Природа химических элементов способ образования химической связи механизм образования связи
Ключевые слова конспекта. Химическая связь: ковалентная (полярная и неполярная), ионная, металлическая.
Силы, которые удерживают атомы в молекулах, называются химическими связями.
Образование химической связи происходит в том случае, если этот процесс сопровождается выигрышем энергии. Эта энергия возникает, если каждый атом, образующий химическую связь, получает устойчивую электронную конфигурацию.
По способу образования и существования химическая связь может быть ковалентной (полярной, неполярной), ионной, металлической.
Ковалентная химическая связь
■ Ковалентная химическая связь — это связь, возникающая между атомами путем образования общих электронных пар за счет неспаренных электронов.
Внешние уровни большинства элементов периодической системы (кроме благородных газов) содержат неспаренные электроны, то есть являются незавершенными. В процессе химического взаимодействия атомы стремятся завершить свой внешний электронный уровень.
Например, электронная формула атома водорода: 1s 1 . Ее графический вариант: 
Таким образом, атом водорода в химических реакциях стремится завершить свой внешний 1 s-уровень одним s-электроном. При сближении двух атомов водорода происходит усиление притяжения электронов одного атома к ядру другого атома. Под действием этой силы расстояния между ядрами атомов сокращаются и в результате их электронные орбитали перекрывают друг друга, создавая общую электронную орбиталь — молекулярную. Электроны каждого из атомов водорода через область перекрывания орбиталей мигрируют от одного атома к другому, то есть образуют общую электронную пару. Ядра будут сближаться до тех пор, пока нарастающие силы отталкивания одноименных зарядов не уравновесят силы притяжения.
Переход электронов с атомной орбитали на молекулярную сопровождается снижением энергии системы (более выгодное энергетическое состояние) и образованием химической связи:
Подобным образом образуются общие электронные пары при взаимодействии атомов р-элементов. Так образуются все двухатомные молекулы простых веществ. При образовании F2 и Cl2 перекрываются по одной р-орбитали от каждого из атомов (образуется одинарная связь), а при взаимодействии атомов азота перекрываются по три р-орбитали от каждого и в молекуле азота N2 образуется тройная связь.
Электронная формула атома хлора: 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 5 . Графическая формула: 
Таким образом, на внешней орбитали атом хлора содержит один неспаренный р-электрон. Взаимодействие двух атомов хлора будет происходить по следующей схеме: 
Электронная формула атома азота: 1s 2 2s 2 2p 3 . Графическая формула:
На внешней орбитали атома азота находятся 3 неспаренных р-электрона. Взаимодействие двух атомов азота будет происходить по следующей схеме: 
Прочность связей в молекуле определяется количеством общих электронных пар у ее атомов. Двойная связь прочнее одинарной, тройная — прочнее двойной.
С увеличением количества связей между атомами сокращается расстояние между ядрами атомов, которое называют длиной связи, и увеличивается количество энергии, необходимое для разрыва связи, которое называется энергией связи. Например, в молекуле фтора связь одинарная, ее длина составляет 1,42 нм (1 нм = 10 –9 м), а в молекуле азота связь тройная, ее длина — 0,11 нм. Энергия связи в молекуле азота в 7 раз превышает энергию связи в молекуле фтора.
При взаимодействии атома водорода с атомом хлора оба атома будут стремиться завершить свои внешние энергетические уровни: водород — 1 s-уровень и хлор — 3р-уровень. В результате их сближения происходит перекрывание 1 s-орбитали атома водорода и 3р-орбитали атома хлора, а из соответствующих неспаренных электронов формируется общая электронная пара:
В молекулах Н2 и HCl область перекрывания орбиталей атомов водорода расположена в одной плоскости — на прямой, соединяющей центры атомных ядер. Такая связь называется σ-связью (сигма-связью):
Однако если в молекуле формируется двойная связь (с участием двух электронных орбиталей), то одна связь будет σ-связью, а вторая будет образована между орбиталями, расположенными параллельно друг другу. Параллельные орбитали перекроются с образованием двух общих участков, расположенных сверху и снизу от линии, соединяющей центры атомов.
Химическая связь, образующаяся в результате бокового перекрывания орбиталей — в двух местах, называется π-связью (пи-связью):
При образовании ковалентной связи меду атомами с одинаковой электроотрицательностью (Н2, F2, O2, N2) общая электронная пара будет располагаться на одинаковом расстоянии от атомных ядер. При этом общие электронные пары принадлежат в равной степени обоим атомам одновременно, и ни на одном из атомов не будет избыточного отрицательного заряда, который несут на себе электроны. Такой вид ковалентной связи называется неполярной.
■ Ковалентная неполярная связь — вид химической связи, образующийся между атомами с одинаковой электроотрицательностью.
В случае, когда электроотрицательности элементов, вступающих во взаимодействие, не равны, но близки по значению, общая электронная пара смещается в сторону элемента с большей электроотрицательностью. При этом на нем образуется частичный отрицательный заряд (за счет отрицательно заряженных электронов):
В результате на атомах соединения образуются частичные заряды Н +0,18 и Cl –0,18 ; а в молекуле возникают два полюса — положительный и отрицательный. Такую ковалентную связь называют полярной.
■ Ковалентная полярная связь — вид ковалентной связи, образующейся при взаимодействии атомов, электроотрицательность которых отличается незначительно.
Образовавшийся частичный заряд на атомах в молекуле обозначают греческой буквой 8 (дельта), а направление смещения электронной пары — стрелкой:
Ионная химическая связь
В случае химического взаимодействия между атомами, электроотрицательность которых резко отличается (например, между металлами и неметаллами), происходит почти полное смещение электронных облаков к атому с большей электроотрицательностью. При этом, поскольку заряд ядра атома имеет положительное значение, атом, который почти полностью отдал свои валентные электроны, превращается в положительно заряженную частицу — положительный ион, или катион. Атом, получивший электроны, превращается в отрицательно заряженную частицу — отрицательный ион, или анион: 
Ион — это одноатомная или многоатомная отрицательно либо положительно заряженная частица, в которую превращается атом в результате потери или присоединения электронов.
Между разноименно заряженными ионами при их сближении возникают силы электростатического притяжения — положительно и отрицательно заряженные ионы сближаются, образуя молекулу вещества.
■ Ионная химическая связь — это связь, образующаяся между ионами за счет сил электростатического притяжения.
Процесс присоединения электронов в ходе химических взаимодействий атомами с большей электроотрицательностью называется восстановлением, а процесс отдачи электронов атомами с меньшей электроотрицательностью — окислением.
Схему образования ионной связи между атомами натрия и хлора можно представить следующим образом:
Ионная химическая связь присутствует в оксидах, гидроксидах и гидридах щелочных и щелочноземельных металлов, в солях, а также в соединениях металлов с галогенами.
Ионы могут быть как простыми (одноатомными): Cl – , Н + , Na + , так и сложными (многоатомными): NH4 – . Заряд иона принято записывать вверху после знака химического элемента. Вначале записывается величина заряда, а затем его знак.
Металлическая связь
Между атомами металлов возникает особый вид химической связи, которая называется металлической. Образование этой связи обусловлено тремя особенностями строения атомов металлов:
- на внешнем энергетическом уровне присутствуют 1—3 электрона (исключения: атомы олова и свинца (4 электрона), атомы сурьмы и висмута (5 электронов), атом полония (6 электронов));
- атом имеет сравнительно большой радиус;
- атом имеет большое количество свободных орбиталей (например, у Na один валентный электрон располагается на 3-м энергетическом уровне, который имеет десять орбиталей (одну s-, три р- и пять d-орбиталей).
При сближении атомов металлов происходит перекрытие их свободных орбиталей, и валентные электроны получают возможность перемещаться на близкие по значениям энергии орбитали соседних атомов. Атом, теряющий электрон, превращается в ион. Таким образом, в металле формируется совокупность электронов, свободно перемещающихся между ионами. Притягиваясь к положительным ионам металла, электроны восстанавливают их, а затем снова отрываются, переходя к другим ионам. Такой процесс превращения атомов в ионы и обратно происходит в металлах непрерывно. Частицы, из которых состоят металлы, называют атом-ионами.
■ Металлическая связь — это связь, образующаяся между атом-ионами в металлах и сплавах посредством постоянного перемещения между ними валентных электронов:
Конспект урока «Химическая связь: ковалентная, ионная, металлическая».
Источник
Урок №8 — 9. Виды и механизмы образования химической связи. Характеристики химической связи
Повторите!
Сущность химической связи. Виды химической связи
I. Сущность химической связи
1. Устойчивым является такое состояние атома, при котором его внешний энергетический уровень завершён до 8 электронов (Н, Не – до 2 электронов).
2. Завершённый внешний уровень имеют атомы VIII A группы.
3. одиночные атомы связанные атомы
Главная причина образования химической связи – выделение энергии и повышение устойчивости системы.
4. Чем меньше запас энергии атома, тем более он устойчив в химическом отношении и его состояние наиболее энергетически выгодное.
5. Пути завершения внешнего уровня атомов:
· образование общих электронных пар
· отдача или присоединение электронов
II. Виды химической связи
1. Ионная ( ∆ЭО > 1,7) – связь, осуществляемая за счёт сил электростатического притяжения ионов (Отдача или присоединение ионов).
Ме щ – О, Г, S; Ме щз – О, Г, S.
2. Ковалентная (∆ЭО = 0 – 1,7) — связь осуществляемая путём образования общих электронных пар.
· неполярная(∆ЭО = 0) – связь между одинаковыми атомами неметаллов.
· полярная(0 – связь между разными атомами неметаллов, или неметаллом и неактивным металлом (AlCl 3 ).
Свойства ковалентной связи:
1) Длина – межъядерное расстояние
2) Энергия – энергия, выделяющаяся при образовании или поглощающаяся при разрыве химической связи.
С увеличением кратности связи энергия увеличивается, длина связи уменьшается и химическая активность падает:
Одна из трёх связей О→С
по донорно-акцепторному механизму
» jsaction=»rcuQ6b:WYd;»>
3) Насыщаемость – определяется способностью атомов образовывать ограниченное число связей:
Например, водород всегда одновалентен;
азот может быть трехвалентен в молекуле аммиака NH 3 и четырёхвалентен в ионе аммония NH 4 + (валентные возможности расширяются за счёт участия неподелённой электронной пары атома азота в образовании ковалентной связи по донорно-акцепторному механизму).
4) Направленность – обуславливает форму молекулы в пространстве.
Ковалентная связь образуется в направлении максимального перекрывания электронных орбиталей взаимодействующих атомов при образовании σ – связей. (см. «гибридизация» )
3. Металлическая – связь за счёт обобществления валентных электронов в кристаллической решётке металла. Это связь в металлах и сплавах (примерно в 3-4 раза слабее одинарной ковалентной)
4. Водородная – связь между атомом водорода и сильноэлекроотрицательным элементом F, O, N, Cl. (примерно 15-20 раз слабее ковалентной)
· внутримолекулярная – белки, полипептиды
· межмолекулярная – вода, спирты, аммиак, аминокислоты и др.
Тестовые задания для закрепления:
1. В аммиаке и хлориде бария химическая связь соответственно
1) ионная и ковалентная полярная
2) ковалентная полярная и ионная
3) ковалентная неполярная и металлическая
4) ковалентная неполярная и ионная
2. Вещества только с ионной связью приведены в ряду:
3. Соединение с ионной связью образуется при взаимодействии
4. В каком ряду все вещества имеют ковалентную полярную связь?
5. В каком ряду записаны формулы веществ только с ковалентной полярной связью?
6. Ковалентная неполярная связь характерна для
7. Веществом с ковалентной полярной связью является
8. Веществом с ковалентной связью является
9. Вещество с ковалентной неполярной связью имеет формулу
10. Веществами с неполярной ковалентной связью являются
2) водород и хлор
11. Между атомами с одинаковой относительной электроотрицательностью образуется химическая связь
2) ковалентная полярная
3) ковалентная неполярная
12. Ковалентная полярная связь характерна для
13. Химический элемент, в атоме которого электроны по слоям распределены так: 2, 8, 8, 2 образует с водородом химическую связь
1) ковалентную полярную
2) ковалентную неполярную
14. В молекуле какого вещества длина связи между атомами углерода наибольшая?
1) ацетилена 2) этана 3) этена 4) бензола
15. Тремя общими электронными парами образована ковалентная связь в молекуле
16. Водородные связи образуются между молекулами
1) диметилового эфира
17. Полярность связи наиболее выражена в молекуле
1) HI 2) НС1 3) HF 4) НВr
18. Веществами с неполярной ковалентной связью являются
2) водород и хлор
19. Водородная связь не характерна для вещества
20. Ковалентная полярная связь характерна для каждого из двух веществ, формулы которых
21. Наименее прочная химическая связь в молекуле
1) фтора 2) хлора 3) брома 4) йода
22. В молекуле какого вещества длина химической связи наибольшая?
1) фтора 2) хлора 3) брома 4) йода
23. Ковалентные связи имеет каждое из веществ, указанных в ряду:
24. Ковалентную связь имеет каждое из веществ, указанных в ряду:
25. Ковалентную связь имеет каждое из веществ, указанных в ряду:
26. Ковалентные связи имеет каждое из веществ, указанных в ряду:
27. Полярность связи наиболее выражена в молекулах
28. В молекуле какого вещества химические связи наиболее прочные?
29. Среди веществ NH 4 Cl, CsCl, NaNO 3, PH 3 , HNO 3 — число соединений с ионной связью равно
Источник
