Ю.И.ПАХОМОВ.Практическая работа 3. Химическая связь. Особенности и свойства ковалентной связи(11 класс)

Сборник
практических работ
по химии
11 класс

Продолжение.
Практическая работа 3.
Химическая связь.
Особенности и свойства
ковалентной связи

Цели. Повторить, закрепить и обобщить понятия о разновидностях химической связи, валентных возможностях элементов в соединениях, взаимосвязи состава и строения вещества с его свойствами.
Оборудование. Основные типы химической связи (схема), шкала значений электроотрицательности (ЭО) химических элементов, модели s- и p-связи, модели различных типов кристаллической решетки, таблицы «Координационная (донорно-акцепторная) связь», «Межмолекулярные взаимодействия. Водородная связь», периодическая система химических элементов Д.И.Менделеева, модели кристаллических решеток алмаза и графита.

[Вы должны быть зарегистрированы и подключены, чтобы видеть это изображение]

Ионная связь существует между атомами, сильно различающимися по значениям ЭО. Ионной связью связываются атомы металлов и неметаллов за счет образования противоположно заряженных ионов и их взаимного притяжения. Вещества с ионной связью: Na⁺Cl^-, Ca²⁺О^2-,Ba²⁺Cl₂^-, Mg²⁺S^2-. Это кристаллические вещества – оксиды металлов, основания, соли.

Ковалентная связь возникает между атомами неметаллов за счет образования общих (связывающих) электронных пар.
Связь между одинаковыми неметаллами – неполярная: H₂, О₂, Сl₂, F₂. Такие вещества бывают газообразными (H₂, F₂), твердыми (алмаз, графит, сера), реже жидкими (Br₂).

Ковалентная полярная связь наблюдается между атомами неметаллов, различающимися электроотрицательностью: H₂О, HCl, NH₃. Как правило, это жидкие или газообразные вещества.

Металлическая связь существует в металлах. Она возникает за счет взаимодействия относительно свободных валентных электронов с ионами металлов. Вещества с металлической связью твердые, только ртуть жидкая.

Водородная связь – электростатическое притяжение между атомом водорода одной молекулы и атомом сильно электроотрицательного элемента (O, N, F) другой молекулы. Например:

[Вы должны быть зарегистрированы и подключены, чтобы видеть это изображение]

Вещества с водородной связью чаще всего жидкие или твердые (вода, спирты, амины).

Вещества с ковалентной химической связью характеризуются валентностью, определяемой для каждого атома числом образованных им ковалентных связей (общих электронных пар). В молекуле водорода H₂ химическая связь ковалентная неполярная. В твердом состоянии кристалическая решетка молекулярная неполярная.

[Вы должны быть зарегистрированы и подключены, чтобы видеть это изображение]

Кристаллический углерод существует в форме алмаза. Каждый атом углерода в алмазе связан с четырьмя другими атомами ковалентными неполярными связями.
Фрагмент структуры алмаза:

[Вы должны быть зарегистрированы и подключены, чтобы видеть это изображение]

Энергия связи С–С составляет 352 кДж/моль.
При наличии во внешнем (валентном) электронном слое спаренных электронов и вакантных (свободных) орбиталей атом элемента способен проявлять переменную валентность. Электронная конфигурация атома углерода:

[Вы должны быть зарегистрированы и подключены, чтобы видеть это изображение]

Атом С в нормальном состоянии способен образовать две ковалентные связи:

[Вы должны быть зарегистрированы и подключены, чтобы видеть это изображение]

днако современные методы исследования показывают более высокое значение Eсв.
Между атомами С и О возможно образование еще одной разновидности ковалентной связи – координационной. Атом кислорода, имеющий неиспользованные электронные пары, может быть донором электронной пары для акцептора – атома углерода с его вакантной ячейкой.
Таким образом, в этом соединении для атомов обоих элементов валентность III:

[Вы должны быть зарегистрированы и подключены, чтобы видеть это изображение]

где стрелка [Вы должны быть зарегистрированы и подключены, чтобы видеть это изображение] обозначает координационную или донорно-акцепторную связь.

Электронная конфигурация атома углерода в возбужденном состоянии:

[Вы должны быть зарегистрированы и подключены, чтобы видеть это изображение]

Электронная и графическая формулы соединения СО2, в котором углерод проявляет высшую валентность IV:

[Вы должны быть зарегистрированы и подключены, чтобы видеть это изображение]

В ковалентных соединениях между атомами С возможны три вида гибридизации электронных облаков

[Вы должны быть зарегистрированы и подключены, чтобы видеть это изображение]

Эти же виды гибридизации имеют место (и объясняют многие свойства) и при образовании многих неорганических соединений. При разном расположении гибридных облаков в пространстве образуются молекулы линейного (СО₂, С₂Н₂) или углового (Н₂О, СН₄) строения.
Свойства ковалентной связи

Энергия, необходимая для разрыва или образования связи, измеряется в кДж/моль (т.е. приходится на 6,02•10²³ молекул).

E(Н–Н) = 435 кДж/моль,
E(Cl–Cl) = 242 кДж/моль,
E(H–Cl) = 426 кДж/моль,
E(C–Cl) = 412 кДж/моль.

Прочность связи зависит от:

1) характера ковалентной связи ([Вы должны быть зарегистрированы и подключены, чтобы видеть это изображение]-cвязь прочнее, чем[Вы должны быть зарегистрированы и подключены, чтобы видеть это изображение] -связь);
2) полноты перекрывания электронных облаков (чем больше электронная плотность между ядрами, тем прочнее связь);
3) электроотрицательности соединяющихся атомов и поляризации ковалентной связи (т.е. от того, неполярная или полярная ковалентная связь).

Насыщенность. Насыщенными называют одинарные ковалентные связи. Возможность образования ковалентных связей определяется числом неспаренных электронов, а также числом неподеленных электронных пар (у донора) или числом вакантных орбиталей на внешнем электронном уровне (у акцептора).
Направленность связи обусловливает пространственное строение молекул. В зависимости от формы и направления электронных облаков при их взаимном перекрывании образуются соединения с линейной или угловой формой молекул. На эту характеристику влияет тип гибридизации электронных облаков – sp³, sp² или sp.


[Вы должны быть зарегистрированы и подключены, чтобы видеть это изображение]