Лекция 2. Химическая...

Лекция 2. Химическая связь

Лектор: асс. каф. ОНХ

Абрамова Полина Владимировна

еmail: bozhkopv@tpu.ru

«Вопрос о природе химической связи - сердце всей химии» Брайк Кроунфорд – мл.

I. Химическая связь и её характеристики

II. Ковалентная связь. Метод ВС

III. Теория гибридизации АО

IV. Ионная связь

V. Металлическая связь

VI. Водородная связь

VII. Межмолекулярные взаимодействия

ПЛАН ЛЕКЦИИ

2

Химическая связь – это различные виды взаимодействий, обусловливающих

существование многоатомных соединений

(молекул, ионов, радикалов, кристаллов)

Отличительные признаки химической связи:

1) Понижение энергии системы по сравнению с суммой энергий несвязанных атомов

2) Перераспределение электронной плотности в области образования химической связи 3

I. Химическая связь

Характеристики химической связи 1. Длина химической связи (lсв) – расстояние между

ядрами соседних атомов в молекуле или кристалле [нм]

Чем больше радиус атома, тем длиннее связь:

HF – HCl – HBr – HI

lсв, нм 0,092 0,128 0,142 0,162

2. Энергия химической связи (Есв) – энергия, которую необходимо затратить для разрыва химической связи [кДж/моль]

Чем больше длина связи, тем меньше её энергия:

HF – HCl – HBr – HI

Есв, кДж/моль 536 432 360 299

4

1. Ковалентная связь

2. Ионная связь

3. Металлическая связь

4. Водородная связь

5. Межмолекулярные взаимодействия

(силы Ван-дер-Ваальса)

Виды химической связи

5

II. Ковалентная связь. Метод ВС

Ковалентная связь – химическая связь, образованная путем обобществления пары электронов двумя атомами

Метод ВС позволяет описать сложную молекулу

6

Положения метода ВС 1. Химическая связь образуется между двумя

атомами как результат перекрывания атомных орбиталей (АО) (обобществление электронов)

2. В соответствии с принципом Паули химическая связь образуется неспаренными электронами с антипараллельными спинами

3. Характеристики химической связи (энергия, длина, кратность и др.) определяются типом перекрывания АО

7

1. σ-связь – перекрывание АО вдоль линии связи. Пример: s-s, s-p, p-p, d-d перекрывание

8

Типы перекрывания АО

2. π-связь – перекрывание АО с двух сторон от линии связи

Пример: p-p, d-p, d-d перекрывание

9

Типы перекрывания АО

Схемы метода ВС

Пример: О2

Кратность связи (КС) – это число общих электронных пар между взаимодействующими атомами

10

КС = 2

1. Обменный механизм – каждый атом отдает на образование общей электронной пары по одному неспаренному электрону

Пример: H2

11

Механизмы образования ковалентной связи

КС = 1

2. Донорно-акцепторный механизм – один атом отдает пару электронов (донор), а второй предоставляет свободную орбиталь (акцептор электронной пары)

Пример: NH4+

N 2s22p3 N – донор электронной пары

Н+ – акцептор электронной пары

3H 1s1

H+ 1s0

Все четыре связи равноценны

12

КС = 1

Свойства ковалентной связи

1. Полярность – смещение электронной плотности к более электроотрицательному атому.

- Ковалентная неполярная связь – образована атомами с одинаковыми значениями ЭО: Н-Н, О=О. (ΔЭО = 0)

- Ковалентная полярная связь – образуется между атомами с разными значениями ЭО: H2O, NH3

13

Свойства ковалентной связи

2. Насыщаемость – определенное число химических связей атома, вызванное ограниченным числом валентных связей и АО

Пример: молекула H2

H 1s1 Насыщаемость = 1

14

3. Направленность – молекулы и ионы с ковалентными связями имеют определённое геометрическое строение - Геометрическое строение молекул и ионов объясняется гибридизацией атомных орбиталей

III. Теория гибридизации АО

Гибридизация - это выравнивание АО по форме и энергии

Основные положения теории гибридизации:

1) Гибридизуются атомные орбитали только центрального атома

2) Гибридные атомные орбитали (ГАО) участвуют только в сигма (σ) связывании

3) Число АО = числу ГАО

15

sp гибридизация (на примере BeCl2)

Алгоритм определения типа гибридизации в молекулах:

1) Записать электронно-графическую формулу для валентных электронов (участвуют в образовании химической связи)

16

2) Записать электронно-графическую формулу центрального атома в возбужденном состоянии (если необходимо)

17

18

3) По числу АО построить ГАО

19

4) Определить тип гибридизации по числу атомных орбиталей, участвующих в гибридизации

Тип гибридизации sp, 180о, форма – линейная

sp2 гибридизация (на примере BCl3)

20

21

4) Тип гибридизации sp2, 120о форма – плоский треугольник

sp3 гибридизация (на примере СH4)

22

23

4) Тип гибридизации sp3, 109.28º форма – тетраэдр

sp3d, sp3d2 изучить

самостоятельно

IV. Ионная связь Ионная химическая связь – (В. Коссель, 1916г.)

– электростатическое взаимодействие ионов в химическом соединении

- между катионами s-металлов I и II группы п. с. и анионами неметаллов VI и VII группы

Пример: NaCl, LiF, K2O, MgO

24

ΔЭО ˃ 1,9

Свойства ионной связи В отличие от ковалентной связи ионная связь:

ненаправлена, т.к. электростатическое поле иона обладает сферической симметрией и способно притягивать ионы противоположного знака в любом направлении

ненасыщаема – ионы данного знака способны притягивать к себе переменное количество ионов противоположного знака

25

Свойства ионной связи Эти свойства приводят к тому, что соединения с

ионной связью имеют трёхмерные кристаллические решетки, в узлах которых находятся ионы

Весь кристалл можно рассматривать как гигантскую молекулу, состоящую из огромного числа ионов:

26

NaCl CsCl

V. Металлическая связь

Металлическая связь – также, как и ковалентная связь возникает за счет обобществления валентных электронов, только в металле обобществленные электроны обслуживают весь кристалл (электронный газ)

27

VI. Водородная связь

Водородная связь – связь между атомом водорода и наиболее ЭО атомами O, N или F

Пример: NH3, H2O, HF

- Внутримолекулярная – водородная связь между двумя группами одной и той же молекулы

Пример:

салициловый альдегид

- Межмолекулярная – водородная связь между разными молекулами

Пример: фтороводород

28

VII. Силы Ван-дер-Ваальса

Силы Ван-дер-Ваальса – связи между молекулами, обусловленные электростатическим взаимодействием

Типы сил:

1) Ориентационное взаимодействие – между полярными молекулами

Пример: НCl – HCl

29

2) Индукционное взаимодействие – между полярными и неполярными молекулами

Пример: H2 – HCl

3) Дисперсионное взаимодействие – между неполярными молекулами

Пример: Н2 – Н2

30

Спасибо за внимание!