Конспект лекций по химии на тему "Ковалентная химическая связь"

Лекция 6. Ковалентная химическая связь 1. Механизм образования ковалентной связи. Электроотрицательность. 2. Ковалентные полярная и неполярная связи. 3. Молекулярные и атомные кристаллические решетки. 1. Механизм образования ковалентной связи. Электроотрицательность. В 1916 г. американский ученый Г.Льюис разработал теорию ковалентной химической связи.  Он, так же как и В.Коссель, исходил из положения, что атомы стремятся иметь восьмиэлектронный внешний слой — электронный октет или электронный дуплет (в случае атома водорода). Механизм   образования   молекул   из   атомов   неметаллов   совершенно   иной,   чем   в   случае образования молекул из атомов металла и неметалла. Но принцип остается прежним — стремление  атомов  иметь электронный  октет или  электронный  дуплет  (в случае  атома водорода). Электроотрицательность   –   свойство   атомов   элемента   оттягивать   к   себе   общие электронные пары. Образование   устойчивой   электронной   конфигурации   происходит   путем обобществления электронов с образованием пары, общей для обоих атомов. Так, при столкновении   двух   атомов   водорода   электроны,   ранее   принадлежащие   двум   разным атомам, обобществляются, образуя единое электронное облако: Двухэлектронная связь, принадлежащая одновременно двум ядрам, называется ковалентной. Условно она обозначается черточками, например: F—F; O=O. При образовании молекулы сохраняется индивидуальность каждого атома. Ковалентная связь тем прочнее, чем больше область перекрывания электронных облаков: Перекрывающиеся атомные орбитали должны быть близки по энергии и симметрии: Различают три механизма образования ковалентной связи. ● ● ● Обменный Донорно­акцепторный Дативный Обменный механизм заключается в предоставлении атомами неспаренных  электронов для образовании химической связи. Рассмотрим образование молекулы  кислорода (О2) методом ВС: Число общих электронных пар называется кратностью связи (кс). Чем больше кратность связи, тем больше её энергия, тем более прочной является  молекула. Типы перекрывания атомных орбиталей. σ ­тип   перекрывания   ( область общей электронной плотности лежит на линии связи ядер атомов.   ­связь)   ­   это   такой   тип   перекрывания   АО,   при   котором σ ­тип перекрывания ( π общей электронной плотности перпендикулярна линии связи ядер атомов.  ­связь) это такой тип перекрывания АО, при котором область π Донорно­акцепторный механизм заключается в образовании химической связи за  счёт электронной пары одного атома и вакантной атомной орбитали другого атома: Рассмотрим образование молекулы СО:   С ­ акцептор электронной пары О ­ донор электронной пары Дативный механизм Каждый атом хлора одновременно является и донором, и акцептором электронной  пары. 2. Ковалентные полярная и неполярная связи. Ковалентная связь имеет три основные свойства: полярность, насыщаемость,  направленность. Полярная ковалентная связь образуется при взаимодействии атомов различных  химических элементов: HF, NO, BN.    Неполярная ковалентная связь образуется при взаимодействии атомов одинаковых  химических элементов: H2, F2, N2, O2. Насыщаемость ковалентной связи Насыщаемость связи заключается в стремлении атомов полностью реализовать свои  валентные возможности. Максимальное число ковалентных связей, образуемых атомом, определяется числом  его валентных атомных орбиталей. Отсюда следует, что максимальная валентность (ковалентность) элементов первого периода равна 1, второго ­ 4 (одна 2s­АО + три 2р­АО),               третьего ­ 9 (одна 3s­АО+ три 3р­АО и + 5d­АО). Направленность ковалентной связи Молекулы и ионы с ковалентными связями имеют определённое геометрическое  строение, что объясняется направленностью ковалентной связи. Геометрическое  строение молекул и ионов объясняется гибридизацией атомных орбиталей. 3. Молекулярные и атомные кристаллические решетки. В   химические   взаимодействия   вступают   не   отдельные   атомы   или   молекулы,   а вещества.  По  типу   связи   различают   вещества молекулярного и немолекулярного строения.   Вещества,   называются молекулярными веществами. Связи между молекулами в таких веществах очень слабые, намного слабее, чем между атомами внутри молекулы, и уже при сравнительно низких температурах они   состоящие   из   молекул, разрываются   —   вещество   превращается   в   жидкость   и   далее   в   газ   (возгонка   йода). Температуры   плавления   и   кипения   веществ,   состоящих   из   молекул,   повышаются   с увеличением молекулярной массы.  К молекулярным веществам относятся вещества с атомной структурой (C, Si, Li, Na, K, Cu, Fe, W), среди них есть металлы и неметаллы. К   веществам немолекулярного   строения относятся   ионные   соединения.   Таким строением   обладает   большинство   соединений   металлов   с   неметаллами:   все   соли (NaCl,   K2SO4),   некоторые   гидриды   (LiH)   и   оксиды   (CaO,   MgO,   FeO),   основания (NaOH, KOH). Кристаллическая решетка ­ трехмерный план расположения в пространстве частиц. Молекулярными называют кристаллические решетки, в узлах которых  располагаются молекулы. Химические связи в этих молекулах могут быть и полярными  (HCl, H2O), и неполярными (N2, O2). Несмотря на то, что атомы внутри молекул связаны  очень прочными ковалентными связями, между самими молекулами действуют слабые  силы межмолекулярного притяжения.  Вещества с молекулярными кристаллическими решетками имеют малую твердость,  низкие температуры плавления, летучи. Большинство твердых органических  соединений имеют молекулярные кристаллические решетки (нафталин, глюкоза,  сахар). Молекулярная кристаллическая решетка(углекислый газ)   Атомными называют кристаллические решетки, в узлах которых находятся  отдельные атомы. В таких решетках атомы соединены между собой очень прочными  ковалентными связями. Примером веществ с таким типом кристаллических решеток может служить алмаз — одно из аллотропных видоизменений углерода. Большинство веществ с  атомной кристаллической решеткой имеют очень высокие температуры плавления  (например, у алмаза она свыше 3500 °С), они прочны и тверды, практически  нерастворимы.   Атомная решетка алмазаАтомная решетка графита Контрольные вопросы: 1. 2. 3. 4. Перечислите и приведите примеры механизмы образования ковалентной связи. Сформулируйте понятие «электроотрицательность». Назовите основные свойства ковалентной связи. В чем отличие молекулярных и атомных кристаллических решеток?