Химическая связь и строение вещества

1. Природа химической связи
Химическая связь – это совокупность сил, действующих между атомами или группой атомов, в результате чего образуются молекулы.
Валентность – мера способности элемента к образованию химической связи.
1. Природа химической связи

S-элементы – элементы, в атомах которых s-подуровень внешнего уровня пополняется одним или двумя электронами при наличии в предвнешнем уровне двух или восьми электронов (к таким элементам относят элементы главных подгрупп первой и второй групп).
P-элементы – элементы, в атомах которых заполняется р-подуровень (элементы главных подгрупп третей – восьмой групп).
D-элементы – все элементы побочных подгрупп.
F- элементы – элементы, относящиеся к лантаноидам и актиноидам.
ХИМИЧЕСКАЯ СВЯЗЬ
КОВАЛЕНТНАЯ
ИОННАЯ
ВОДОРОДНАЯ
МЕТАЛЛИЧЕСКАЯ

2. Ковалентная связь
Ковалентная связь – химическая связь, осуществляемая посредством образования общей электронной пары между взаимодействующими атомами.

Механизм образования общей электронной пары
1. Механизм одноэлектронного спаривания
2. Донорно-акцепторный механизм

Основные характеристики ковалентной связи
Длина связи – межъядерное расстояние между химически связанными атомами. Измеряется в нанометрах (1 нм = 10-9м) или ангстремах (1А = 10-10м).
Валентный угол – угол между воображаемыми прямыми, проходящими через центры ядер двух химически взаимосвязанных соседних атомов.
Энергия связи – определяется затратой энергии, необходимой для разрушения связи или выигрышем в энергии при образовании вещества из отдельных атомов.
Насыщаемость – свойство атомов образовывать строго определенное число ковалентных связей.

Основные характеристики ковалентной связи
Направленность связи – свойство связи, определяющее геометрию молекул (пространственную структуру).
Способы перекрывания орбиталей: сигма-; пи-; дельта.
Сигма-связи (σ) – ковалентные связи, образованные вследствие перекрывания орбиталей вдоль линии, проходящей через центры ядер взаимодействующих атомов.

Основные характеристики ковалентной связи
Пи-связи (π-) – связи, сформированные при перекрывании орбиталей по обе стороны от линии, соединяющей центры взаимодействующих атомов.
Дельта-связи (δ) образуются при перекрывании d-орбиталей в четырех областях пространства симметрично линии связи.

Направленность связей

Be* 1s22s12p1
Cl* 1s22s22p63s23p5

Основные характеристики ковалентной связи
Гибридизация - это смешение атомных орбиталей с разными (но близкими) энергетическими состояниями, вследствие которого возникает такое же число одинаковых по форме и энергии орбиталей.

Гибридизация электронных облаков

Основные характеристики ковалентной связи
Полярность связи – характеризует состояние сдвига общей электронной пары в сторону более электроотрицательного элемента взаимодействующих атомов.
Электроотрицательность (ЭО) – способность атома притягивать к себе электроны, обобществляемые при образовании химической связи.
ЭО = I + Е
Энергия ионизации (ионизационный потенциал) – I – это энергия, затрачиваемая для отрыва электрона от атома и превращения атома в соответствующий ион.
Энергия сродства к электрону – Е – это энергия, выделяющаяся при присоединении к атому одного электрона.

Виды ковалентной связи
ковалентная неполярная - связь, осуществляемая парой общих электронов, в равной мере принадлежащих обоим соединяющимся атомам.
ковалентная полярная - связь, осуществляемая парой общих электронов взаимодействующих томов, существенно отличающихся между собой по электроотрицательности. Связующая пара электронов при этом смещается из симметричного положения в сторону более электроотрицательного атома.

Основные характеристики ковалентной связи
Поляризуемость связи – способность связи становится полярной или еще более полярной.
ПРИМЕР: гетеролитический тип разрыва связи:
H : Cl → H+ + : Cl-

3. Ионная связь
Ионная связь – связь, образованная за счет притяжения между противоположно заряженными ионами – катионами и анионами.

Cl – K ∆ЭО = 3,16 – 0,82 = 2,34 > 1,7 – связь ионная
Cl – Be ∆ЭО = 3,16 – 1,57 = 1,59 < 1,7 – связь ковалентная полярная
Cl – Cl ∆ЭО = 3,16 – 3,16 = 0 – связь ковалентная неполярная

4. Металлическая связь
Металлическая связь – химическая связь, основанная на обобществлении валентных электронов, принадлежащих всем атомам в кристалле.

5. Водородная связь
Водородная связь – это связь между атомами водорода одной молекулы и атомами электроотрицательных элементов (F, O, N) другой молекулы.
Виды водородной связи:
Межмолекулярная
Внутримолекулярная

Внутримолекулярная связь в молекуле ДНК

6. Кристаллические решетки
Вещества, находящиеся в твердом образуют кристаллические решетки
Кристаллические решётки веществ-это упорядоченное расположение частиц(атомов, молекул, ионов) в строго определённых точках пространства.
Точки размещения частиц называют узлами кристаллической решётки.
Различают 4 типа кристаллических решеток:
Ионные
Атомные
Молекулярные
Металлические

ИОННЫЕ кристаллические решетки образуют вещества с ионной связью (соли, некоторые оксиды, гидроксиды металлов).
В узлах решетки находятся ИОНЫ.
Связи очень прочные и устойчивые.
Свойства веществ с ионной решеткой: высокая твердость, прочность, тугоплавкость, нелетучесть

АТОМНЫЕ кристаллические решетки образуют вещества с ковалентной связью (бор, кремний, германий, кварц, алмаз).
В узлах решетки находятся АТОМЫ.
Связи очень прочные.
Свойства веществ с атомной решеткой: высокие температуры плавления, повышенная твердость.

МОЛЕКУЛЯРНЫЕЕ кристаллические решетки образуют вещества с ковалентной полярной и неполярной связью (йод, вода, сухой лед).
В узлах решетки находятся МОЛЕКУЛЫ.
Связи в молекуле прочные, но между молекулами не прочные.
Свойства веществ с молекулярной решеткой: малая твердость, плавятся при низких температурах, летучие, при обычных условиях находятся в газообразном или жидком состоянии.

МЕТАЛЛИЧЕСКИЕ кристаллические решетки образуют вещества с металлической связью.
В узлах решетки находятся АТОМЫ И ИОНЫ МЕТАЛЛА.
Связи прочные.
Свойства веществ с металлической решеткой: пластичность, ковкость, металлический блеск, высокая электро- и теплопроводность.

7. Химические системы
ХИМИЧЕСКИЕ СИСТЕМЫ
ЧИСТЫЕ ВЕЩЕСТВА
СМЕСИ
ПРОСТЫЕ ВЕЩЕСТВА
СЛОЖНЫЕ ВЕЩЕСТВА
ГОМОГЕННЫЕ СМЕСИ
ГЕТЕРОГЕННЫЕ СМЕСИ
Степень чистоты определяется по содержанию примесей:
Чистое вещество ( применяется в промышленности)
Чистое вещество для анализа (анализ технических продуктов)
Химически чистое вещество (научно-исследовательские работы)
Особо чистое вещество (электроника, полупроводниковая и ядерная техника)

Гомогенная смесь – однородная система, химический состав и физические свойства которой во всех частях одинаковы.
В гомогенной системе из двух и более химических компонентов каждый компонент распределен в массе другого в виде молекул, атомов, ионов. Составные части гомогенной системы нельзя отделить друг от друга механическим путем.
Пример: смеси любых газов, истинные растворы, смеси некоторых жидкостей и твердых веществ (сплавы).
РАСТВОРЫ
ИСТИННЫЕ
КОЛЛОИДНЫЕ
Растворенное вещество диспергировано до ионного, атомного или молекулярного уровня.
Неограниченно стабильны во времени.
Не стабильны во времени. Золи: кариоплазма, лимфа, кровь, тканевая жидкость.
Гели: пищевые (сыр), медицинские (мази), биологические (волосы) и т.д.
СМЕСИ могут иметь произвольный состав, не имеют единой формулы