Види ковалентного зв'язку полярна неполярная hcl, h2o h2, cl2, n2. Хімічна зв'язок Hcl іонна зв'язок
завдання №1
Із запропонованого переліку виберіть два з'єднання, в яких присутня іонна хімічний зв'язок.
- 1. Ca (ClO 2) 2
- 2. HClO 3
- 3. NH 4 Cl
- 4. HClO 4
- 5. Cl 2 O 7
Відповідь: 13
Визначити наявність іонного типу зв'язку в з'єднанні в переважній більшості випадків можна по тому, що до складу його структурних одиниць одночасно входять атоми типового металу і атоми неметалла.
За цією ознакою ми встановлюємо, що іонна зв'язок мається на з'єднанні під номером 1 - Ca (ClO 2) 2, тому що в його формулі можна побачити атоми типового металу кальцію і атоми неметалів - кисню і хлору.
Однак, більше сполук, що містять одночасно атоми металу і неметалла, в зазначеному списку немає.
Серед зазначених в завданні з'єднань є хлорид амонію, в ньому іонна зв'язок реалізується між катіоном амонію NH 4 + і хлорид-іоном Cl -.
завдання №2
Із запропонованого переліку виберіть два з'єднання, в яких тип хімічного зв'язку такий же, як в молекулі фтору.
1) кисень
2) оксид азоту (II)
3) бромоводород
4) йодид натрію
Запишіть в поле відповіді номери обраних з'єднань.
Відповідь: 15
Молекула фтору (F 2) складається з двох атомів одного хімічного елемента неметалла, тому хімічний зв'язок в даній молекулі ковалентная неполярная.
Ковалентний неполярний зв'язок може бути реалізована тільки між атомами одного і того ж хімічного елемента неметалла.
Із запропонованих варіантів ковалентний неполярний тип зв'язку мають тільки кисень і алмаз. Молекула кисню є двухатомной, складається з атомів одного хімічного елемента неметалла. Алмаз має атомне будова і в його структурі кожен атом вуглецю, що є неметаллом, пов'язаний з 4-ма іншими атомами вуглецю.
Оксид азоту (II) - речовина складається з молекул, утворених атомами двох різних неметалів. Оскільки електронегативності різних атомів завжди різні, загальна електронна пара в молекулі зміщена до більш електронегативного елементу, в даному випадку до кисню. Таким чином, зв'язок в молекулі NO є ковалентним полярної.
Бромоводород також складається з двохатомних молекул, що складаються з атомів водню і брому. Загальна електронна пара, що утворює зв'язок H-Br, зміщена до більш електронегативного атома брому. Хімічна зв'язок в молекулі HBr також є ковалентним полярної.
Йодид натрію - речовина іонного будови, утворене катіоном металу і йодид-аніоном. Зв'язок в молекулі NaI утворена за рахунок переходу електрона з 3 sорбіталі атома натрію (атом натрію перетворюється в катіон) на недозаповнений 5 pорбіталь атома йоду (атом йоду перетворюється на аніон). Така хімічна зв'язок називається іонної.
завдання №3
Із запропонованого переліку виберіть два речовини, між молекулами яких утворюються водневі зв'язку.
- 1. C 2 H 6
- 2. C 2 H 5 OH
- 3. H 2 O
- 4. CH 3 OCH 3
- 5. CH 3 COCH 3
Запишіть в поле відповіді номери обраних з'єднань.
Відповідь: 23
пояснення:
Водневі зв'язки мають місце в речовинах молекулярного будови, в яких присутні ковалетние зв'язку H-O, H-N, H-F. Тобто ковалентні зв'язки атома водню з атомами трьох хімічних елементів з найвищою електронегативні.
Таким чином, очевидно, водневі зв'язки є між молекулами:
2) спиртів
3) фенолів
4) карбонових кислот
5) аміаку
6) первинних і вторинних амінів
7) плавикової кислоти
завдання №4
Із запропонованого переліку виберіть два з'єднання з іонної хімічним зв'язком.
- 1. PCl 3
- 2. CO 2
- 3. NaCl
- 4. H 2 S
- 5. MgO
Запишіть в поле відповіді номери обраних з'єднань.
Відповідь: 35
пояснення:
Зробити висновок про наявність іонного типу зв'язку в з'єднанні в переважній більшості випадків можна по тому, що до складу структурних одиниць речовини одночасно входять атоми типового металу і атоми неметалла.
За цією ознакою ми встановлюємо, що іонна зв'язок мається на з'єднанні під номером 3 (NaCl) і 5 (MgO).
Примітка *
Крім зазначеного вище ознаки, про наявність іонної зв'язку в з'єднанні можна говорити, якщо в складі його структурної одиниці міститься катіон амонію (NH 4 +) або його органічні аналоги - катіони алкіламмонія RNH 3 +, діалкіламонія R 2 NH 2 +, тріалкіламмонія R 3 NH + або тетраалкіламонію R 4 N +, де R - деякий вуглеводневий радикал. Наприклад, іонний тип зв'язку має місце в з'єднанні (CH 3) 4 NCl між катіоном (CH 3) 4 + і хлорид-іоном Cl -.
завдання №5
Із запропонованого переліку виберіть два речовини з однаковим типом будови.
4) кухонна сіль
Запишіть в поле відповіді номери обраних з'єднань.
Відповідь: 23
завдання №8
Із запропонованого переліку виберіть два речовини немолекулярного будови.
2) кисень
3) білий фосфор
5) кремній
Запишіть в поле відповіді номери обраних з'єднань.
Відповідь: 45
завдання №11
Із запропонованого переліку виберіть два речовини, в молекулах яких присутня подвійна зв'язок між атомами вуглецю і кисню.
3) формальдегід
4) оцтова кислота
5) гліцерин
Запишіть в поле відповіді номери обраних з'єднань.
Відповідь: 34
завдання №14
Із запропонованого переліку виберіть два речовини з іонним зв'язком.
1) кисень
3) оксид вуглецю (IV)
4) хлорид натрію
5) оксид кальцію
Запишіть в поле відповіді номери обраних з'єднань.
Відповідь: 45
завдання №15
Із запропонованого переліку виберіть два речовини з таким же типом кристалічної решітки, як у алмазу.
1) кремнезем SiO 2
2) оксид натрію Na 2 O
3) чадний газ CO
4) білий фосфор P 4
5) кремній Si
Запишіть в поле відповіді номери обраних з'єднань.
Відповідь: 15
завдання №20
Із запропонованого переліку виберіть два речовини, в молекулах яких є одна потрійний зв'язок.
- 1. HCOOH
- 2. HCOH
- 3. C 2 H 4
- 4. N 2
- 5. C 2 H 2
Запишіть в поле відповіді номери обраних з'єднань.
Відповідь: 45
пояснення:
Для того, щоб знайти правильну відповідь, намалюємо структурні формули сполук з представленого списку:
Таким чином, ми бачимо, що потрійний зв'язок мається на молекулах азоту і ацетилену. Тобто правильні відповіді 45
завдання №21
Із запропонованого переліку виберіть два речовини, в молекулах яких є ковалентний неполярний зв'язок.
1.Щелочноземельние метали відносяться5) до s- елементів
6) до p- елементів
7) до d- елементів
8) до f - елементів
2. Скільки електронів містять на зовнішньому енергетичному рівні атоми лужноземельних металів
1) Один 2) два 3) три 4) чотири
3. У хімічних реакціях атоми алюмінію виявляють
3) Окислювальні властивості 2) кислотні властивості
4) 3) відновні властивості 4) основні властивості
4. Взаємодія кальцію з хлором відноситься до реакцій
1) Розкладання 2) з'єднання 3) заміщення 4) обміну
5. Молекулярна маса бікарбонату натрію дорівнює:
1) 84 2) 87 3) 85 4) 86
3. Який атом важче - заліза або кремнію - і у скільки разів?4.Визначите відносні молекулярні маси простих речовин: водню, кисню, хлору, міді, алмазу (вуглецю). Згадайте, які з них складаються з двохатомних молекул, а якісь з атомів.
5.рассчітайте відносну молекулярні маси наведених нижче речовин вуглекислого газу СО2 сірчаної кислоти Н2SO4 цукру C12H22O11 етіловоого спирту С2Н6О мармуру СаСРО3
6. У перекису водню на один атом кисню доводиться один атом водню. Визначте формулу прекісі водню, якщо ізветсо що її відносна молекулярна маса дорівнює 34. Яке масове співвідношення водню і кисню в цьому з'єднанні?
7. У скільки разів молекула вуглекислого газу важче молекули кисню?
Допоможіть пожжжжжалуйста, завдання 8 класу.
Хімічна зв'язок.
Вправи.
1. Визначити тип хімічного зв'язку в наступних речовинах:
речовина | хлорид фосфору | Сірчана кислота | |||
Тип зв'язку | |||||
речовина | оксид барію | ||||
Тип зв'язку |
2. підкресліть речовини, в яких МІЖ молекулами існує воднева зв'язок:
сірчистий газ; лід; озон; етанол; етилен; оцтова кислота; фтороводород.
3. Як впливають на довжину, міцність і полярність зв'язку - радіуси атомів, їх електронегативності, кратність зв'язку?
а) Чим більше радіуси атомів, що утворили зв'язок, тим довжина зв'язку _______
б) Чим більше кратність (Одинарна, подвійна або потрійна) зв'язку, тим її міцність ____________________
в) Чим більше різниця електронегативності між двома атомами, тим полярність зв'язку ____________
4. Порівняйте довжину, міцність і полярність зв'язків в молекулах:
а) довжина зв'язку: HCl ___HBr
б) міцність зв'язку PH3_______NH3
в) полярність зв'язку ССl4 ______CH4
г) міцність зв'язку: N2 _______O2
д) довжина зв'язку між атомами вуглецю в етилену і в ацетилені: __________
е) полярність зв'язків в NH3 _________ Н2О
Тести. А4.Хіміческая зв'язок.
1. Валентність атома - це
1) число хімічних зв'язків, утворених даними атомом в з'єднанні
2) ступінь окислення атома
3) число відданих або прийнятих електронів
4) число електронів, відсутню для отримання електронної конфігурації найближчого інертного газу
А. При утворенні хімічного зв'язку енергія завжди виділяється
Б. Енергія подвійного зв'язку менше, ніж енергія одинарного зв'язку.
1) вірно тільки А 2) вірно тільки Б 3) вірні обидва судження 4) обидва судження невірні
3.В речовинах, утворених шляхом з'єднання однакових атомів, хімічний зв'язок
1) іонна 2) ковалентний полярна 3) воднева 4) ковалентний неполярний
4. Сполуками з ковалентного полярної і ковалентного неполярной зв'язком є \u200b\u200bвідповідно
1) вода і сірководень 2) бромід калію і азот
5. За рахунок загальної електронної пари хімічний зв'язок утворена в з'єднанні
1) KI 2) НВr 3) Li2O 4) NаВr
6.Виберіте пару речовин, всі зв'язки в яких - ковалентні:
1) NаСl, НСl 2) СО2, ВаО 3) СН3Сl, СН3Nа 4) SO2, NO2
7.Вещество з ковалентного полярної зв'язком має формулу
1) KCl 2) HBr 3) Р4 4) CaCl2
8. З'єднання з іонним характером хімічного зв'язку
1) хлорид фосфору 2) бромід калію 3) оксид азоту (II) 4) барій
9. У аміаку і хлориду барію хімічний зв'язок відповідно
1) іонна і ковалентний полярна 2) ковалентний неполярний і іонна 3) ковалентний полярний і іонна 4) ковалентний неполярний і металева
10. Матеріалом з ковалентного полярної зв'язком є
1) оксид сірки (IV) 2) кисень 3) гідрид кальцію 4) алмаз
11. У якому ряду перераховані речовини тільки з ковалентного полярної зв'язком:
1) СН4 Н2 Сl2 2) NH3 HBr CO2 3) PCl3 KCl CCl4 4) H2S SO2 LiF
12. У якому ряду перераховані речовини тільки з іонним типом зв'язку:
1) F2O LiF SF4 2) PCl3 NaCl CO2 3) KF Li2O BaCl2 4) СаF2 CH4 CCl4
13. З'єднання з іонним зв'язком утворюється при взаємодії
1) CH4 і O2 2) NH3 і HCl 3) C2H6 і HNO3 4) SO3 і H2O
14. У якому речовині все хімічні зв'язки - ковалентні неполярні?
1) Алмаз 2) Оксид вуглецю (IV) 3) Золото 4) Метан
15. Зв'язок, що утворюється між елементами з порядковими номерами 15 і 53
1) іонна 2) металева
3) ковалентний неполярний 4) ковалентний полярна
16. воднева зв'язок утворюється між молекулами
1) етану 2) бензолу 3) водню 4) етанолу
17. У якому речовині є водневі зв'язку?
1) Сірководень 2) Лід 3) бромоводород 4) Бензол
18.В якому речовині є одночасно іонні і ковалентні хімічні зв'язки?
1) Хлорид натрію 2) Хлороводень 3) Сульфат натрію 4) Фосфорна кислота
19. Більш виражений іонний характер має хімічний зв'язок в молекулі
1) броміду літію 2) хлориду міді 3) карбіду кальцію 4) фториду калію
20. Трьома загальними електронними парами утворена ковалентний зв'язок в молекулі 1) азоту 2) сірководню 3) метану 4) хлору
21.Сколько електронів бере участь в утворенні хімічних зв'язків в молекулі води? 4) 18
22.Четире ковалентні зв'язки містить молекула: 1) СО2 2) С2H4 3) Р4 4) С3Н4
23. Число зв'язків в молекулах збільшується в ряду
1) СНСl3, СH4 2) СН4, SО3 3) СО2, СН4 4) SО2, NН3
24. У якому з'єднанні ковалентний зв'язок між атомами утворюється по донорно-акцепторного механізму? 1) КСl 2) ССl4 3) NН4Сl 4) СаСl2
25. Яка з перерахованих молекул вимагає найменшої витрати енергії для розкладання на атоми? 1) HI 2) Н2 3) O2 4) СО
26. Вкажіть молекулу, в якій енергія зв'язку - найбільша:
1) N≡N 2) Н-Н 3) О \u003d О 4) Н-F
27. Вкажіть молекулу, в якій хімічний зв'язок - найміцніша:
1) НF 2) НСl 3) НВr 4) HI
28. Вкажіть ряд, який характеризується збільшенням довжини хімічного зв'язку
1) O2, N2, F2, Cl2 2) N2, O2, F2, Cl2 3) F2, N2, O2, Cl2 4) N2, O2, Cl2, F2
29. Довжина зв'язку Е-O збільшується в ряду
1) оксид кремнію (IV), оксид вуглецю (IV)
2) оксид сірки (IV), оксид телуру (IV)
3) оксид стронцію, оксид берилію
4) оксид сірки (IV), оксид вуглецю (IV)
30. У ряду СН4 - SiH4 відбувається збільшення
1) міцності зв'язків 2) окислювальних властивостей
3) довжини зв'язків 4) полярності зв'язків
31. У якому ряду молекули розташовані в порядку збільшення полярності зв'язків?
1) НF, НСl, НВr 2) Н2Sе, Н2S, Н2О 3) NH3, РН3, АsН3 4) СO2, СS2, СSе2
32. Найбільш полярна ковалентний зв'язок в молекулі:
1) СН4 2) СF4 3) CCl4 4) CBr4
33.Укажіте ряд, в якому полярність зростає:
1) AgF, F2, HF 2) Cl2, HCl, NaCl 3) CuO, CO, O2 4) KBr, NaCl, KF
Ковалентний хімічний зв'язок, її різновиди та механізми утворення. Характеристики ковалентного зв'язку (полярність і енергія зв'язку). Іонна зв'язок. Металева зв'язок. Водневий зв'язок.
1. У аміаку і хлориду барію хімічний зв'язок відповідно
1) іонна і ковалентний полярна
2) ковалентний полярний і іонна
3) ковалентний неполярний і металева
4) ковалентний неполярний і іонна
2. Речовини тільки з іонним зв'язком наведені в ряду:
1) F2, ССl4, КС1
2) NaBr, Na2O, KI
3. З'єднання з іонним зв'язком утворюється при взаємодії
3) С2Н6 і HNO3
4. В якому ряду всі речовини мають ковалентний полярну зв'язок?
1) HCl, NaCl. Cl2
4) NaBr. HBr. CO
5. В якому ряду записані формули речовин тільки з ковалентного полярної
1) С12, NO2, НС1
6. Ковалентная неполярний зв'язок характерна для
1) С12 2) SO3 3) СО 4) SiO2
7. Матеріалом з ковалентного полярної зв'язком є
1) С12 2) NaBr 3) H2S 4) MgCl2
8. речовиною з ковалентним зв'язком є
1) СаС12 2) MgS 3) H2S 4) NaBr
9. Речовина з ковалентним неполярной зв'язком має формулу
1) NH3 2) Сu 3) H2S 4) I2
10. Елементами з неполярной ковалентним зв'язком є
1) вода і алмаз
2) водень і хлор
3) мідь і азот
4) бром і метан
11. Між атомами з однаковою відносною електронегативні утворюється хімічний зв'язок
2) ковалентний полярна
3) ковалентний неполярний
4) воднева
12. Ковалентний полярна зв'язок характерна для
1) KC1 2) НВг 3) Р4 4) СаСl2
13. Хімічний елемент, в атомі якого електрони по верствам розподілені так: 2, 8, 8, 2 утворює з воднем хімічний зв'язок
1) ковалентний полярну
2) ковалентний неполярну
4) металеву
14. У молекулі якої речовини довжина зв'язку між атомами вуглецю найбільша?
1) ацетилену 2) етану 3) етена 4) бензолу
15. Трьома загальними електронними парами утворена ковалентний зв'язок в молекулі
2) сірководню
16. Водневі зв'язки утворюються між молекулами
1) диметилового ефіру
2) метанолу
3) етилену
4) етилацетату
17. Полярність зв'язку найбільш виражена в молекулі
1) HI 2) НС1 3) HF 4) НВг
18. Елементами з неполярной ковалентним зв'язком є
1) вода і алмаз
2) водень і хлор
3) мідь і азот
4) бром і метан
19. Водневий зв'язок не характерна для речовини
1) Н2О 2) СН4 3) NH3 4) СНзОН
20. Ковалентний полярна зв'язок характерна для кожного з двох речовин, формули яких
2) СО2 і К2О
4) CS2 і РС15
21. Найменш міцна хімічний зв'язок в молекулі
1) фтору 2) хлору 3) брому 4) йоду
22. У молекулі якої речовини довжина хімічного зв'язку найбільша?
1) фтору 2) хлору 3) брому 4) йоду
23. Ковалентні зв'язку має кожне з речовин, зазначених в ряду:
1) C4H10, NO2, NaCl
2) СО, CuO, CH3Cl
4) C6H5NO2, F2, CC14
24. ковалентних зв'язків має кожне з речовин, зазначених в ряду:
1) СаО, С3Н6, S8
2) Fe. NaNO3, CO
3) N2, CuCO3, K2S
4) C6H5N02, SО2, CHC13
25. ковалентних зв'язків має кожне з речовин, зазначених в ряду:
1) С3Н4, NO, Na2O
2) СО, СН3С1, PBr3
3) Р2Оз, NaHSO4, Сu
4) C6H5NO2, NaF, СС14
26. Ковалентні зв'язку має кожне з речовин, зазначених в ряду:
1) C3Ha, NO2, NaF
2) КС1, CH3Cl, C6H12О6
3) P2O5, NaHSO4, Ba
4) C2H5NH2, P4, CH3OH
27. Полярність зв'язку найбільш виражена в молекулах
1) сірководню
3) фосфіну
4) хлороводню
28. У молекулі якої речовини хімічні зв'язки найбільш міцні?
29. Серед речовин NH4Cl, CsCl, NaNO3, PH3, HNO3 - число з'єднань з іонним зв'язком одно
30. Серед речовин (NH4) 2SO4, Na2SO4, CaI2, I2, CO2 - число з'єднань з ковалентним зв'язком одно
Відповіді: 1-2, 2-2, 3-4, 4-3, 5-4, 6-1, 7-3, 8-3, 9-4, 10-2, 11-3, 12-2, 13-3, 14-2, 15-1, 16-2, 17-3, 18-2, 19-2, 20-4, 21-4, 22-4, 23-4, 24-4, 25- 2, 26-4, 27-4, 28-1, 29-3, 30-4
Єдиної теорії хімічного зв'язку не існує, умовно хімічний зв'язок ділять на ковалентний (універсальний вид зв'язку), іонну (окремий випадок ковалентного зв'язку), металеву і водневу.
ковалентний зв'язок
Утворення ковалентного зв'язку можливо за трьома механізмам: обмінним, донорно-акцепторного і датівная (Льюїса).
згідно обмінним механізмом освіту ковалентного зв'язку відбувається за рахунок усуспільнення загальних електронних пар. При цьому кожен атом прагне придбати оболонку інертного газу, тобто отримати завершений зовнішній енергетичний рівень. Утворення хімічного зв'язку за обмінним типу зображують з використанням формул Льюїса, в яких кожен валентний електрон атома зображують точками (рис. 1).
Мал. 1 Утворення ковалентного зв'язку в молекулі HCl за обмінним механізмом
З розвитком теорії будови атома і квантової механіки освіту ковалентного зв'язку представляють, як перекривання електронних орбіталей (рис. 2).
Мал. 2. Утворення ковалентного зв'язку за рахунок перекривання електронних хмар
Чим більше перекривання атомних орбіталей, тим міцніше зв'язок, менше довжина зв'язку і більше її енергія. Ковалентний зв'язок може утворюватися за рахунок перекривання різних орбіталей. В результаті перекривання s-s, s-p орбіталей, а також d-d, p-p, d-p орбіталей бічнимилопатями відбувається утворення - зв'язку. Перпендикулярно лінії, що зв'язує ядра 2-х атомів утворюється - зв'язок. Одна - і одна - зв'язок здатні утворювати кратну (подвійну) ковалентний зв'язок, характерну для органічних речовин класу алкенів, алкадиенов і ін. Одна - та дві - зв'язку утворюють кратну (потрійну) ковалентний зв'язок, характерну для органічних речовин класу алкинов (ацетиленів).
Утворення ковалентного зв'язку з донорно-акцепторного механізму розглянемо на прикладі катіона амонію:
NH 3 + H + \u003d NH 4 +
7 N 1s 2 2s 2 2p 3
Атом азоту має вільну неподеленную пару електронів (електрони не беруть участь в утворенні хімічних зв'язків усередині молекули), а катіон водню вільну орбіталь, тому вони є донором і акцептором електронів, відповідно.
Датівная механізм утворення ковалентного зв'язку розглянемо на прикладі молекули хлору.
17 Cl 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 5
Атом хлору має і вільну неподеленную пару електронів і вакантні орбіталі, отже, може проявляти властивості і донора і акцептора. Тому при утворенні молекули хлору, один атом хлору виступає в ролі донора, а інший - акцептора.
головними характеристиками ковалентного зв'язку є: насичуваності (насичені зв'язки утворюються тоді, коли атом приєднує до себе стільки електронів, скільки йому дозволяють його валентні можливості; ненасичені зв'язки утворюються, коли число приєднаних електронів менше валентних можливостей атома); спрямованість (ця величина пов'язана з геометрій молекули і поняттям «валентного кута» - кута між зв'язками).
іонна зв'язок
З'єднань з чистою іонним зв'язком не буває, хоча під цим розуміють таке хімічно зв'язаний стан атомів, в якому стійке електронне оточення атома створюється при повному переході загальної електронної щільності до атому більш електронегативного елемента. Іонна зв'язок можливий тільки між атомами електронегативний і електропозитивних елементів, що знаходяться в стані разноименно заряджених іонів - катіонів та аніонів.
ВИЗНАЧЕННЯ
іоном називають електрично заряджені частинки, утворені шляхом відриву або приєднання електрона до атома.
При передачі електрона атоми металів і неметалів прагнуть сформувати навколо свого ядра стійку конфігурацію електронної оболонки. Атом неметалла створює навколо свого ядра оболонку подальшого інертного газу, а атом металу - попереднього інертного газу (рис. 3).
Мал. 3. Освіта іонної зв'язку на прикладі молекули хлориду натрію
Молекули, в яких в чистому вигляді існує іонна зв'язок зустрічаються в пароподібному стані речовини. Іонна зв'язок дуже міцна, в зв'язку з цим речовини з цим зв'язком мають високу температуру плавлення. На відміну від ковалентного для іонної зв'язку не характерні спрямованість і насичуваність, оскільки електричне поле, створюване іонами, діє однаково на всі іони за рахунок сферичної симетрії.
металева зв'язком
Металева зв'язок реалізується тільки в металах - це взаємодія, що утримує атоми металів в єдиній решітці. В освіті зв'язку беруть участь тільки валентні електрони атомів металу, що належать всьому його об'єму. В металах від атомів постійно відриваються електрони, які переміщаються по всій масі металу. Атоми металу, позбавлені електронів, перетворюються в позитивно заряджені іони, які прагнуть прийняти до себе рухаються електрони. Цей безперервний процес формує всередині металу так званий «електронний газ», який міцно пов'язує між собою всі атоми металу (рис. 4).
Металева зв'язок міцна, тому для металів характерна висока температура плавлення, а наявність «електронного газу» надають металів гнучкість і пластичність.
воднева зв'язок
Водневий зв'язок - це специфічне міжмолекулярної взаємодії, тому що її виникнення і міцність залежать від хімічної природи речовини. Вона утворюється між молекулами, в яких атом водню пов'язаний з атомом, що володіє високою електронегативність (O, N, S). Виникнення водневого зв'язку залежить від двох причин, по-перше, атом водню, пов'язаний з електронегативним атомом не має електронів і може легко впроваджуватися в електронні хмари інших атомів, а, по-друге, володіючи валентної s-орбиталью, атом водню здатний приймати неподеленную пару електронів електронегативного атома і утворювати з ним зв'язок по донорно акцепторному механізму.
169338 0
Кожен атом має деяким числом електронів.
Вступаючи в хімічні реакції, атоми віддають, набувають, або усуспільнюється електрони, досягаючи найбільш стійкою електронної конфігурації. Найбільш стійкою виявляється конфігурація з найбільш низькою енергією (як в атомах інертних газів). Ця закономірність називається "правилом октету" (рис. 1).
Мал. 1.
Це правило застосовується до всіх типам зв'язків. Електронні зв'язку між атомами дозволяють їм формувати стійкі структури, від найпростіших кристалів до складних біомолекул, що утворюють, в кінцевому рахунку, живі системи. Вони відрізняються від кристалів безперервним обміном речовин. При цьому багато хімічних реакцій протікають по механізмам електронного переносу, Які відіграють найважливішу роль в енергетичних процесах в організмі.
Хімічна зв'язок - це сила, що утримує разом два або кілька атомів, іонів, молекул або будь-яку їх комбінацію.
Природа хімічного зв'язку універсальна: це електростатична сила тяжіння між негативно зарядженими електронами і позитивно зарядженими ядрами, що визначається конфігурацією електронів зовнішньої оболонки атомів. Здатність атома утворювати хімічні зв'язки називається валентністю, або ступенем окислення. З валентністю пов'язано поняття про валентних електронах - електронах, що утворюють хімічні зв'язки, тобто знаходяться на найбільш високоенергетичних орбиталях. Відповідно, зовнішню оболонку атома, що містить ці орбіталі, називають валентної оболонкою. В даний час недостатньо вказати наявність хімічного зв'язку, а необхідно уточнити її тип: іонна, ковалентний, диполь-дипольна, металева.
Перший тип зв'язку -іонна зв'язок
Відповідно до електронної теорією валентності Льюїса і Косселя, атоми можуть досягти стійкої електронної конфігурації двома способами: по-перше, втрачаючи електрони, перетворюючись в катіони, По-друге, купуючи їх, перетворюючись в аніони. В результаті електронного переносу завдяки електростатичного силі тяжіння між іонами з зарядами протилежного знака утворюється хімічний зв'язок, названа Косселем « електровалентной»(Тепер її називають іонної).
В цьому випадку аніони і катіони утворюють стійку електронну конфігурацію із заповненою зовнішньої електронної оболонкою. Типові іонні зв'язки утворюються з катіонів Т і II груп періодичної системи і аніонів неметалічних елементів VI і VII груп (16 і 17 підгруп - відповідно, халькогенові галогенів). Зв'язки у іонних з'єднань ненасичені і ненаправлення, тому можливість електростатичного взаємодії з іншими іонами у них зберігається. На рис. 2 і 3 показані приклади іонних зв'язків, відповідних моделі електронного переносу Косселя.
Мал. 2.
Мал. 3. Іонна зв'язок в молекулі кухонної солі (NaCl)
Тут доречно нагадати про деякі властивості, що пояснюють поведінку речовин в природі, зокрема, розглянути подання про кислотахі підставах.
Водні розчини всіх цих речовин є електролітами. Вони по-різному змінюють забарвлення індикаторів. Механізм дії індикаторів був відкритий Ф.В. Оствальдом. Він показав, що індикатори являють собою слабкі кислоти або підстави, забарвлення яких в недиссоциированном і диссоциированном станах різниться.
Підстави здатні нейтралізувати кислоти. Не всі підстави розчинні у воді (наприклад, нерозчинні деякі органічні сполуки, що не містять - ОН-груп, зокрема, триетиламін N (С 2 Н 5) 3); розчинні підстави називають лугами.
Водні розчини кислот вступають в характерні реакції:
а) з оксидами металів - з утворенням солі і води;
б) з металами - з утворенням солі і водню;
в) з карбонатами - з утворенням солі, СO 2 і Н 2 O.
Властивості кислот і підстав описують кілька теорій. У відповідність з теорією С.А. Аррениуса, кислота являє собою речовина, дисоціює з утворенням іонів Н +, Тоді як підстава утворює іони ВІН -. Ця теорія не враховує існування органічних підстав, які не мають гідроксильних груп.
Відповідно до протонноїтеорією Бренстеда і Лоурі, кислота являє собою речовина, що містить молекули або іони, що віддають протони ( донорипротонів), а підстава - речовина, що складається з молекул або іонів, які беруть протони ( акцепторипротонів). Відзначимо, що у водних розчинах іони водню існують в гидратированной формі, тобто у вигляді іонів гідроксонію H 3 O +. Ця теорія описує реакції не тільки з водою і гідроксидні іонами, а й здійснюються за відсутності розчинника або з неводним розчинником.
Наприклад, в реакції між аміаком NH 3 (слабким підставою) і хлороводородом в газовій фазі утворюється твердий хлорид амонію, причому в рівноважної суміші двох речовин завжди присутні 4 частки, дві з яких - кислоти, а дві інші - підстави:
Ця рівноважна суміш складається з двох сполучених пар кислот і підстав:
1) NH 4 + і NH 3
2) HClі Сl ‑
Тут в кожній сполученій парі кислота і підставу розрізняються на один протон. Кожна кислота має поєднане з нею підставу. Сильної кислоті відповідає слабке поєднане підставу, а слабкою кислоті - сильне поєднане підставу.
Теорія Бренстеда-Лоурі дозволяє пояснити унікальність ролі води для життєдіяльності біосфери. Вода, в залежності від взаємодіє з нею речовини, може проявляти властивості або кислоти, або підстави. Наприклад, в реакціях з водними розчинами оцтової кислоти вода є підставою, а з водними розчинами аміаку - кислотою.
1) СН3СООН + Н 2 O ↔ Н 3 O + + СН 3 СОО -. Тут молекула оцтової кислоти донірует протон молекулі води;
2) NH 3 + Н 2 O ↔ NH 4 + + ВІН -. Тут молекула аміаку акцептує протон від молекули води.
Таким чином, вода може утворювати дві сполучені пари:
1) Н 2 O (Кислота) і ВІН - (поєднане підставу)
2) Н 3 О + (Кислота) і Н 2 O(Поєднане підставу).
У першому випадку вода донірует протон, а в другому - акцептує його.
Така властивість називається амфіпротонностью. Речовини, здатні вступати в реакції як і кислот, і підстав, називаються амфотерними. У живій природі такі речовини зустрічаються часто. Наприклад, амінокислоти здатні утворювати солі і з кислотами, і з підставами. Тому пептиди легко утворюють координаційні сполуки з присутніми іонами металів.
Таким чином, характерна властивість іонної зв'язку - повне переміщення нари зв'язують електронів до одного з ядер. Це означає, що між іонами існує область, де електронна щільність майже нульова.
Другий тип зв'язку -ковалентная зв'язок
Атоми можуть утворювати стійкі електронні конфігурації шляхом усуспільнення електронів.
Такий зв'язок утворюється, коли пара електронів усуспільнюється по одному від кожного атома. В такому випадку усуспільнені електрони зв'язку розподілені між атомами порівну. Прикладами ковалентного зв'язку можна назвати гомоядернихдвоатомні молекули Н 2 , N 2 , F 2. Цей же тип зв'язку є у алотропія O 2 і озону O 3 і у багатоатомної молекули S 8, а також у гетероядерних молекул хлороводню НСl, вуглекислого газу СO 2, метану СH 4, етанолу З 2 Н 5 ВІН, Гексафториду сірки SF 6, ацетилену З 2 Н 2. У всіх цих молекул електрони однаково загальні, а їх зв'язки насичені і спрямовані однаково (рис. 4).
Для біологів важливо, що у подвійному і потрійному зв'язків ковалентні радіуси атомів у порівнянні з одинарним зв'язком зменшені.
Мал. 4. Ковалентний зв'язок в молекулі Сl 2.
Іонний і ковалентний типи зв'язків - це два граничних випадки безлічі існуючих типів хімічних зв'язків, причому на практиці більшість зв'язків проміжні.
З'єднання двох елементів, розташованих в протилежних кінцях одного або різних періодів системи Менделєєва, переважно утворюють іонні зв'язку. У міру зближення елементів в межах періоду іонний характер їх з'єднань зменшується, а ковалентний - збільшується. Наприклад, нітрати і оксиди елементів лівої частини періодичної таблиці утворюють переважно іонні зв'язку ( NaCl, AgBr, BaSO 4, CaCO 3, KNO 3, CaO, NaOH), А такі ж з'єднання елементів правій частині таблиці - ковалентні ( Н 2 O, СО2, NH 3, NO 2, СН 4, фенол C 6 H 5 OH, глюкоза З 6 H 12 О 6, етанол З 2 Н 5 ОН).
Ковалентний зв'язок, в свою чергу, має ще одну модифікацію.
У багатоатомних іонів і в складних біологічних молекулах обидва електрона можуть відбуватися тільки з одногоатома. Він називається доноромелектронної пари. Атом, усуспільнюється з донором цю пару електронів, називається акцепторомелектронної пари. Такий різновид ковалентного зв'язку названа координаційної (донорно-акцепторної, абодатівная) зв'язком(Рис. 5). Цей тип зв'язку найбільш важливий для біології та медицини, оскільки хімія найбільш важливих для метаболізму d-елементів в значній мірі описується координаційними зв'язками.
Pіc. 5.
Як правило, в комплексному поєднанні атом металу виступає акцептором електронної пари; навпаки, при іонних і ковалентних зв'язках атом металу є донором електрона.
Суть ковалентного зв'язку і її різновиди - координаційного зв'язку - можна прояснити за допомогою ще однієї теорії кислот і підстав, запропонованої ГН. Льюїсом. Він дещо розширив смислове поняття термінів «кислота» і «основа» за теорією Бренстеда-Лоурі. Теорія Льюїса пояснює природу утворення комплексних іонів і участь речовин в реакціях нуклеофільного заміщення, тобто в освіті КС.
Згідно Льюїсу, кислота - це речовина, здатне утворювати ковалентний зв'язок шляхом акцептування електронної пари від заснування. Льюісовим підставою названо речовина, що володіє неподіленої електронної парою, яка, доніруя електрони, утворює ковалентний зв'язок з Льюісовой кислотою.
Тобто теорія Льюїса розширює коло кислотно-основних реакцій також на реакції, в яких протони не беруть участь зовсім. Причому сам протон, за цією теорією, також є кислотою, оскільки здатний акцептувати електронну пару.
Отже, згідно з цією теорією, катіони є Льюісовимі кислотами, а аніони - Льюісовимі підставами. Прикладом можуть служити такі реакції:
Вище зазначено, що підрозділ речовин на іонні та ковалентні відносне, оскільки повного переходу електрона від атомів металу до акцепторні атомам в ковалентних молекулах не відбувається. У з'єднаннях з іонним зв'язком кожен іон знаходиться в електричному полі іонів протилежного знака, тому вони взаємно поляризуються, а їх оболонки деформуються.
поляризуемостьвизначається електронної структурою, зарядом і розмірами іона; у аніонів вона вище, ніж у катіонів. Найбільша поляризованість серед катіонів - у катіонів більшого заряду і меншого розміру, наприклад, у Hg 2+, Cd 2+, Pb 2+, Аl 3+, Тl 3+. Сильним поляризующим дію має Н +. Оскільки вплив поляризації іонів двостороннє, вона значно змінює властивості утворених ними сполук.
Третій тип зв'язку -диполь-дипольна зв'язок
Крім перерахованих типів зв'язку, розрізняють ще диполь-дипольні міжмолекулярнівзаємодії, звані також вандерваал'совимі .
Сила цих взаємодій залежить від природи молекул.
Виділяють взаємодії трьох типів: постійний диполь - постійний диполь ( диполь-дипольна тяжіння); постійний диполь - індукований диполь ( індукційне тяжіння); миттєвий диполь - індукований диполь ( дисперсійне тяжіння, або лондоновских сили; Мал. 6).
Мал. 6.
Диполь-дипольниммоментом володіють тільки молекули з полярними ковалентними зв'язками ( HCl, NH 3, SO 2, Н 2 O, C 6 H 5 Cl), Причому сила зв'язку становить 1-2 дебая(1Д \u003d 3,338 × 10 -30 кулон-метра - Кл × м).
У біохімії виділяють ще один тип зв'язку - водневу зв'язок, що є граничним випадком диполь-дипольного тяжіння. Цей зв'язок утворена тяжінням між атомом водню і електронегативний атомом невеликого розміру, найчастіше - киснем, фтором і азотом. З великими атомами, що володіють аналогічною електронегативні (наприклад, з хлором і сіркою), воднева зв'язок виявляється значно слабшою. Атом водню відрізняється однією суттєвою особливістю: при зволіканні зв'язують електронів його ядро \u200b\u200b- протон - оголюється і перестає екрануватися електронами.
Тому атом перетворюється у великий диполь.
Водневий зв'язок, на відміну від вандерваальсова, утворюється не тільки при міжмолекулярних взаємодіях, але і всередині однієї молекули - внутримолекулярнаяводнева зв'язок. Водневі зв'язки відіграють в біохімії важливу роль, наприклад, для стабілізації структури білків у вигляді а-спіралі, або для утворення подвійної спіралі ДНК (рис. 7).
Рис.7.
Воднева і вандерваальсова зв'язку значно слабкіше, ніж іонна, ковалентний та координаційна. Енергія міжмолекулярних зв'язків вказана в табл. 1.
Таблиця 1. Енергія міжмолекулярних сил
Примітка: Ступінь міжмолекулярних взаємодій відображають показники ентальпії плавлення і випаровування (кипіння). Іонним з'єднанням потрібно для поділу іонів значно більше енергії, ніж для поділу молекул. Ентальпії плавлення іонних з'єднань значно вище, ніж молекулярних сполук.
Четвертий тип зв'язку -металева зв'язок
Нарешті, є ще один тип міжмолекулярних зв'язків - металевий: зв'язок позитивних іонів решітки металів з вільними електронами. У біологічних об'єктах цей тип зв'язку не зустрічається.
З короткого огляду типів зв'язків з'ясовується одна деталь: важливим параметром атома або іона металу - донора електронів, а також атома - акцептоpa електронів є його розмір.
Не вдаючись в деталі, зазначимо, що ковалентні радіуси атомів, іонні радіуси металів і вандерваальсови радіуси взаємодіючих молекул збільшуються в міру зростання їх порядкового номера в групах періодичної системи. При цьому значення радіусів іонів - найменші, а вандерваальсова радіусів - найбільші. Як правило, при русі вниз по групі радіуси всіх елементів збільшуються, причому як ковалентні, так і вандерваальсови.
Найбільше значення для біологів і медиків мають координаційні(донорно-акцепторні) Зв'язку, що розглядаються координаційної хімією.
Медична біонеорганіка. Г.К. баранчиків
Завантаження ...