Pcl5 связь. Химическая связь. Перекрывание атомных орбиталей

61. Какая химическая связь называется водородной? Приведите три примера соединений с водородной связью. Изобразите структурные схемы приведенных ассоциатов. Как влияет образование водородной связи на свойства веществ (вязкость, температуры кипения и плавления, теплоты плавления и парообразования?

62. Какая связь называется s- и какая - p-связью? Какая из них менее прочная? Изобразите структурные формулы этана C 2 H 6 , этилена C 2 H 4 и ацетилена C 2 H 2 . Отметьте s- и p-связи на структурных схемах углеводородов.

63. В молекулах F 2 , O 2 , H 2 SO 4 , HCl, CO 2 укажите тип связей, число s- и p-связей.

64. Какие силы межмолекулярного взаимодействия называются диполь-дипольными (ориентационными), индукционными и дисперсионными? Объясните природу этих сил. Какова природа преобладающих сил межмолекулярного взаимодействия в каждом из следующих веществ: H 2 O, HBr, Ar, N 2 , NH 3 ?

65. Приведите две схемы заполнения МО при образовании донорно-акцепторной связи в системах с атомными заселениями:

а) электронная пара – свободная орбиталь (2+0) и

б) электронная пара – электрон (2+1).

Определите порядок связи, сравните энергии связей. Какая из рассмотренных связей участвует в образовании иона аммония + ?

66. На основании строения атомов в нормальном и возбужденном состояниях определите ковалетность бериллия и углерода в молекулах BeCl 2 , (BeCl 2) n , CO и CO 2 . Изобразите структурные формулы молекул.

67. На основании положений зонной теории кристаллов охарактеризуйте металлы, проводники и диэлектрики. От чего зависит ширина запрещенной зоны? Какие примеси нужно добавить к кремнию, чтобы превратить его в:

а) n-полупроводник; б) р-полупроводник?

68. Приведите электронную конфигурацию молекулы NO по методу МО. Как изменяются магнитные свойства и прочность связи при переходе от молекулы NO к молекулярному иону NO + ?

69. Какая химическая связь называется ионной? Каков механизм ее образования? Какие свойства ионной связи отличают ее от ковалентной? Приведите примеры молекул с типично ионными связями и укажите тип кристаллической решетки. Составьте изоэлектронный ряд ксенона.

70. На основании строения атомов в нормальном и возбужденном состояниях определите ковалентность лития и бора в соединениях: Li 2 Cl 2 , LiF, - , BF 3 .

71. Какая химическая связь называется координационной или донорно-акцепторной? Разберите строение комплекса 2+ . Укажите донор и акцептор. Как метод валентных связей (ВС) объясняет тетраэдрическое строение этого иона?

72. Почему существует молекула PCl 5 , но не существует молекула NCl 5 , хотя азот и фосфор находятся в одной и той же подгруппе VA периодической системы? Какой тип связи между атомами фосфора и хлора? Укажите тип гибридизации атома фосфора в молекуле PCl 5 .

73 Охарактеризуйте типы кристаллических структур по природе частиц узлов решеток. Какие кристаллические структуры имеют: CO 2 , CH 3 COOH, алмаз, графит, NaCl, Zn? Расположите их по порядку возрастания энергий кристаллических решеток. Что такое интеркалирование?

74. Приведите четыре примера молекул и ионов с делокализованными связями. Изобразите их структурные формулы.

75. Какой тип гибридизации в молекулах CCl 4 , H 2 O, NH 3 ? Изобразите в виде схем взаимное расположение гибридных облаков и укажите углы между ними.

76. Приведите две схемы заполнения МО при взаимодействии двух АО с заселениями:

а) электрон + электрон (1+1) и

б) электрон + вакантная орбиталь (1+0).

Определите ковалентность каждого атома и порядок связи. В каких пределах энергия связи? Какие из указанных связей в молекуле водорода H 2 и молекулярном ионе ?

77. Приведите электронную конфигурацию молекулы азота по методу МО. Докажите, почему молекула азота обладает большой энергией диссоциации.

78. Что такое дипольный момент? Как он изменяется в ряду сходно построенных молекул: HCl, HBr, HJ? Какой тип связи осуществляется между атомами водорода, хлора, брома и йода в приведенных молекулах? s - или p-связи в этих молекулах?

79. Что такое гибридизация валентных орбиталей? Какое строение имеют молекулы типа AB n , если связь в них образуется за счет sp-, sp 2 -, sp 3 - гибридизации орбиталей атома A? Приведите примеры молекул с указанными типами гибридизации. Укажите углы между связями.

80. Даны пары веществ: а) H 2 O и CО; б) Вr 2 и CH 4 ; в) CаО и N 2 ; г) H 2 и NH 3 . Для какой пары веществ характерна ковалентная неполярная связь? Изобразите структурные схемы выбранных молекул, укажите формы этих молекул и углы между связями.

Дипольные моменты молекул

Метод валентных связей основывается на положении, что каждая пара атомов в химической частице удерживается вместе при помощи одной или нескольких электронных пар. Эти пары электронов принадлежат двум связываемым атомам и локализованы в пространстве между ними. За счет притяжения ядер связываемых атомов к этим электронам и возникает химическая связь.

Перекрывание атомных орбиталей

При описании электронного строения химической частицы электроны, в том числе и обобществленные, относят к отдельным атомам и их состояния описывают атомными орбиталями. При решении уравнения Шредингера приближенную волновую функцию выбирают так, чтобы она давала минимальную электронную энергию системы, то есть наибольшее значение энергии связи. Это условие достигается при наибольшем перекрывании орбиталей, принадлежащей одной связи. Таким образом, пара электронов, связывающих два атома, находится в области перекрывания их атомных орбиталей.

Перекрываемые орбитали должны иметь одинаковую симметрию относительно межъядерной оси.

Перекрывание атомных орбиталей вдоль линии, связывающей ядра атомов, приводит к образованию σ-связей. Между двумя атомами в химической частице возможна только одна σ-связь. Все σ-связи обладают осевой симметрией относительно межъядерной оси. Фрагменты химических частиц могут вращаться вокруг межъядерной оси без нарушения степени перекрывания атомных орбиталей, образующих σ-связи. Совокупность направленных, строго ориентированных в пространстве σ-связей создает структуру химической частицы.

При дополнительном перекрывании атомных орбиталей, перпендикулярных линии связи, образуются π-связи.

В результате этого между атомами возникают кратные связи:

Одинарная (σ)	Двойная (σ +π)	Тройная (σ + π + π)
F−F	O=O	N≡N

С появлением π-связи, не имеющей осевой симметрии, свободное вращение фрагментов химической частицы вокруг σ-связи становится невозможным, так как оно должно привести к разрыву π-связи. Помимо σ- и π-связей, возможно образование еще одного вида связи - δ-связи:

Обычно такая связь образуется после образования атомами σ- и π-связей при наличии у атомов d - и f -орбиталей путем перекрывания их "лепестков" сразу в четырех местах. В результате кратность связи может возрасти до 4-5.
Например, в октахлородиренат(III)-ионе 2- между атомами рения образуются четыре связи.

Механизмы образования ковалентных связей

Различают несколько механизмов образования ковалентной связи: обменный (равноценный), донорно-акцепторный , дативный .

При использовании обменного механизма образование связи рассматривается как результат спаривания спинов свободных электронов атомов. При этом осуществляется перекрывание двух атомных орбиталей соседних атомов, каждая из которых занята одним электроном. Таким образом, каждый из связываемых атомов выделяет для обобществления пары по электрону, как бы обмениваясь ими. например, при образовании молекулы трифторида бора из атомов три атомные орбитали бора, на каждой из которых имеется по одному электрону, перекрываются с тремя атомными орбиталями трех атомов фтора (на каждой из них также находится по одному неспаренному электрону). В результате спаривания электронов в областях перекрывания соответствующих атомных орбиталей появляется три пары электронов, связывающих атомы в молекулу.

По донорно-акцепторному механизму перекрывается орбиталь с парой электронов одного атома и свободная орбиталь другого атома. В этом случае в области перекрывания также оказывается пара электронов. По донорно-акцепторному механизму происходит, например, присоединение фторид-иона к молекуле трифторида бора. Вакантная р -орбиталь бора (акцептора электронной пары) в молекуле BF 3 перекрывается с р -орбиталью иона F − , выступающего в роли донора электронной пары. В образовавшемся ионе − все четыре ковалентные связи бор−фтор равноценны по длине и энергии, несмотря на различие в механизме их образования.

Атомы, внешняя электронная оболочка которых состоит только из s - и р -орбиталей, могут быть либо донорами, либо акцепторами электронной пары. Атомы, у которых внешняя электронная оболочка включает d -орбитали, могут выступать в роли и донора, и акцептора пар электронов. В этом случае рассматривается дативный механизм образования связи. Примером проявления дативного механизма при образования связи служит взаимодействие двух атомов хлора. Два атома хлора в молекуле Cl 2 образуют ковалентную связь по обменному механизму, объединяя свои неспаренные 3р -электроны. Кроме того, происходит перекрывание 3р -орбитали атом Cl-1, на которой имеется пара электронов, и вакантной 3d -орбитали атома Cl-2, а также перекрывание 3р -орбитали атом Cl-2, на которой имеется пара электронов, и вакантной 3d -орбитали атома Cl-1. Действие дативного механизма приводит к увеличению прочности связи. Поэтому молекула Cl 2 является более прочной, чем молекула F 2 , в которой ковалентная связь образуются только по обменному механизму:

Гибридизация атомных орбиталей

При определении геометрической формы химической частицы следует учитывать, что пары внешних электронов центрального атома, в том числе и не образующие химическую связь, располагаются в пространстве как можно дальше друг от друга.

При рассмотрении ковалентных химических связей нередко используют понятие о гибридизации орбиталей центрального атома - выравнивание их энергии и формы. Гибридизация является формальным приемом, применяемым для квантово-химического описания перестройки орбиталей в химических частицах по сравнению со свободными атомами. Сущность гибридизации атомных орбиталей состоит в том, что электрон вблизи ядра связанного атома характеризуется не отдельной атомной орбиталью, а комбинацией атомных орбиталей с одинаковым главным квантовым числом. Такая комбинация называется гибридной (гибридизованной) орбиталью. Как правило, гибридизация затрагивает лишь высшие и близкие по энергии атомные орбитали, занятые электронами.

В результате гибридизации появляются новые гибридные орбитали (рис.24), которые ориентируются в пространстве таким образом, чтобы расположенные на них электронные пары (или неспаренные электроны) оказались максимально удаленными друг от друга, что соответствует минимуму энергии межэлектронного отталкивания. Поэтому тип гибридизации определяет геометрию молекулы или иона.

ТИПЫ ГИБРИДИЗАЦИИ

В гибридизации участвуют не только связывающие электроны, но и неподеленные электронные пары. Например, молекула воды содержит две ковалентные химические связи между атомом кислорода и двумя атомами водорода.

Помимо двух пар электронов, общих с атомами водорода, у атома кислорода имеются две пары внешних электронов, не участвующих в образовании связи (неподеленные электронные пары). Все четыре пары электронов занимают определенные области в пространстве вокруг атома кислорода.
Поскольку электроны отталкиваются друг от друга, электронные облака располагаются на возможно большем расстоянии друг от друга. При этом в результате гибридизации меняется форма атомных орбиталей, они вытянуты и направлены к вершинам тетраэдра. Поэтому молекула воды имеет угловую форму, а угол между связями кислород-водород равен 104,5 o .

Для предсказания типа гибридизации удобно использовать донорно-акцепторный механизм образования связи: происходит перекрывание пустых орбиталей менее электроотрицательного элемента и орбиталей более электроотрицательного элемента с находящимися на них парами электронов. При составлении электронных конфигураций атомов учитывают их степени окисления − условное число, характеризующее заряд атома в соединении, рассчитанный исходя из предположения ионного строения вещества.

Чтобы определить тип гибридизации и форму химической частицы, поступают следующим образом:

по типу гибридизации определяют геометрию химической частицы.

Наличие π-связей не влияет на тип гибридизации. Однако наличие дополнительного связывания может привести к изменению валентных углов, поскольку электроны кратных связей сильнее отталкиваются друг от друга. По этой причине, например, валентный угол в молекуле NO 2 (sp 2 -гибридизация) увеличивается от 120 o до 134 o .

Кратность связи азот−кислород в этой молекуле равна 1,5, где единица отвечает одной σ-связи, а 0,5 равно отношению числа орбиталей атома азота, не участвующих в гибридизации (1) к числу оставшихся активных электронных пар у атома кислорода, образующих π-связи (2). Таким образом, наблюдается делокализация π-связей (делокализованные связи − ковалентные связи, кратность которых не может быть выражена целым числом).

В случае sp , sp 2 , sp 3 , sp 3 d 2 гибридизации вершины в многограннике, описывающем геометрию химической частицы, равноценны, и поэтому кратные связи и неподеленные пары электронов могут занимать любые из них. Однако sp 3 d -гибридизации отвечает тригональная бипирамида , в которой валентные углы для атомов, расположенных в основании пирамиды (экваториальной плоскости), равны 120 o , а валентные углы с участием атомов, расположенных в вершинах бипирамиды, равны 90 o . Эксперимент показывает, что неподеленные электронные пары всегда располагаются в экваториальной плоскости тригональной бипирамиды. На этом основании делается вывод, что они требуют больше свободного пространства, чем пары электронов, участвующие в образовании связи. Примером частицы с таким расположением неподеленной электронной пары является тетрафторид серы (рис. 27). Если центральный атом одновременно имеет неподеленные пары электронов и образует кратные связи (например, в молекуле XeOF 2), то в случае sp 3 d -гибридизации именно они располагаются в экваториальной плоскости тригональной бипирамиды (рис. 28).

Дипольные моменты молекул

Идеальная ковалентная связь существует лишь в частицах, состоящих из одинаковых атомов (Н 2 , N 2 и т.д.). Если образуется связь между различными атомами, то электронная плотность смещается к одному из ядер атомов, то есть происходит поляризация связи. Характеристикой полярности связи служит ее дипольный момент.

Дипольный момент молекулы равен векторной сумме дипольных моментов ее химических связей (с учетом наличия неподеленных пар электронов). Если полярные связи расположены в молекуле симметрично, то положительные и отрицательные заряды компенсируют друг друга, и молекула в целом является неполярной. Так происходит, например, с молекулой диоксида углерода. Многоатомные молекулы с несимметричным расположением полярных связей (и, следовательно, электронной плотности) являются в целом полярными. Это относится, в частности, к молекуле воды.

На результирующее значение дипольного момента молекулы может повлиять неподеленная пара электронов. Так, молекулы NH 3 и NF 3 имеют тетраэдрическую геометрию (с учетом неподеленной пары электронов). Степени ионности связей азот−водород и азот−фтор составляют 15 и 19%, соответственно, а их длины - 101 и 137 пм, соответственно. Исходя из этого, можно было бы сделать вывод о большем дипольном моменте NF 3 . Однако эксперимент показывает обратное. При более точном предсказании дипольного момента следует учитывать направление дипольного момента неподеленной пары (рис. 29).

«Основные типы химической связи» - Металлическая связь. Механизмы разрыва ковалентной связи. Электроны. Na+Cl. Ионная химическая связь. Химическая связь. Полярность связи. Параметры ковалентной связи. Насыщаемость. Водородная связь. Механизмы образования ковалентной связи. Свойства ковалентной связи. Виды ковалентной связи. Взаимодействие атомов в химических соединениях.

«Водородная связь» - Водородная связь. 2)между молекулами аммиака. Тема. Высокие температуры. Возникает между молекулами. Факторы, разрушающие водородную связь в белковой молекуле (денатурирующие факторы). 2)некоторые спирты и кислоты неограниченно растворимы в воде. 1)между молекулами воды. Электромагнитное излучение. Внутримолекулярная водородная связь.

«Металлическая химическая связь» - Металлическая связь имеет черты сходства с ковалентной связью. Металлическая химическая связь. Наиболее пластичны золото, медь, серебро. Лучшие проводники медь и серебро. Различия металлической связи с ионной и ковалентной. Металлическая связь - химическая связь, обусловленная наличием относительно свободных электронов.

«Химия «Химическая связь»» - Вещества с ковалентной связью. Параметры ковалентной связи. Ковалентная связь. Ионная связь – это электростатическое притяжение между ионами. Металлы образуют металлические кристаллические решетки. Число общих электронных пар равно числу связей между двумя атомами. Водородная химическая связь. Виды химической связи и типы кристаллических решеток.

«Ковалентная связь» - Способы образования связи. А 3. Химическая связь. В молекуле оксида серы (IV) имеются связи 1) 1б и 1 П 2) 3б и 1 П 3) 4б 4) 2б и 2 П. Степень окисления и валентность химических элементов. Степень окисления равна нулю в соединениях: 1) Ca3P2 2) O3 3) P4O6 4) CaO 12. Высшую степень окисления проявляет в соединении 1) SO3 2) Al2S3 3) H2S 4) NaHSO3 11.

«Химическая связь и её виды» - Полярная связь. Взаимодействие между атомами. Определение понятия. Проверочная работа. Виды химической связи в неорганических веществах. Ковалентная неполярная связь. Характеристика типов связи. Выигрышный путь. Выполните задание. Ионная связь. Параметры характеристики связи. Самостоятельная работа.

Всего в теме 23 презентации

Вариант 1

2) укажите номер периода и номер группы в Периодической системе химических элементов Д.И. Менделеева, в которых расположен этот элемент;

Укажите положение серы в Периодической таблице. Приведите её электронную формулу.

Выберите из списка вещества, в молекулах которых содержится ковалентная неполярная связь: PCl 5 , CH 4 , H 2 , CO 2 , O 2 , S 8 , SCl 2 , SiH 4 .

2 O, S 2 , NH 3 .

Контрольная работа «Атомы химических элементов»

Вариант 2

На рисунке изображена модель электронного строения атома некоторого химического элемента.

На основании анализа предложенной модели выполните следующие задания:

1) определите химический элемент, атом которого имеет такое электронное строение;

3) определите, к металлам или неметаллам относится простое вещество, которое образует этот химический элемент.

Укажите положение азота в Периодической системе. Приведите его электронную формулу.

Выберите из списка вещества, в молекулах которых содержится ионная связь: NaF , N 2 O 5 , H 2 S , KI , Cu , SO 3 , BaS .

Определите тип химической связи и запишите схемы её образования для веществ: Cl 2 , MgCl 2 , NCl 3 .

Определите для каждого изотопа:

Контрольная работа «Атомы химических элементов»

Вариант 3

На рисунке изображена модель электронного строения атома некоторого химического элемента.

На основании анализа предложенной модели выполните следующие задания:

1) определите химический элемент, атом которого имеет такое электронное строение;

2) укажите номер периода и номер группы в Периодической системе химических элементов Д. И. Менделеева, в которых расположен этот элемент;

3) определите, к металлам или неметаллам относится простое вещество, которое образует этот химический элемент.

Укажите положение алюминия в Периодической системе. Приведите его электронную формулу.

Выберите из списка вещества, в молекулах которых содержится ковалентная полярная связь: O 3 , P 2 O 5 , P 4 , H 2 SO 4 , CsF , HF , HNO 3 , H 2 .

Определите тип химической связи и запишите схемы её образования для веществ: H 2 O, N 2 , Na 3 S.

Определите для каждого изотопа:

Контрольная работа «Атомы химических элементов»

Вариант 4

На рисунке изображена модель электронного строения атома некоторого химического элемента.

На основании анализа предложенной модели выполните следующие задания:

1) определите химический элемент, атом которого имеет такое электронное строение;

2) укажите номер периода и номер группы в Периодической системе химических элементов Д. И. Менделеева, в которых расположен этот элемент;

3) определите, к металлам или неметаллам относится простое вещество, которое образует этот химический элемент.

Укажите положение кислорода в Периодической системе. Приведите его электронную формулу.

3. Вещества только с ионной связью приведены в ряду:

1) F 2 , СС l 4 , КС 1;

2) NaBr, Na 2 O, KI;

3) SO 2 , P 4 , CaF 2 ;

4) H 2 S, Br 2 , K 2 S.

4. Определите тип химической связи и запишите схемы её образования для веществ: CaCl 2 , O 2 , HF.

5. Определите для каждого изотопа:

Контрольная работа «Атомы химических элементов»

Вариант 5

На рисунке изображена модель электронного строения атома некоторого химического элемента.

На основании анализа предложенной модели выполните следующие задания:

1) определите химический элемент, атом которого имеет такое электронное строение;

2) укажите номер периода и номер группы в Периодической системе химических элементов Д. И. Менделеева, в которых расположен этот элемент;

3) определите, к металлам или неметаллам относится простое вещество, которое образует этот химический элемент.

2. Укажите положение углерода в Периодической системе. Приведите его электронную формулу.

3. В каком ряду все вещества имеют ковалентную полярную связь?

1) HCl, NaCl, Cl 2 ;

2) O 2 , H 2 O, CO 2 ;

3) H 2 O, NH 3 , CH 4 ;

4) NaBr, HBr, CO.

4. Определите тип химической связи и запишите схемы её образования для веществ: Li 2 O, S 2 , NH 3 .

5. Определите для каждого изотопа: