Іонний зв'язок
Чисто іонним зв'язком називається хімічно пов'язаний стан атомів, при якому стійке електронне оточення досягається шляхом повного переходу загальної електронної густини до атома електронегативного елемента.
На практиці повний перехід електрона від одного атома до іншого атома - партнера у зв'язку не реалізується, оскільки кожен елемент має більшу або меншу електронегативність, і будь-який хімічний зв'язок буде певною мірою ковалентним. Якщо ступінь ковалентного зв'язку досить високий, то такий хімічний зв'язок є полярним ковалентним зв'язком з тим чи іншим ступенем іонності. Якщо ж ступінь ковалентності зв'язків мала, порівняно зі ступенем її іонності, такий зв'язок вважається іонним.
Іонний зв'язок можливий лише між атомами електропозитивних і електронегативних елементів, що перебувають у стані різноіменно заряджених іонів. p align="justify"> Процес утворення іонного зв'язку дозволяє пояснити електростатична модель, тобто. розгляд хімічної взаємодії між негативно та позитивно зарядженими іонами.
Іони - Це електрично заряджені частинки, що утворюються з нейтральних атомів або молекул шляхом віддачі або прийому електронів.
При віддачі чи прийомі електронів молекулами утворюються молекулярні чи багатоатомні іони, наприклад, - атион діоксигену, - нітрит-іон.
p align="justify"> Одноатомні позитивні іони, або одноатомні негативні іони, або одноатомні аніони, виникають при хімічній реакції між нейтральними атомами шляхом взаємопередачі електронів при цьому атом, електропозитивного елемента, що володіє невеликою кількістю зовнішніх електронів, переходить у більш стійкий стан одноатомного катіону шляхом зменшення числа цих. Навпаки, атом електронегативного елемента, має велику кількість зовнішніх електронів, перетворюється на більш стійке йому стан одноатомного іона шляхом збільшення числа електронів. Одноатомні катіони утворюються, як правило, металами, а одноатомні аніони – неметалами.
При передачі електронів атоми металевих і неметалевих елементів прагнуть сформуватися навколо ядер стійку конфігурацію електронної оболонки. Атом неметалевого елемента створює навколо свого кістяка зовнішню оболонку наступного благородного газу. Тоді як атом металевого елемента після віддачі зовнішніх електронів отримує стійку октетну конфігурацію попереднього благородного газу.
Іонні кристали
При взаємодії металевих і неметалевих простих речовин, що супроводжується віддачею та прийомом електронів, утворюються солі. Приклад:
2Na + Cl2 = 2NaCl,
2Al + 3F2 = 2AlF3
Іонний зв'язок характерний не тільки для солей похідного безкисневих і кисневмісних кислот [типу NaCl, AlF3, NaNO3, Al(SO4)3], але і для інших класів неорганічних речовин - основних оксидів та гідроксидів [типу Na2O та NaOH], бінарних сполук [типу Li3N та CaC2]. Між іонами із протилежними за знаком зарядами проявляються електростатичні сили тяжіння. Такі сили тяжіння ізотропні, тобто. діють однаково, у всіх напрямках. В результаті розташування іонів у твердих солях упорядковується у просторі певним чином. Система впорядковано розташованих катіонів та аніонів називається іонними кристалічними гратами, а самі тверді речовини (солі, основні оксиди та гідроксиди) - іонними кристалами.
Усі іонні кристали мають солеподібний характер. Під солеподібним характером розуміється певний набір властивостей, що відрізняє іонні кристали від кристалічних речовин коїться з іншими типами решіток. Звісно, в повному обсязі іонні грати характеризуються таким розташуванням іонів у просторі, число іонів - сусідів із протилежним зарядом може бути й іншим, проте чергування катіонів і аніонів у просторі є обов'язковим для кристалів.
Внаслідок того, що кулонівські сили тяжіння поширюються однаково в усіх напрямках, іони у вузлах кристалічних ґрат пов'язані відносно міцно, хоча кожен з іонів не зафіксований нерухомо, а безперервно здійснює теплові коливання навколо свого положення в ґратах. Поступальний рух іонів уздовж решітки відсутній, тому всі речовини з іонними зв'язками при кімнатній температурі - тверді (кристалічні). Амплітуда теплових коливань може бути збільшена нагріванням іонного кристала, що призводить в результаті до руйнування грат і переходу твердої речовини в рідкий стан (при температурі плавлення). Температура плавлення іонних кристалів відносно висока, а температура кипіння, при якій відбувається перехід рідкої речовини в невпорядкований, газовий стан, має дуже великі значення. Приклад:
Багато солі, особливо багатоелементні комплексні, а також солі органічних кислот можуть розкладатися при температурі нижчих, ніж температура кипіння і навіть температура плавлення.
Типовою властивістю багатьох з'єднань з іонним зв'язком (які не взаємодіють з водою або не розкладаються до плавлення) є їх здатність до дисоціації на іони; внаслідок рухливості іонів водні розчини або розплави іонних кристалів проводять електричний струм.
В іонних кристалах відсутні зв'язки між окремими парами іонів; точніше слід сказати, що всі катіони і аніони, що містяться в зразку іонного з'єднання, виявляються пов'язаними.
В іонних кристалах, побудованих з катіонів та аніонів, молекули відсутні.
Хімічні формули іонних речовин передають лише співвідношення катіонів та аніонів у кристалічній решітці; в цілому зразок іонної речовини електронейтральний. Наприклад, відповідно до формули іонного кристала Al2O3 співвідношення катіонів Al3+ і аніонів О2 в решітці дорівнює 2:3; речовина електронейтрально – шість позитивних зарядів (2 Al3+) нейтралізується шістьма негативними зарядами (3 О2-).
Хоча реальних молекул в іонних кристалах немає для однаковості з ковалентними речовинами прийнято з допомогою формул типу NaCl і Al2O3 передавати склад умовних молекул, отже, характеризувати іонні речовини певними значеннями відносної молекулярної маси. Це виправдано, оскільки перехід від ковалентного зв'язку до іонної відбувається поступово і мають лише умовну межу з х = 1,7.
Відносна молекулярна маса речовин з іонним зв'язком знаходиться додаванням відносних атомних мас відповідних елементів з урахуванням числа атомів кожного елемента.
Приклад: Відносна молекулярна маса Al2O3 становить:
Будова та форма кристалів є предметом дослідження кристалографії, а зв'язок властивостей кристалів та їх будови вивчає кристалохімію.
Слід зазначити, що сполук, у яких існує тільки іонний зв'язок, практично немає. Завжди між сусідніми атомами у кристалі виникають і ковалентні зв'язки.
Хімічна зв'язок виникає завдяки взаємодії електричних полів створюваних електронами та ядрами атомів, тобто. Хімічний зв'язок має електричну природу.
Під хімічним зв'язкомрозуміють результат взаємодії 2х або більше атомів, що призводить до утворення стійкої багатоатомної системи. Умовою утворення хімічного зв'язку є зменшення енергії атомів, що взаємодіють, тобто. молекулярний стан речовини енергетично вигідніший, ніж атомний. При освіті хімічного зв'язку атоми прагнуть отримати завершену електронну оболонку.
Розрізняють: ковалентну, іонну, металеву, водневу та міжмолекулярну.
Ковалентний зв'язок– найбільш загальний вид хімічного зв'язку, що виникає за рахунок усуспільнення електронної пари за допомогою обмінного механізму –, коли кожен із взаємодіючих атомів поставляє по одному електрону, або донорно-акцепторний механізмякщо електронна пара передається в загальне користування одним атомом (донором – N, O, Cl, F) іншому атому (акцептору – атоми d-елементів).
Характеристики хімічного зв'язку.
1 - кратність зв'язків - між 2 атомами можлива тільки 1 сигма-зв'язок, але поряд з нею між тими ж атомами можуть бути пі і дельта-зв'язок, що призводить до утворення кратних зв'язків. Кратність визначається кількістю загальних електронних пар.
2 – довжина зв'язку – між'ядерна відстань у молекулі, що більше кратність, то менше її довжина.
3 – міцність зв'язку – це кількість енергії необхідна для її розриву
4 – насичуваність ковалентного зв'язку в тому, що одна атомна орбіталь може брати участь у освіті лише однієї к.с. Ця властивість визначає стехіометрію молекулярних сполук.
5 – спрямованість к.с. в залежності від того, яку форму і який напрямок мають електронні хмари в просторі при їх взаємному перекриванні можуть утворюватися з'єднання з лінійною та кутовою формою молекул.
Іонний зв'язок – утворюється між атомами, які сильно відрізняються за електронегативністю. Це з'єднання головних підгруп 1 та 2 груп з елементами головних підгруп 6 та 7 груп. Іонною називають хімічний зв'язок, що здійснюється внаслідок взаємного електростатичного тяжіння протилежно заряджених іонів.
Механізм утворення іонного зв'язку: а) утворення іонів атомів, що взаємодіють; б) утворення молекули з допомогою тяжіння іонів.
Неспрямованість та ненасиченість іонного зв'язку
Силові поля іонів рівномірно розподіляються у всіх напрямках, тому кожен іон може притягувати до себе іони протилежного знака в будь-якому напрямку. У цьому полягає неспрямованість іонного зв'язку. Взаємодія 2х іонів протилежного знака не призводить до повної взаємної компенсації силових полів. Тому вони зберігається здатність притягувати іони й інших напрямах, тобто. іонний зв'язок характеризується ненасиченістю. Тому кожен іон в іонному з'єднанні притягує таку кількість іонів протилежного знака, щоб утворилися кристалічні грати іонного типу. В іонному кристалі немає молекул. Кожен іон оточений певною кількістю іонів іншого знака (координаційне число іона).
Металевий зв'язок- Хім. Зв'язок у металах. У металів є надлишок валентних орбіталей та нестача електронів. При зближенні атомів їх валентні орбіталі перекриваються завдяки чому електрони вільно переміщаються з однієї орбіталі до іншої, здійснюється зв'язок між усіма атомами металу. Зв'язок яку здійснюють відносно вільні електрони між іонами металу в кристалічній решітці називається металевим зв'язком. Зв'язок сильно делокализована і має спрямованістю і насиченістю, т.к. валентні електрони рівномірно розподілені по кристалу. Наявність вільних електронів обумовлює існування загальних властивостей металів: непрозорість, металевий блиск, висока електро- і теплопровідність, ковкість та пластичність.
Водневий зв'язок– зв'язок між атомом Н та сильнонегативним елементом (F, Cl, N, O, S). Водневі зв'язки можуть бути внутрішньо-і міжмолекулярними. НД слабше ковалентного зв'язку. Виникнення ЗС пояснюється дією електростатичних сил. Атом Н має маленький радіус і при зміщенні або віддачі єдиного електрона Н набуває сильного позитивного заряду, який діє на електронегативність.
Іонний зв'язок
(Використані матеріали сайту http://www.hemi.nsu.ru/ucheb138.htm)
Іонний зв'язок здійснюється шляхом електростатичного тяжіння між протилежно зарядженими іонами. Ці іони утворюються внаслідок переходу електронів від одного атома до іншого. Іонний зв'язок утворюється між атомами, що мають великі відмінності електронегативності (зазвичай більше 1,7 за шкалою Полінга), наприклад, між атомами лужних металів та галогенів.
Розглянемо виникнення іонної зв'язку з прикладу освіти NaCl.
З електронних формул атомів
Na 1s 2 2s 2 2p 6 3s 1
Cl 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 5
видно, що завершення зовнішнього рівня атому натрію легше віддати один електрон, ніж приєднати сім, а атому хлору легше приєднати один, ніж віддати сім. У хімічних реакціях атом натрію дає один електрон, а атом хлору приймає його. В результаті електронні оболонки атомів натрію та хлору перетворюються на стійкі електронні оболонки благородних газів (електронна конфігурація катіону натрію).
Na + 1s 2 2s 2 2p 6 ,
а електронна конфігурація аніону хлору
Cl - - 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6).
Електростатична взаємодія іонів призводить до утворення молекул NaCl.
Характер хімічного зв'язку часто знаходить відображення в агрегатному стані та фізичних властивостях речовини. Такі іонні сполуки, як хлорид натрію NaCl тверді та тугоплавкі тому, що між зарядами їх іонів "+" та "-" існують потужні сили електростатичного тяжіння.
Негативно заряджений іон хлору притягує як " свій " іон Na+, а й інші іони натрію навколо себе. Це призводить до того, що біля кожного з іонів знаходиться не один іон із протилежним знаком, а кілька.
Будова кристала кухонної солі NaCl.
Фактично, біля кожного іона хлору розташовується 6 іонів натрію, а біля кожного іона натрію - 6 іонів хлору. Таке впорядковане пакування іонів називається іонним кристалом. Якщо в кристалі виділити окремий атом хлору, то серед навколишніх атомів натрію вже неможливо знайти той, з яким хлор вступав у реакцію.
Притягнуті один до одного електростатичними силами іони вкрай неохоче змінюють своє місце під впливом зовнішнього зусилля або підвищення температури. Але якщо хлорид натрію розплавити і продовжувати нагрівати у вакуумі, він випаровується, утворюючи двоатомні молекули NaCl . Це свідчить, що сили ковалентного зв'язування будь-коли вимикаються повністю.
Основні характеристики іонного зв'язку та властивості іонних сполук
1. Іонний зв'язок є міцним хімічним зв'язком. Енергія зв'язку становить величини близько 300 – 700 кДж/моль.
2. На відміну від ковалентного зв'язку, іонний зв'язок є ненаправленим, оскільки іон може притягувати до себе іони протилежного знака у будь-якому напрямку.
3. На відміну від ковалентного зв'язку, іонний зв'язок є ненасиченим, оскільки взаємодія іонів протилежного знака не призводить до повної взаємної компенсації їх силових полів.
4. У процесі утворення молекул з іонним зв'язком немає повної передачі електронів, тому стовідсоткової іонної зв'язку у природі немає. У молекулі NaCl хімічний зв'язок лише 80% іонна.
5. З'єднання з іонним зв'язком – це тверді кристалічні речовини, що мають високі температури плавлення та кипіння.
6. Більшість іонних сполук розчиняються у воді. Розчини та розплави іонних з'єднань проводять електричний струм.
Металевий зв'язок
Інакше влаштовані металеві кристали. Якщо розглянути шматочок металевого натрію, то виявиться, що зовні він дуже відрізняється від кухонної солі. Натрій - м'який метал, легко ріжеться ножем, розплющується молотком, його можна легко розплавити в чашці на спиртовці (температура плавлення 97,8 про С). У кристалі натрію кожен атом оточений вісьмома іншими такими самими атомами.
Будова кристала металевого Na.
З малюнка видно, що атом Na у центрі куба має 8 найближчих сусідів. Але це ж можна сказати і про будь-який інший атом у кристалі, оскільки всі вони однакові. Кристал складається з "нескінченно" повторюваних фрагментів, зображених на цьому малюнку.
Атоми металів на зовнішньому енергетичному рівні містять невелику кількість валентних електронів. Оскільки енергія іонізації атомів металів невелика, валентні електрони слабо утримуються цих атомах. В результаті в кристалічній решітці металів з'являються позитивно заряджені іони та вільні електрони. При цьому катіони металу знаходяться у вузлах кристалічних ґрат, а електрони вільно переміщуються в поле позитивних центрів утворюючи так званий «електронний газ».
Наявність між двома катіонами негативно зарядженого електрона призводить до того, що кожен катіон взаємодіє з цим електроном.
Таким чином, металевий зв'язок – це зв'язок між позитивними іонами в кристалах металів, що здійснюється шляхом тяжіння електронів, що вільно переміщаються по всьому кристалу.
Оскільки валентні електрони в металі рівномірно розподілені по всьому кристалу металевий зв'язок, як і іонний, є ненаправленим зв'язком. На відміну від ковалентного зв'язку, металевий зв'язок є ненасиченим зв'язком. Від ковалентного зв'язку металевий зв'язок відрізняється також міцністю. Енергія металевого зв'язку приблизно в три – чотири рази менша за енергію ковалентного зв'язку.
Внаслідок великої рухливості електронного газу метали характеризуються високою електро- та теплопровідністю.
Металевий кристал виглядає досить простим, але насправді його електронний пристрій складніший, ніж у кристалів іонних солей. На зовнішній електронній оболонці елементів-металів недостатньо електронів для утворення повноцінного "октетного" ковалентного або іонного зв'язку. Тому в газоподібному стані більшість металів складається з одноатомних молекул (тобто окремих, не пов'язаних між собою атомів). Типовий приклад – пари ртуті. Таким чином, металевий зв'язок між атомами металів виникає тільки в рідкому та твердому агрегатному стані.
Описати металевий зв'язок можна наступним чином: частину атомів металу у кристалі, що утворюється, віддають у простір між атомами свої валентні електрони (у натрію це...3s1), перетворюючись на іони. Оскільки всі атоми металу в кристалі однакові, кожен із них має рівні з іншими шанси втратити валентний електрон.
Іншими словами, перехід електронів між нейтральними та іонізованими атомами металу відбувається без витрат енергії. Частина електронів при цьому завжди опиняється у просторі між атомами у вигляді "електронного газу".
Ці вільні електрони, по-перше, утримують атоми металу певному рівноважному відстані друг від друга.
По-друге, вони надають металам характерного "металевого блиску" (вільні електрони можуть взаємодіяти з квантами світла).
По-третє, вільні електрони забезпечують металам хорошу електропровідність. Висока теплопровідність металів теж пояснюється наявністю вільних електронів у міжатомному просторі - вони легко "відгукуються" на зміни енергії та сприяють її швидкому перенесенню в кристалі.
Спрощена модель електронної будови металевого кристала.
******** На прикладі металу натрію розглянемо природу металевого зв'язку з погляду уявлень про атомних орбіталях. У атома натрію, як і в багатьох інших металів, є недолік валентних електронів, проте є вільні валентні орбіталі. Єдиний 3s-електрон натрію здатний переміщатися на будь-яку з вільних та близьких по енергії сусідніх орбіталей. При зближенні атомів кристалі зовнішні орбіталі сусідніх атомів перекриваються, завдяки чому віддані електрони вільно переміщаються по всьому кристалу.
Однак "електронний газ" зовсім не безладний, як може здатися. Вільні електрони в металевому кристалі знаходяться на орбіталях, що перекриваються, і в якійсь мірі узагальнюються, утворюючи подобу ковалентних зв'язків. У натрію, калію, рубідії та інших металевих s-елементів узагальнених електронів просто мало, тому їх кристали неміцні та легкоплавкі. Зі збільшенням числа валентних електронів міцність металів, як правило, зростає.
Таким чином, металевий зв'язок схильний утворювати елементи, атоми яких на зовнішніх оболонках мають мало валентних електронів. Ці валентні електрони, що здійснюють металевий зв'язок, узагальнені настільки, що можуть переміщатися по всьому металевому кристалу та забезпечують високу електропровідність металу.
Кристал NaCl не проводить електричний струм, тому що у просторі між іонами немає вільних електронів. Всі електрони, віддані атомами натрію, міцно утримують при собі іони хлору. У цьому вся одна з істотних відмінностей іонних кристалів від металевих.
Те, що ви тепер знаєте про металевий зв'язок, дозволяє пояснити і високу ковкість (пластичність) більшості металів. Метал можна розплющити в тонкий аркуш, витягнути у дріт. Справа в тому, що окремі шари з атомів у кристалі металу можуть відносно легко ковзати один по одному: рухливий "електронний газ" постійно пом'якшує переміщення окремих позитивних іонів, екрануючи їх один від одного.
Зрозуміло, нічого подібного не можна зробити з кухонною сіллю, хоча сіль теж кристалічна речовина. В іонних кристалах валентні електрони міцно пов'язані із ядром атома. Зсув одного шару іонів щодо іншого призводить до зближення іонів однакового заряду і викликає сильне відштовхування між ними, внаслідок чого відбувається руйнування кристала (NaCl - тендітна речовина).
Зсув шарів іонного кристала викликає появу великих сил відштовхування між однойменними іонами та руйнування кристала.
Навігація
- Вирішення комбінованих завдань на основі кількісних характеристик речовини
- Вирішення задач. Закон сталості складу речовин. Обчислення з використанням понять «молярна маса» та «хімічна кількість» речовини
Природа металевого зв'язку. Будова кристалів металів.
1. с. 71–73; 2. с. 143-147; 4. с. 90-93; 8. с. 138-144; 3. с. 130-132.
Іонним хімічним зв'язком називається зв'язок, який утворюється між катіонами та аніонами в результаті їх електростатичної взаємодії.Іонний зв'язок можна розглядати як граничний випадок ковалентного полярного зв'язку, утвореного атомами з значеннями електронегативності, що сильно розрізняються.
При утворенні іонного зв'язку відбувається значне зміщення загальної пари електронів до електронегативнішого атома, який таким чином набуває негативного заряду і перетворюється на аніон. Інший атом, втративши свій електрон, утворює катіон. Іонний зв'язок утворюється тільки між атомними частинками таких елементів, які сильно відрізняються за своєю електронегативністю (? ≥ 1,9).
Іонний зв'язок характеризується неспрямованістюу просторі та ненасиченістю. Електричні заряди іонів зумовлюють їхнє тяжіння та відштовхування та визначають стехіометричний склад з'єднання.
У цілому нині іонне з'єднання є гігантську асоціацію іонів із протилежними зарядами. Тому хімічні формули іонних сполук відбивають лише найпростіше співвідношення між числами атомних частинок, що утворюють такі асоціації.
Металевий зв'язокввзаємодія, що утримує атомні частинки металів у кристалах.
Природа металевого зв'язку подібна до ковалентного зв'язку: обидва типи зв'язку засновані на узагальненні валентних електронів. Однак у разі ковалентного зв'язку узагальнюються валентні електрони лише двох сусідніх атомів, у той час як при утворенні металевого зв'язку в усуспільненні цих електронів беруть участь одразу всі атоми. Невисокі енергії іонізації металів зумовлюють легкість відриву валентних електронів від атомів та переміщення по всьому об'єму кристала. Завдяки вільному переміщенню електронів метали мають високу електричну провідність і теплопровідність.
Таким чином, відносно невелика кількість електронів забезпечує зв'язування всіх атомів у кристалі металу. Зв'язок такого типу, на відміну від ковалентного, є нелокалізованоюі ненаправленою.
7. Міжмолекулярна взаємодія . Орієнтаційна, індукційна та дисперсійна взаємодія молекул. Залежність енергії міжмолекулярної взаємодії від величини дипольного моменту, поляризуемості та розміру молекул. Енергія міжмолекулярної взаємодії та агрегатний стан речовин. Характер зміни температур кипіння та плавлення простих речовин та молекулярних сполук р-елементів IV-VII груп.
1. с. 73–75; 2. с. 149-151; 4. с. 93–95; 8. с. 144–146; 11. с. 139-140.
Хоча молекули загалом електронейтральні, між ними здійснюється міжмолекулярна взаємодія.
Сили зчеплення, що діють між одиночними молекулами і що призводять спочатку до утворення молекулярної рідини, а потім молекулярних кристалів, отримали назвуміжмолекулярних сил , або сил Ван-дер-Ваальса .
Міжмолекулярна взаємодія, як і хімічний зв'язок, має електростатичну природуале, на відміну від останньої, є дуже слабким; проявляється на значно більших відстанях і характеризується відсутністю насичуваності.
Розрізняють три типи міжмолекулярної взаємодії. До першого типу відноситься орієнтаційневзаємодіяполярних молекул. При зближенні полярні молекули орієнтуються щодо один одного відповідно до знаками зарядів на кінцях диполів. Чим більш полярні молекули, тим міцніша орієнтаційна взаємодія. Його енергія визначається, насамперед, величиною електричних моментів диполів молекул (тобто їх полярністю).
Індукційна взаємодія – це електростатична взаємодія між полярними та неполярними молекулами.
У неполярній молекулі під впливом електричного поля полярної молекули виникає наведений (індукований) диполь, який притягується до постійного диполя полярної молекули. Енергія індукційної взаємодії визначається електричним моментом диполя полярної молекули та поляризованістю неполярної молекули.
Дисперсійна взаємодія виникає внаслідок взаємного тяжіння так званих миттєвих диполів. Диполі такого типу виникають у неполярних молекулах у будь-який момент часу внаслідок розбіжності електричних центрів тяжкості електронної хмари та ядер, спричиненого їх незалежними коливаннями.
Відносна величина вкладу окремих складових у загальну енергію міжмолекулярної взаємодії залежить від двох основних електростатичних характеристик молекули – її полярності та поляризованості, які, у свою чергу, визначаються розмірами та структурою молекули.
8. Водневий зв'язок . Механізм освіти та природа водневого зв'язку. Порівняння енергії водневого зв'язку з енергією хімічного зв'язку та енергією міжмолекулярної взаємодії. Міжмолекулярні та внутрішньомолекулярні водневі зв'язки. Характер зміни температур плавлення та кипіння гідридів р-елементів IV-VII груп. Значення водневих зв'язків для природних об'єктів. Аномальні властивості води.
1. с. 75–77; 2. с. 147-149; 4. с. 95–96; 11. с. 140-143.
Одним з різновидів міжмолекулярної взаємодії є водневий зв'язок . Вона здійснюється між позитивно поляризованим атомом водню однієї молекули та негативно поляризованим атомом Х іншої молекули:
Х δ- ─Н δ+ Х δ- ─Н δ+ ,
де Х – атом однієї з найбільш електронегативних елементів – F, O чи N, а символ – умовне позначення водневого зв'язку.
Утворення водневого зв'язку зумовлено, передусім, тим, що атом водню є тільки один електрон, який при утворенні полярного ковалентного зв'язку з атомом Х зміщується в його бік. На атомі водню виникає високий позитивний заряд, що у поєднанні з відсутністю внутрішніх електронних шарів атомі водню дозволяє іншому атому зближуватися з ним до відстаней, близьких до довжин ковалентних зв'язків.
Таким чином, водневий зв'язок утворюється внаслідок взаємодії диполів. Однак, на відміну від звичайної диполь-дипольної взаємодії, механізм виникнення водневого зв'язку обумовлений і донорно-акцепторною взаємодією, де донором електронної пари є атом Х однієї молекули, а акцептором атом водню інший.
Водневий зв'язок має властивості спрямованості та насичуваності. Наявність водневого зв'язку істотно впливає фізичні властивості речовин. Наприклад, температури плавлення та кипіння HF, H 2 O та NH 3 вище, ніж у гідридів інших елементів тих самих груп. Причиною аномальної поведінки є наявність водневих зв'язків, на розрив яких потрібна додаткова енергія.
Перша з них – утворення іонного зв'язку. (Друга - освіта, про неї йтиметься нижче). При утворенні іонного зв'язку атом металу втрачає електрони, а атом неметала набуває. Для прикладу розглянемо електронну будову атомів натрію та хлору:
Na 1s 2 2s 2 2 p 6 3 s 1 - один електрон на зовнішньому рівні
Cl 1s 2 2s 2 2 p 6 3 s 2 3 p 5 - сім електронів на зовнішньому рівні
Якщо атом натрію передасть свій єдиний Зs-електрон атому хлору, правило октету буде виконано обох атомів. У атома хлору виявиться вісім електронів на зовнішньому третьому шарі, а у атома натрію - теж вісім електронів на другому шарі, який тепер став зовнішнім:
Na + 1s 2 2s 2 2 p 6
Cl - 1s 2 2s 2 2 p 6 3 s 2 3 p 6 - вісім електронів на зовнішньому рівні
При цьому ядро атома натрію, як і раніше, містить 11 протонів, але загальна кількість електронів зменшилася до 10. Це означає, що кількість позитивно заряджених частинок на одну перевищує кількість негативно заряджених, тому загальний заряд „атома” натрію дорівнює +1.
„Атом” хлору тепер містить 17 протонів та 18 електронів та його заряд дорівнює -1.
Заряджені атоми, що утворилися внаслідок втрати або придбання одного або кількох електронів, називаються іонами. Позитивно заряджені іони отримали назву катіонів, а негативно заряджені називаються аніонами.
Катіони та аніони, маючи протилежні заряди, притягуються один до одного електростатичними силами. Це тяжіння протилежно заряджених іонів і називається іонним зв'язком
. Вона виникає в з'єднаннях, утворених металом та одним або більше неметалами.
Нижченаведені сполуки задовольняють цьому критерію і мають іонну природу: MgCl 2 , Fel 2, CuF, Na 2 0, Na 2 S0 4 , Zn(C 2 H 3 0 2) 2.
Є й інший спосіб зображення іонних з'єднань:
У цих формулах точками показують лише електрони, що знаходяться на зовнішніх оболонках ( валентні електрони ). Такі формули називають формулами Льюїса на честь американського хіміка Г. Н. Льюїса, одного з основоположників (поряд із Л. Полінгом) теорії хімічного зв'язку.
Перенесення електронів від атома металу до атома неметалу та утворення іонів можливі завдяки тому, що неметали мають високу електронегативність, а метали – низьку.
Через сильне тяжіння іонів один до одного іонні з'єднання здебільшого тверді і мають досить високу температуру плавлення.
Іонний зв'язок утворюється при перенесенні електронів від атома металу до атома неметалу. Іони, що утворилися при цьому, притягуються один до одного електростатичними силами.
