Химическая связь и кристаллические решетки

Химическая связь и кристаллические решетки

Вопрос 4

Химическая связь между атомами химических элементов имеет электростатическую природу и образуется за счет взаимодействия внешних (валентных) электронов, в большей или меньшей степени удерживаемых положительно заряженными ядрами связываемых атомов.

Ковалентная связь – это химическая связь, образованная за счет образования общей электронной пары А:В. Ковалентная связь образуется при взаимодействии атомов с небольшой разницей электроотрицательностей (как правило, между двумя неметаллами) или атомов одного элемента.

Ковалентная неполярная (симметричная) связь – это ковалентная связь, образованная атомами с равной элетроотрицательностью (как правило, одинаковыми неметаллами) и, следовательно, с равномерным распределением электронной плотности между ядрами атомов.

Ковалентная полярная связь – это ковалентная связь, которая возникает между атомами с разной электроотрицательностью (как правило, разными неметаллами) и характеризуется смещением общей электронной пары к более электроотрицательному атому (поляризацией).

1. Обменный механизм образования ковалентной химической связи – это когда каждая частица предоставляет для образования общей электронной пары один неспаренный электрон:

А. + .В= А:В

2. Донорно-акцепторный механизм образования ковалентной связи – это такой механизм, при котором одна из частиц предоставляет неподеленную электронную пару, а другая частица предоставляет вакантную орбиталь для этой электронной пары:

А: +  B= А:В

Ковалентная связь по донорно-акцепторному механизму образуется:

в молекуле угарного газа CO (связь в молекуле – тройная, 2 связи образованы по обменному механизму, одна – по донорно-акцепторному): C≡O;
в ионе аммония NH4+, в ионах органических аминов, например, в ионе метиламмония CH3-NH2+;
в комплексных соединениях, химическая связь между центральным атомом и группами лигандов, например, в тетрагидроксоалюминате натрия Na[Al(OH)4] связь между алюминием и гидроксид-ионами;
в азотной кислоте и ее солях — нитратах: HNO3, NaNO3, в некоторых других соединениях азота;
в молекуле озона O3.

 Ионная химическая связь

Ионная связь — это химическая связь, основанная на электростатическом притяжении ионов.

Металлическая связь

Металлическая связь — это связь, которую образуют относительно свободные электроны между ионами металлов, образующих кристаллическую решетку.

Водородная связь

Водородные связи — это межмолекулярные (или внутримолекулярные) химические связи, возникающие между молекулами, в которых есть сильно полярные ковалентные связи — H-F, H-O или H-N. Если в молекуле есть такие связи, то между молекулами будут возникать дополнительные силы притяжения.

Водородные связи возникают между следующими веществами:

фтороводород HF (газ, раствор фтороводорода в воде — плавиковая кислота)
вода H2O (пар, лед, жидкая вода)
раствор аммиака и органических аминов — между молекулами аммиака и воды;
органические соединения, в которых связи O-H или N-H: спирты, карбоновые кислоты, амины, аминокислоты, фенолы, анилин и его производные, белки, растворы углеводов — моносахаридов и дисахаридов.

Кристаллическая решетка

Если частицы твердого вещества расположены в пространстве упорядоченно, т.е. образуют повторяющиеся трехмерные геометрические структуры, такое вещество называют кристаллом, а саму структуру – кристаллической решеткой.
Большинство известных нам веществ – кристаллы. Сами частицы при этом расположены в узлах кристаллической решетки.

Атомная кристаллическая решетка образуется, когда в узлах кристалла расположены атомы. Атомы соединены между собой прочными ковалентными химическими связями. Соответственно, такая кристаллическая решетка будет очень прочной, разрушить ее непросто. Атомную кристаллическую решетку могут образовывать атомы с высокой валентностью, т.е. с большим числом связей с соседними атомами (4 или больше). Как правило, это неметаллы: простые вещества — кремния, бора, углерода (аллотропные модификации алмаз, графит), и их соединения (бороуглерод, оксид кремния (IV) и др.).

Связь между частицами в атомных кристаллах: ковалентная полярная или неполярная.
В узлах кристалла с атомной кристаллической структурой расположены атомы.
Фазовое состояние атомных кристаллов при нормальных условиях: как правило, твердые вещества.
Вещества, образующие в твердом состоянии атомные кристаллы:
1. Простые вещества с высокой валентностью (расположены в середине таблицы Менделеева): бор, углерод, кремний, и др.
2. Сложные вещества, образованные этими неметаллами: кремнезем (оксид кремния, кварцевый песок) SiO2; карбид кремния (карборунд) SiC; карбид бора, нитрид бора и др.

Связь между частицами в молекулярных кристаллах: межмолекулярные водородные связи,  электростатические или межмолекулярные силы притяжения.
В узлах кристалла с молекулярной кристаллической структурой расположены молекулы.
Фазовое состояние молекулярных кристаллов при нормальных условиях: газы, жидкости и твердые вещества.
Вещества, образующие в твердом состоянии молекулярные кристаллы:
1. Простые вещества-неметаллы, образующие маленькие прочные молекулы (O2, N2, H2, S8 и др.);
2. Сложные вещества (соединения неметаллов) с ковалентными полярными связями (кроме оксидов кремния и бора, соединений кремния и углерода) — вода H2O, оксид серы SO3 и др.
3. Одноатомные инертные газы (гелий, неон, аргон, криптон и др.);
4. Большинство органических веществ, в которых нет ионных связей — метан CH4, бензол С6Н6 и др.

Связь между частицами в ионных кристаллах: ионная химическая связь.
В узлах кристалла с ионной решеткой расположены ионы.
Фазовое состояние ионных кристаллов при нормальных условиях: как правило, твердые вещества.
Химические вещества с ионной кристаллической решеткой:
1. Соли (органические и неорганические), в том числе соли аммония  (например, хлорид аммония NH4Cl);
2. Основания;
3. Оксиды металлов;
4. Бинарные соединения, в составе которых есть металлы и неметаллы.
Физические свойства веществ с ионной кристаллической структурой:
— высокая температура плавления (тугоплавкость);
— растворы и расплавы ионных кристаллов – проводники тока;
— большинство соединений растворимы в полярных растворителях (вода);
— твердое фазовое состояние у большинства соединений при нормальных условиях.

Связь между частицами: металлическая химическая связь.
В узлах кристалла с металлической решеткой расположены ионы металлов и атомы.
Фазовое состояние металлов при обычных условиях: как правило, твердые вещества (исключение — ртуть, жидкость при обычных условиях).
Химические вещества с металлической кристаллической решеткой — простые вещества-металлы.
Физические свойства веществ с металлической кристаллической решеткой:
— высокая тепло- и электропроводность;
— ковкость и пластичность;
— металлический блеск;
— металлы, как правило, нерастворимы в растворителях;
— большинство металлов – твердые вещества при нормальных условиях.

Из предложенного перечня выберите два вещества молекулярного строения с ковалентной полярной связью.
1) Na2SO4
2) HCOOH
3) CH4
4) CaO
5) Cl2

Пример 2

Из предложенного перечня веществ выберите два вещества с атомной кристаллической решеткой.
1) карбид кремния
2) цинк
3) силан
4) кристаллическая сера
5) графит

Пример 3

Из предложенного перечня выберите два вещества ионного строения, в которых присутствует связь, образованная по донорно-акцепторному механизму.
1) азотная кислота
2) хлорид аммония
3) тетрагидроксоцинкат калия
4) ацетат натрия
5) аммиак

Пример 4

Из предложенного перечня выберите два соединения, в которых присутствуют ковалентная неполярная и ковалентная полярная связи.
1) NaNO3
2) HNO2
3) CaBr2
4) C3H8
5) C2H5OH

Пример 5

Из предложенного перечня выберите два соединения, имеющих немолекулярное строение, в частицах которых присутствуют все типы химической связи, что и в молекуле пероксида водорода.
1) Ag2C2
2) HOOC-(CH2)2-COOH
3) SiC
4) K2C2O4
5) NH4O(O)C-CH=CH-C(O)ONH4