Общая химия - Типы химической связи и типы кристаллических решёток
Готовиться с нами - ЛЕГКО!
Теоретическая справка
#1009
Химическая связь
Химическая связь — это взаимодействие между атомами, обусловленное обобществлением, обменом или переходом части электронов от одного атома к другому.
Причиной образования химической связи является стремление системы к более устойчивому состоянию с минимально возможным запасом энергии. Образование химической связи всегда сопровождается выделением энергии, которая называется энергией химической связи.
Ковалентная связь
Химическая связь у неметаллов, образованная за счёт общих электронных пар называется ковалентной связью.
Если между двумя атомами образовалась одна ковалентная связь (одна общая электронная пара), то она называется одинарной. Между двумя атомами могут возникать и кратные связи — двойные (две общие электронные пары) и тройные (три общие электронные пары).
Среди ковалентных связей принято выделять, в соответствии с симметрией электронного облака, σ- и π-связи. σ-Связи образуются при перекрывании электронных облаков вдоль линии связи.
Образование связей
π-Связи образуются при боковом перекрывании р-электронных облаков над и под линией связи.
Важно:
- σ-Связи более прочные, чем π-связи
- Одинарная связь — всегда σ-связь
- Двойная связь состоит из 1-й σ-связи и 1-й π-связи
- Тройная связь состоит из 1-й σ-связи и 2-х π-связей
Основными характеристиками ковалентной связи являются длина и энергия.
Длина связи — соответствующее межъядерное расстояние.
Химическая связь тем прочнее, чем меньше её длина.
Так, в ряду однотипных соединений, например, галогеноводородов, происходит увеличение длины связи, вызванное увеличением размера атомов галогенов сверху вниз по подгруппе. Соответственно, в этом же ряду происходит уменьшение прочности химической связи, уменьшение её энергии.
HF → HCl → HBr → HI
Длина и энергия связи в молекулах галогеноводородов
Зависимость энергии связи от её кратности и длины
Важно: Чем выше кратность, тем меньше длина и больше энергия связи.
Прочность связи — это мера энергии, необходимой для разрыва связи.
-
Длина связи: чем связь длиннее, тем, как правило, она менее прочная;
-
Кратности связи: прочность углерода-углеродной связи будет увеличиваться в ряду C–C < C=C < C≡C.
Механизмы ковалентной связи
Донорно-акцепторный механизм
Донорно-акцепторный механизм образования ковалентной связи — это такой механизм, при котором одна из частиц предоставляет неподёленную электронную пару, а другая частица предоставляет вакантную орбиталь для этой электронной пары. В результате образования связи энергия электронов уменьшается, что выгодно для атомов.
-
Донор — это атом, предоставляющий неподёренную электронную пару для образования ковалентной связи;
-
Акцептор — это атом, предоставляющий свободную (вакантную) орбиталь.
Примеры веществ
Водородная связь
Водородная связь — особый тип межмолекулярного (иногда — внутримолекулярного) взаимодействия, обусловленного электростатическим притяжением положительно заряженного атома водорода и отрицательно заряженного атома одного из наиболее электроотрицательных элементов — фтора, кислорода или азота.
Примеры
|
 |
Ионная связь
Ионная связь — это химическая связь, основанная на электростатическом притяжении ионов. Ионы образуются в процессе принятия или отдачи электронов атомами. Образуется между катионами металлов или аммония и анионами кислотного остатка.
Катион — положительно заряженный ион. Анион — отрицательно заряженный ион.
Примеры ионной связи
|
 |
И в одном, и в другом случае получаются ионы с полностью завершённым 8-электронным внешним уровнем (выделено в формуле). Подобные частицы с полностью завершённым внешним уровнем обладают повышенной устойчивостью. Образовавшиеся ионы Na+ и Cl– взаимодействуют и объединяются в ионную частицу:
Металлическая связь
Металлическая связь существует в твёрдых металлах и их сплавах. Она осуществляется между ион-атомами металла и общими электронами.
Твёрдый металл представляет собой «каркас» из атомов и положительных ионов, находящихся в узлах кристаллической решётки и погружённых в «море» подвижных электронов. Как и другие виды химической связи, металлическая связь имеет электростатическую природу.
Примеры
|
 |
Типы кристаллических решёток
Молекулярная решётка
В узлах кристаллической решётки
- Молекулы
Силы взаимодействия между частицами
- Слабые межмолекулярные взаимодействия
Тип связи
- Ковалентная
Физические свойства веществ
- Малая твёрдость
- Низкая температура плавления
- Не проводят ток
- Высокая летучесть
- При обычных условиях — газы или жидкости, но могут быть и в твёрдом
Примеры
- Простые вещества — неметаллы, образующие маленькие прочные молекулы (O2, N2, H2, S8, белый фосфор P4, фуллерен C60, галогены и другие)
- Сложные вещества (соединения неметаллов) с ковалентными полярными связями (кроме оксидов кремния и бора, соединений кремния и углерода) — вода H2O, оксид серы(VI) SO3 и другие
- Одноатомные инертные газы (гелий, неон, аргон, криптон и другие)
- Большинство органических веществ, в которых нет ионных связей — метан CH4, бензол C6H6 и другие
- Кислоты
Атомная решётка
В узлах кристаллической решётки
- Атомы
Силы взаимодействия между частицами
- Ковалентная связь
Физические свойства веществ
- Высокая твёрдость
- Высокая температура плавления
- Нерастворимы в воде
Примеры
- Простые вещества с высокой валентностью (расположены в середине таблицы Менделеева): бор, углерод — алмаз, графит, кремний, красный фосфор и другие
- Сложные вещества, образованные этими неметаллами: кремнезём (оксид кремния, кварцевый песок) SiO2, карбид кремния (карборунд) SiC, карбид бора, нитрид бора и другие
- Оксид алюминия
Ионная решётка
В узлах кристаллической решётки
- Ионы
Силы взаимодействия между частицами
- Ионная связь
Физические свойства веществ
- Агрегатное состояние — твёрдое
- Высокая температура плавления
- Возможна растворимость в воде
- Растворы и расплавы проводят электрический ток
Примеры
- Соли (органические и неорганические), в том числе соли аммония (например, NH4Cl)
- Гидроксиды
- Оксиды металлов (кроме оксида алюминия)
- Бинарные соединения, в составе которых есть металлы и неметаллы
Металлическая решётка
В узлах кристаллической решётки
- Атомы и катионы металлов
Силы взаимодействия между частицами
- Электронный газ (обобществлённые валентные электроны)
Физические свойства веществ
- Ковкость
- Пластичность
- Теплопроводность
- Электропроводность в твёрдом состоянии
- Металлический блеск
Примеры
- Металлы
- Сплавы
