Молекула, в която центровете на тежестта на положително и отрицателно заредените участъци не съвпадат, се нарича дипол. Нека дефинираме понятието "дипол".
Диполът е колекция от два равни електрически заряда с противоположна величина, разположени на известно разстояние един от друг.
Молекулата на водорода Н 2 не е дипол (фиг. 50 а), а молекулата на хлороводорода е дипол (фиг. 50 b). Молекулата на водата също е дипол. Електронните двойки в H 2 O се изместват в по-голяма степен от водородните атоми към кислородния атом.
Центърът на тежестта на отрицателния заряд е разположен близо до кислородния атом, а центърът на тежестта на положителния заряд е разположен близо до водородните атоми.
В кристално вещество атомите, йоните или молекулите са в строг ред.
Мястото, където се намира такава частица, се нарича възел на кристалната решетка.Положението на атомите, йоните или молекулите във възлите на кристалната решетка е показано на фиг. 51.
в ж
Ориз. 51. Модели на кристални решетки (показана е една равнина на обемен кристал): а) ковалентни или атомни (диамант С, силиций Si, кварц SiO 2); b) йонни (NaCl); в) молекулен (лед, I 2); Ж) метални (Li, Fe). В модела на металната решетка точките означават електрони
Според вида на химичната връзка между частиците кристалните решетки се разделят на ковалентни (атомни), йонни и метални. Има и друг вид кристална решетка - молекулярна. В такава решетка се държат отделни молекули сили на междумолекулно привличане.
Йонни кристали(Фиг. 51 b) съдържат положително и отрицателно заредени йони в местата на кристалната решетка. Кристалната решетка е конструирана по такъв начин, че силите на електростатичното привличане на противоположно заредените йони и силите на отблъскване на еднакво заредените йони са балансирани. Такива кристални решетки са характерни за съединения като LiF, NaCl и много други.
молекулярни кристали(Фиг. 51 в) съдържат диполни молекули в местата на кристала, които се държат една спрямо друга чрез електростатични сили на привличане като йони в йонна кристална решетка. Например ледът е молекулярна кристална решетка, образувана от водни диполи. На фиг. 51 всимволите не са дадени за зарядите, за да не се претоварва фигурата.
метален кристал(Фиг. 51 Ж) съдържа положително заредени йони в местата на решетката. Някои от външните електрони се движат свободно между йоните. " е-газ"задържа положително заредени йони във възлите на кристалната решетка .. При удар металът не се убожда като лед, кварц или солен кристал, а само променя формата си. Електроните, поради тяхната подвижност, имат време да се движат в момента на удара и поддържат йони в нова позиция.Ето защо коването на метали и пластмаси, се огъват без да се счупят.
Ориз. 52. Структурата на силициевия оксид: а) кристален; b) аморфен. Черните точки означават силициеви атоми, празните кръгове означават кислородни атоми. Равнината на кристала е изобразена, така че четвъртата връзка при силициевия атом не е посочена. Прекъснатата линия маркира късия ред в разстройството на аморфно вещество
В аморфно вещество се нарушава триизмерната периодичност на структурата, която е характерна за кристалното състояние (фиг. 52 b).
Течности и газовесе различават от кристалните и аморфните тела по произволното движение на атомите и
молекули. В течностите силите на привличане са в състояние да задържат микрочастиците една спрямо друга на близки разстояния, съизмерими с разстоянията в твърдо тяло. В газовете взаимодействието на атоми и молекули практически отсъства, следователно газовете, за разлика от течностите, заемат целия предоставен им обем. Един мол течна вода при 100 0 C заема обем от 18,7 cm 3, а мол наситена водна пара - 30 000 cm 3 при същата температура. 
Ориз. 53. Различни видовевзаимодействия на молекули в течности и газове: а) дипол–дипол; b) дипол–недипол; в)недиполен–недиполен
За разлика от твърдите тела, молекулите в течностите и газовете се движат свободно. В резултат на движението те се ориентират по определен начин. Например на фиг. 53 а,б. показано е как взаимодействат диполните молекули, както и неполярните молекули с диполните молекули в течности и газове.
Когато дипол се доближи до дипол, молекулите се въртят в резултат на привличане и отблъскване. Положително заредената част на една молекула е разположена близо до отрицателно заредената част на друга. Ето как диполите взаимодействат в течна вода.
Когато две неполярни молекули (недиполи) се доближат една до друга на сравнително близки разстояния, те също си влияят взаимно (фиг. 53). в). Молекулите се събират заедно от отрицателно заредени електронни обвивки, покриващи ядрата. Електронни черупкисе деформират така, че има временна поява на положителни и отрицателни центрове в едната и другата молекула и се привличат взаимно. Достатъчно е молекулите да се разпръснат, тъй като временните диполи отново се превръщат в неполярни молекули.
Пример за това е взаимодействието между молекулите на газообразния водород. (Фиг. 53 в).
3.2. Класификация неорганични вещества. Обикновено и сложни вещества
В началото на 19 век шведският химик Берцелиус предлага веществата, получени от живи организми, да се наричат органични.Назоваха се вещества, характерни за неживата природа неорганиченили минерал(извлича се от минерали).
Всички твърди, течни и газообразни вещества могат да бъдат разделени на прости и сложни.
Веществата се наричат прости, състоящи се от атоми на един химичен елемент.
Например, водород, бром и желязо при стайна температура и атмосферно налягане са прости вещества, които са съответно в газообразно, течно и твърдо състояние (фиг. 54). a B C).
Газообразният водород H 2 (g) и течният бром Br 2 (l) се състоят от двуатомни молекули. Твърдото желязо Fe(t) съществува под формата на кристал с метална кристална решетка.
Простите вещества се разделят на две групи: неметали и метали.
а) b) в)
Ориз. 54. Прости вещества: а) газообразен водород. Той е по-лек от въздуха, затова епруветката се запушва и се обръща наопаки; b) течен бром (обикновено се съхранява в запечатани ампули); в) железен прах
Неметалите са прости вещества с ковалентна (атомна) или молекулна кристална решетка в твърдо състояние.
При стайна температура ковалентната (атомна) кристална решетка е характерна за такива неметали като бор B(t), въглерод C(t), силиций Si(t). Молекулярната кристална решетка има бял фосфор P (t), сяра S (t), йод I 2 (t). Някои неметали само при много ниски температури преминават в течно или твърдо агрегатно състояние. AT нормални условияте са газове. Такива вещества включват, например, водород H 2 (g), азот N 2 (g), кислород O 2 (g), флуор F 2 (g), хлор Cl 2 (g), хелий He (g), неон Ne (d), аргон Ar(d). При стайна температура молекулярният бром Br 2 (l) съществува в течна форма.
Металите са прости вещества с метална кристална решетка в твърдо състояние.
Това са ковки, пластични вещества, които имат метален блясък и са способни да провеждат топлина и електричество.
Приблизително 80% от елементите на периодичната система образуват прости вещества - метали. При стайна температура металите са твърди вещества. Например Li(t), Fe(t). Само живакът, Hg (l) е течност, която се втвърдява при -38,89 0 С.
Съединенията са вещества, които са изградени от атоми на различни химични елементи.
Атомите на елементите в едно сложно вещество са свързани чрез постоянни и добре дефинирани връзки.
Например, водата H 2 O е сложно вещество. Молекулата му съдържа атоми на два елемента. Водата винаги и навсякъде на Земята съдържа 11,1% водород и 88,9% кислород по маса.
В зависимост от температурата и налягането водата може да бъде в твърдо, течно или газообразно състояние, което е посочено вдясно от химична формулавещества - H 2 O (g), H 2 O (g), H 2 O (t).
На практика ние като правило имаме работа не с чисти вещества, а с техни смеси.
Смес е съвкупност от химични съединения с различен състав и структура
Нека представим прости и сложни вещества, както и техните смеси под формата на диаграма:
просто
неметали
емулсии
Основи
Сложните вещества в неорганичната химия се делят на оксиди, основи, киселини и соли.
оксиди
Има оксиди на метали и неметали. Металните оксиди са съединения с йонни връзки. В твърдо състояние те образуват йонни кристални решетки.
Неметални оксиди- съединения с ковалентни химични връзки.
Оксидите са сложни вещества, състоящи се от атоми на два химични елемента, единият от които е кислород, чиято степен на окисление е -2.
По-долу са дадени молекулните и структурните формули на някои оксиди на неметали и метали.
Молекулна формула Структурна формула
CO 2 - въглероден оксид (IV) O \u003d C \u003d O
SO 2 - серен оксид (IV)
SO 3 - серен оксид (VI)
SiO 2 - силициев оксид (IV)
Na 2 O - натриев оксид
CaO - калциев оксид
K 2 O - калиев оксид, Na 2 O - натриев оксид, Al 2 O 3 - алуминиев оксид. Калият, натрият и алуминият образуват по един оксид.
Ако даден елемент има няколко степени на окисление, има няколко от неговите оксиди. В този случай, след името на оксида, степента на окисление на елемента се посочва с римска цифра в скоби. Например FeO е железен (II) оксид, Fe 2 O 3 е железен (III) оксид.
В допълнение към имената, образувани съгласно правилата на международната номенклатура, се използват традиционни руски имена за оксиди, например: CO 2 въглероден оксид (IV) - въглероден двуокис, CO въглероден оксид (II) – въглероден окис, CaO калциев оксид - негасена вар, SiO 2 силициев оксид– кварц, силициев диоксид, пясък.
Има три групи оксиди, които се различават по химични свойства, - основен, киселинени амфотерни(другогръцки , - и двете, двойствено).
Основни оксидиобразувани от елементи на главните подгрупи на групи I и II на периодичната система (степента на окисление на елементите е +1 и +2), както и елементи на вторични подгрупи, степента на окисление на които също е +1 или + 2. Всички тези елементи са метали, така че основните оксиди са метални оксиди, например:
Li 2 O - литиев оксид
MgO - магнезиев оксид
CuO - меден (II) оксид
Основните оксиди съответстват на основите.
Киселинни оксиди
образувани от неметали и метали, чиято степен на окисление е по-голяма от +4, например:
CO 2 - въглероден окис (IV)
SO 2 - серен оксид (IV)
SO 3 - серен оксид (VI)
P 2 O 5 - фосфорен оксид (V)
Киселинните оксиди съответстват на киселини.
Амфотерни оксиди
образувани от метали, чиято степен на окисление е +2, +3, понякога +4, например:
ZnO - цинков оксид
Al 2 O 3 - алуминиев оксид
Амфотерните оксиди съответстват на амфотерните хидроксиди.
Освен това има малка група от т.нар индиферентни оксиди:
N 2 O - азотен оксид (I)
NO - азотен оксид (II)
CO - въглероден окис (II)
Трябва да се отбележи, че един от най-важните оксиди на нашата планета е водородният оксид, известен ви като вода H 2 O.
Основи
В раздела "Оксиди" беше споменато, че основите съответстват на основни оксиди:
Натриев оксид Na 2 O - натриев хидроксид NaOH.
Калциев оксид CaO - калциев хидроксид Ca (OH) 2.
Меден оксид CuO - меден хидроксид Cu (OH) 2
Основите са сложни вещества, състоящи се от метален атом и една или повече хидроксо групи -ОН.
Основите са твърди вещества с йонна кристална решетка.
Когато се разтворят във вода, кристали от разтворими основи ( алкали)се разрушават от действието на полярните водни молекули и се образуват йони:
NaOH(t) Na + (разтвор) + OH - (разтвор)
Подобен запис на йони: Na + (разтвор) или OH - (разтвор) означава, че йоните са в разтвор.
Името на фондацията включва думата хидроксиди руското име на метала в родителен падеж. Например, NaOH е натриев хидроксид, Ca (OH) 2 е калциев хидроксид.
Ако металът образува няколко основи, тогава степента на окисление на метала се посочва в името с римска цифра в скоби. Например: Fe (OH) 2 - железен (II) хидроксид, Fe (OH) 3 - железен (III) хидроксид.
Освен това има традиционни имена за някои основания:
NaOH- сода каустик, каустик Газирани напитки
KOH - каустик поташ
Ca (OH) 2 - гасена вар, варна вода
Р
Водоразтворимите основи се наричат алкали
Разграничете разтворими и неразтворими основи във вода.
Това са метални хидроксиди от основните подгрупи на групи I и II, с изключение на хидроксидите на Be и Mg.
Амфотерните хидроксиди включват,
HCl (g) H + (разтвор) + Cl - (разтвор)
Киселините се наричат сложни вещества, които включват водородни атоми, които могат да бъдат заменени или заменени с метални атоми, и киселинни остатъци.
В зависимост от наличието или отсъствието на кислородни атоми в молекулата, аноксичен и кислородсъдържащикиселини.
За да наименувате безкислородни киселини, към руското име на неметал се добавя буква - относно-и думата водород :
HF - флуороводородна киселина
HCl - солна киселина
HBr - бромоводородна киселина
HI - йодоводородна киселина
H 2 S - хидросулфидна киселина
Традиционни имена за някои киселини:
HCl- солна киселина; HF- флуороводородна киселина
За назоваване на кислородсъдържащи киселини се добавят окончания към корена на руското име на неметал - ная,
-оваяако неметалът е в най-висока степен на окисление. Най-високата степен на окисление съвпада с номера на групата, в която се намира неметалният елемент:
H 2 SO 4 - сер наякиселина
HNO 3 - азот наякиселина
HClO 4 - хлор наякиселина
HMnO 4 - манган новкиселина
Ако даден елемент образува киселини в две степени на окисление, тогава краят се използва за назоваване на киселината, съответстваща на по-ниското състояние на окисление на елемента - вярно:
H 2 SO 3 - дива коза вярнокиселина
HNO 2 - азот вярнокиселина
Според броя на водородните атоми в една молекула, едноосновен(HCl, HNO3), двуосновен(H 2 SO 4), триосновенкиселини (H3PO4).
Много кислородсъдържащи киселини се образуват при взаимодействието на съответните киселинни оксиди с вода. Оксидът, съответстващ на дадена киселина, се нарича неин анхидрид:
серен диоксид SO 2 - сярна киселина H2SO3
Серен анхидрид SO 3 - сярна киселина H 2 SO 4
Азотен анхидрид N 2 O 3 - азотиста киселина HNO 2
Азотен анхидрид N 2 O 5 - азотна киселина HNO 3
Фосфорен анхидрид P 2 O 5 - фосфорна киселина H 3 PO 4
Имайте предвид, че степента на окисление на елемент в оксида и съответната киселина са еднакви.
Ако елемент в едно и също състояние на окисление образува няколко кислородсъдържащи киселини, тогава префиксът "" се добавя към името на киселината с по-ниско съдържание на кислородни атоми. мета", с високо съдържание на кислород - префикс " орто". Например:
HPO 3 - метафосфорна киселина
H 3 PO 4 - ортофосфорна киселина, която често се нарича просто фосфорна киселина
H 2 SiO 3 - метасилициева киселина, обикновено наричана силициева киселина
H 4 SiO 4 - ортосилициева киселина.
Силициевите киселини не се образуват при взаимодействието на SiO 2 с вода, те се получават по различен начин.
ОТ
Солите са сложни вещества, състоящи се от метални атоми и киселинни остатъци.
оли
NaNO 3 - натриев нитрат
CuSO 4 - меден сулфат (II)
CaCO 3 - калциев карбонат
При разтваряне във вода кристалите на солта се разрушават, образуват се йони:
NaNO 3 (t) Na + (разтвор) + NO 3 - (разтвор).
Солите могат да се разглеждат като продукти на пълно или частично заместване на водородни атоми в киселинна молекула с метални атоми или като продукти на пълно или частично заместване на основни хидроксо групи с киселинни остатъци.
С пълното заместване на водородните атоми, средни соли: Na2SO4, MgCl2. . С частично заместване, киселинни соли (хидросоли) NaHSO4 и основни соли (хидроксосолите) MgOHCl.
Съгласно правилата на международната номенклатура имената на солите се образуват от името на киселинния остатък в именителния падеж и руското име на метала в родителния падеж (Таблица 12):
NaNO 3 - натриев нитрат
CuSO 4 - меден (II) сулфат
CaCO 3 - калциев карбонат
Ca 3 (RO 4) 2 - калциев ортофосфат
Na 2 SiO 3 - натриев силикат
Името на киселинния остатък произлиза от корена на латинското наименование на киселиннообразуващия елемент (например nitrogenium - азот, коренът nitr-) и окончанията:
-приза най-висока степен на окисление, -тоза по-ниска степен на окисление на киселинообразуващия елемент (Таблица 12).
Таблица 12
Имена на киселини и соли
| Име на киселината | Киселинна формула | Името на солите | Примери Солей |
| Хлороводород (сол) | НС1 | хлориди | AgCl сребърен хлорид |
| Водороден сулфид | H 2 S | Сулфиди | FeS Sulf документ за самоличностжелязо (II) |
| сяра | H2SO3 | Сулфити | Na 2 SO 3 Sulf тонатрий |
| сярна | H2SO4 | сулфати | K 2 SO 4 Sulf прикалий |
| азотен | HNO 2 | Нитрити | LiNO 2 Nitr толитий |
| Азот | HNO3 | Нитрати | Al(NO 3) 3 Nitr приалуминий |
| ортофосфорен | H3PO4 | Ортофосфати | Ca 3 (PO 4) 2 Калциев ортофосфат |
| Въглища | H2CO3 | Карбонати | Na 2 CO 3 Натриев карбонат |
| Силиций | H2SiO3 | силикати | Na 2 SiO 3 Натриев силикат |
NaHSO 4 - натриев хидрогенсулфат
NaHS - натриев хидросулфид
Имената на основните соли се образуват чрез добавяне на префикса " хидроксо": MgOHCl - магнезиев хидроксохлорид.
В допълнение, много соли имат традиционни имена, като например:
Na 2 CO 3 - Газирани напитки;
NaHCO3 - хранителна (питейна) сода;
CaCO 3 - креда, мрамор, варовик.
Ковалентна химична връзка, нейните разновидности и механизми на образуване. Характеристики на ковалентната връзка (полярност и енергия на връзката). Йонна връзка. Метална връзка. водородна връзка
Учението за химическата връзка е в основата на цялата теоретична химия.
Химическата връзка е такова взаимодействие на атомите, което ги свързва в молекули, йони, радикали, кристали.
Има четири вида химически връзки: йонни, ковалентни, метални и водородни.
Разделянето на химичните връзки на видове е условно, тъй като всички те се характеризират с определено единство.
Йонната връзка може да се разглежда като граничен случай на ковалентна полярна връзка.
Металната връзка съчетава ковалентното взаимодействие на атомите с помощта на споделени електрони и електростатичното привличане между тези електрони и металните йони.
При веществата често няма ограничаващи случаи на химическа връзка (или чисти химични връзки).
Например, литиевият флуорид $LiF$ се класифицира като йонно съединение. Всъщност връзката в него е $80%$ йонна и $20%$ ковалентна. Следователно, очевидно е по-правилно да се говори за степента на полярност (йонност) на химичната връзка.
В серията халогеноводород $HF—HCl—HBr—HI—HAt$ степента на полярност на връзката намалява, тъй като разликата в стойностите на електроотрицателността на халогенните и водородните атоми намалява, а в астатичния водород връзката става почти неполярна $(EO(H) = 2,1; EO(At) = 2,2)$.
В едни и същи вещества могат да се съдържат различни видове връзки, например:
- в бази: между кислородните и водородните атоми в хидроксогрупите връзката е полярна ковалентна, а между метала и хидроксогрупата е йонна;
- в соли на кислородсъдържащи киселини: между неметалния атом и кислорода на киселинния остатък - ковалентен полярен, а между метала и киселинния остатък - йонен;
- в соли на амоний, метиламониев и др.: между азотни и водородни атоми - ковалентни полярни и между амониеви или метиламониеви йони и киселинен остатък - йонни;
- в металните пероксиди (например $Na_2O_2$) връзката между кислородните атоми е ковалентна неполярна, а между метала и кислорода е йонна и т.н.
Различни видове връзки могат да преминават една в друга:
- при електролитна дисоциациявъв вода на ковалентни съединения ковалентната полярна връзка става йонна;
- при изпаряването на металите металната връзка се превръща в ковалентна неполярна и т.н.
Причината за единството на всички видове и видове химични връзки е тяхната идентична химическа природа - електрон-ядрено взаимодействие. Образуването на химическа връзка във всеки случай е резултат от електронно-ядрено взаимодействие на атоми, придружено от освобождаване на енергия.
Методи за образуване на ковалентна връзка. Характеристики на ковалентната връзка: дължина и енергия на връзката
Ковалентната химична връзка е връзка, която възниква между атомите поради образуването на общи електронни двойки.
Механизмът на образуване на такава връзка може да бъде обменен и донорно-акцепторен.
аз обменен механизъмдейства, когато атомите образуват общи електронни двойки чрез комбиниране на несдвоени електрони.
1) $H_2$ - водород:
Връзката възниква поради образуването на обща електронна двойка от $s$-електрони на водородни атоми (припокриващи се $s$-орбитали):
2) $HCl$ - хлороводород:
Връзката възниква поради образуването на обща електронна двойка от $s-$ и $p-$електрони (припокриващи се $s-p-$орбитали):
3) $Cl_2$: в молекула на хлор се образува ковалентна връзка поради несдвоени $p-$електрони (припокриващи се $p-p-$орбитали):
4) $N_2$: три общи електронни двойки се образуват между атоми в азотна молекула:
II. Донорно-акцепторен механизъмНека разгледаме образуването на ковалентна връзка, използвайки примера на амониевия йон $NH_4^+$.
Донорът има електронна двойка, акцепторът има празна орбитала, която тази двойка може да заеме. В амониевия йон всичките четири връзки с водородни атоми са ковалентни: три се образуват поради създаването на общи електронни двойки от азотния атом и водородните атоми чрез обменния механизъм, една - чрез донорно-акцепторния механизъм.
Ковалентните връзки могат да бъдат класифицирани по начина, по който електронните орбитали се припокриват, както и по тяхното изместване към един от свързаните атоми.
Химичните връзки, образувани в резултат на припокриването на електронните орбитали по линията на връзката, се наричат $σ$ -връзки (сигма-връзки). Сигма връзката е много силна.
$p-$орбиталите могат да се припокриват в две области, образувайки ковалентна връзка чрез странично припокриване:
Химични връзки, образувани в резултат на "страничното" припокриване на електронни орбитали извън комуникационната линия, т.е. в два региона се наричат $π$ -връзки (пи-връзки).
от степен на пристрастиеобщи електронни двойки към един от атомите, които те свързват, може да бъде ковалентна връзка полярени неполярни.
Ковалентна химична връзка, образувана между атоми с еднаква електроотрицателност, се нарича неполярни.Електронните двойки не се изместват към нито един от атомите, т.к атомите имат същия ER - свойството да привличат към себе си валентни електрони от други атоми. Например:
тези. молекулите се образуват чрез ковалентна неполярна връзка прости неметални вещества. Нарича се ковалентна химична връзка между атоми на елементи, чиято електроотрицателност е различна полярен.
Дължината и енергията на ковалентната връзка.
Характеристика свойства на ковалентната връзкае неговата дължина и енергия. Дължина на връзкатае разстоянието между ядрата на атомите. Химическата връзка е толкова по-силна, колкото по-къса е нейната дължина. Въпреки това, мярката за здравина на връзката е Свързваща енергия, което се определя от количеството енергия, необходимо за разкъсване на връзката. Обикновено се измерва в kJ/mol. Така, според експериментални данни, дължините на връзката на молекулите $H_2, Cl_2$ и $N_2$ са съответно $0,074, 0,198$ и $0,109$ nm, а енергиите на свързване са $436, 242$ и $946$ kJ/ mol, съответно.
йони. Йонна връзка
Представете си, че два атома се „срещат“: метален атом от I група и неметален атом от VII група. Металният атом има един електрон на външното си енергийно ниво, докато на неметалния атом му липсва само един електрон, за да завърши външното си ниво.
Първият атом лесно ще отстъпи на втория своя електрон, който е далеч от ядрото и е слабо свързан с него, а вторият ще му даде свободно място на външното си електронно ниво.
Тогава атом, лишен от един от своите отрицателни заряди, ще се превърне в положително заредена частица, а втората ще се превърне в отрицателно заредена частица поради получения електрон. Такива частици се наричат йони.
Химическата връзка, която възниква между йони, се нарича йонна.
Помислете за образуването на тази връзка, като използвате добре известното съединение на натриев хлорид (трапезна сол) като пример:
Процесът на превръщане на атомите в йони е показан на диаграмата:
Такава трансформация на атомите в йони винаги се случва по време на взаимодействието на атомите на типичните метали и типичните неметали.
Помислете за алгоритъма (последователността) на разсъждения при записване на образуването на йонна връзка, например между калциеви и хлорни атоми:
Наричат се числа, показващи броя на атомите или молекулите коефициенти, а числата, показващи броя на атомите или йоните в една молекула, се наричат индекси.
метална връзка
Нека да се запознаем с това как атомите на металните елементи взаимодействат помежду си. Металите обикновено не съществуват под формата на изолирани атоми, а под формата на парче, слитък или метален продукт. Какво държи металните атоми заедно?
Атомите на повечето метали на външното ниво съдържат малък брой електрони - $1, 2, 3$. Тези електрони лесно се отделят и атомите се превръщат в положителни йони. Отделените електрони се преместват от един йон в друг, свързвайки ги в едно цяло. Свързвайки се с йони, тези електрони временно образуват атоми, след което отново се откъсват и се комбинират с друг йон и т.н. Следователно в обема на метала атомите непрекъснато се превръщат в йони и обратно.
Връзката в металите между йони посредством социализирани електрони се нарича метална.
Фигурата схематично показва структурата на метален фрагмент от натрий.
В този случай малък брой социализирани електрони свързват голям брой йони и атоми.
Металната връзка има известна прилика с ковалентната връзка, тъй като се основава на споделянето на външни електрони. Въпреки това, в ковалентна връзка външните несдвоени електрони само на два съседни атома са социализирани, докато в метална връзка всички атоми участват в социализирането на тези електрони. Ето защо кристалите с ковалентна връзка са крехки, докато тези с метална връзка по правило са пластични, електропроводими и имат метален блясък.
Металната връзка е характерна както за чисти метали, така и за смеси от различни метали - сплави, които са в твърдо и течно състояние.
водородна връзка
Химическа връзка между положително поляризирани водородни атоми на една молекула (или част от нея) и отрицателно поляризирани атоми на силно електроотрицателни елементи с несподелени електронни двойки ($F, O, N$ и по-рядко $S$ и $Cl$), друга молекула (или нейни части) се нарича водород.
Механизмът на образуване на водородна връзка е отчасти електростатичен, отчасти донорно-акцепторен.
Примери за междумолекулни водородни връзки:
При наличието на такава връзка дори нискомолекулните вещества могат при нормални условия да бъдат течности (алкохол, вода) или лесно втечняващи се газове (амоняк, флуороводород).
Веществата с водородна връзка имат молекулни кристални решетки.
Вещества с молекулярна и немолекулна структура. Тип кристална решетка. Зависимостта на свойствата на веществата от техния състав и структура
Молекулен и немолекулен строеж на веществата
AT химични взаимодействиявлизат не отделни атоми или молекули, а вещества. Вещество при дадени условия може да бъде в едно от трите агрегатни състояния: твърдо, течно или газообразно. Свойствата на дадено вещество зависят и от характера на химичната връзка между частиците, които го образуват – молекули, атоми или йони. Според вида на връзката се разграничават вещества с молекулярна и немолекулна структура.
Веществата, изградени от молекули, се наричат молекулярни вещества. Връзките между молекулите в такива вещества са много слаби, много по-слаби, отколкото между атомите вътре в молекулата, и вече при относително ниски температури те се разпадат - веществото се превръща в течност и след това в газ (сублимация на йод). Точките на топене и кипене на веществата, състоящи се от молекули, се увеличават с увеличаване на молекулното тегло.
Молекулните вещества включват вещества с атомна структура ($C, Si, Li, Na, K, Cu, Fe, W$), сред тях има метали и неметали.
Обмисли физични свойстваалкални метали. Сравнително ниската якост на връзката между атомите причинява ниска механична якост: алкалните метали са меки и могат лесно да се режат с нож.
Големите размери на атомите водят до ниска плътност на алкалните метали: литият, натрият и калият са дори по-леки от водата. В групата на алкалните метали точките на кипене и топене намаляват с увеличаване на поредния номер на елемента, т.к. размерът на атомите се увеличава и връзките отслабват.
Към вещества немолекулярниструктурите включват йонни съединения. Повечето съединения на метали с неметали имат тази структура: всички соли ($NaCl, K_2SO_4$), някои хидриди ($LiH$) и оксиди ($CaO, MgO, FeO$), основи ($NaOH, KOH$). Йонните (немолекулни) вещества имат високи точки на топене и кипене.
Кристални решетки
Едно вещество, както знаем, може да съществува в три агрегатни състояния: газообразни, течни и твърди.
Твърди вещества: аморфни и кристални.
Помислете как характеристиките на химичните връзки влияят върху свойствата на твърдите тела. Твърдите вещества се делят на кристалени аморфен.
Аморфните вещества нямат ясна точка на топене - при нагряване те постепенно омекват и стават течни. В аморфно състояние например са пластилин и различни смоли.
Кристалните вещества се характеризират с правилно разположение на частиците, от които са изградени: атоми, молекули и йони – в строго определени точки в пространството. Когато тези точки се свържат с прави линии, се образува пространствена рамка, наречена кристална решетка. Точките, в които са разположени кристалните частици, се наричат възли на решетката.
В зависимост от вида на частиците, разположени във възлите на кристалната решетка, и естеството на връзката между тях се разграничават четири вида кристални решетки: йонни, атомни, молекулнии метал.
Йонни кристални решетки.
Йоннинаречени кристални решетки, в чиито възли има йони. Те се образуват от вещества с йонна връзка, която може да свързва както прости йони $Na^(+), Cl^(-)$, така и сложни $SO_4^(2−), OH^-$. Следователно солите, някои оксиди и хидроксиди на метали имат йонни кристални решетки. Например, кристал на натриев хлорид се състои от редуващи се $Na^+$ положителни йони и $Cl^-$ отрицателни йони, образуващи решетка с форма на куб. Връзките между йони в такъв кристал са много стабилни. Следователно веществата с йонна решетка се характеризират с относително висока твърдост и якост, те са огнеупорни и нелетливи.
Атомни кристални решетки.
ядреннаречени кристални решетки, в чиито възли има отделни атоми. В такива решетки атомите са свързани помежду си чрез много силни ковалентни връзки. Пример за вещества с този тип кристална решетка е диамантът, една от алотропните модификации на въглерода.
Повечето вещества с атомна кристална решетка имат много високи точки на топене (например за диаманта тя е над $3500°C$), те са здрави и твърди, практически неразтворими.
Молекулни кристални решетки.
Молекулярнанаречени кристални решетки, в чиито възли са разположени молекули. Химичните връзки в тези молекули могат да бъдат полярни ($HCl, H_2O$) или неполярни ($N_2, O_2$). Въпреки факта, че атомите в молекулите са свързани с много силни ковалентни връзки, между самите молекули съществуват слаби сили на междумолекулно привличане. Следователно веществата с молекулярни кристални решетки имат ниска твърдост, ниски точки на топене и са летливи. Повечето твърди органични съединения имат молекулни кристални решетки (нафталин, глюкоза, захар).
Метални кристални решетки.
Вещества със метална връзкаимат метални кристални решетки. Във възлите на такива решетки има атоми и йони (или атоми, или йони, в които металните атоми лесно се превръщат, давайки своите външни електрони „за обща употреба“). Такава вътрешна структура на металите определя техните характерни физични свойства: ковкост, пластичност, електрическа и топлопроводимост и характерен метален блясък.
Молекулен и немолекулен строеж на веществата. Структурата на материята
В химически взаимодействия влизат не отделни атоми или молекули, а вещества. Веществата се различават по вида на връзката молекулярнои немолекулна структура. Веществата, изградени от молекули, се наричат молекулярни вещества. Връзките между молекулите в такива вещества са много слаби, много по-слаби, отколкото между атомите вътре в молекулата, и вече при относително ниски температури те се разпадат - веществото се превръща в течност и след това в газ (сублимация на йод). Точките на топене и кипене на веществата, състоящи се от молекули, се увеличават с увеличаване на молекулното тегло. Да се молекулярни веществавключват вещества с атомна структура (C, Si, Li, Na, K, Cu, Fe, W), сред тях има метали и неметали. Към вещества немолекулна структуравключват йонни съединения. Повечето съединения на метали с неметали имат тази структура: всички соли (NaCl, K 2 SO 4), някои хидриди (LiH) и оксиди (CaO, MgO, FeO), основи (NaOH, KOH). Йонни (немолекулни) веществаимат високи точки на топене и кипене.
Твърди вещества: аморфни и кристални
Твърдите вещества се делят на кристален и аморфен.
Аморфни веществанямат ясна точка на топене - при нагряване те постепенно омекват и стават течни. В аморфно състояние например са пластилин и различни смоли.
Кристални веществасе характеризират с правилното разположение на частиците, от които са изградени: атоми, молекули и йони – в строго определени точки в пространството. Когато тези точки се свържат с прави линии, се образува пространствена рамка, наречена кристална решетка. Точките, в които са разположени кристалните частици, се наричат възли на решетката. В зависимост от вида на частиците, разположени във възлите на кристалната решетка, и естеството на връзката между тях се разграничават четири вида кристални решетки: йонни, атомни, молекулярни и метални.
Кристалните решетки се наричат йонни, на чиито места има йони. Те се образуват от вещества с йонна връзка, които могат да бъдат свързани както с прости йони Na +, Cl -, така и със сложни SO 4 2-, OH -. Следователно солите, някои оксиди и хидроксиди на метали имат йонни кристални решетки. Например, кристал на натриев хлорид е изграден от редуващи се положителни Na + и отрицателни Cl - йони, образувайки решетка с форма на куб. Връзките между йони в такъв кристал са много стабилни. Следователно веществата с йонна решетка се характеризират с относително висока твърдост и якост, те са огнеупорни и нелетливи.
Кристална решетка – а) и аморфна решетка – б).
Кристална решетка – а) и аморфна решетка – б). Атомни кристални решетки
ядреннаречени кристални решетки, в чиито възли има отделни атоми. В такива решетки атомите са свързани помежду си много силни ковалентни връзки. Пример за вещества с този тип кристална решетка е диамантът, една от алотропните модификации на въглерода. Повечето вещества с атомна кристална решетка имат много високи точки на топене (например в диаманта е над 3500 ° C), те са здрави и твърди, практически неразтворими.
Молекулни кристални решетки
Молекулярнанаречени кристални решетки, в чиито възли са разположени молекули. Химичните връзки в тези молекули могат да бъдат както полярни (HCl, H 2 O), така и неполярни (N 2 , O 2). Въпреки факта, че атомите в молекулите са свързани с много силни ковалентни връзки, между самите молекули действат слаби сили на междумолекулно привличане. Следователно веществата с молекулярни кристални решетки имат ниска твърдост, ниски точки на топене и са летливи. Повечето твърди органични съединения имат молекулни кристални решетки (нафталин, глюкоза, захар).
Молекулярна кристална решетка (въглероден диоксид) Метални кристални решетки
Вещества със метална връзкаимат метални кристални решетки. Във възлите на такива решетки са атоми и йони(или атоми, или йони, в които металните атоми лесно се превръщат, давайки своите външни електрони „за обща употреба“). Такава вътрешна структура на металите определя техните характерни физични свойства: ковкост, пластичност, електрическа и топлопроводимост и характерен метален блясък.
мамят листове
