» » И.В.ТРИГУБЧАК Пособие-репетитор по химии(часть 6)

Пособие-репетитор по химии

ЗАНЯТИЕ 6
10-й класс (первый год обучения)

Продолжение.

Химическая связь. Строение вещества

План

1. Химическая связь:
ковалентная (неполярная, полярная; одинарная, двойная, тройная);
ионная; металлическая; водородная; силы межмолекулярного взаимодействия.

2. Кристаллические решетки (молекулярная, ионная, атомная, металлическая).

Разные вещества имеют различное строение. Из всех известных на сегодняшний день веществ только инертные газы существуют в виде свободных (изолированных) атомов, что обусловлено высокой устойчивостью их электронных структур. Все другие вещества (а их в настоящее время известно более 10 млн) состоят из связанных атомов.

Химическая связь – это силы взаимодействия между атомами или группами атомов, приводящие к образованию молекул, ионов, свободных радикалов, а также ионных, атомных и металлических кристаллических решеток. По своей природе химическая связь – это электростатические силы. Главную роль при образовании химической связи между атомами играют их валентные электроны, т. е. электроны внешнего уровня, наименее прочно связанные с ядром. При переходе от атомного состояния к молекулярному происходит выделение энергии, связанное с заполнением электронами свободных орбиталей внешнего электронного уровня до определенного устойчивого состояния.

Существуют различные виды химической связи.

Ковалентная связь – это химическая связь, осуществляемая за счет обобществления электронных пар. Теорию ковалентной связи предложил в 1916 г. американский ученый Гилберт Льюис. За счет ковалентной связи образуется большинство молекул, молекулярных ионов, свободных радикалов и атомных кристаллических решеток. Ковалентная связь характеризуется длиной (расстояние между атомами), направленностью (определенная пространственная ориентация электронных облаков при образовании химической связи), насыщаемостью (способность атомов образовывать определенное число ковалентных связей), энергией (количество энергии, которое необходимо затратить для разрыва химической связи).

[Вы должны быть зарегистрированы и подключены, чтобы видеть это изображение]Ионная
кристаллическая решетка
сульфида железа FeS


Ниже показано образование ионной связи на примере хлорида натрия:

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

Ионная связь является крайним случаем полярной ковалентной связи. Резкой границы между ними не существует, тип связи между атомами определяется по разнице электроотрицательности элементов.

При образовании простых веществ – металлов – атомы достаточно легко отдают электроны внешнего электронного уровня. Таким образом, в кристаллах металлов часть их атомов находится в ионизированном состоянии. В узлах кристаллической решетки находятся положительно заряженные ионы и атомы металлов, а между ними – электроны, которые могут свободно перемещаться по всей кристаллической решетке. Эти электроны становятся общими для всех атомов и ионов металла и называются «электронным газом». Связь между всеми положительно заряженными ионами металлов и свободными электронами в кристаллической решетке металлов называется металлической связью.

Наличием металлической связи обусловлены физические свойства металлов и сплавов: твердость, электропроводность, теплопроводность, ковкость, пластичность, металлический блеск. Свободные электроны могут переносить теплоту и электричество, поэтому они являются причиной главных физических свойств, отличающих металлы от неметаллов, – высокой электро- и теплопроводности.

Водородная связь возникает между молекулами, в состав которых входит водород и атомы с высокой ЭО (кислород, фтор, азот). Ковалентные связи H–O, H–F, H–N являются сильно полярными, за счет чего на атоме водорода скапливается избыточный положительный заряд, а на противоположных полюсах – избыточный отрицательный заряд. Между разноименно заряженными полюсами возникают силы электростатического притяжения – водородные связи. Водородные связи могут быть как межмолекулярными, так и внутримолекулярными. Энергия водородной связи примерно в десять раз меньше энергии обычной ковалентной связи, но тем не менее водородные связи играют большую роль во многих физико-химических и биологических процессах. В частности, молекулы ДНК представляют собой двойные спирали, в которых две цепи нуклеотидов связаны между собой водородными связями.

Таблица

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

Вещества с водородной связью имеют молекулярные кристаллические решетки. Наличие водородной связи приводит к образованию ассоциатов молекул и, как следствие, к повышению температур плавления и кипения.

Кроме перечисленных основных видов химической связи существуют также универсальные силы взаимодействия между любыми молекулами, которые не приводят к разрыву или образованию новых химических связей. Эти взаимодействия называются вандерваальсовыми силами. Они обусловливают притяжение молекул данного вещества (или различных веществ) друг к другу в жидком и твердом агрегатном состояниях.

Различные виды химической связи обусловливают существование различных типов кристаллических решеток (табл.).

Вещества, состоящие из молекул, имеют молекулярное строение. К таким веществам относятся все газы, жидкости, а также твердые вещества с молекулярной кристаллической решеткой, например йод. Твердые вещества с атомной, ионной или металлической решеткой имеют немолекулярное строение, в них нет молекул.

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

Молекулярная
кристаллическая решетка
йода I₂


Тест по теме «Химическая связь. Строение вещества»

1. Сколько электронов участвует в образовании химических связей в молекуле аммиака?

а) 2; б) 6; в) 8; г) 10.

2. Для твердых веществ с ионной кристаллической решеткой характерна низкая:

а) температура плавления; б) энергия связи;

в) растворимость в воде; г) летучесть.

3. Расположите приведенные ниже вещества в порядке возрастания полярности ковалентных связей. В ответе укажите последовательность букв.

а) S₈; б) SO₂; в) H₂S; г) SF₆.

4. Какие частицы образуют кристалл нитрата натрия?

а) Атомы Na, N, O; б) ионы Na⁺, N⁵⁺, O^2–;

в) молекулы NaNO₃; г) ионы Na⁺, NO₃^–.

5. Укажите вещества, которые в твердом состоянии имеют атомные кристаллические решетки:

а) алмаз; б) хлор;

в) оксид кремния(IV); г) оксид кальция.

6. Укажите молекулу с наибольшей энергией связи:

а) фтороводород; б) хлороводород;

в) бромоводород; г) йодоводород.

7. Выберите пары веществ, все связи в которых ковалентные:

а) NaCl, HCl; б) CO₂, NO;

в) CH₃Cl, CH₃K; г) SO₂, NO₂.

8. В каком ряду молекулы расположены в порядке увеличения полярности связей?

а) HBr, HCl, HF; б) NH₃, PH₃, AsH₃;

в) H₂Se, H₂S, H₂O; г) CO₂, CS₂, CSe₂.

9. Вещество, в молекулах которого имеются кратные связи, – это:

а) углекислый газ; б) хлор;

в) вода; г) этанол.

10. На какое физическое свойство образование межмолекулярных водородных связей не оказывает влияния?

а) электропроводность;

б) плотность;

в) температура кипения;

г) температура плавления.

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

Задачи на газы и газовые смеси

Уровень А

1. Газообразный оксид серы при температуре 60 °С и давлении 90 кПа имеет плотность 2,08 г/л. Определить формулу оксида.

Ответ. SO₂.

2. Найти объемные доли водорода и гелия в смеси, относительная плотность которой по воздуху равна 0,1.

Ответ. 55% и 45%.

3. Сожгли 50 л смеси сероводорода и кислорода с относительной плотностью по водороду 16,2. Полученное вещество пропустили через 25 мл 25%-го раствора гидроксида натрия (плотность раствора равна 1280 кг/м3). Определить массу получившейся кислой соли.

Ответ. 20,8 г.

4. Термически разложили смесь нитрата натрия и карбоната кальция. Полученные газы (объемом 11,2 л) в смеси имели относительную плотность по водороду 16,5. Определить массу исходной смеси.

Ответ. 82 г.

5. При каком молярном соотношении аргона и азота можно получить газовую смесь с плотностью, равной плотности воздуха?

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

6. Плотность газовой смеси, состоящей из азота и кислорода, равна 1,35 г/л. Найти объемные доли газов в смеси в %.

Ответ. 44% и 56%.

7. Объем смеси, содержащей водород и хлор, равен 50 мл. После образования хлороводорода осталось 10 мл хлора. Найти состав исходной смеси в % по объему.

Ответ. 40% и 60%.

8. Рассчитать, какую долю от массы реагирующих газов при синтезе хлороводорода составляет водород, учитывая, что он взят с 10%-м избытком по объему.

Ответ. 3%.

9. При добавлении какого газа к смеси равных объемов метана и углекислого газа плотность ее по водороду: а) увеличится; б) уменьшится? Привести по два примера в каждом случае.

Ответ.
M(смеси СН₄ и СО₂) = 30 г/моль; а) Cl₂ и О₂; б) N₂ и Н₂.

10. Имеется смесь аммиака и кислорода. При добавлении какого газа к этой смеси ее плотность:
а) увеличится; б) уменьшится? Привести по два примера в каждом случае.

Ответ.
17 < Mr(смеси NH₃ + O₂) < 32; а) Cl₂ и C₄H₁₀; б) H₂ и Нe.

11. Какова масса 1 л смеси угарного и углекислого газов, если содержание первого газа составляет 35% по объему?

Ответ. 1,7 г.

12. 1 л смеси угарного и углекислого газов при н.у. имеет массу 1,43 г. Определить состав смеси в % по объему.

Ответ. 74,8% и 25,2%.



Уровень Б

1. Определить относительную плотность воздуха по азоту, если весь кислород, содержащийся в воздухе, превращен в озон (считать, что воздух содержит только азот и кислород).

Ответ. 1,03.

2. При введении весьма распространенного газа А в стеклянный сосуд, содержащий газ В, который имеет такую же плотность, что и газ А, в сосуде остается лишь мокрый песок. Определить газы. Написать уравнения лабораторных способов их получения.
[Вы должны быть зарегистрированы и подключены, чтобы видеть это изображение]

7. Объем смеси угарного газа и кислорода равен 200 мл (н.у.). После сгорания всего угарного газа и приведения к н.у. объем смеси уменьшился до 150 мл. Во сколько раз уменьшится объем газовой смеси после пропускания ее через 50 г 2%-го раствора гидроксида калия?

Ответ. В 3 раза