92 електромонтерів. Біологія і екологія.

 30 жовтня 2020.

94 трактористів. Хімія.

Урок №12.

Тема. Складання електронно-графічних схем утворення зв’язків  ковалентного, йонного, металічного.

Домашнє завдання:

- у робочий зошит законспектуйте механізм утворення ковалентного(види гібридизації), йонного, металічного зв’язків:

- на закріплення: питання наприкінці теми(усно).

1.Ковалентний зв’язок

Механізм утворення ковалентного зв’язку розглядають на прикладі утворення молекули водню:

Н + Н = Н₂,                ΔН = -436 кДж/моль.

 Збільшення електронної густини зближує ядра, виникає зв’язок між атомами, виділяється енергія.

Хімічний зв ‘язок, який утворюється внаслідок узагальнення електронів взаємодіючих атомів (утворення спільної електронної пари), називають ковалентним. 

Сполуки з ковалентним зв’язком називають гомеополярними або атомними.

sp-Гібридизація

Гібридизація однієї s- та однієї р-орбіталі відбувається у атома берилію при утворенні молекули ВеС1₂. 

Атом берилію утворює хімічні зв’язки у збудженому стані, його електронна конфігурація 2s¹2p¹. Збуджений атом берилію має два неспарених електрони (один s- і один p-електрон).

Гібридизація однієї s- та однієї р-орбіталі призводить до утворення двох sp-гібридизованих орбіталей, розміщених симетрично під кутом 180°. 

Зв’язки, які утворюються за участю електронів цих орбіталей, також розміщуються під кутом 180°. Молекула ВеСl₂ має лінійну форму: усі три атоми розміщуються на одній лінії, яка з’єднує центри атомів.

sp-Гібридизація валентних орбіталей відбувається при утворенні галогенідів берилію, цинку, кадмію та ртуті.

  

sp²-Гібридизація

Крім розглянутого типу можливі й інші типи гібридизації атомних орбіталей і відповідні їм просторові структури молекул. Так, гібридизація однієї s- і двох p-орбіталей характерна для бору в його сполуках. 

У збудженому стані атом бору має три неспарених електрони — один s- і два р-електрони. Орбіталі цих електронів утворюють три sp²-гібридизовані орбіталі, розміщені в одній площині під кутом 120°. Під таким же кутом розміщуються зв’язки, утворені за участю цих орбіталей. 

Внаслідок sp²-гібридизації орбіталей атома бору молекули галогенідів бору, ортоборна кислота, триметилбор мають форму плоского рівнобічного трикутника з атомом бору в центрі.

 sр³-Гібридизація

У атома вуглецю гібридизації підлягають одна s- і три р-орбіталі, внаслідок чого утворюються чотири sp³ -гібридизовані орбіталі.

Чотири гібридизовані орбіталі атома вуглецю розміщені під кутом 109°28’ і напрямлені до вершин тетраедра, у центрі якого міститься атом вуглецю. Перекриванням чотирьох гібридизованих орбіталей атома вуглецю та s-орбіталей чотирьох атомів водню утворюється молекула метану з валентними кутами 109°28’.

sp³-Гібридизацією атомних орбіталей пояснюється рівноцінність чотирьох зв’язків атома вуглецю в сполуках СН₄, CF₄, CCl₄, C(CH₃)₄ та їх напрямленість під однаковими (тетраедричними) кутами.

sp³-Гібридизація атомних орбіталей характерна не лише для сполук вуглецю. Внаслідок sp³-гібридизації орбіталей атомів азоту, бору, кремнію та германію тетраедричну структуру мають іони NH₄⁺, ВН₄^- і BF₄^-, молекули гідридів і галогенідів кремнію та германію (SiH₄, SiF₄, GeCl₄ та ін).

У атома вуглецю в молекулі метану усі чотири sp³-гібридизовані орбіталі зайняті зв’язуючими електронними парами. Це зумовлює симетричне розміщення електронних хмар атома вуглецю у просторі і положення атомів водню у вершинах тетраедра.

У молекулі аміаку в атомі азоту одна з чотирьох sp³-гібридизованих орбіталей, напрямлених до вершин тетраедра, містить незв’язуючу електронну пару. Внаслідок відштовхування незв’язуючої електронної пари орбіталями, які містять один електрон, валентний кут у молекулі аміаку менший за тетраедричний і складає 107,3°, а молекула аміаку має форму тригональної піраміди.

В атомі кисню в молекулі води незв’язуючими електронними парами зайняті вже дві sp³-гібридизовані орбіталі. Відштовхування двох незв’язуючих пар виявляється більшою мірою, тому валентний кут у молекулі води складає 104,5°.

При гібридизації атомних орбіталей відбувається більше їх перекривання, завдяки чому досягається міцніший зв’язок, а утворені молекули мають меншу енергію.

 2.Донорно-акцепторний механізм утворення ковалентного зв’язку

Механізм утворення хімічного зв’язку за рахунок узагальнення електронів та появи спільних електронних пар одержав назву обмінного. Поряд з обмінним механізмом існує донорно-акцепторний механізм утворення ковалентного зв’язку.

Двоцентровий двоелектронний зв’язок може утворитися за рахунок двоелектронної хмари однієї частинки і вільної орбіталі іншої частинки.

Частинку, яка для утворення ковалентного зв’язку надає пару електронів, називають донором. Частинку з вільною орбіталлю, яка приймає цю електронну пару, називають акцептором. Механізм утворення ковалентного зв’язку за рахунок двоелектронної хмари однієї частинки та вільної орбіталі іншої, називають донорно-акцепторним.

 

2.Іонний зв’язок

Хімічний зв’язок може бути обумовлений електростатичним притяжінням протилежно заряджених іонів. Цей вид хімічного зв’язку називається іонним.

Не можна провести жорстку межу між іонним зв’язком, заснованим лише на електростатичній взаємодії іонів, і ковалентним полярним зв’язком. Можна оцінити лише ступінь іонності зв’язку.

3. Металічний зв’язок

Наявність вільних електронів у структурі металів свідчить про те, що зв’язок між атомами є нелокалізованим. Це пояснюється тим, що число валентних електронів атома виявляється недостатнім для утворення локалізованих зв’язків із сусідніми атомами. 

Слід зазначити, що зміна стану валентних електронів не стосується електронів внутрішніх енергетичних рівнів. Тому вони разом з ядром атома утворюють позитивний іон даного металу, який приймає участь в структурі металічної кристалічної решітки.

Розглянута схема електронної будови твердих металів показує, що валентні електрони, які здійснюють хімічний зв’язок, належать не двом атомам, а усьому кристалу. Утворений таким чином хімічний зв’язок називають металічним зв’язком. Сукупність «вільних» електронів у металі називають електронним газом. Спрощено метали прийнято розглядати, як щільно упаковану структуру із катіонів, які зв’язані один з одним електронним газом. Металічний зв’язок характерний для металів та їх сплавів.

4.Водневий зв’язок

Прийнято вважати, що водень утворює один хімічний зв’язок, тобто він одновалентний. Таке уявлення неповно відображає здатність водню сполучатися з іншими атомами. Експериментальні дані показують, щоіюдень, який утворив міцний хімічний.зв’язок з будь-яким атомом X, часто може утворити додатковий хімічний зв’язок з іншим більш електронегативним атомом або групою атомів У. Такий зв’язок називають водневим і позначають трьома крапками X — Н ··· У. Звичайно, але не завжди цей зв’язок набагато слабший за перший.

Водневий зв’язок, подібно до інших хімічних зв’язків, утворюється лише при безпосередньому контакті між молекулами. Для нього характерні напрямленість у просторі та насиченість. За міцністю водневий зв’язок перевищує ван-дер-ваальсівські сили, але він звичайно на порядок слабший за ковалентний зв’язок.

 Водневий зв’язок тим міцніший, чим більша електронегативність атома-партнера, з яким взаємодіє атом водню, і чим менший атом за розміром.

Водневий зв’язок може бути міжмолекулярним та внутрішньомолекулярним. У першому випадку водень зв’язує два атоми, які належать до різних молекул. 

У другому випадку обидва атоми, які утворюють зв’язок із воднем, належать до однієї і тієї ж молекули. Цей зв’язок утворюється між двома функціональними групами. Такі зв’язки мають місце у молекулах саліцилового альдегіду, саліцилової кислоти, наприклад:

До речовин, які характеризуються наявністю внутрішньомолекулярних водневих зв’язків, належать білки, нуклеїнові кислоти. У молекулах білка виникають багато сотень водневих зв’язків, які скручують молекулу та надають їй значної міцності.

Закріплення.

1  Що таке ковалентний зв'язок?

2 . Які типи ковалентних зв'язків Вам відомі?

3 . Дайте визначення поняттю "валентність". 

4.  Який зв’язок називають йонним?