Межмолекулярное взаимодействие

Взаимодействие между молекулами без образования химической связи – это электростатическое взаимодействие (силы Ван-дер-Ваальса). Они обуславливают притяжение молекул и агрегацию вещества, превращение газов в жидкое состояние и далее в твёрдое.

Различают 3 типа электростатического воздействия:

1. ориентационное (диполь-дипольное) – осуществляется в результате взаимодействия ориентированных полюсов полярных молекул при сближении;

2. индукционное – электростатическое взаимодействие полярных и неполярных молекул (Допустим, встречаются полярная и неполярная молекулы. Под действием полярной молекулы неполярная деформируется и в ней возникает (индуцируется) диполь. Индуцированный диполь притягивается к постоянному диполю полярной молекулы и в свою очередь усиливает электрический момент диполя полярной группы);

3. дисперсионное – возникает в результате взаимного притяжения так называемых мгновенных диполей в неполярных молекулах вследствие несовпадения центров тяжести электронного облака и ядер: .

Ван-дер-Ваальсово взаимодействие очень слабо по сравнению с ковалентной связью (если энергия диссоциации на атомы = 243 кДж/моль, то энергия сублимации (возгонки) кристаллов = 25 кДж/моль).

Контрольные вопросы

1. Химическая связь. Валентность.

2. Основные характеристики химической связи: длина связи, энергия связи, валентный угол, полярность и поляризуемость химической связи.

3. Ионная связь, её свойства. Свойства ионных соединений. Метод валентных связей (ВС). Переменная валентность.

4. Метод валентных связей (ВС). Переменная валентность.

5. Ковалентная связь и механизмы её образования. Свойства ковалентной связи (направленность, насыщаемость). Гибридизация атомных орбиталей.

6. Металлическая связь.

7. Водородная связь, её биологическая роль.

Типовые задачи

Задача №1

Вычеслите разность относительных электроотрицательностей атомов для связей Н-О и Э-О в соединениях Э (ОН)₂ , где Э- элементы Са, Sr, Ba, и определите:

А) какая связь Н-О или Э-О характеризуется в каждой малекуле большей степенью ионности;

Б) каков характер ионизации этих молекул в водном растворе?

Решение:

А) Вычислим ΔΧ для связи Э-О и Н-О:

ΔΧ Са-О=3,5-1,04=2,46

ΔΧ Sr-O=3,5-0,99=2,51

ΔΧ Ba-O=3,5-0,90=2,60

ΔΧ H-O=3,5-2,1=1,4

Из сравнения ΔΧ видим, что связь Э-О можно считать ионной, связь Н-О – полярной.

Б) Ионизация в водных растворах будет осуществляться по наиболее ионной связи, то есть по схеме Э (ОН)₂ ↔ Э²⁺ + 2ОН⁻(по типу оснований).

Задача № 2

Покажите образование связи в молекуле BF₃ и в ионе BF^-₄.Объясните строение указанных частиц.

Решение:1) Составим электронные формулы атомов и ионов: В 1s²2s²2p¹; F1s²2s²2p⁵;F- 1s²2s²2p⁶.

2) Покажем распределение электронов по валентным орбиталям. При этом учтем степень окисления атома бора в соединении (условно можно считать, что число неспаренных электронов в атоме соответствует степени окисления).

В^ǂ ↑ 2s ↑ ↑ 2p F ↑↓ 2s ↓↑ ↑↓ ↓ 2p

F^- ↑↓ 2s ↓↑ ↑↓ ↓↑ 2p

3) Покажем образование всех возможных связей, укажем механизм их образования:

3F ↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑

Bǂ ↓ ↓ ↓

Образовалось 3 сигма связи по обменному механизму. Исходя из валентных возможностей атома бора и его стремления к насыщаемости, покажем образование π связи по донорно-акцепторному механизму. Но, т.к. эта связь объединяет более двух атомов, она будет нелокализованной. В ионе BF^-₄ образуется 4 сигма связи, из них по три по обменному и одна-по донорно-акцепторному механизму.

3F ↑↓ ↑↓ ↑↓ ↓ Bǂ ↑ ↑ ↑ F^- ↑↓ ↓↑ ↑↓ ↓↑

4) Рассчитаем кратность связи как отношение общего числа к числу сигма связей. В молекуле BF₃ кратность связи 1⅓ ,в ионе BF^-₄ кратность связи 1.

5) Определим состояние центрального атома с точки зрения насыщаемости. В молекуле BF₃ проявлена максимальная валентность за счет сигма и π связей, следовательно, состояние атома бора валентно-насыщенное. В ионе BF^-₄ проявлена максимальная валентность за счет сигма связей, следовательно, состояние атома бора координационно-насыщенное.

6) Определим характер связи В-F с точки зрения полярности. Т.к. различие в величине электроотрицательности составляет 4,0-2,0=2,0., то есть больше 1,9, связь можно считать ионной

7) Определим тип гибридизации атомных орбиталей центрального атома и геометрическую форму частиц.

В молекуле BF₃ в образовании сигма связей участвуют 2s и 2p орбитали,следовательно,тип гибридизации sp². Молекула имеет треугольную структуру. В ионе BF^-₄ в образовании сигма связей участвуют одна s и три p-орбитали, следовательно, тип гибридизации sp³. И он имеет тетраэдрическую форму. Изобразим графически:

F ↖ ↗ F F

↑

B F ←B→ F

↓F ↓

F

Задача № 3

Покажите образование связей в молекуле SO₃ ,объясните строение молекулы.

Решение: Электронные формулы элементов:

S 1s22s2p63s23p4 O 1s²2s²2p⁴

Атом серы образует по обменному механизму 3 сигма связи( за счет 1 s и двух p-атомных орбиталей) и 3π связи (за счет одной р и двух d атомных орбиталей). Следовательно, атом валентно-насыщен, координационно-ненасыщен, кратность связи 6/3=2. Связь S-O полярная, общие электронные пары смещены к кислороду. Тип гибридизации sp2. Молекула имеет форму треугольника.

Тестовые задания

01. В МОЛЕКУЛЕ АММИАКА ВСЕ СВЯЗИ

1) донорно-акцепторные

2) ионные

3) ковалентные неполярные

4) ковалентные полярные

02. ВЕЩЕСТВО, В МОЛЕКУЛЕ КОТОРОГО СОДЕРЖИТСЯ КРАТНАЯ СВЯЗЬ, НАЗЫВАЕТСЯ

1) кислород

2) водород

3) сероводород

4) хлороводород

03. ВЕЩЕСТВА, СОДЕРЖАЩИЕ ТОЛЬКО КОВАЛЕНТНЫЕ ПОЛЯРНЫЕ ХИМИЧЕСКИЕ СВЯЗИ, ПРИВЕДЕНЫ В РЯДУ

1) F₂ Н₂SО₄ Р₂О₅

2) РF₅ Сl₂О₇ NН₄Сl

3) NО₂ SОСl₂ СН₃СООН

4) Н₃РО₄ ВF₃ СН₃СООNН₄

04. ВЕЩЕСТВО, В МОЛЕКУЛЕ КОТОРОГО СОДЕРЖИТСЯ 2σ И 2π СВЯЗИ, ИМЕЕТ ФОРМУЛУ

1) NO₂

2) H₂CO₃

3) CO₂

4) CH₃OH

05. ВЕЩЕСТВАМИ, В КОТОРЫХ ВСЕ СВЯЗИ КОВАЛЕНТНЫЕ, ЯВЛЯЮТСЯ

1) СО₂, Н₂S

2) NH₄Cl, P₂O₅

3) К₂SO₄, NH₃

4) NaCl, SO₂

06. ИОННАЯ СВЯЗЬ ОБРАЗУЕТСЯ МЕЖДУ ЭЛЕМЕНТАМИ

1) Na и F

2) P и O

3) C и H

4) S и Cl

07. ИОННАЯ СВЯЗЬ ОБРАЗУЕТСЯ МЕЖДУ ЭЛЕМЕНТАМИ

1) К и Cl

2) C и О

3) C и H

4) P и O

08. НЕПОЛЯРНОЙ ЯВЛЯЕТСЯ МОЛЕКУЛА

1) линейная НСN;

2) тетраэдрическая СF₄

3) угловая SО₂

4) пирамидальная РН₃

09. ОБЩЕЕ ЧИСЛО ЭЛЕКТРОНОВ, УЧАСТВУЮЩИХ В ОБРАЗОВАНИИ СВЯЗЕЙ В МОЛЕКУЛЕ УГЛЕКИСЛОГО ГАЗА, РАВНО

1) 8

2) 4

3) 5

4) 7

10. ПОЛЯРНОЙ ГРУППОЙ, КОТОРАЯ МОЖЕТ ВХОДИТЬ В СОСТАВ ПАВ, ЯВЛЯЕТСЯ

1) Сl

2) NO₃

3) COOH

4) NO₂

11. СТЕПЕНЬ ИОННОСТИ СВЯЗЕЙ ВОЗРАСТАЕТ В РЯДУ

1) Na₂O, BaO, CO₂

2) ССl₄, NaCl, MgCl₂

3) Н₂О, СН₄, СаН₂

4) ВН₃, ВеН₂, LiH

12. ФОРМУЛА ВЕЩЕСТВА С МОЛЕКУЛЯРНОЙ КРИСТАЛЛИЧЕСКОЙ РЕШЕТКОЙ ИМЕЕТ ВИД

1) СаО

2) NH₃

3) KCl

4) CaH₂