Составление уравнений химических реакций

4.1.Основные виды химической связи.Под химической связью понимают результат взаимодействия двух и более атомов, приводящий к образованию устойчивой многоатомной системы.

Важнейшими видами химической связи являются: ковалентная, ионная водородная, металлическая, межмолекулярная.

4.2.Ковалентная связь и ее свойства.

Ковалентная связь является наиболее универсальной в том плане, что ей подчиняется подавляющее большинство веществ как органических, так и неорганических. Суть ковалентной связи по методу валентных связей (ВС) заключается в том, что атомы, объединяя свои неспаренные валентные электроны с антипараллельными спинами в общую электронную пару, образуют более сложную частицу.
.

Электронную пару по методу ВС обозначают двумя точками или чёрточкой - валентным штрихом. Ковалентная связь имеет пять основных свойств:

1. Энергия связи – выделенная атомами потенциальная энергия при образовании ими более сложных частиц.
При сближении двух атомов водорода максимально выделяется 435 кДж/моль. Это и является энергией молекулы водорода. Такой энергии соответствует максимально прочная молекула водорода. Энергия ковалентной связи лежит в пределах 150 ÷ 1000 кДж/моль. Чем выше энергия, тем прочнее частица.

=150кДж/моль
=435кДж/моль
= 970 кДж/моль.

2. Длина связи – расстояние между центрами двух атомов, которое соответствует максимально потерянной потенциальной энергии, и сложная частица является наиболее прочной. Таким образом, длина связи тесно связана с энергией. Для атома водорода длина связи составляет 0,74 . Это означает, что два атома Н₂ не просто соприкасаются, а частично перекрывают друг друга. Область перекрытия показывает место нахождения общей электронной пары и называется областью повышенной электрической плотности.

3. Полярность. Ковалентные частицы могут быть полярными и неполярными. Полярная ковалентная связь возникает в том случае, если частица образованна атомами с различными электроотрицательностями. В молекуле возникают два поля – диполи (+ ; -), между которыми есть какое-то расстояние. Диполь определяется дипольным моментом, который равен заряду электрона, умноженному на дипольное расстояние: μ = е • l. Размерность дипольного момента Кулон/метр (Кл/м). Чем больше разница между электроотрицательностью элементов, тем больше дипольный момент сложной частицы, т.е. тем полярней диполь. Неполярная ковалентная связь возникает в том случае, если частица образуется атомами с одинаковой электроотрицательностью. В ковалентных неполярных частицах общая электронная пара принадлежит одинаково ядрам обоих атомов.Расстояние между "+" и "–" равно нулю. Дипольный момент тоже равен нулю. Полярность связи и полярность частиц не всегда совпадают между собой.

Полярность – векторная величина. Вектор всегда направлен от менее электроотрицательных элементов к более электроотрицательным элементам.
В молекуле СО₂ два вектора, равные по величине, но противоположные по направлению, компенсируют друг друга, и молекула оказывается неполярной при полярной связи.

4. Насыщаемость ковалентной связи заключается в том, что все неспаренные валентные электроны обязаны участвовать в образовании сложных частиц.
5. Направлентность ковалентной связи заключается в том, что ковалентные частицы имеют определённую пространственную конфигурацию.
Пространственная конфигурация отдельной частицы определяется количеством σ – связей и их взаимным расположением в пространстве.
σ- связями называются связи, у которых область повышенной электрической плотности располагается на линии, связывающей ядра двух атомов.
σ – связь - это первичная связь. Она является прочной и трудно разрывается. π – связью называется та связь, при которой обе повышенные электрические плотности располагаются выше и ниже линии, связывающей ядра двух атомов. π – связь всегда вторична и менее прочна, чем σ – связь. При образовании молекулы водорода перекрываются 2S – облака, и образуется одна σ – связь. Возникает линейная молекула с нулевым валентным углом.

Такие же частицы, т.е. линейные с нулевым валентным углом, образуются при перекрывании двух р_х – облаков, при образовании, например, молекул хлора или фтора. Такие же частицы образуются при перекрывании S- и p-облаков (например, HCl). Рассмотрим элемент шестой группы таблицы Менделеева - кислород.

.

Кислород является центральным атомом в молекуле воды. Из шести валентных электронов атомов кислорода - два неспаренных. в пространстве возникают две σ–связи, расположенные друг к другу под теоретическим углом 90°. В молекуле воды угол равен 105°, но это вызывается дополнительными причинами. Азот, элемент пятой группы таблицы, имеет следующее валентное окончание:

.

Атом азота имеет три неспаренных электрона, которые участвовуют в образовании частиц, например, NH₃.Три σ – связи, расположенные под углом 90° по отношению друг к другу, приводят к образованию молекулы, имеющей форму треугольной пирамиды с валентными углами 90° Углерод, элемент четвёртой группы таблицы, в возбуждённом состоянии имеет четыре неспаренных электрона и проявляет валентность, равную четырём

.

Электроны, находящиеся в S- и в p-состояниях, не равноценны между собой, так как имеют разную конфигурацию и различный запас потенциальной энергии. Чтобы образовать равноценные связи, эти электроны должны гибридизироваться. Гибридизация электронов происходит по форме и энергии. S- и р – облака образуют гибридные – облака В атоме углерода происходит SP³ – гибридизация, которая приводит к образованию четырёх гибридных q – электронов: SP³ q⁴ .

Четыре равноценных q – электрона образуют четыре равноценные σ – связи, например, в молекуле метана CH₄. Такие молекулы (CH₄, CCl₄ и т.д.) имеют пространственную конфигурацию - тетраэдр с валентными углами 109°28'.

Бор, элемент третьей группы таблицы Менделеева, имеет вапентное окончание :

.

В молекуле BCl₃ все три связи должны быть образованы равноценными электродами, поэтому валентные электроны атома бора подвергаются гибридизации. В данном случае, SP² -гибридизации, в результате которой образуются три гибридных q-электрона.

SP² q³

Молекула BCl₃ имеет в пространстве конфигурацию плоского треугольника с валентными углами120°.
Элемент второй группы, бериллий, образует сложные частицы только в возбуждённом состоянии:

.

Валентные электроны атома бериллия подвергаются Sp – гибридизации, в результате которой образуется два гибридных q – электрона.

SP q²

Два гибридных q – электрона, перекрываясь, образуют две σ – связи.
В результате образуется линейная молекула с валентным углом 180°.