Свойства ковалентной химической связи — КиберПедия 

Своеобразие русской архитектуры: Основной материал – дерево – быстрота постройки, но недолговечность и необходимость деления...

Папиллярные узоры пальцев рук - маркер спортивных способностей: дерматоглифические признаки формируются на 3-5 месяце беременности, не изменяются в течение жизни...

Свойства ковалентной химической связи

2017-09-27 687
Свойства ковалентной химической связи 0.00 из 5.00 0 оценок
Заказать работу

Ковалентная связь характеризуется: насыщаемостью, направленностью и полярностью.

Насыщаемость — это способность данного элемента образовывать ограниченное число связей с другими элементами. Для элементов II периода максимальная насыщаемость равна четырем (1s +3р = 4). Например, при возбуждении атома углерода электрон с 2s-подуровня переходит на 2р-подуровень:

В результате образуются четыре наполовину заполненные валентные орбитали и атом углерода становится четырехвалентным, т. к. максимальная насыщаемость его равна четырем. Для атома элемента серы в 3-м периоде максимальная насыщаемость равна шести, т. к. может образоваться шесть наполовину заполненных валентных орбиталей (1s +3р + 2d = 6). В этом случае атом серы становится шестивалентным.:

Элементы пятых и шестых периодов могут проявлять валентность равную

восьми: 1s+3р+2d+2f =8, где 1s,3p,2d, и 2f-валентные орбитали.

Направленность ковалентной химической связи. Химическая связь возникает в том направлении, при котором достигается максимальное перекрывание АО, приводящее к минимуму полной энергии системы. Угол, образованный между направлениями двух связей, носит название валентного угла. Изучением величины валентных углов и геометрии молекул занимается стереохимия (рис. 1).

 

Рис.1. Валентные углы у молекул H2S, H2O и NH3

 

Геометрия молекул. Для объяснения пространственного строения молекул в МВС используется концепция гибридизации АО. Гибридизация АО — это не явление, а всего лишь полезный прием, с помощью которого мы можем облегчить себе задачу наглядно представить особенности строения той или иной молекулы. Содержание этого понятия сводится к тому, что в образовании химических связей участвуют не только исходные s-, р-, d-орбитали, но и гибридные АО, которые образуются из исходных АО. Под гибридизацией следует понимать такую комбинацию АО различной формы и энергии, при которой образуются гибридные АО одинаковой формы и энергии.

sp1-Гибридизация. Линейная комбинация 1s-орбитали и 1р-орбитали ведет к образованию двух sр-гибридных АО:

 

 

Два гибридных sр-облака в результате взаимного отталкивания располагаются относительно ядра атома под углом 180º. В результате такого расположения гибридных облаков молекулы состава АВ2 имеют линейную конфигурацию, т. е. ядра всех взаимодействующих атомов располагаются на одной прямой. Линейную конфигурацию имеют молекулы ВеСl2, BeBr2, ZnCl2, CO2 и др.

sp2-Гибридизация. Это гибридизация одной s-орбитали и двух р-орбиталей. В результате комбинации трех исходных орбиталей возникают три гибридные sp-орбитали. Они располагаются в одной плоскости под углом 120º друг к другу. Происходит выравнивание электронных облаков:

Соединения бора, ионы СО2-3, NО-3 имеют строение в виде плоского треугольника с валентными углами 120º. Это позволяет предположить sр2-гибридизацию атомов бора, углерода, азота.

sp3-Гибридизация. Образуется в результате линейной комбинации одной s-орбитали и трех р-орбиталей. Четыре sр3-гибридные орбитали располагаются под углом 109º28 друг к другу. Они направлены к вершине тетраэдра, в центре которого находится ядро атома углерода:

 

Молекулы: СН4, NH3, H2O, CCl4, CF4, SiH4, SiBr4; ионы: SO42–, ClO4-, PO43– и т. д. имеют одинаковое пространственное (тетраэдрическое) расположение связей. Этот факт можно объяснить sр3-гибридизацией атомных орбиталей.

Поляризуемость ковалентной связи. Явление смещения электронной плотности в электрическом или магнитном поле называется поляризуемостью. Если молекулу А:В поместим в электрическое поле, то происходит смещение электронной плотности или даже разрыв химической связи. Возможны два случая разрыва химической связи: гомолитический и гетеролитический.

В случае гомолитического разрыва электроны связующей пары распределяются по одному между возникающими атомами или группами атомов (радикалами):

При гетеролитическом разрыве ковалентной связи оба электрона связующей пары полностью переходят к одному из возникающих атомов, причем один из этих атомов приобретает положительный, а другой — отрицательный электрический заряд:

Смещение электронной плотности приводит к несовпадению центров положительных и отрицательных зарядов, молекула поляризуется и принимает характер диполя. Диполь представляет собой электрически нейтральную систему с двумя одинаковыми по величине положительными и отрицательными зарядами, находящимися на определенном расстоянии (длина диполя) друг от друга. Полярность молекулы оценивается дипольным моментом (μ):

μ = q · ℓ,

где q — эффективный заряд, ℓ — длина диполя.

Дипольный момент молекулы характеризует способность молекул ориентироваться в электрическом поле между положительными и отрицательными электродами. Дипольный момент выражается в кулон на метр (Кл·м). В качестве единицы измерения используют также внесистемную единицу измерения дебай D, равную 3,3·10–30 Кл·м.

Донорно-акцепторная связь

Разновидностью ковалентной связи является так называемая донорно-акцепторная связь. Химическая связь, обусловленная парой электронов, принадлежащей до образования связи одному из атомов, называется донорно-акцепторной связью. Атом, поставляющий электронную пару, называется донором, а атом, к которому эта пара перемещается, - акцептором. Смещение электронной пары делает связь полярной. Донорно-акцепторную связь иногда называют также координационной связью. Примером донорно-акцепторной связи может служит образование иона аммония NH4+ из аммиака. Молекула аммиака NH3 имеет электронное строение:

 

H H

.. ½

H:N: или H-N:

.. ½

H H

 

В ней три электронные пары образуют связь N-H, а четвертая пара внешних электронов принадлежит только атому азота. Эта пара может дать связь с ионом водорода, в результате образуется ион аммония:

 

Ионнуюсвязь можно рассматривать как предельный случай ковалентной связи, когда пара образующих связь электронов полностью переходит к более электроотрицательному элементу.

Металлическая связь — связь между положительными ионами в кристаллах металлов, осуществляемая за счет притяжения электронов, свободно перемещающихся по кристаллу. В соответствии с положением в периодической системе атомы металлов имеют небольшое число валентных электронов. Эти электроны достаточно слабо связаны со своими ядрами и могут легко отрываться от них. В результате в кристаллической решетке металла появляются положительно заряженные ионы и свободные электроны. Поэтому в кристаллической решетке металлов существует большая свобода перемещения электронов: одни из атомов будут терять свои электроны, а образующиеся ионы могут принимать эти электроны из «электронного газа». Модель металлической связи показана на рисунке 2.

 

Рис.2. Модель кристаллической решетки металла

Как следствие, металл представляет собой ряд положительных ионов, локализованных в определенных положениях кристаллической решетки, и большое количество электронов, сравнительно свободно перемещающихся в поле положительных центров. В этом состоит важное отличие металлических связей от ковалентных, которые имеют строгую направленность в пространстве.

В твердом состоянии металлы отличаются от всех остальных веществ своими характерными свойствами - очень высокими теплопроводностью и электропроводностью, почти полной непрозрачностьюи высокой отражательной способностью по отношению к видимому свету благодаря так называемому металлическомублеску.


Поделиться с друзьями:

Наброски и зарисовки растений, плодов, цветов: Освоить конструктивное построение структуры дерева через зарисовки отдельных деревьев, группы деревьев...

Двойное оплодотворение у цветковых растений: Оплодотворение - это процесс слияния мужской и женской половых клеток с образованием зиготы...

Биохимия спиртового брожения: Основу технологии получения пива составляет спиртовое брожение, - при котором сахар превращается...

Таксономические единицы (категории) растений: Каждая система классификации состоит из определённых соподчиненных друг другу...



© cyberpedia.su 2017-2024 - Не является автором материалов. Исключительное право сохранено за автором текста.
Если вы не хотите, чтобы данный материал был у нас на сайте, перейдите по ссылке: Нарушение авторских прав. Мы поможем в написании вашей работы!

0.017 с.