействий.

Определение ионной связи

Рассмотрим этот тип связи на примере реакции натрия и водорода, в результате которой получается гидрид натрия. У атома натрия Na есть один свободный электрон на внешнем уровне, в то время как атому водорода H не хватает одного электрона, чтобы завершить внешнюю оболочку и принять стабильную форму. Поскольку натрий имеет более низкую электроотрицательность, чем водород, он отдает свой валентный электрон и получает отрицательный заряд. Водород принимает этот электрон и получает положительный заряд. В итоге образуется два иона — катион Na+ и анион H-.

Между положительным ионом Na+ и отрицательным H- возникает электростатическое притяжение, которое и удерживает их вместе. Так образуется ионная связь в гидриде натрия.

Ионная связь — это тип химической связи, характерный для разноименно заряженных ионов, которые образовались в результате отдачи и присоединения электронов атомами. В нее вступают элементы с большой разностью электроотрицательности. Обычно так взаимодействуют атомы металла и неметалла.

Чаще всего именно так связаны в соединениях щелочные и щелочноземельные металлы с галогенами. Поскольку у щелочных металлов электроотрицательность ниже, их атомы становятся катионами, а атомы галогенов — анионами.

Механизм образования ионной связи похож на донорно-акцепторный механизм ковалентной связи. Первую даже называют крайним выражением второй.

Соли аммония NH4NO3, NH4Cl, (NH4)2SO4 хоть и не являются соединениями металла и неметалла, но также образованы с помощью ионной связи. Выберите идеального репетитора по химии15 000+ проверенных преподавателей со средним рейтингом 4,8. Учтём ваш график и цель обучения

Ионная связь

Ионная
связь образуется
между атомами с резко различной
электроотрицательностью (в молекулах
солей, оксидов и гидроксидов).

Рассмотрим
образование ионной связи в молекуле
NaCl:

NaCl:
Na K L 3s1
Na0
— 1

Cl
K L 3s2
3p5
Cl0
+ 1

Взаимодействие
друг с другом двух ионов противоположного
знака не может привести к полной взаимной
компенсации их силовых полей (рис.1).

Ионная
связь ненасыщена,
т.к. ион
способен взаимодействовать с соседними
ионами противоположного знака и
ненаправлена,
т.к.
электрическое поле иона имеет сферический
характер.

Рис.1.
Распределение
электрических силовых линий двух
разноименных ионов.

Соединения
с ионным типом химической связи, как
правило, тугоплавки,
являются
типичными электролитами и обладают
кристаллической ионной решеткой.

Общая энергия
ионной связи складывается по формуле:

3.
Ковалентная связь. Метод валентных
связей. Типы ковалентных молекул. Понятие
о методе молекулярных орбиталей

Химическая
связь, образованная путем обобществления
пары электронов двумя атомами, называется
ковалентной
связью.

В
1919 году впервые теорию о ковалентной
связи высказал американский ученый Г.
Льюс. А в 1925 году В. Гейтлер и Ф. Лондон,
опираясь на теорию Льюиса, решили
уравнение Шредингера для молекулы
водорода. Квантово-механические расчеты
показали, что химическая связь образуется
в результате перекрывания электронных
облаков взаимодействующих атомов
(рис.2).

Рис.2.
Перекрывание электронных облаков при
образовании молекулы водорода.

При
сближении атомов водорода происходит
проникновение их электронных облаков
друг в друга, которое называется
перекрыванием электронных облаков.
Электронная плотность в межъядерном
пространстве увеличивается, ядра
притягиваются к этой зоне, и энергия
системы понижается (рис.3). Однако, при
очень сильном сближении атомов возрастает
отталкивание ядер. Поэтому имеется
оптимальное расстояние между ядрами
(длина связи ), при котором система имеет
минимальную энергию. При таком состоянии
выделяется энергия, называемая энергией
связи . Волновые функции атомов при
этом складываются. Это становится
возможным в том случае, если электроны
взаимодействующих атомов имеют
антипараллельные спины.

Рис.3.
Зависимость энергии систем из двух
атомов с параллельными

и антипараллельными

спинами от расстояния между ядрами.

При сближении
атомов с параллельными спинами волновые
функции атома вычитаются, энергия
возрастает, и молекула не образуется.

Особенностями
ковалентной химической связи являются
ее направленность,
насыщаемость, полярность и поляризуемость.
Насыщаемость
ковалентной связи определяется
ограничением числа электронов, находящихся
на внешних оболочках, которые могут
участвовать в образовании ковалентной
связи. Так как атомные орбитали
пространственно ориентированны, то
перекрывание электронных облаков
происходит по определенным направлениям,
что и обуславливает направленность
ковалентной связи. Количественно
направленность выражается в виде
валентных углов между направлениями
химической связи в молекулах и твердых
телах.

Валентный
угол — это
уголмежду
воображаемыми линиями, проходящими
через ядра химически связанных атомов.
В молекуле воды он составляет

Так строение
молекулы воды можно выразить структурной
формулой:

В волновой механике
для описания ковалетной связи рассматривают
два квантово-механических метода:

1) метод валентных
связей;

2) метод молекулярных
орбиталей.

Энергия химической связи (кДж/моль) — это количество энергии, выделяющееся при образовании химической связи или затрачиваемое на ее разрыв.

или нм) — это расстояние между ядрами
химически связанных атомов.

В
зависимости от способа образования
химической связи различают следующие
виды химической связи: ионная
(гетеполярная), ковалентная (полярная
и неполярная), металлическая, водородная,
а также различные виды межмолекулярного
взаимодействия (ориентационное,
индукционное, дисперсионное и
донорно-акцепторное взаимодействия).

Как определить ионную связь

Чтобы быстро понять, является ли нужное нам соединение ионным, выполните следующие действия:

Дополнительным способом убедиться в правильности результата может стать оценка физических свойств вещества. Если оно имеет высокую температуру кипения или плавления и проводит электроток — связь скорее всего ионная.

Примеры веществ с ионной связью

Таким же образом, как в гидриде натрия, ионы образуются и в других подобных ему соединениях. Например, в хлориде натрия NaCl атом натрия имеет один свободный электрон и отдает его атому хлора. В итоге оба завершают свой внешний уровень. Образуется ион натрия с положительным зарядом и отрицательно заряженный ион хлора.

Другой пример ионной химической связи — сульфид натрия Na2S. В данном случае у нас также есть натрий с одним свободным электроном и сера, у которой на внешнем уровне есть 2 свободных электрона из 6. Таким образом, чтобы завершить уровень и обрести стабильную форму, сере нужно 2 электрона. Поэтому в формуле сульфида серы присутствует два атома натрия.

Ковалентная, ионная, металлическая

Ключевые слова конспекта. Химическая связь: ковалентная (полярная и неполярная), ионная, металлическая.

Силы, которые удерживают атомы в молекулах, называются химическими связями.

Образование химической связи происходит в том случае, если этот процесс сопровождается выигрышем энергии. Эта энергия возникает, если каждый атом, образующий химическую связь, получает устойчивую электронную конфигурацию.

По способу образования и существования химическая связь может быть ковалентной (полярной, неполярной), ионной, металлической.

Ковалентная химическая связь

■ Ковалентная химическая связь — это связь, возникающая между атомами путем образования общих электронных пар за счет неспаренных электронов.

Внешние уровни большинства элементов периодической системы (кроме благородных газов) содержат неспаренные электроны, то есть являются незавершенными. В процессе химического взаимодействия атомы стремятся завершить свой внешний электронный уровень.

Например, электронная формула атома водорода: 1s1. Ее графический вариант:

Таким образом, атом водорода в химических реакциях стремится завершить свой внешний 1 s-уровень одним s-электроном. При сближении двух атомов водорода происходит усиление притяжения электронов одного атома к ядру другого атома. Под действием этой силы расстояния между ядрами атомов сокращаются и в результате их электронные орбитали перекрывают друг друга, создавая общую электронную орбиталь — молекулярную. Электроны каждого из атомов водорода через область перекрывания орбиталей мигрируют от одного атома к другому, то есть образуют общую электронную пару. Ядра будут сближаться до тех пор, пока нарастающие силы отталкивания одноименных зарядов не уравновесят силы притяжения.

Переход электронов с атомной орбитали на молекулярную сопровождается снижением энергии системы (более выгодное энергетическое состояние) и образованием химической связи:

Подобным образом образуются общие электронные пары при взаимодействии атомов р-элементов. Так образуются все двухатомные молекулы простых веществ. При образовании F2 и Cl2 перекрываются по одной р-орбитали от каждого из атомов (образуется одинарная связь), а при взаимодействии атомов азота перекрываются по три р-орбитали от каждого и в молекуле азота N2 образуется тройная связь.

Электронная формула атома хлора: 1s22s22p63s23p5. Графическая формула:

Таким образом, на внешней орбитали атом хлора содержит один неспаренный р-электрон. Взаимодействие двух атомов хлора будет происходить по следующей схеме:

Электронная формула атома азота: 1s22s22p3. Графическая формула:

На внешней орбитали атома азота находятся 3 неспаренных р-электрона. Взаимодействие двух атомов азота будет происходить по следующей схеме:

Прочность связей в молекуле определяется количеством общих электронных пар у ее атомов. Двойная связь прочнее одинарной, тройная — прочнее двойной.

С увеличением количества связей между атомами сокращается расстояние между ядрами атомов, которое называют длиной связи, и увеличивается количество энергии, необходимое для разрыва связи, которое называется энергией связи. Например, в молекуле фтора связь одинарная, ее длина составляет 1,42 нм (1 нм = 10–9 м), а в молекуле азота связь тройная, ее длина — 0,11 нм. Энергия связи в молекуле азота в 7 раз превышает энергию связи в молекуле фтора.

При взаимодействии атома водорода с атомом хлора оба атома будут стремиться завершить свои внешние энергетические уровни: водород — 1 s-уровень и хлор — 3р-уровень. В результате их сближения происходит перекрывание 1 s-орбитали атома водорода и 3р-орбитали атома хлора, а из соответствующих неспаренных электронов формируется общая электронная пара:

В молекулах Н2 и HCl область перекрывания орбиталей атомов водорода расположена в одной плоскости — на прямой, соединяющей центры атомных ядер. Такая связь называется σ-связью (сигма-связью):

Однако если в молекуле формируется двойная связь (с участием двух электронных орбиталей), то одна связь будет σ-связью, а вторая будет образована между орбиталями, расположенными параллельно друг другу. Параллельные орбитали перекроются с образованием двух общих участков, расположенных сверху и снизу от линии, соединяющей центры атомов.

Химическая связь, образующаяся в результате бокового перекрывания орбиталей — в двух местах, называется π-связью (пи-связью):

При образовании ковалентной связи меду атомами с одинаковой электроотрицательностью (Н2, F2, O2, N2) общая электронная пара будет располагаться на одинаковом расстоянии от атомных ядер. При этом общие электронные пары принадлежат в равной степени обоим атомам одновременно, и ни на одном из атомов не будет избыточного отрицательного заряда, который несут на себе электроны. Такой вид ковалентной связи называется неполярной.

■ Ковалентная неполярная связь — вид химической связи, образующийся между атомами с одинаковой электроотрицательностью.

В случае, когда электроотрицательности элементов, вступающих во взаимодействие, не равны, но близки по значению, общая электронная пара смещается в сторону элемента с большей электроотрицательностью. При этом на нем образуется частичный отрицательный заряд (за счет отрицательно заряженных электронов):

В результате на атомах соединения образуются частичные заряды Н+0,18 и Cl–0,18; а в молекуле возникают два полюса — положительный и отрицательный. Такую ковалентную связь называют полярной.

■ Ковалентная полярная связь — вид ковалентной связи, образующейся при взаимодействии атомов, электроотрицательность которых отличается незначительно.

Образовавшийся частичный заряд на атомах в молекуле обозначают греческой буквой 8 (дельта), а направление смещения электронной пары — стрелкой:

Ионная химическая связь

В случае химического взаимодействия между атомами, электроотрицательность которых резко отличается (например, между металлами и неметаллами), происходит почти полное смещение электронных облаков к атому с большей электроотрицательностью. При этом, поскольку заряд ядра атома имеет положительное значение, атом, который почти полностью отдал свои валентные электроны, превращается в положительно заряженную частицу — положительный ион, или катион. Атом, получивший электроны, превращается в отрицательно заряженную частицу — отрицательный ион, или анион:

Ион — это одноатомная или многоатомная отрицательно либо положительно заряженная частица, в которую превращается атом в результате потери или присоединения электронов.

Между разноименно заряженными ионами при их сближении возникают силы электростатического притяжения — положительно и отрицательно заряженные ионы сближаются, образуя молекулу вещества.

■ Ионная химическая связь — это связь, образующаяся между ионами за счет сил электростатического притяжения.

Процесс присоединения электронов в ходе химических взаимодействий атомами с большей электроотрицательностью называется восстановлением, а процесс отдачи электронов атомами с меньшей электроотрицательностью — окислением.

Схему образования ионной связи между атомами натрия и хлора можно представить следующим образом:

Ионная химическая связь присутствует в оксидах, гидроксидах и гидридах щелочных и щелочноземельных металлов, в солях, а также в соединениях металлов с галогенами.

Ионы могут быть как простыми (одноатомными): Cl– , Н+, Na+, так и сложными (многоатомными): NH4–. Заряд иона принято записывать вверху после знака химического элемента. Вначале записывается величина заряда, а затем его знак.

Металлическая связь

Между атомами металлов возникает особый вид химической связи, которая называется металлической. Образование этой связи обусловлено тремя особенностями строения атомов металлов:

При сближении атомов металлов происходит перекрытие их свободных орбиталей, и валентные электроны получают возможность перемещаться на близкие по значениям энергии орбитали соседних атомов. Атом, теряющий электрон, превращается в ион. Таким образом, в металле формируется совокупность электронов, свободно перемещающихся между ионами. Притягиваясь к положительным ионам металла, электроны восстанавливают их, а затем снова отрываются, переходя к другим ионам. Такой процесс превращения атомов в ионы и обратно происходит в металлах непрерывно. Частицы, из которых состоят металлы, называют атом-ионами.

■ Металлическая связь — это связь, образующаяся между атом-ионами в металлах и сплавах посредством постоянного перемещения между ними валентных электронов:

Конспект урока «Химическая связь: ковалентная, ионная, металлическая».

Следующая тема: «Валентность химических элементов».