Файл: 1 билет.docx

В зависимости от типов атомов, образующих химическую связь, выделяют и типы химической связи: ковалентную, ионную, металлическую и др.

Химическая связь возникает благодаря взаимодействию электрических полей, создаваемых электронами и ядрами атомов, участвующих в образовании молекулы или кристалла. Химическая связь образуется, если электроны взаимодействующих атомов получают возможность двигаться одновременно вблизи положительных зарядов нескольких ядер.

Химическая связь между атомами, осуществляемая обобществленными электронами, называется ковалентной связью. Ковалентная связь существует между атомами как в молекулах, так и в кристаллах. Характерными особенностями ковалентной связи являются её насыщаемость и направленность. Насыщаемость ковалентных связей обусловлена тем, что в химическом взаимодействии участвуют электроны только внешних энергетических уровней, т. е. ограниченное число электронов.

Особенности КС:

Прочность КС – это свойства характер длинной связи (межъядерное пространство) и энергии энергией связи.
Полярность КС. В молекулах, содержащих ядра атомов одного и того же элемента, одна или несколько пар электронов в равной мере принадлежат обоим атомам, каждое ядро атома с одинаковой силой притягивает пару связывающих электронов. Такая связь называется неполярной ковалентной связью.

Если пара электронов, образующих химическую связь, смещена к одному из ядер атомов, то связь называют полярной ковалентной связью.

Насыщаемость КС – это способность атома участвовать только в определенном числе КС, насыщаемость характеризует валентностью атома. Количественные меры валентности явл. число не спаренных электронов у атома в основном и в возбужденном состоянии.
Направленность КС. Наиболее прочные КС образуются в направлении максимального перекрывания атомных орбиталей, т.е. мерой направленности служит валентный угол.
Гибридизация КС – при гибридизации происходит смещение атомных орбиталей, т.е. происходит выравнивание по энергии и по форме. Существует sp, sp², sp³ –гибридизация. sp – форма молекулы линейная (угол 180⁰), sp² – форма молекулы плоская треугольная (угол 120⁰), sp³ - форма тетраэдрическая (угол 109⁰28).
Кратность КС или делоколизация связи – Число связей, образующихся между атомами, называется кратностью (порядком) связи. С увеличением кратности (порядка) связи изменяется длина связи и ее энергия.

Открой таблицу Менделеева и найди фтор F и франций Fr. Чем металл ближе к францию, а неметалл ближе к фтору, тем ближе связь к ионной!

Ионная связь образуется между элементами имеющие разную электроотрицательности. Литий щелочной металл, фтор самый электроотрицательный элемент. Связь между литием и фтором будет самой ионной.

9 билет

Гибридизация электронных облаков

Часто атомы формируют свои связи за счет электронов различных подуровней. Рассмотрим пример образования молекулы BeCl₂ .

В нормальном состоянии бериллий не может принимать участие в образовании химических связей в связи с отсутствием неспаренных электронов. Но так как у бериллия есть свободный p-подуровень, возможен переход атома в возбужденное состояние, которое характеризуется распариванием электронов и переходом одного их них с s- на p-подуровень.


s			p

↓↑

₄Be:.. 2s² → Be^*: 2s¹ 2p¹

Имея два неспаренных электрона, атом бериллия способен к образованию двух связей по обменному механизму.

Образующиеся связи должны быть разными по энергии, так как электроны находятся на разных подуровнях. Однако экспериментально доказано, что обе связи совершенно одинаковы. Следовательно, при образовании химических связей происходит выравнивание атомных орбиталей по энергии и форме. Этот процесс получил название – гибридизация, а «выровненные» орбитали называют гибридными.

Случай гибридизации одной s- и одной p- орбитали называется sp-гибридизацией.

Для sp-гибридизации характерна линейная структура молекулы, валентный угол 180°.Такой вид гибридизации наблюдается у элементов II группы.

Например: молекула хлорида бериллия BeCl₂ - атом бериллия для образования двух связей с атомами хлора переходит в возбужденное состояние (как показано выше). В результате электронные облака одного

s-(сферической формы) и одного р-электрона (имеющего форму объемной восьмерки) подвергаются sр-гибридизации, в результате которой образуются два гибридных облака, располагающихся в пространстве под углом 180⁰:

У каждого из двух атомов хлора не происходит гибридизации, так как имеется по одному необходимому неспаренному электрону (так как электрон находится на р-подуровне, форма его электронного облака - объемная восьмерка) для образования связи с бериллием:

↑↓

↓

₁₇Cl:… 3s² 3p⁵:

При гибридизации одной s- и двух p- орбиталей (sp²-гибридизация) образуются три равноценные гибридные орбитали, которые располагаются под углом 120⁰ в одной плоскости. Такая гибридизация характерна для элементов III группы.

На

пример: молекула хлорида бораBCl₃ ₅B→2s² 2p¹ ₅B^*→2s¹2p²

	↓
s			p

				↑
s			p

sp³-гибридизация участвуют одна s- и три p- орбитали, в результате образуются четыре гибридные орбитали. Данный тип гибридизации характерен для элементов IV группы.

Например: молекула метана CH₄ ₆C : 2s² 2p²→С^*:2s¹2p³

ковалентность = 2 ковалентность = 4

	↓			↑
	s		p

				↑	↑
	s		p

аким образом, основные положения теории гибридизации:

В гибридизации участвуют орбитали разных подуровней одного уровня.
Число гибридных орбиталей равно числу чистых орбиталей, участвующих в гибридизации.
Гибридные орбитали более вытянуты в направлении образования химических связей и поэтому обеспечивают лучшее перекрывание электронных облаков.

Какие типы гибридизации АО углерода соответствуют образованию молекул СН₄, С₂Н₆, С₂Н₄, С₂Н₂?
Решение:
а) В молекулах СН₄ и С₂Н₆ валентный электронный слой атома углерода содержит четыре электронных пары:

Поэтому электронные облака атома углерода в молекулах СН₄, С₂Н₆ будут максимально удалены друг от друга при sp³-гибридизации, когда их оси направлены к вершинам тетраэдра. При этом в молекуле СН₄ все вершины тетраэдра будут заняты атомами водорода, так что молекула СН₄ имеет тетраэдрическую конфигурацию с атомом углерода в центре тетраэдра. В молекуле С₂Н₆ атомы водорода занимают три вершины тетраэдра, а к четвёртой вершине направлено общее электронное облако другого атома углерода, т.е. два атома углерода соединены друг с другом. Это можно представить схемами:
б) В молекуле С₂Н₄ валентный электронный слой атома углерода, как и в молекулах СН₄, С₂Н₆. содержит четыре электронные пары:
При образовании С₂Н₄ три ковалентные связи образованы по обычному механизму, т.е. являются - связями, и одна - - связь. При образовании молекулы С₂Н₄ каждый атом углерода с двумя атомами водорода - связями и друг с другом двумя связями, одной - и одной - связями. Гибридные облака, соответствующие данному типу гибридизации, располагаются в атоме углерода так, чтобы взаимодействие между электронами было минимальным, т.е. как можно дальше друг от друга. Данное расположение атомов углерода (две двойные связи между атомами углерода) характерно для sp²-гибридизации АО углерода. При sp²-гибридизации электронные облака в атомах углерода ориентированы в направлениях, лежащих в одной плоскости и составляющих друг с другом углы в 120⁰, т.е. в направлениях к вершинам правильного треугольника. В молекуле этилена в образовании - связей участвуют три sp²-гибридные орбитали каждого атома углерода, две между двумя атомами водорода и одна со вторым атомом углерода, а - связь образуется за счёт р-электронных облаков каждого атома углерода. Структурная формула молекулы С₂Н₄ будет иметь вид:
в) В молекуле С₂Н₂ валентный электронный слой атома углерода содержит четыре пары электронов:
Структурная формула С₂N₂ имеет вид:
Каждый атом углерода соединён одной электронной парой с атомом водорода и тремя электронными парами с другим атомом углерода. Таким образом, в молекуле ацетилена атомы углерода соединены друг с другом одной -связью и двум -связями. С водородом каждый атом углерода соединён -связью. В образовании - связей участвуют две sp-гибридные АО, которые расположены друг относительно друга так, что взаимодействие между ними минимальное, т.е. как можно дальше друг от друга. Поэтому при sp-гибридизации электронные облака между атомами углерода ориентированы в противоположных направлениях друг относительно друга, т.е. угол между связями С—С составляет 180⁰. Поэтому молекула С₂Н₂ имеет линейное строение: