Hcl йонна връзка. Видове химични връзки

169338 0

Всеки атом има определен брой електрони.

Когато влизат в химични реакции, атомите даряват, получават или споделят електрони, постигайки най-стабилната електронна конфигурация. Конфигурацията с най-ниска енергия (както в атомите на благородния газ) се оказва най-стабилна. Този модел се нарича "октетно правило" (фиг. 1).

Ориз. 1.

Това правило важи за всички видове връзки. Електронните връзки между атомите им позволяват да образуват стабилни структури, от най-простите кристали до сложни биомолекули, които в крайна сметка образуват живи системи. Те се различават от кристалите по непрекъснатия си метаболизъм. В същото време много химични реакции протичат според механизмите електронен трансфер, които играят критична роля в енергийните процеси в тялото.

Химическата връзка е силата, която държи заедно два или повече атома, йони, молекули или всяка комбинация от тях.

Природата на химическата връзка е универсална: тя е електростатична сила на привличане между отрицателно заредени електрони и положително заредени ядра, определена от конфигурацията на електроните на външната обвивка на атомите. Способността на атома да образува химични връзки се нарича валентност, или степен на окисление. Концепцията за валентни електрони- електрони, които образуват химични връзки, тоест разположени в най-високите енергийни орбитали. Съответно се нарича външната обвивка на атома, съдържаща тези орбитали валентна обвивка. Понастоящем не е достатъчно да се посочи наличието на химична връзка, но е необходимо да се изясни нейният тип: йонна, ковалентна, дипол-диполна, метална.

Първият тип връзка ейонни Връзка

Според теорията за електронната валентност на Луис и Косел, атомите могат да постигнат стабилна електронна конфигурация по два начина: първо, чрез загуба на електрони, превръщайки се в катиони, второ, придобивайки ги, превръщайки се в аниони. В резултат на преноса на електрони, поради електростатичната сила на привличане между йони с противоположни знаци, се образува химична връзка, наречена от Косел “ електровалентен“(сега се нарича йонни).

В този случай анионите и катионите образуват стабилна електронна конфигурация със запълнена външна електронна обвивка. Типичните йонни връзки се образуват от катиони Т и II групи на периодичната система и аниони на неметални елементи от групи VI и VII (съответно 16 и 17 подгрупи, халкогениИ халогени). Връзките на йонните съединения са ненаситени и ненасочени, така че те запазват възможността за електростатично взаимодействие с други йони. На фиг. Фигури 2 и 3 показват примери за йонни връзки, съответстващи на модела на Kossel за трансфер на електрони.

Ориз. 2.

Ориз. 3.Йонна връзка в молекула готварска сол (NaCl)

Тук е уместно да си припомним някои свойства, които обясняват поведението на веществата в природата, по-специално да разгледаме идеята за киселиниИ причини.

Водните разтвори на всички тези вещества са електролити. Те променят цвета си по различен начин показатели. Механизмът на действие на индикаторите е открит от F.V. Оствалд. Той показа, че индикаторите са слаби киселини или основи, чийто цвят е различен в недисоциираните и дисоциираните състояния.

Основите могат да неутрализират киселините. Не всички основи са разтворими във вода (например, някои органични съединения, които не съдържат ОН групи, са неразтворими, по-специално, триетиламин N(C 2 H 5) 3); разтворимите основи се наричат алкали.

Водните разтвори на киселини претърпяват характерни реакции:

а) с метални оксиди - с образуване на сол и вода;

б) с метали - с образуване на сол и водород;

в) с карбонати - с образуване на сол, CO 2 и н 2 О.

Свойствата на киселините и основите се описват от няколко теории. В съответствие с теорията на S.A. Арениус, киселината е вещество, което се дисоциира, за да образува йони н+ , докато основата образува йони ТОЙ- . Тази теория не взема предвид съществуването на органични бази, които нямат хидроксилни групи.

В съответствие със протонСпоред теорията на Brønsted и Lowry киселината е вещество, съдържащо молекули или йони, които отдават протони ( донорипротони), а основата е вещество, състоящо се от молекули или йони, които приемат протони ( акцепторипротони). Обърнете внимание, че във водните разтвори водородните йони съществуват в хидратирана форма, тоест под формата на хидрониеви йони H3O+ . Тази теория описва реакции не само с вода и хидроксидни йони, но също и такива, проведени в отсъствието на разтворител или с неводен разтворител.

Например при реакцията между амоняк Н.Х. 3 (слаба основа) и хлороводород в газовата фаза се образува твърд амониев хлорид и в равновесна смес от две вещества винаги има 4 частици, две от които са киселини, а другите две са основи:

Тази равновесна смес се състои от две спрегнати двойки киселини и основи:

1)Н.Х. 4+ и Н.Х. 3

2) НС1И кл ‑

Тук във всяка конюгирана двойка киселината и основата се различават с един протон. Всяка киселина има спрегната основа. Силната киселина има слаба спрегната основа, а слабата киселина има силна спрегната основа.

Теорията на Brønsted-Lowry помага да се обясни уникалната роля на водата за живота на биосферата. Водата, в зависимост от веществото, което взаимодейства с нея, може да проявява свойствата на киселина или основа. Например при реакции с водни разтвори на оцетна киселина водата е основа, а при реакции с водни разтвори на амоняк е киселина.

1) CH3COOH + H2O ↔ H3O + + CH 3 COO- . Тук молекула на оцетната киселина отдава протон на водна молекула;

2) NH 3 + H2O ↔ NH 4 + + ТОЙ- . Тук една молекула амоняк приема протон от водна молекула.

Така водата може да образува две конюгирани двойки:

1) H2O(киселина) и ТОЙ- (конюгирана основа)

2) H 3 O+ (киселина) и H2O(конюгирана основа).

В първия случай водата отдава протон, а във втория го приема.

Това свойство се нарича амфипротонизъм. Наричат ​​се вещества, които могат да реагират както на киселини, така и на основи амфотерни. Такива вещества често се срещат в живата природа. Например, аминокиселините могат да образуват соли както с киселини, така и с основи. Следователно пептидите лесно образуват координационни съединения с наличните метални йони.

По този начин, характерно свойство на йонната връзка е пълното движение на свързващите електрони към едно от ядрата. Това означава, че между йоните има област, където електронната плътност е почти нулева.

Вторият тип връзка ековалентен Връзка

Атомите могат да образуват стабилни електронни конфигурации чрез споделяне на електрони.

Такава връзка се образува, когато двойка електрони се споделя един по един от всичкиатом. В този случай споделените електрони на връзката се разпределят по равно между атомите. Примерите за ковалентни връзки включват хомонуклеарендвуатомна молекули H 2 , н 2 , Е 2. Същият тип връзка се среща в алотропите О 2 и озон О 3 и за многоатомна молекула С 8 и също хетероядрени молекулихлороводород НС1, въглероден двуокис CO 2, метан CH 4, етанол СЪС 2 н 5 ТОЙ, серен хексафлуорид SF 6, ацетилен СЪС 2 н 2. Всички тези молекули споделят едни и същи електрони и техните връзки са наситени и насочени по един и същи начин (фиг. 4).

За биолозите е важно, че двойните и тройните връзки имат намалени ковалентни атомни радиуси в сравнение с единичната връзка.

Ориз. 4.Ковалентна връзка в Cl 2 молекула.

Йонните и ковалентните видове връзки са два крайни случая на многото съществуващи видове химични връзки и на практика повечето връзки са междинни.

Съединенията на два елемента, разположени в противоположните краища на еднакви или различни периоди на периодичната система, образуват предимно йонни връзки. Тъй като елементите се приближават един до друг в рамките на период, йонната природа на техните съединения намалява и ковалентният характер се увеличава. Например халогенидите и оксидите на елементи от лявата страна на периодичната таблица образуват предимно йонни връзки ( NaCl, AgBr, BaSO 4, CaCO 3, KNO 3, CaO, NaOH), а същите съединения на елементи от дясната страна на таблицата са ковалентни ( H2O, CO2, NH3, NO2, CH4, фенол C6H5OH, глюкоза C6H12O6, етанол C2H5OH).

Ковалентната връзка от своя страна има още една модификация.

В многоатомните йони и в сложните биологични молекули и двата електрона могат да идват само от единатом. Нарича се донорелектронна двойка. Нарича се атом, който споделя тази двойка електрони с донор акцепторелектронна двойка. Този вид ковалентна връзка се нарича координация (донор-акцептор, илидателен падеж) комуникация(фиг. 5). Този тип връзка е най-важен за биологията и медицината, тъй като химията на d-елементите, които са най-важни за метаболизма, до голяма степен се описва от координационните връзки.

Фиг. 5.

По правило в сложно съединение металният атом действа като акцептор на електронна двойка; напротив, в йонните и ковалентните връзки металният атом е донор на електрони.

Същността на ковалентната връзка и нейната разновидност - координационната връзка - може да се изясни с помощта на друга теория за киселините и основите, предложена от Г.Н. Люис. Той донякъде разшири семантичната концепция на термините „киселина“ и „основа“ според теорията на Брьонстед-Лоури. Теорията на Люис обяснява природата на образуването на сложни йони и участието на веществата в реакциите на нуклеофилно заместване, т.е. в образуването на CS.

Според Луис киселината е вещество, способно да образува ковалентна връзка чрез приемане на електронна двойка от основа. Базата на Луис е вещество, което има несподелена електронна двойка, която, като отдава електрони, образува ковалентна връзка с киселината на Луис.

Тоест, теорията на Луис разширява обхвата на киселинно-базовите реакции и до реакции, в които протоните изобщо не участват. Освен това самият протон, според тази теория, също е киселина, тъй като е способен да приеме електронна двойка.

Следователно, според тази теория, катионите са киселини на Луис, а анионите са бази на Люис. Пример за това са следните реакции:

По-горе беше отбелязано, че разделянето на веществата на йонни и ковалентни е относително, тъй като в ковалентните молекули не се случва пълен пренос на електрони от метални атоми към акцепторни атоми. В съединения с йонни връзки всеки йон е в електрическото поле на йони с противоположен знак, така че те са взаимно поляризирани и черупките им са деформирани.

Поляризираемостопределя се от електронната структура, заряда и размера на йона; за анионите е по-висока отколкото за катионите. Най-високата поляризуемост сред катионите е за катиони с по-голям заряд и по-малък размер, например, Hg 2+, Cd 2+, Pb 2+, Al 3+, Tl 3+. Има силен поляризиращ ефект н+ . Тъй като влиянието на поляризацията на йоните е двупосочно, то значително променя свойствата на образуваните от тях съединения.

Третият тип връзка едипол-дипол Връзка

В допълнение към изброените видове комуникация, има и дипол-дипол междумолекуленвзаимодействия, наричани още ван дер Ваалс .

Силата на тези взаимодействия зависи от природата на молекулите.

Има три вида взаимодействия: постоянен дипол - постоянен дипол ( дипол-диполатракция); постоянен дипол - индуциран дипол ( индукцияатракция); мигновен дипол - индуциран дипол ( дисперсионнопривличане или лондонски сили; ориз. 6).

Ориз. 6.

Само молекули с полярни ковалентни връзки имат дипол-диполен момент ( HCl, NH3, SO2, H2O, C6H5Cl), а силата на свързване е 1-2 Дебая(1D = 3,338 × 10‑30 кулонови метра - C × m).

В биохимията има друг вид връзка - водород връзка, която е граничен случай дипол-диполатракция. Тази връзка се образува от привличането между водороден атом и малък електроотрицателен атом, най-често кислород, флуор и азот. При големи атоми, които имат подобна електроотрицателност (като хлор и сяра), водородната връзка е много по-слаба. Водородният атом се отличава с една важна характеристика: когато свързващите електрони се отдръпнат, неговото ядро ​​- протонът - е изложено и вече не е екранирано от електрони.

Следователно атомът се превръща в голям дипол.

Водородната връзка, за разлика от връзката на Ван дер Ваалс, се образува не само по време на междумолекулни взаимодействия, но и в рамките на една молекула - вътрешномолекуленводородна връзка. Водородните връзки играят важна роля в биохимията, например за стабилизиране на структурата на протеини под формата на а-спирала или за образуване на двойна спирала на ДНК (фиг. 7).

Фиг.7.

Водородните и ван дер Ваалсовите връзки са много по-слаби от йонните, ковалентните и координационните връзки. Енергията на междумолекулните връзки е посочена в табл. 1.

Маса 1.Енергия на междумолекулните сили

Забележка: Степента на междумолекулни взаимодействия се отразява от енталпията на топене и изпарение (кипене). Йонните съединения изискват значително повече енергия за отделяне на йони, отколкото за разделяне на молекули. Енталпията на топене на йонните съединения е много по-висока от тази на молекулярните съединения.

Четвъртият тип връзка еметална връзка

И накрая, има друг тип междумолекулни връзки - метал: свързване на положителни йони на метална решетка със свободни електрони. Този тип връзка не се среща в биологични обекти.

От кратък преглед на видовете връзки става ясен един детайл: важен параметър на метален атом или йон - донор на електрони, както и на атом - акцептор на електрони, е неговата размер.

Без да навлизаме в подробности, отбелязваме, че ковалентните радиуси на атомите, йонните радиуси на металите и радиусите на Ван дер Ваалс на взаимодействащите молекули се увеличават с увеличаването на техния атомен номер в групи от периодичната таблица. В този случай стойностите на йонните радиуси са най-малки, а радиусите на Ван дер Ваалс са най-големи. Като правило, при движение надолу по групата, радиусите на всички елементи се увеличават, както ковалентни, така и ван дер Ваалсови.

От голямо значение за биолозите и лекарите са координация(донор-акцептор) връзки, разглеждани от координационната химия.

Медицинска бионеорганика. Г.К. Баръшков

Химическа връзка.

Упражнения.

1. Определете вида на химичната връзка в следните вещества:

вещество		Фосфорен хлорид	Сярна киселина
Тип комуникация
вещество		Бариев оксид
Тип комуникация

2. Подчертайте вещества, в които МЕЖДУ молекулитесъществува водородна връзка:

серен диоксид; лед; озон; етанол; етилен; оцетна киселина; флуороводород.

3. Как влияят дължина на връзката, сила и полярност- атомни радиуси, тяхната електроотрицателност, множественост на връзките?

а) Колкото по-големи са радиусите атоми, които образуват връзка, т.н дължина на връзката _______

б) Колкото по-голяма е множествеността (единични, двойни или тройни) връзки, така че сила ____________________

V) Колкото по-голяма е разликата в електроотрицателността между два атома, полярността на връзката ____________

4. Сравнете дължина, сила и полярност на връзките в молекулите:

а) дължина на връзката: HCl ___HBr

б) сила на връзката PH3_______NH3

в) полярност на връзката CCl4 ______CH4

г) якост на връзката: N2 _______O2

д) дължина на връзката между въглеродните атоми в етилен и ацетилен: __________

е) полярност на връзките в NH3_________H2O

Тестове. А4 Химическа връзка.

1. Валентността на атома е

1) броят на химичните връзки, образувани от даден атом в съединение

2) степен на окисление на атома

3) броя на дадените или получените електрони

4) броят на липсващите електрони за получаване на електронната конфигурация на най-близкия инертен газ

А. Когато се образува химическа връзка, винаги се освобождава енергия

Б. Енергията на двойната връзка е по-малка от тази на единичната връзка.

1) само А е вярно 2) само Б е вярно 3) и двете съждения са верни 4) и двете съждения са неправилни

3. Във вещества, образувани чрез комбиниране идентиченатоми, химична връзка

1) йонен 2) ковалентен полярен 3) водороден 4) ковалентен неполярен

4. Съединенията с ковалентна полярна и ковалентна неполярна връзка са съответно

1) вода и сероводород 2) калиев бромид и азот

5. Благодарение на споделената електронна двойка в съединението се образува химична връзка

1) KI 2) HBr 3) Li2O 4) NaBr

6. Изберете двойка вещества, в които всички връзки са ковалентни:

1) NaCl, HCl 2) CO2, BaO 3) CH3Cl, CH3Na 4) SO2, NO2

7. Вещество с полярна ковалентна връзка има формулата

1)KCl 2)HBr 3)P4 4)CaCl2

8. Съединение с йонна химична връзка

1) фосфорен хлорид 2) калиев бромид 3) азотен оксид (II) 4) барий

9. В амоняка и бариевия хлорид химичната връзка е съответно

1) йонни и ковалентни полярни 2) ковалентни неполярни и йонни 3) ковалентни полярни и йонни 4) ковалентни неполярни и метални

10. Веществата с ковалентна полярна връзка са

1) серен оксид (IV) 2) кислород 3) калциев хидрид 4) диамант

11. Коя серия изброява веществата само с полярни ковалентни връзки:

1) CH4 H2 Cl2 2) NH3 HBr CO2 3) PCl3 KCl CCl4 4) H2S SO2 LiF

12. В коя серия са изброени веществата само с йонни връзки:

1) F2O LiF SF4 2) PCl3 NaCl CO2 3) KF Li2O BaCl2 4) CaF2 CH4 CCl4

13. Образува се съединение с йонна връзка при взаимодействие

1) CH4 и O2 2) NH3 и HCl 3) C2H6 и HNO3 4) SO3 и H2O

14. В кое вещество всички химични връзки са ковалентни неполярни?

1) Диамант 2) Въглероден окис (IV) 3) Злато 4) Метан

15. Връзката, образувана между елементи с поредни номера 15 и 53

1) йонен 2) метал

3) ковалентен неполярен 4) ковалентен полярен

16. Водородна връзкае формиран междумолекули

1) етан 2) бензен 3) водород 4) етанол

17. Какво вещество съдържа водородни връзки?

1) Сероводород 2) Лед 3) Бромоводород 4) Бензен

18. Кое вещество съдържа йонни и ковалентни химични връзки?

1) Натриев хлорид 2) Хлороводород 3) Натриев сулфат 4) Фосфорна киселина

19. Химическата връзка в молекулата има по-силно изразен йонен характер

1) литиев бромид 2) меден хлорид 3) калциев карбид 4) калиев флуорид

20. Три общи електронни двойки образуват ковалентна връзка в молекулата на 1) азот 2) сероводород 3) метан 4) хлор

21. Колко електрона участват в образуването на химични връзки във водната молекула?4) 18

22. Молекулата съдържа четири ковалентни връзки: 1) CO2 2) C2H4 3) P4 4) C3H4

23. Броят на връзките в молекулите се увеличава в серия

1) CHCl3, CH4 2) CH4, SO3 3) CO2, CH4 4) SO2, NH3

24. В какво съединение се образува ковалентна връзка между атомите? по донорно-акцепторен механизъм? 1) KCl 2) CCl4 3) NH4Cl 4) CaCl2

25. Коя от следните молекули изисква най-малко енергия, за да се разложи на атоми? 1) HI 2) H2 3) O2 4) CO

26. Посочете молекулата, в която енергията на свързване е най-висока:

1) N≡N 2) H-H 3) O=O 4) H-F

27. Посочете молекулата, в която химичната връзка е най-силна:

1) HF 2) HCl 3) HBr 4) HI

28. Посочете серия, характеризираща се с увеличаване на дължината на химичната връзка

1)O2, N2, F2, Cl2 2)N2, O2, F2, Cl2 3)F2, N2, O2, Cl2 4)N2, O2, Cl2, F2

29. Дължината на E-O връзката се увеличава в серията

1) силициев оксид (IV), въглероден оксид (IV)

2) серен (IV) оксид, телур (IV) оксид

3) стронциев оксид, берилиев оксид

4) серен оксид (IV), въглероден оксид (IV)

30. В редицата се среща CH4 – SiH4 нараства

1) сила на връзката 2) окислителни свойства

3) дължини на връзките 4) полярности на връзките

31. В кой ред са подредени молекулите по нарастване на полярността на връзките?

1) HF, HCl, HBr 2) H2Se, H2S, H2O 3) NH3, PH3, AsH3 4) CO2, CS2, CSe2

32. Най-полярната ковалентна връзка в една молекула е:

1) CH4 2) CF4 3) CCl4 4) CBr4

33. Посочете серията, в която полярността се увеличава:

1)AgF, F2, HF 2)Cl2, HCl, NaCl 3)CuO, CO, O2 4) KBr, NaCl, KF

Ковалентна химична връзка, нейните разновидности и механизми на образуване. Характеристики на ковалентните връзки (полярност и енергия на връзката). Йонна връзка. Метална връзка. Водородна връзка.

1. В амоняка и бариевия хлорид химичната връзка е съответно

1) йонни и ковалентни полярни

2) ковалентни полярни и йонни

3) ковалентни неполярни и метални

4) ковалентни неполярни и йонни

2. Веществата само с йонни връзки са изброени в следните серии:

1) F2, CCl4, KS1

2) NaBr, Na2O, KI

3. Съединение с йонна връзка се образува чрез взаимодействие

3) C2H6 и HNO3

4. В коя серия всички вещества имат полярна ковалентна връзка?

1) HCl, NaCl. Cl2

4) NaBr. HBr. CO

5. В коя серия са формулите на веществата само с ковалентна полярност

1) C12, NO2, HC1

6. Ковалентната неполярна връзка е характерна за

1) C12 2) SO3 3) CO 4) SiO2

7. Вещество с полярна ковалентна връзка е

1) C12 2) NaBr 3) H2S 4) MgCl2

8. Вещество с ковалентна връзка е

1) CaC12 2) MgS 3) H2S 4) NaBr

9. Вещество с ковалентна неполярна връзка има формулата

1) NH3 2) Cu 3) H2S 4) I2

10. Веществата с неполярни ковалентни връзки са

1) вода и диамант

2) водород и хлор

3) мед и азот

4) бром и метан

11. Химическа връзка се образува между атоми с еднаква относителна електроотрицателност

2) ковалентен полярен

3) ковалентен неполярен

4) водород

12. Ковалентните полярни връзки са характерни за

1) KC1 2) HBr 3) P4 4) CaCl2

13. Химичен елемент, в атома на който електроните са разпределени между слоевете, както следва: 2, 8, 8, 2 образува химична връзка с водорода

1) ковалентен полярен

2) ковалентен неполярен

4) метал

14. В молекулата на кое вещество връзката между въглеродните атоми е с най-голяма дължина?

1) ацетилен 2) етан 3) етен 4) бензен

15. Три общи електронни двойки образуват ковалентна връзка в една молекула

2) сероводород

16. Между молекулите се образуват водородни връзки

1) диметилов етер

2) метанол

3) етилен

4) етилацетат

17. Полярността на връзката е най-силно изразена в молекулата

1) HI 2) HC1 3) HF 4) NVg

18. Веществата с неполярни ковалентни връзки са

1) вода и диамант

2) водород и хлор

3) мед и азот

4) бром и метан

19. Водородното свързване не е характерно за веществото

1) H2O 2) CH4 3) NH3 4) CH3OH

20. Ковалентна полярна връзка е характерна за всяко от двете вещества, чиито формули са

2) CO2 и K2O

4) CS2 и RS15

21. Най-слабата химична връзка в молекулата

1) флуор 2) хлор 3) бром 4) йод

22. Кое вещество има най-дългата химична връзка в своята молекула?

1) флуор 2) хлор 3) бром 4) йод

23. Всяко от веществата, посочени в серията, има ковалентни връзки:

1) C4H10, NO2, NaCl

2) CO, CuO, CH3Cl

4) C6H5NO2, F2, CC14

24. Всяко от веществата, посочени в серията, има ковалентна връзка:

1) CaO, C3H6, S8

2) Fe. NaNO3,CO

3) N2, CuCO3, K2S

4) C6H5N02, SO2, CHC13

25. Всяко от веществата, посочени в серията, има ковалентна връзка:

1) C3H4, NO, Na2O

2) CO, CH3C1, PBr3

3) Р2Оз, NaHSO4, Cu

4) C6H5NO2, NaF, CC14

26. Всяко от веществата, посочени в серията, има ковалентни връзки:

1) C3Ha, NO2, NaF

2) KS1, CH3Cl, C6H12O6

3) P2O5, NaHSO4, Ba

4) C2H5NH2, P4, CH3OH

27. Полярността на връзката е най-силно изразена в молекулите

1) сероводород

3) фосфин

4) хлороводород

28. В молекулата на кое вещество химичните връзки са най-силни?

29. Сред веществата NH4Cl, CsCl, NaNO3, PH3, HNO3 - броят на съединенията с йонни връзки е равен

30. Сред веществата (NH4)2SO4, Na2SO4, CaI2, I2, CO2 - броят на съединенията с ковалентна връзка е равен

Отговори: 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

Характеристики на химичните връзки

Доктрината за химическата връзка формира основата на цялата теоретична химия. Под химическа връзка се разбира взаимодействието на атомите, което ги свързва в молекули, йони, радикали и кристали. Има четири типа химични връзки: йонни, ковалентни, метални и водородни. В едни и същи вещества могат да се открият различни видове връзки.

1. При бази: между кислородните и водородните атоми в хидроксогрупите връзката е полярна ковалентна, а между метала и хидроксогрупата е йонна.

2. В соли на кислородсъдържащи киселини: между неметалния атом и кислорода на киселинния остатък - ковалентен полярен, а между метала и киселинния остатък - йонен.

3. В амониеви, метиламониеви и др. соли между азотните и водородните атоми има полярна ковалентност, а между амониеви или метиламониевите йони и киселинния остатък - йонна.

4. В металните пероксиди (например Na 2 O 2) връзката между кислородните атоми е ковалентна, неполярна, а между метала и кислорода е йонна и т.н.

Причината за единството на всички видове и видове химични връзки е тяхната идентична химическа природа - електрон-ядрено взаимодействие. Образуването на химическа връзка във всеки случай е резултат от електронно-ядрено взаимодействие на атомите, придружено от освобождаване на енергия.

Методи за образуване на ковалентна връзка

Ковалентна химична връзкае връзка, която възниква между атомите поради образуването на споделени електронни двойки.

Ковалентните съединения обикновено са газове, течности или относително нискотопими твърди вещества. Едно от редките изключения е диамантът, който се топи над 3500 °C. Това се обяснява със структурата на диаманта, който е непрекъсната решетка от ковалентно свързани въглеродни атоми, а не колекция от отделни молекули. Всъщност всеки диамантен кристал, независимо от неговия размер, е една огромна молекула.

Ковалентна връзка възниква, когато електроните на два неметални атома се комбинират. Получената структура се нарича молекула.

Механизмът на образуване на такава връзка може да бъде обменен или донорно-акцепторен.

В повечето случаи два ковалентно свързани атома имат различна електроотрицателност и споделените електрони не принадлежат еднакво на двата атома. През повечето време те са по-близо до един атом, отколкото до друг. В молекула на хлороводород, например, електроните, които образуват ковалентна връзка, са разположени по-близо до хлорния атом, тъй като неговата електроотрицателност е по-висока от тази на водорода. Въпреки това, разликата в способността за привличане на електрони не е достатъчно голяма, за да се осъществи пълен пренос на електрони от водородния атом към хлорния атом. Следователно връзката между водородните и хлорните атоми може да се разглежда като кръстоска между йонна връзка (пълен пренос на електрони) и неполярна ковалентна връзка (симетрично разположение на двойка електрони между два атома). Частичният заряд на атомите се означава с гръцката буква δ. Такава връзка се нарича полярна ковалентна връзка и се казва, че молекулата на хлороводорода е полярна, тоест има положително зареден край (водороден атом) и отрицателно зареден край (хлорен атом).

1. Обменният механизъм действа, когато атомите образуват споделени електронни двойки чрез комбиниране на несдвоени електрони.

1) Н 2 - водород.

Връзката възниква поради образуването на обща електронна двойка от s-електроните на водородните атоми (припокриващи се s-орбитали).

2) HCl - хлороводород.

Връзката възниква поради образуването на обща електронна двойка от s- и p-електрони (припокриващи се s-p орбитали).

3) Cl 2: В молекула на хлор се образува ковалентна връзка поради несдвоени р-електрони (припокриващи се р-р орбитали).

4) N ​​​​2: В молекулата на азота се образуват три общи електронни двойки между атомите.

Донорно-акцепторен механизъм на образуване на ковалентна връзка

Донорима електронна двойка акцептор- свободна орбитала, която тази двойка може да заема. В амониевия йон всичките четири връзки с водородни атоми са ковалентни: три се образуват поради създаването на общи електронни двойки от азотния атом и водородните атоми според обменния механизъм, една - чрез донорно-акцепторния механизъм. Ковалентните връзки се класифицират по начина, по който се припокриват електронните орбитали, както и по тяхното изместване към един от свързаните атоми. Химичните връзки, образувани в резултат на припокриване на електронни орбитали по линия на връзка, се наричат σ - връзки(сигма връзки). Сигма връзката е много силна.

P орбиталите могат да се припокриват в две области, образувайки ковалентна връзка чрез странично припокриване.

Химичните връзки, образувани в резултат на „страничното“ припокриване на електронните орбитали извън линията на връзката, т.е. в две области, се наричат ​​pi връзки.

Според степента на изместване на общите електронни двойки към един от атомите, които свързват, ковалентната връзка може да бъде полярна и неполярна. Ковалентна химична връзка, образувана между атоми с еднаква електроотрицателност, се нарича неполярна. Електронните двойки не се изместват към нито един от атомите, тъй като атомите имат същата електроотрицателност - свойството да привличат валентни електрони от други атоми. Например,

тоест молекулите на простите неметални вещества се образуват чрез ковалентна неполярна връзка. Ковалентна химична връзка между атоми на елементи, чиято електроотрицателност е различна, се нарича полярна.

Например NH3 е амоняк. Азотът е по-електроотрицателен елемент от водорода, така че споделените електронни двойки са изместени към неговия атом.

Характеристики на ковалентната връзка: дължина и енергия на връзката

Характерните свойства на ковалентната връзка са нейната дължина и енергия. Дължината на връзката е разстоянието между атомните ядра. Колкото по-къса е дължината на химичната връзка, толкова по-силна е тя. Въпреки това, мярка за силата на връзката е енергията на връзката, която се определя от количеството енергия, необходимо за прекъсване на връзката. Обикновено се измерва в kJ/mol. Така, според експерименталните данни, дължините на връзката на молекулите H 2, Cl 2 и N 2 съответно са 0,074, 0,198 и 0,109 nm, а енергиите на връзката съответно са 436, 242 и 946 kJ/mol.

йони. Йонна връзка

Има две основни възможности атомът да се подчинява на правилото за октета. Първият от тях е образуването на йонни връзки. (Вторият е образуването на ковалентна връзка, която ще бъде разгледана по-долу). Когато се образува йонна връзка, метален атом губи електрони, а неметален атом получава електрони.

Нека си представим, че два атома се „срещат“: атом на метал от група I и атом на неметала от група VII. Металният атом има един електрон на своето външно енергийно ниво, докато на неметалния атом му липсва само един електрон, за да бъде пълно външното му ниво. Първият атом лесно ще отстъпи на втория своя електрон, който е далеч от ядрото и е слабо свързан с него, а вторият ще му осигури свободно място на външното си електронно ниво. Тогава атомът, лишен от един от своите отрицателни заряди, ще се превърне в положително заредена частица, а втората ще се превърне в отрицателно заредена частица поради получения електрон. Такива частици се наричат ​​йони.

Това е химическа връзка, която възниква между йони. Числата, показващи броя на атомите или молекулите, се наричат ​​коефициенти, а числата, показващи броя на атомите или йоните в една молекула, се наричат ​​индекси.

Метална връзка

Металите имат специфични свойства, които се различават от свойствата на други вещества. Такива свойства са относително високи температури на топене, способност за отразяване на светлина и висока топлинна и електрическа проводимост. Тези особености се дължат на съществуването на специален вид връзка в металите - метална връзка.

Металната връзка е връзка между положителни йони в метални кристали, осъществявана поради привличането на електрони, движещи се свободно през кристала. Атомите на повечето метали на външно ниво съдържат малък брой електрони - 1, 2, 3. Тези електрони отделя се лесно, а атомите се превръщат в положителни йони. Отделените електрони се преместват от един йон в друг, свързвайки ги в едно цяло. Свързвайки се с йони, тези електрони временно образуват атоми, след което отново се откъсват и се комбинират с друг йон и т.н. Един процес протича безкрайно, което може да бъде схематично изобразено по следния начин:

Следователно в обема на метала атомите непрекъснато се превръщат в йони и обратно. Връзката в металите между йони чрез общи електрони се нарича метална. Металната връзка има някои прилики с ковалентната връзка, тъй като се основава на споделянето на външни електрони. При ковалентна връзка обаче външните несдвоени електрони на само два съседни атома се споделят, докато при метална връзка всички атоми участват в споделянето на тези електрони. Ето защо кристалите с ковалентна връзка са крехки, но с метална връзка, като правило, те са пластични, електропроводими и имат метален блясък.

Металното свързване е характерно както за чистите метали, така и за смесите от различни метали - сплави в твърдо и течно състояние. Въпреки това, в парообразно състояние, металните атоми са свързани помежду си чрез ковалентна връзка (например натриевите пари изпълват жълти светлинни лампи, за да осветяват улиците на големите градове). Металните двойки се състоят от отделни молекули (едноатомни и двуатомни).

Металната връзка също се различава от ковалентната връзка по сила: нейната енергия е 3-4 пъти по-малка от енергията на ковалентната връзка.

Енергията на връзката е енергията, необходима за прекъсване на химична връзка във всички молекули, които съставляват един мол вещество. Енергиите на ковалентните и йонните връзки обикновено са високи и възлизат на стойности от порядъка на 100-800 kJ/mol.

Водородна връзка

Химическа връзка между положително поляризирани водородни атоми на една молекула(или части от него) и отрицателно поляризирани атоми на силно електроотрицателни елементис общи електронни двойки (F, O, N и по-рядко S и Cl), друга молекула (или части от нея) се нарича водород. Механизмът на образуване на водородна връзка е отчасти електростатичен, отчасти d почетен характер.

Примери за междумолекулни водородни връзки:

При наличието на такава връзка дори нискомолекулните вещества могат при нормални условия да бъдат течности (алкохол, вода) или лесно втечнени газове (амоняк, флуороводород). В биополимерите - протеини (вторична структура) - има вътремолекулна водородна връзка между карбонилния кислород и водорода на аминогрупата:

Полинуклеотидните молекули - ДНК (дезоксирибонуклеинова киселина) - представляват двойни спирали, в които две вериги от нуклеотиди са свързани една с друга чрез водородни връзки. В този случай действа принципът на комплементарност, т.е. тези връзки се образуват между определени двойки, състоящи се от пуринови и пиримидинови бази: тиминът (Т) е разположен срещу адениновия нуклеотид (А), а цитозинът (С) е разположен срещу гуанин (G).

Веществата с водородни връзки имат молекулни кристални решетки.