Dipólnak nevezzük azt a molekulát, amelyben a pozitív és negatív töltésű szakaszok súlypontja nem esik egybe. Határozzuk meg a „dipólus” fogalmát.
Dipólus - két egyenlő méretű szemközti halmaz elektromos töltések egymástól bizonyos távolságra helyezkednek el.
A H 2 hidrogénmolekula nem dipólus (50. ábra). a), a hidrogén-klorid molekula pedig egy dipólus (50. ábra). b). A vízmolekula is dipólus. A H 2 O-ban lévő elektronpárok nagyobb mértékben tolódnak el a hidrogénatomoktól az oxigénatom felé.
A negatív töltés súlypontja az oxigénatom közelében, a pozitív töltés súlypontja a hidrogénatomok közelében található.
A kristályos anyagban az atomok, ionok vagy molekulák szigorú sorrendben vannak.
Azt a helyet, ahol egy ilyen részecske található, ún a kristályrács csomópontja.ábra mutatja az atomok, ionok vagy molekulák helyzetét a kristályrács csomópontjaiban. 51.
a g
Rizs. 51. Kristályrácsok modelljei (egy ömlesztett kristály egyik síkja látható): a) kovalens vagy atomi (gyémánt C, szilícium Si, kvarc SiO 2); b) ionos (NaCl); ban ben) molekuláris (jég, I 2); G) fémes (Li, Fe). A fémrácsos modellben a pontok elektronokat jelölnek
A részecskék közötti kémiai kötés típusa szerint kristályrácsok kovalens (atomi), ionos és fémes. Van egy másik típusú kristályrács - molekuláris. Egy ilyen rácsban az egyes molekulákat tartják intermolekuláris vonzási erők.
Ionos kristályok(51. ábra b) pozitív és negatív töltésű ionokat tartalmaznak a kristályrács helyein. A kristályrács úgy épül fel, hogy az ellentétes töltésű ionok elektrosztatikus vonzási ereje és a hasonló töltésű ionok taszító ereje egyensúlyban legyen. Az ilyen kristályrácsok olyan vegyületekre jellemzőek, mint a LiF, NaCl és sok más.
molekuláris kristályok(51. ábra ban ben) dipólmolekulákat tartalmaznak a kristály helyein, amelyeket elektrosztatikus vonzási erők tartanak egymáshoz képest, mint az ionok egy ionos kristályrácsban. Például a jég egy molekuláris kristályrács, amelyet vízdipólusok alkotnak. ábrán. 51 ban ben a szimbólumok nincsenek megadva a töltéseknél, hogy ne terheljük túl az ábrát.
fém kristály(51. ábra G) pozitív töltésű ionokat tartalmaz a rács helyein. A külső elektronok egy része szabadon mozog az ionok között. " e-gáz"pozitív töltésű ionokat tart a kristályrács csomópontjaiban .. Becsapódáskor a fém nem szúr, mint a jég, a kvarc vagy a sókristály, hanem csak alakot változtat. Az elektronoknak mobilitásukból adódóan van idejük mozogni Ezért a fémek és műanyagok kovácsolása törés nélkül hajlik meg.
Rizs. 52. A szilícium-oxid szerkezete: a) kristályos; b) amorf. A fekete pontok a szilícium atomokat, a nyitott körök az oxigénatomokat jelölik. A kristály síkja van ábrázolva, így a negyedik kötés a szilícium atomnál nincs feltüntetve. A szaggatott vonal az amorf anyag rendezetlenségének rövid távú sorrendjét jelöli
Amorf anyagban a szerkezetnek a kristályos állapotra jellemző háromdimenziós periodicitása sérül (52. b ábra).
Folyadékok és gázok különböznek a kristályos és amorf testektől az atomok véletlenszerű mozgásával és
molekulák. Folyadékokban a vonzó erők képesek a mikrorészecskéket egymáshoz képest közeli távolságban tartani, a szilárd testben lévő távolságokkal arányosan. A gázokban az atomok és molekulák kölcsönhatása gyakorlatilag hiányzik, ezért a gázok, a folyadékokkal ellentétben, elfoglalják a számukra biztosított teljes térfogatot. Egy mól folyékony víz 100 0 C-on 18,7 cm 3 térfogatot, egy mól telített vízgőz 30 000 cm 3 térfogatot foglal el ugyanezen a hőmérsékleten. 
Rizs. 53. Molekulák különböző típusú kölcsönhatásai folyadékokban és gázokban: a) dipól–dipól; b) dipólus–nem dipólus; ban ben) nem dipólus–nem dipólus
A szilárd anyagokkal ellentétben a folyadékokban és gázokban a molekulák szabadon mozognak. A mozgás hatására bizonyos módon tájékozódnak. Például a 2. ábrán. 53 a,b. bemutatja, hogyan lépnek kölcsönhatásba a dipólus molekulák, valamint a nem poláris molekulák a dipólus molekulákkal folyadékokban és gázokban.
Amikor egy dipólus megközelíti a dipólust, a molekulák a vonzás és taszítás hatására forognak. Az egyik molekula pozitív töltésű része egy másik molekula negatív töltésű részének közelében található. Így lépnek kölcsönhatásba a dipólusok a folyékony vízben.
Amikor két nem poláris molekula (nem dipólus) közeledik egymáshoz meglehetősen közel, akkor kölcsönösen befolyásolják egymást (53. ábra). ban ben). A molekulákat az atommagokat borító negatív töltésű elektronhéjak hozzák össze. Elektronikus héjak deformálódnak úgy, hogy átmenetileg pozitív és negatív centrumok jelennek meg az egyik és a másik molekulában, és kölcsönösen vonzódnak egymáshoz. Elegendő, ha a molekulák szétszóródnak, mivel ismét ideiglenes dipólusok alakulnak ki nem poláris molekulák.
Példa erre a gáznemű hidrogénmolekulák közötti kölcsönhatás. (53. ábra ban ben).
3.2. Osztályozás szervetlen anyagok. Egyszerű és összetett anyagok
NÁL NÉL eleje XIX század svéd vegyész Berzelius javasolta, hogy az élő szervezetekből nyert anyagokat nevezzék el organikus. Az élettelen természetre jellemző anyagokat nevezték el szervetlen vagy ásványi(ásványi anyagokból származik).
Minden szilárd, folyékony és gáznemű anyag egyszerű és összetett anyagokra osztható.
Az anyagokat egyszerűnek nevezzük, amelyek egy kémiai elem atomjaiból állnak.
Például a hidrogén, a bróm és a vas szobahőmérsékleten és légköri nyomáson egyszerű anyagok, amelyek rendre gáz, folyékony és szilárd halmazállapotúak (54. ábra). a B C).
A gáznemű hidrogén H 2 (g) és a folyékony bróm Br 2 (l) kétatomos molekulákból áll. A szilárd vas Fe(t) fémkristályrácsos kristály formájában létezik.
Az egyszerű anyagok két csoportra oszthatók: nemfémekre és fémekre.
a) b) ban ben)
Rizs. 54. Egyszerű anyagok: a) gáznemű hidrogén. Könnyebb a levegőnél, ezért a kémcsövet bedugják és fejjel lefelé fordítják; b) folyékony bróm (általában lezárt ampullákban tárolva); ban ben) vaspor
A nemfémek egyszerű anyagok, szilárd állapotban kovalens (atomi) vagy molekuláris kristályrácstal.
Szobahőmérsékleten kovalens (atomi) kristályrács jellemző olyan nemfémekre, mint a bór B(t), szén C(t), szilícium Si(t). A molekuláris kristályrács fehér foszfor P (t), kén S (t), jód I 2 (t). Egyes nemfémek csak nagyon alacsony hőmérsékleten válnak folyékony vagy szilárd halmazállapotúvá. Normál körülmények között ezek gázok. Ilyen anyagok például a hidrogén H 2 (g), nitrogén N 2 (g), oxigén O 2 (g), fluor F 2 (g), klór Cl 2 (g), hélium He (g), neon Ne (d), argon Ar(d). Szobahőmérsékleten a molekuláris bróm Br 2 (l) folyékony formában létezik.
A fémek egyszerű anyagok, amelyek szilárd állapotban fémkristályrácsot tartalmaznak.
Ezek olyan képlékeny, képlékeny anyagok, amelyek fémes fényűek, és képesek hő és elektromos áram vezetésére.
Az elemek körülbelül 80%-a Periodikus rendszer egyszerű fémeket alkotnak. Szobahőmérsékleten a fémek szilárd anyagok. Például Li(t), Fe(t). Csak a higany, Hg (l) olyan folyadék, amely -38,89 0 С-on megszilárdul.
A vegyületek olyan anyagok, amelyek különböző kémiai elemek atomjaiból állnak.
Egy összetett anyag elemeinek atomjait állandó és jól meghatározott kapcsolatok kötik össze.
Például a víz H 2 O összetett anyag. Molekulája két elem atomját tartalmazza. A víz mindig, bárhol a Földön 11,1 tömegszázalék hidrogént és 88,9 tömegszázalék oxigént tartalmaz.
Hőmérséklettől és nyomástól függően a víz lehet szilárd, folyékony vagy gáz halmazállapotú, ami a jobb oldalon látható kémiai formula anyagok - H 2 O (g), H 2 O (g), H 2 O (t).
A gyakorlatban általában nem tiszta anyagokkal, hanem azok keverékeivel foglalkozunk.
A keverék kombináció kémiai vegyületek eltérő összetételű és szerkezetű
Ábrázoljuk az egyszerű és összetett anyagokat, valamint ezek keverékeit diagram formájában:
Egyszerű
nem fémek
emulziók
Alapok
összetett anyagok benne szervetlen kémia oxidokra, bázisokra, savakra és sókra osztva.
oxidok
Vannak fémek és nemfémek oxidjai. A fém-oxidok olyan vegyületek, amelyek ionos kötésekkel rendelkeznek. Szilárd állapotban ionos kristályrácsokat képeznek.
Nem fém oxidok- kovalens kémiai kötésekkel rendelkező vegyületek.
Az oxidok összetett anyagok, amelyek két kémiai elem atomjaiból állnak, amelyek közül az egyik az oxigén, amelynek oxidációs foka -2.
Az alábbiakban néhány nemfém- és fém-oxid molekuláris és szerkezeti képlete látható.
Molekulaképlet Szerkezeti képlet
CO 2 - szén-monoxid (IV) O \u003d C \u003d O
SO 2 - kén-oxid (IV)
SO 3 - kén-oxid (VI)
SiO 2 – szilícium-oxid (IV)
Na 2 O - nátrium-oxid
CaO - kalcium-oxid
K 2 O - kálium-oxid, Na 2 O - nátrium-oxid, Al 2 O 3 - alumínium-oxid. A kálium, a nátrium és az alumínium egy-egy oxidot képez.
Ha egy elemnek több oxidációs állapota van, akkor több oxidja is van. Ebben az esetben az oxid neve után az elem oxidációs fokát egy római szám jelzi zárójelben. Például FeO vas(II)-oxid, Fe 2O 3 vas(III)-oxid.
A nemzetközi nómenklatúra szabályai szerint kialakított nevek mellett az oxidok hagyományos orosz neveit is használják, például: CO 2 szén-monoxid (IV) - szén-dioxid
, CO szén-monoxid (II) – szén-monoxid,
CaO kalcium-oxid - oltatlan mész, SiO 2 szilícium-oxid – kvarc, szilícium-dioxid, homok.
Az oxidoknak három csoportja van, amelyek kémiai tulajdonságaikban különböznek egymástól: bázikus, savasés amfoter(más görög , - mindkettő, kettős).
Bázikus oxidok a periódusos rendszer I. és II. csoportjának fő alcsoportjainak elemei (az elemek oxidációs állapota +1 és +2), valamint a másodlagos alcsoportok elemei alkotják, amelyek oxidációs állapota is +1 vagy + 2. Mindezek az elemek fémek, tehát a bázikus oxidok fémoxidok, például:
Li 2 O - lítium-oxid
MgO - magnézium-oxid
CuO - réz(II)-oxid
A bázikus oxidok bázisoknak felelnek meg.
Savas oxidok
nem fémek és fémek alkotják, amelyek oxidációs állapota nagyobb, mint +4, például:
CO 2 - szén-monoxid (IV)
SO 2 - kén-oxid (IV)
SO 3 - kén-oxid (VI)
P 2 O 5 - foszfor-oxid (V)
A savas oxidok savaknak felelnek meg.
Amfoter oxidok
fémek alkotják, amelyek oxidációs állapota +2, +3, néha +4, pl.
ZnO - cink-oxid
Al 2 O 3 - alumínium-oxid
Az amfoter oxidok az amfoter hidroxidoknak felelnek meg.
Ezen kívül van egy kis csoportja ún közömbös oxidok:
N 2 O - nitrogén-monoxid (I)
NO - nitrogén-monoxid (II)
CO – szén-monoxid (II)
Meg kell jegyezni, hogy bolygónk egyik legfontosabb oxidja a hidrogén-oxid, amelyet Ön víz H 2 O néven ismer.
Alapok
Az "Oxidok" részben megemlítették, hogy a bázisok bázikus oxidoknak felelnek meg:
Nátrium-oxid Na 2 O - nátrium-hidroxid NaOH.
Kalcium-oxid CaO - kalcium-hidroxid Ca (OH) 2.
Réz-oxid CuO - réz-hidroxid Cu (OH) 2
A bázisok egy fématomból és egy vagy több -OH hidroxocsoportból álló összetett anyagok.
A bázisok ionos kristályrácsos szilárd anyagok.
Vízben oldva oldható bázisok kristályai ( lúgok) poláris vízmolekulák hatására elpusztulnak, és ionok képződnek:
NaOH(t) Na + (oldat) + OH - (oldat)
Az ionok hasonló nyilvántartása: Na + (oldat) vagy OH - (oldat) azt jelenti, hogy az ionok oldatban vannak.
Az alapítvány neve tartalmazza a szót hidroxidés Orosz név fém be birtokos eset. Például a NaOH nátrium-hidroxid, a Ca (OH) 2 pedig kalcium-hidroxid.
Ha a fém több bázist képez, akkor a fém oxidációs állapotát a névben zárójelben lévő római szám jelzi. Például: Fe (OH) 2 - vas (II) hidroxid, Fe (OH) 3 - vas (III) hidroxid.
Ezenkívül vannak hagyományos nevek bizonyos okok miatt:
NaOH- marószóda, maró szóda
KOH - maró hamuzsír
Ca (OH) 2 - oltott mész, meszes víz
R
A vízben oldódó bázisokat ún lúgok
Megkülönböztetni vízben oldódó és oldhatatlan bázisok.
Ezek az I. és II. csoport fő alcsoportjaihoz tartozó fém-hidroxidok, kivéve a Be és Mg hidroxidot.
Nak nek amfoter hidroxidok vonatkozik,
HCl (g) H + (oldat) + Cl - (oldat)
A savakat összetett anyagoknak nevezzük, amelyek magukban foglalják a helyettesíthető vagy fématomokra cserélhető hidrogénatomokat és a savmaradékokat.
Az oxigénatomok jelenlététől vagy hiányától függően a molekulában, anoxikus és oxigén tartalmú savak.
Az oxigénmentes savak elnevezéséhez egy betűt adunk egy nemfém orosz nevéhez - ról ről-és a hidrogén szó :
HF - hidrogén-fluorsav
HCl - sósav
HBr - hidrogén-bromid
HI - hidrogén-jodid
H 2 S - hidroszulfidsav
Egyes savak hagyományos nevei:
HCl- sósav; HF- hidrogén-fluorsav
Az oxigéntartalmú savak megnevezéséhez egy nemfém orosz nevének gyökeréhez adnak a végződéseket - nem,
-ovaya ha a nem fém benne van a legmagasabb fokozat oxidáció. A legmagasabb oxidációs állapot egybeesik annak a csoportnak a számával, amelyben a nemfém elem található:
H 2 SO 4 - szer naya sav
HNO 3 - nitrogén naya sav
HClO 4 - klór naya sav
HMnO 4 - mangán új sav
Ha egy elem két oxidációs állapotban képez savakat, akkor a végződést az elem alacsonyabb oxidációs állapotának megfelelő sav megnevezésére használjuk - igaz:
H 2 SO 3 - zerge igaz sav
HNO 2 - nitrogén igaz sav
A molekulában lévő hidrogénatomok számától függően egybázisú(HCl, HNO 3), kétbázisú(H2SO4), törzsi savak (H 3 PO 4).
Számos oxigéntartalmú sav keletkezik a megfelelő savas oxidok vízzel való kölcsönhatása révén. Az adott savnak megfelelő oxidot annak nevezzük anhidrid:
Kén-dioxid SO 2 - kénsav H 2 SO 3
Kénsav-anhidrid SO 3 - kénsav H2SO4
dinitrogén-anhidrid N 2 O 3 - salétromsav HNO 2
Salétromsavanhidrid N 2 O 5 - salétromsav HNO 3
Foszforsav-anhidrid P 2 O 5 - foszforsav H 3 PO 4
Figyeljük meg, hogy az oxidban lévő elem és a megfelelő sav oxidációs állapota megegyezik.
Ha egy elem ugyanabban az oxidációs állapotban több oxigéntartalmú savat képez, akkor az alacsonyabb oxigénatomtartalmú sav nevéhez a "" előtag kerül hozzáadásra. meta", magas oxigéntartalommal - előtag" orto". Például:
HPO 3 - metafoszforsav
H 3 PO 4 - ortofoszforsav, amelyet gyakran egyszerűen foszforsavnak neveznek
H 2 SiO 3 - metakovasav, általában kovasavnak nevezik
H 4 SiO 4 - ortokovasav.
A kovasavak nem SiO 2 vízzel való kölcsönhatása során keletkeznek, hanem más módon keletkeznek.
TÓL TŐL
A sók összetett anyagok, amelyek fématomokból és savas maradékokból állnak.
oli
NaNO 3 - nátrium-nitrát
CuSO 4 - réz-szulfát (II)
CaCO 3 - kalcium-karbonát
Vízben oldva a sókristályok elpusztulnak, ionok képződnek:
NaNO 3 (t) Na + (oldat) + NO 3 - (oldat).
A sók a savmolekulában a hidrogénatomok fématomokkal való teljes vagy részleges helyettesítésének termékeinek, vagy a bázis hidroxocsoportok savas maradékokkal történő teljes vagy részleges helyettesítésének termékeinek tekinthetők.
A hidrogénatomok teljes helyettesítésével közepes sók: Na 2 SO 4, MgCl 2. . Részleges helyettesítéssel, savas sók (hidrosók) NaHS04 és bázikus sók (hidroxosók) MgOHCl.
A nemzetközi nómenklatúra szabályai szerint a sók elnevezése a savmaradék nevéből névelőben, a fém orosz nevéből pedig származási esetben keletkezik (12. táblázat):
NaNO 3 - nátrium-nitrát
CuSO 4 - réz(II)-szulfát
CaCO 3 - kalcium-karbonát
Ca 3 (RO 4) 2 - kalcium-ortofoszfát
Na 2 SiO 3 - nátrium-szilikát
A savmaradék neve a savképző elem latin nevének gyökéből (például nitrogén - nitrogén, gyökér nitr-) és a végződésekből származik:
-nál nél a legmagasabb oxidációs állapothoz, -azt a savképző elem alacsonyabb oxidációs állapotához (12. táblázat).
12. táblázat
Savak és sók nevei
| A sav neve | Sav formula | A sók neve | Példák Soleil |
| Hidrogén klorid (só) | HCl | kloridok | AgCl ezüst-klorid |
| Hidrogén-szulfid | H 2 S | Szulfidok | FeS Sulf id vas(II) |
| kénes | H2SO3 | Szulfitok | Na 2 SO 3 Sulf azt nátrium |
| kénes | H2SO4 | szulfátok | K 2 SO 4 Sulf nál nél kálium |
| nitrogéntartalmú | HNO 2 | Nitritek | LiNO 2 Nitr azt lítium |
| Nitrogén | HNO3 | Nitrátok | Al(NO 3) 3 Nitr nál nél alumínium |
| ortofoszforos | H3PO4 | Ortofoszfátok | Ca 3 (PO 4) 2 Kalcium-ortofoszfát |
| Szén | H2CO3 | Karbonátok | Na 2 CO 3 Nátrium-karbonát |
| Szilícium | H2SiO3 | szilikátok | Na 2 SiO 3 Nátrium-szilikát |
NaHS04 - nátrium-hidrogén-szulfát
NaHS - nátrium-hidrogén-szulfid
A bázikus sók neve a " előtag hozzáadásával jön létre hidroxo": MgOHCl - magnézium-hidroxoklorid.
Ezenkívül sok sónak hagyományos neve van, például:
Na 2 CO 3 - szóda;
NaHCO3 - élelmiszer (ivó) szóda;
CaCO 3 - kréta, márvány, mészkő.
Az atom-molekuláris elméletet a nagy orosz tudós, M. V. Lomonoszov dolgozta ki és alkalmazta először a kémiában. Ennek a doktrínának a főbb rendelkezéseit az "Elements of Mathematical Chemistry" (1741) és számos más munka tartalmazza. Lomonoszov tanításainak lényege a következő rendelkezésekre redukálható.
1. Minden anyag "testekből" áll (ahogy Lomonoszov molekuláknak nevezte).
2. A molekulák "elemekből" állnak (ahogy Lomonoszov atomoknak nevezte).
3. A részecskék - molekulák és atomok - folyamatos mozgásban vannak. A testek termikus állapota részecskéik mozgásának eredménye.
4. Az egyszerű anyagok molekulái azonos atomokból, molekulákból állnak összetett anyagok különböző atomokból.
67 évvel Lomonoszov után John Dalton angol tudós alkalmazta az atomisztikus doktrínát a kémiában. A könyvben felvázolta az atomizmus alapelveit. Új rendszer kémiai filozófia "(1808). Dalton tanítása alapvetően Lomonoszov tanításait ismétli. Dalton azonban tagadta a molekulák létezését az egyszerű anyagokban, ami Lomonoszov tanításaihoz képest visszalépés. Dalton szerint az egyszerű anyagok csak atomokból, és csak összetett anyagokból - "komplex atomokból" (mai értelemben - molekulákból) Az atom-molekuláris doktrína a kémiában végül csak tizenkilencedik közepe ban ben. A karlsruhei nemzetközi vegyészkongresszuson 1860-ban elfogadták a molekula és az atom fogalmának meghatározását.
A molekula egy adott anyag legkisebb részecskéje, amelynek kémiai tulajdonságai vannak. Kémiai tulajdonságok A molekulákat összetétele és kémiai szerkezete határozza meg.
Az atom egy kémiai elem legkisebb részecskéje, amely egyszerű és összetett anyagok molekuláinak része. Egy elem kémiai tulajdonságait atomjának szerkezete határozza meg. Ebből következik az atom definíciója, amely megfelel a modern elképzeléseknek:
Az atom egy elektromosan semleges részecske, amely pozitív töltésű elemből áll atommagés negatív töltésű elektronok.
A modern elképzelések szerint a gáz- és gőzhalmazállapotú anyagok molekulákból állnak. Szilárd állapotban a molekulák csak olyan anyagokból állnak, amelyek kristályrácsa molekuláris szerkezettel rendelkezik. A legtöbb szilárd szervetlen anyagnak nincs molekulaszerkezete: rácsuk nem molekulákból, hanem más részecskékből (ionokból, atomokból) áll; makrotestek formájában léteznek (nátrium-klorid kristály, rézdarab stb.). A sók, fém-oxidok, gyémánt, szilícium, fémek nem rendelkeznek molekulaszerkezettel.
Az atom- és molekulaelmélet lehetővé tette a kémia alapfogalmainak és törvényeinek magyarázatát. Az atom- és molekulaelmélet szempontjából minden elemet kémiai elemnek nevezünk. külön nézet atomok. Az atom legfontosabb jellemzője az atommag pozitív töltése, amely számszerűen megegyezik az elem sorszámával. Az atommag töltésének értéke megkülönböztető jellemzőként szolgál a különböző típusú atomok számára, amely lehetővé teszi számunkra, hogy teljesebb definíciót adjunk az elem fogalmának:
Kémiai elem Egy bizonyos típusú atom azonos pozitív magtöltéssel.
107 elem ismert. Jelenleg a magasabb sorozatszámú kémiai elemek mesterséges előállításán folyik a munka.
Az összes elemet általában fémekre és nemfémekre osztják. Ez a felosztás azonban feltételes. Az elemek fontos jellemzője a földkéregben való bőségük, i.e. a Föld felső szilárd héjában, melynek vastagságát konvencionálisan 16 km-nek feltételezik. Az elemek földkéregben való eloszlását a geokémia, a föld kémiájának tudománya vizsgálja. A. P. Vinogradov geokémikus táblázatot állított össze az átlagokról kémiai összetétel földkéreg. Ezen adatok szerint a leggyakoribb elem az oxigén - a földkéreg tömegének 47,2% -a, ezt követi a szilícium - 27,6, az alumínium - 8,80, a vas - 5,10, a kalcium - 3,6, a nátrium - 2,64, a kálium - 2,6, a magnézium - 2,10, hidrogén - 0,15%.
Kovalens kémiai kötés, fajtái és kialakulási mechanizmusai. A kovalens kötés jellemzői (polaritás és kötési energia). Ionos kötés. Fém csatlakozás. hidrogén kötés
A kémiai kötés tana minden elméleti kémia alapja.
A kémiai kötés az atomok olyan kölcsönhatása, amely molekulákká, ionokká, gyökökké, kristályokká köti őket.
A kémiai kötéseknek négy típusa van: ionos, kovalens, fémes és hidrogénkötés.
A kémiai kötések típusokra bontása feltételes, mivel mindegyiket bizonyos egység jellemzi.
Az ionos kötés a kovalens poláris kötés határesetének tekinthető.
A fémes kötés egyesíti az atomok kovalens kölcsönhatását a megosztott elektronok segítségével, valamint az elektronok és fémionok közötti elektrosztatikus vonzást.
Az anyagokban gyakran nincs korlátozó eset a kémiai kötésre (vagy tiszta kémiai kötésekre).
Például a $LiF$ lítium-fluorid ionos vegyületként van besorolva. Valójában a benne lévő kötés $80%$ ionos és $20%$ kovalens. Ezért nyilvánvalóan helyesebb egy kémiai kötés polaritásának (ionosságának) mértékéről beszélni.
A $HF-HCl-HBr-HI-HAt$ hidrogén-halogenidek sorozatában a kötés polaritásának foka csökken, mert csökken a halogén- és hidrogénatom elektronegativitási értékének különbsége, az asztatinban pedig a kötés válik. majdnem nem poláris $(EO(H) = 2,1; EO(At) = 2,2) $.
Ugyanazok az anyagok különböző típusú kötéseket tartalmazhatnak, például:
- bázisokban: a hidroxocsoportok oxigén- és hidrogénatomja között a kötés poláris kovalens, a fém és a hidroxocsoport között ionos kötés;
- oxigéntartalmú savak sóiban: a nemfém atom és a savmaradék oxigénje között - kovalens poláris, valamint a fém és a savmaradék között - ionos;
- ammónium-, metil-ammónium- stb. sókban: nitrogén- és hidrogénatomok között - kovalens poláris, valamint ammónium- vagy metil-ammóniumionok és savmaradék között - ionos;
- fém-peroxidokban (pl. $Na_2O_2$) az oxigénatomok közötti kötés kovalens nempoláris, a fém és az oxigén között pedig ionos, és így tovább.
A különböző típusú kapcsolatok átadhatók egymásnak:
- nál nél elektrolitikus disszociáció kovalens vegyületek vizében a kovalens poláris kötés ionossá válik;
- a fémek párolgása során a fémes kötés kovalens nempolárissá alakul stb.
A kémiai kötések minden típusának és típusának egységének oka azonos kémiai természetük - az elektron-nukleáris kölcsönhatás. A kémiai kötés kialakulása mindenesetre az atomok elektron-nukleáris kölcsönhatásának eredménye, amihez energiafelszabadulás társul.
Módszerek kovalens kötés kialakítására. A kovalens kötés jellemzői: kötéshossz és energia
A kovalens kémiai kötés olyan kötés, amely az atomok között közös elektronpárok képződése következtében jön létre.
Egy ilyen kötés kialakulásának mechanizmusa lehet csere és donor-akceptor.
ÉN. cseremechanizmus akkor működik, amikor az atomok közös elektronpárokat alkotnak párosítatlan elektronok kombinálásával.
1) $H_2$ – hidrogén:
A kötés a hidrogénatomok $s$-elektronjainak ($s$-pályák átfedő) közös elektronpárjának kialakítása miatt jön létre:
2) $HCl$ - hidrogén-klorid:
A kötés a $s-$ és a $p-$ elektronokból álló közös elektronpár képződése miatt jön létre (átfedő $s-p-$pályák):
3) $Cl_2$: a klórmolekulában kovalens kötés jön létre párosítatlan $p-$elektronok miatt (átfedő $p-p-$pályák):
4) $N_2$: egy nitrogénmolekula atomjai között három közös elektronpár képződik:
II. Donor-akceptor mechanizmus Tekintsük a kovalens kötés kialakulását a $NH_4^+$ ammóniumion példáján.
A donornak van egy elektronpárja, az akceptornak van egy üres pályája, amelyet ez a pár el tud foglalni. Az ammóniumionban mind a négy hidrogénatomos kötés kovalens: három a nitrogénatom és a hidrogénatom közös elektronpárok cseréje révén jött létre, egy pedig a donor-akceptor mechanizmus révén.
A kovalens kötések osztályozhatók az elektronpályák átfedésének módja, valamint az egyik kötött atom felé való elmozdulásuk alapján.
kémiai kötések, amelyek a kommunikációs vonal mentén lévő elektronpályák átfedéséből adódnak, $σ$-nak nevezik -kötvények (szigma-kötvények). A szigma kötés nagyon erős.
A $p-$pályák két tartományban fedhetik át egymást, oldalirányú átfedéssel kovalens kötést képezve:
A kommunikációs vonalon kívüli elektronpályák "oldalsó" átfedése következtében kialakuló kémiai kötések, pl. két régióban $π$-nak nevezik -kötvények (pi-kötvények).
Által torzítás mértéke közös elektronpárokat az egyik atomhoz kötnek, kovalens kötés lehet polárisés nem poláris.
Az azonos elektronegativitású atomok között létrejövő kovalens kémiai kötést nevezzük nem poláris. Az elektronpárok nem tolódnak el egyik atomhoz sem, mert az atomoknak ugyanaz az ER - az a tulajdonsága, hogy vegyértékelektronokat vonnak maguk felé más atomoktól. Például:
azok. A molekulák kovalens nem poláris kötésen keresztül jönnek létre egyszerű nemfémes anyagok. Az eltérő elektronegativitású elemek atomjai közötti kovalens kémiai kötést nevezzük poláris.
A kovalens kötés hossza és energiája.
jellegzetes kovalens kötés tulajdonságai a hossza és az energiája. Link hossza az atommagok közötti távolság. A kémiai kötés annál erősebb, minél rövidebb a hossza. A kötés erősségének mértéke azonban az kötési energia, amelyet a kötés felszakításához szükséges energia mennyisége határoz meg. Általában kJ/mol-ban mérik. Így a kísérleti adatok szerint a $H_2, Cl_2$ és $N_2$ molekulák kötéshossza $0,074, 0,198$ és $0,109$ nm, a kötési energiák pedig $436, 242$ és $946$ kJ/ mol, ill.
Ionok. Ionos kötés
Képzeld el, hogy két atom "találkozik": az I. csoport fématomja és a VII. csoportba tartozó nemfém atom. Egy fématomnak egyetlen elektronja van a külső energiaszintjén, míg a nemfém atomoknak csak egy elektronja hiányzik a külső szint teljesítéséhez.
Az első atom könnyen átadja a másodiknak az elektronját, amely távol van az atommagtól és gyengén kötődik hozzá, a második pedig szabad hely külső elektronikus szintjén.
Ekkor az egyik negatív töltésétől megfosztott atom pozitív töltésű részecske lesz, a második pedig negatív töltésű részvé válik a kapott elektron miatt. Az ilyen részecskéket ún ionok.
Az ionok között létrejövő kémiai kötést ionosnak nevezzük.
Tekintsük ennek a kötésnek a kialakítását a jól ismert nátrium-klorid vegyület (étkezési só) felhasználásával példaként:
Az atomok ionokká történő átalakulásának folyamata a diagramon látható:
Az atomok ilyen átalakulása ionokká mindig tipikus fémek és tipikus nemfémek atomjainak kölcsönhatása során következik be.
Tekintsük az érvelés algoritmusát (szekvenciáját), amikor egy ionos kötés kialakulását rögzítjük, például a kalcium- és klóratomok között:
Az atomok vagy molekulák számát mutató számokat nevezzük együtthatók, és a molekulában lévő atomok vagy ionok számát mutató számokat nevezzük indexek.
fém csatlakozás
Ismerkedjünk meg azzal, hogy a fémelemek atomjai hogyan lépnek kölcsönhatásba egymással. A fémek általában nem izolált atomok formájában léteznek, hanem darab, tuskó vagy fémtermék formájában. Mi tartja össze a fématomokat?
A legtöbb fém atomja a külső szinten nem tartalmaz nagy szám elektronok - 1, 2, 3 dollár. Ezek az elektronok könnyen leválnak, és az atomok pozitív ionokká alakulnak. A leszakadt elektronok egyik ionról a másikra mozognak, egyetlen egésszé kötve őket. Az ionokkal összekapcsolódva ezek az elektronok átmenetileg atomokat képeznek, majd ismét leszakadnak és egy másik ionnal egyesülnek, és így tovább. Következésképpen egy fém térfogatában az atomok folyamatosan ionokká alakulnak, és fordítva.
A fémekben az ionok között szocializált elektronok révén létrejövő kötést fémesnek nevezzük.
Az ábra sematikusan mutatja egy nátrium-fém-fragmens szerkezetét.
Ebben az esetben kisszámú szocializált elektron nagyszámú iont és atomot köt meg.
A fémes kötés némileg hasonlít a kovalens kötésre, mivel a külső elektronok megosztásán alapul. Kovalens kötésben azonban csak két szomszédos atom külső párosítatlan elektronja szocializálódik, míg fémes kötésben az összes atom részt vesz ezen elektronok szocializációjában. Ezért a kovalens kötésű kristályok törékenyek, míg a fémkötésűek általában műanyagok, elektromosan vezetőképesek és fémes fényűek.
A fémes kötés mind a tiszta fémekre, mind a különféle fémek keverékeire jellemző - szilárd és folyékony halmazállapotú ötvözetek.
hidrogén kötés
Kémiai kötés egy molekula (vagy annak egy része) pozitívan polarizált hidrogénatomjai és az erősen elektronegatív elemek negatívan polarizált atomjai között, amelyek nem osztott elektronpárokkal rendelkeznek ($F, O, N$ és ritkábban $S$ és $Cl$), egy másik molekulát (vagy részeit) hidrogénnek nevezzük.
A hidrogénkötés kialakulásának mechanizmusa részben elektrosztatikus, részben donor-akceptor.
Példák az intermolekuláris hidrogénkötésekre:
Ilyen kötés jelenlétében a kis molekulatömegű anyagok is lehetnek normál körülmények között folyadékok (alkohol, víz) vagy könnyen cseppfolyósodó gázok (ammónia, hidrogén-fluorid).
A hidrogénkötéssel rendelkező anyagok molekuláris kristályrácsokkal rendelkeznek.
Molekuláris és nem molekuláris szerkezetű anyagok. A kristályrács típusa. Az anyagok tulajdonságainak összetételétől és szerkezetétől való függése
Anyagok molekuláris és nem molekuláris szerkezete
NÁL NÉL kémiai kölcsönhatások nem egyes atomok vagy molekulák lépnek be, hanem anyagok. Egy anyag adott körülmények között három halmazállapotú lehet: szilárd, folyékony vagy gáz halmazállapotú. Egy anyag tulajdonságai az azt alkotó részecskék - molekulák, atomok vagy ionok - közötti kémiai kötés természetétől is függenek. A kötés típusa szerint molekuláris és nem molekuláris szerkezetű anyagokat különböztetnek meg.
A molekulákból álló anyagokat ún molekuláris anyagok. Az ilyen anyagokban a molekulák közötti kötések nagyon gyengék, sokkal gyengébbek, mint a molekulán belüli atomok között, és már viszonylag alacsony hőmérsékleten megszakadnak - az anyag folyadékká, majd gázzá alakul (jódszublimáció). A molekulákból álló anyagok olvadáspontja és forráspontja a növekedéssel nő molekuláris tömeg.
Nak nek molekuláris anyagok atomi szerkezetű anyagokat ($C, Si, Li, Na, K, Cu, Fe, W$) tartalmaznak, köztük fémek és nemfémek.
Fontolgat fizikai tulajdonságok alkálifémek. Az atomok közötti viszonylag alacsony kötési szilárdság alacsony mechanikai szilárdságot okoz: az alkálifémek puhák és késsel könnyen vághatók.
Az atomok nagy mérete az alkálifémek alacsony sűrűségéhez vezet: a lítium, a nátrium és a kálium még a víznél is könnyebb. Az alkálifémek csoportjában az elem sorszámának növekedésével csökken a forrás- és olvadáspont, mert. az atomok mérete megnő és a kötések gyengülnek.
Az anyagokhoz nem molekuláris szerkezetek ionos vegyületeket tartalmaznak. A legtöbb fém és nemfém vegyület szerkezete ilyen: minden só ($NaCl, K_2SO_4$), néhány hidrid ($LiH$) és oxid ($CaO, MgO, FeO$), bázis ($NaOH, KOH$). Az ionos (nem molekuláris) anyagok magas olvadásponttal és forrásponttal rendelkeznek.
Kristályrácsok
Egy anyag, mint tudjuk, háromban létezhet aggregáció állapotai: gáznemű, folyékony és szilárd halmazállapotú.
Szilárd anyagok: amorf és kristályos.
Fontolja meg, hogy a kémiai kötések jellemzői hogyan befolyásolják a szilárd anyagok tulajdonságait. A szilárd anyagokat felosztjuk kristályosés amorf.
Az amorf anyagoknak nincs tiszta olvadáspontjuk - hevítéskor fokozatosan meglágyulnak és folyékonyak lesznek. Amorf állapotban például gyurma és különféle gyanták.
A kristályos anyagokat az őket alkotó részecskék – atomok, molekulák és ionok – helyes elrendezése jellemzi – a tér szigorúan meghatározott pontjain. Ha ezeket a pontokat egyenes vonalak kötik össze, akkor egy térbeli keret jön létre, amelyet kristályrácsnak neveznek. Azokat a pontokat, ahol a kristályrészecskék találhatók, rácscsomópontoknak nevezzük.
A kristályrács csomópontjain található részecskék típusától és a köztük lévő kapcsolat jellegétől függően négyféle kristályrácsot különböztetnek meg: ionos, atomi, molekulárisés fém.
Ionos kristályrácsok.
ión kristályrácsoknak nevezzük, amelyek csomópontjaiban ionok vannak. Ionos kötéssel rendelkező anyagok alkotják őket, amelyek mind az egyszerű $Na^(+), Cl^(-)$, mind a komplex $SO_4^(2−), OH^-$ ionokat képesek megkötni. Következésképpen a fémek sói, egyes oxidjai és hidroxidjai ionos kristályrácsokkal rendelkeznek. Például a nátrium-klorid kristályok váltakozó $Na^+$ pozitív és $Cl^-$ negatív ionokból állnak, és egy kocka alakú rácsot alkotnak. Az ilyen kristályokban az ionok közötti kötések nagyon stabilak. Ezért az ionrácsos anyagokat viszonylag nagy keménység és szilárdság jellemzi, tűzállóak és nem illékonyak.
Atom kristályrácsok.
nukleáris kristályrácsoknak nevezzük, amelyek csomópontjaiban egyes atomok találhatók. Az ilyen rácsokban az atomok nagyon erős kovalens kötésekkel kapcsolódnak egymáshoz. Az ilyen típusú kristályrácsos anyagokra példa a gyémánt, a szén egyik allotróp módosulata.
A legtöbb atomi kristályrácsos anyag nagyon magas olvadásponttal rendelkezik (például a gyémántnál 3500°C$ feletti), erősek és kemények, gyakorlatilag oldhatatlanok.
Molekuláris kristályrácsok.
Molekuláris kristályrácsoknak nevezzük, amelyek csomópontjaiban molekulák találhatók. A kémiai kötések ezekben a molekulákban lehetnek polárisak ($HCl, H_2O$) vagy nempolárisak ($N_2, O_2$). Annak ellenére, hogy a molekulákon belüli atomokat nagyon erős kovalens kötés köti össze, maguk a molekulák között gyenge intermolekuláris vonzási erők lépnek fel. Ezért a molekuláris kristályrácsokkal rendelkező anyagok alacsony keménységűek, alacsony olvadáspontúak és illékonyak. A legszilárdabb szerves vegyületek molekuláris kristályrácsokkal rendelkeznek (naftalin, glükóz, cukor).
Fém kristályrácsok.
Anyagok a fémes kötés fémes kristályrácsokkal rendelkeznek. Az ilyen rácsok csomópontjaiban atomok és ionok találhatók (akár atomok, akár ionok, amelyekbe a fématomok könnyen átalakulnak, így külső elektronjaik közös használatú"). Ilyen belső szerkezet A fémek meghatározzák jellemző fizikai tulajdonságaikat: hajlékonyság, hajlékonyság, elektromos és hővezető képesség, jellegzetes fémes csillogás.
Anyagok molekuláris és nem molekuláris szerkezete. Az anyag szerkezete
Nem egyes atomok vagy molekulák lépnek kémiai kölcsönhatásba, hanem anyagok. Az anyagokat a kötés típusa különbözteti meg molekulárisés nem molekuláris szerkezet. A molekulákból álló anyagokat ún molekuláris anyagok. Az ilyen anyagokban a molekulák közötti kötések nagyon gyengék, sokkal gyengébbek, mint a molekulán belüli atomok között, és már viszonylag alacsony hőmérsékleten megszakadnak - az anyag folyadékká, majd gázzá alakul (jódszublimáció). A molekulákból álló anyagok olvadáspontja és forráspontja a molekulatömeg növekedésével nő. Nak nek molekuláris anyagok Ide tartoznak az atomi szerkezetű anyagok (C, Si, Li, Na, K, Cu, Fe, W), köztük fémek és nemfémek. Az anyagokhoz nem molekuláris szerkezet ionos vegyületeket tartalmaznak. A legtöbb fém és nemfém vegyület szerkezete ilyen: minden só (NaCl, K 2 SO 4), egyes hidridek (LiH) és oxidok (CaO, MgO, FeO), bázisok (NaOH, KOH). Ionos (nem molekuláris) anyagok magas olvadáspontú és forráspontjuk van.
Szilárd anyagok: amorf és kristályos
A szilárd anyagokat felosztjuk kristályos és amorf.
Amorf anyagok nem rendelkeznek tiszta olvadásponttal - hevítéskor fokozatosan meglágyulnak és folyékonyak lesznek. Amorf állapotban például gyurma és különféle gyanták.
Kristályos anyagok Az őket alkotó részecskék: atomok, molekulák és ionok - a tér szigorúan meghatározott pontjain történő helyes elrendezése jellemzi. Ha ezeket a pontokat egyenes vonalak kötik össze, akkor egy térbeli keret jön létre, amelyet kristályrácsnak neveznek. Azokat a pontokat, ahol a kristályrészecskék találhatók, rácscsomópontoknak nevezzük. A kristályrács csomópontjain található részecskék típusától és a köztük lévő kapcsolat jellegétől függően négyféle kristályrácsot különböztetnek meg: ionos, atomi, molekuláris és fémes.
A kristályrácsokat ionosnak nevezik, amelynek helyein ionok vannak. Ionos kötéssel rendelkező anyagok alkotják őket, amelyek mind egyszerű Na +, Cl -, mind pedig komplex SO 4 2-, OH - ionokhoz köthetők. Következésképpen a fémek sói, egyes oxidjai és hidroxidjai ionos kristályrácsokkal rendelkeznek. Például egy nátrium-klorid kristályt váltakozó pozitív Na + és negatív Cl - ionokból építenek fel, és egy kocka alakú rácsot alkotnak. Az ilyen kristályokban az ionok közötti kötések nagyon stabilak. Ezért az ionrácsos anyagokat viszonylag nagy keménység és szilárdság jellemzi, tűzállóak és nem illékonyak.
Kristályrács - a) és amorf rács - b).
Kristályrács - a) és amorf rács - b). Atom kristályrácsok
nukleáris kristályrácsoknak nevezzük, amelyek csomópontjaiban egyes atomok találhatók. Az ilyen rácsokban az atomok kapcsolódnak egymáshoz nagyon erős kovalens kötések. Az ilyen típusú kristályrácsos anyagokra példa a gyémánt, a szén egyik allotróp módosulata. A legtöbb atomi kristályrácsos anyag nagyon magas olvadásponttal rendelkezik (például a gyémántban 3500 ° C felett van), erősek és kemények, gyakorlatilag oldhatatlanok.
Molekuláris kristályrácsok
Molekuláris kristályrácsoknak nevezzük, amelyek csomópontjaiban molekulák találhatók. A kémiai kötések ezekben a molekulákban lehetnek polárisak (HCl, H 2 O) és nem polárisak (N 2, O 2). Annak ellenére, hogy a molekulákon belüli atomokat nagyon erős kovalens kötések kötik, az intermolekuláris vonzás gyenge erői maguk között a molekulák között hatnak. Ezért a molekuláris kristályrácsokkal rendelkező anyagok alacsony keménységűek, alacsony olvadáspontúak és illékonyak. A legtöbb szilárd szerves vegyület molekuláris kristályrácsokkal rendelkezik (naftalin, glükóz, cukor).
Molekuláris kristályrács (szén-dioxid) Fém kristályrácsok
Anyagok a fémes kötés fémes kristályrácsokkal rendelkeznek. Az ilyen rácsok csomópontjainál vannak atomok és ionok(akár atomok, akár ionok, amelyekbe a fématomok könnyen átalakulnak, külső elektronjaikat „általános használatra” adva). A fémek ilyen belső szerkezete meghatározza jellemző fizikai tulajdonságaikat: alakíthatóság, plaszticitás, elektromos és hővezető képesség, valamint jellegzetes fémes fényesség.
csaló lapok
