O moleculă în care centrele de greutate ale secțiunilor încărcate pozitiv și negativ nu coincid se numește dipol. Să definim conceptul de „dipol”.
Dipol - un set de două egale ca mărime opuse sarcini electrice situate la oarecare distanta unele de altele.
Molecula de hidrogen H2 nu este un dipol (Fig. 50 A), iar molecula de acid clorhidric este un dipol (Fig. 50 b). Molecula de apă este, de asemenea, un dipol. Perechile de electroni din H 2 O sunt deplasate într-o măsură mai mare de la atomii de hidrogen la atomul de oxigen.
Centrul de greutate al sarcinii negative este situat lângă atomul de oxigen, iar centrul de greutate al sarcinii pozitive este situat lângă atomii de hidrogen.
Într-o substanță cristalină, atomii, ionii sau moleculele sunt într-o ordine strictă.
Se numește locul unde se află o astfel de particulă nodul rețelei cristaline. Poziția atomilor, ionilor sau moleculelor în nodurile rețelei cristaline este prezentată în fig. 51.
în g
Orez. 51. Modele de rețele cristaline (este prezentat un plan al unui cristal în vrac): A) covalent sau atomic (diamant C, siliciu Si, cuarţ SiO2); b) ionic (NaCI); în) moleculară (gheață, I 2); G) metalice (Li, Fe). În modelul rețelei metalice, punctele denotă electroni
După tipul de legătură chimică între particule rețele cristalineîmpărțite în covalente (atomice), ionice și metalice. Există un alt tip de rețea cristalină - moleculară. Într-o astfel de rețea, moleculele individuale sunt ținute de fortele de atractie intermoleculara.
Cristale ionice(Fig. 51 b) conțin ioni încărcați pozitiv și negativ la locurile rețelei cristaline. Rețeaua cristalină este construită în așa fel încât forțele de atracție electrostatică ale ionilor cu încărcare opusă și forțele de respingere ale ionilor cu încărcare similară sunt echilibrate. Astfel de rețele cristaline sunt caracteristice unor compuși precum LiF, NaCl și mulți alții.
cristale moleculare(Fig. 51 în) conțin molecule dipol la locurile cristalului, care sunt ținute unul față de celălalt de forțe de atracție electrostatică, cum ar fi ionii dintr-o rețea cristalină ionică. De exemplu, gheața este o rețea cristalină moleculară formată din dipoli de apă. Pe fig. 51 în simbolurile nu sunt date pentru încărcături, pentru a nu supraîncărca cifra.
cristal metalic(Fig. 51 G) conține ioni încărcați pozitiv la locurile rețelei. Unii dintre electronii exteriori se mișcă liber între ioni. " e-gaz„deține ioni încărcați pozitiv în nodurile rețelei cristaline.. La impact, metalul nu se înțeapă ca gheața, cuarțul sau un cristal de sare, ci doar își schimbă forma. Electronii, datorită mobilității lor, au timp să se miște în acest moment. de impact și menține ionii într-o nouă poziție.De aceea, forjarea metalelor și a plasticului, se îndoaie fără a se rupe.
Orez. 52. Structura oxidului de siliciu: A) cristalin; b) amorf. Punctele negre indică atomi de siliciu, cercurile deschise indică atomi de oxigen. Planul cristalului este reprezentat, astfel încât a patra legătură la atomul de siliciu nu este indicată. Linia întreruptă marchează ordinea pe distanță scurtă în dezordinea unei substanțe amorfe
Într-o substanță amorfă, periodicitatea tridimensională a structurii, care este caracteristică stării cristaline, este încălcată (Fig. 52 b).
Lichide și gaze se deosebesc de corpurile cristaline şi amorfe prin mişcarea aleatorie a atomilor şi
molecule. În lichide, forțele atractive sunt capabile să țină microparticulele unele față de altele la distanțe apropiate, proporționale cu distanțele dintr-un corp solid. În gaze, interacțiunea atomilor și moleculelor este practic absentă, prin urmare, gazele, spre deosebire de lichide, ocupă întregul volum care le este oferit. Un mol de apă lichidă la 100 0 C ocupă un volum de 18,7 cm 3, iar un mol de vapori de apă saturaţi 30.000 cm 3 la aceeaşi temperatură. 
Orez. 53. Diferite tipuri de interacțiuni ale moleculelor din lichide și gaze: A) dipol–dipol; b) dipol–non-dipol; în) non-dipol–non-dipol
Spre deosebire de solide, moleculele din lichide și gaze se mișcă liber. Ca urmare a mișcării, acestea sunt orientate într-un anumit fel. De exemplu, în fig. 53 a,b. se arată modul în care moleculele dipol interacționează, precum și moleculele nepolare cu moleculele dipol din lichide și gaze.
Când un dipol se apropie de un dipol, moleculele se rotesc ca urmare a atracției și respingerii. Partea încărcată pozitiv a unei molecule este situată lângă partea încărcată negativ a alteia. Așa interacționează dipolii în apa lichidă.
Când două molecule nepolare (non-dipoli) se apropie una de cealaltă la distanțe destul de apropiate, ele se influențează reciproc (Fig. 53). în). Moleculele sunt reunite prin învelișuri de electroni încărcate negativ care acoperă nucleele. Carcasi electronice sunt deformate astfel încât există o apariție temporară a centrilor pozitivi și negativi într-una și cealaltă moleculă și sunt atrase reciproc unul de celălalt. Este suficient ca moleculele să se disperseze, pe măsură ce dipolii temporari devin din nou molecule nepolare.
Un exemplu este interacțiunea dintre moleculele de hidrogen gazos. (Fig. 53 în).
3.2. Clasificare substanțe anorganice. Substanțe simple și complexe
LA începutul XIX secol chimist suedez Berzelius a sugerat ca substantele obtinute din organismele vii sa fie numite organic. Au fost numite substanțe caracteristice naturii neînsuflețite anorganic sau mineral(derivate din minerale).
Toate substanțele solide, lichide și gazoase pot fi împărțite în simple și complexe.
Substanțele sunt numite simple, constând din atomi ai unui element chimic.
De exemplu, hidrogenul, bromul și fierul la temperatura camerei și presiunea atmosferică sunt substanțe simple care sunt, respectiv, în stare gazoasă, lichidă și solidă (Fig. 54). a B C).
Hidrogenul gazos H 2 (g) și bromul lichid Br 2 (l) constau din molecule biatomice. Fierul solid Fe(t) există sub forma unui cristal cu o rețea cristalină metalică.
Substanțele simple sunt împărțite în două grupe: nemetale și metale.
A) b) în)
Orez. 54. Substante simple: A) hidrogen gazos. Este mai usoara decat aerul, asa ca eprubeta este astupata si intoarsa cu susul in jos; b) brom lichid (de obicei depozitat în fiole sigilate); în) pulbere de fier
Nemetalele sunt substanțe simple cu o rețea cristalină covalentă (atomică) sau moleculară în stare solidă.
La temperatura camerei, o rețea cristalină covalentă (atomică) este caracteristică unor nemetale precum borul B(t), carbonul C(t), siliciul Si(t). Rețeaua cristalină moleculară are fosfor alb P (t), sulf S (t), iod I 2 (t). Unele nemetale doar la temperaturi foarte scăzute trec într-o stare lichidă sau solidă de agregare. În condiții normale, acestea sunt gaze. Astfel de substanțe includ, de exemplu, hidrogen H2 (g), azot N2 (g), oxigen O2 (g), fluor F2 (g), clor Cl2 (g), heliu He (g), neon Ne (d), argon Ar(d). La temperatura camerei, bromul molecular Br 2 (l) există sub formă lichidă.
Metalele sunt substanțe simple cu o rețea cristalină metalică în stare solidă.
Acestea sunt substanțe maleabile, ductile, care au un luciu metalic și sunt capabile să conducă căldura și electricitatea.
Aproximativ 80% dintre articole Sistem periodic formează metale simple. La temperatura camerei, metalele sunt solide. De exemplu, Li(t), Fe(t). Doar mercurul, Hg (l) este un lichid care se solidifică la -38,89 0 С.
Compușii sunt substanțe care sunt formate din atomi de diferite elemente chimice.
Atomii elementelor dintr-o substanță complexă sunt legați prin relații constante și bine definite.
De exemplu, apa H 2 O este o substanță complexă. Molecula sa conține atomi a două elemente. Apa conține întotdeauna, oriunde pe Pământ, 11,1% hidrogen și 88,9% oxigen în masă.
În funcție de temperatură și presiune, apa poate fi în stare solidă, lichidă sau gazoasă, care este indicată în dreapta formula chimica substanțe - H 2 O (g), H 2 O (g), H 2 O (t).
În practică, noi, de regulă, nu ne ocupăm de substanțe pure, ci de amestecurile lor.
Un amestec este o combinație compuși chimici compoziție și structură diferite
Să reprezentăm substanțele simple și complexe, precum și amestecurile lor sub forma unei diagrame:
Simplu
nemetale
emulsii
Fundații
substante complexe in Chimie anorganică subdivizată în oxizi, baze, acizi și săruri.
oxizi
Există oxizi de metale și nemetale. Oxizii metalici sunt compuși cu legături ionice. În stare solidă, ele formează rețele cristaline ionice.
Oxizi nemetalici- compuşi cu legături chimice covalente.
Oxizii sunt substanțe complexe formate din atomi a două elemente chimice, dintre care unul este oxigenul, a cărui stare de oxidare este -2.
Mai jos sunt formulele moleculare și structurale ale unor oxizi de nemetale și metale.
Formula moleculară Formula structurală
CO 2 - monoxid de carbon (IV) O \u003d C \u003d O
SO 2 - oxid de sulf (IV)
SO 3 - oxid de sulf (VI)
SiO 2 - oxid de siliciu (IV)
Na 2 O - oxid de sodiu
CaO - oxid de calciu
K 2 O - oxid de potasiu, Na 2 O - oxid de sodiu, Al 2 O 3 - oxid de aluminiu. Potasiul, sodiul și aluminiul formează câte un oxid.
Dacă un element are mai multe stări de oxidare, există mai mulți oxizi ai săi. În acest caz, după denumirea oxidului, gradul de oxidare al elementului este indicat printr-o cifră romană între paranteze. De exemplu, FeO este oxid de fier (II), Fe 2 O 3 este oxid de fier (III).
Pe lângă denumirile formate conform regulilor nomenclaturii internaționale, se folosesc denumiri tradiționale rusești pentru oxizi, de exemplu: CO 2 monoxid de carbon (IV) - dioxid de carbon
, CO monoxid de carbon (II) – monoxid de carbon,
CaO oxid de calciu - var nestins, SiO 2 oxid de siliciu– cuarț, silice, nisip.
Există trei grupe de oxizi, care diferă în proprietăți chimice, - bazic, acidși amfoter(altă greacă , - amândoi, dual).
Oxizii bazici format din elemente din principalele subgrupe ale grupelor I și II ale sistemului periodic (starea de oxidare a elementelor este +1 și +2), precum și elemente ale subgrupurilor secundare, a căror stare de oxidare este și +1 sau + 2. Toate aceste elemente sunt metale, deci oxizii bazici sunt oxizi metalici, de exemplu:
Li 2 O - oxid de litiu
MgO - oxid de magneziu
CuO - oxid de cupru (II).
Oxizii bazici corespund bazelor.
Oxizii acizi
format din nemetale și metale, a căror stare de oxidare este mai mare de +4, de exemplu:
CO 2 - monoxid de carbon (IV)
SO 2 - oxid de sulf (IV)
SO 3 - oxid de sulf (VI)
P 2 O 5 - oxid de fosfor (V)
Oxizii acizilor corespund acizilor.
Oxizi amfoteri
format din metale, a căror stare de oxidare este +2, +3, uneori +4, de exemplu:
ZnO - oxid de zinc
Al 2 O 3 - oxid de aluminiu
Oxizii amfoteri corespund hidroxizilor amfoteri.
În plus, există un grup mic de așa-numitele oxizi indiferenti:
N 2 O - oxid nitric (I)
NO - oxid nitric (II)
CO - monoxid de carbon (II)
Trebuie remarcat faptul că unul dintre cei mai importanți oxizi de pe planeta noastră este oxidul de hidrogen, cunoscut sub numele de apă H 2 O.
Fundații
În secțiunea „Oxizi”, s-a menționat că bazele corespund oxizilor bazici:
Oxid de sodiu Na 2 O - hidroxid de sodiu NaOH.
Oxid de calciu CaO - hidroxid de calciu Ca (OH) 2.
Oxid de cupru CuO - hidroxid de cupru Cu (OH) 2
Bazele sunt substanțe complexe formate dintr-un atom de metal și una sau mai multe grupări hidroxo -OH.
Bazele sunt solide cu o rețea cristalină ionică.
Când sunt dizolvate în apă, cristalele de baze solubile ( alcaline) sunt distruse prin acțiunea moleculelor polare de apă și se formează ionii:
NaOH(t) Na + (soluție) + OH - (soluție)
O înregistrare similară a ionilor: Na + (soluție) sau OH - (soluție) înseamnă că ionii sunt în soluție.
Numele fundației include cuvântul hidroxidși nume rusesc metal in cazul genitiv. De exemplu, NaOH este hidroxid de sodiu, Ca (OH)2 este hidroxid de calciu.
Dacă metalul formează mai multe baze, atunci starea de oxidare a metalului este indicată în nume cu o cifră romană între paranteze. De exemplu: Fe (OH) 2 - hidroxid de fier (II), Fe (OH) 3 - hidroxid de fier (III).
În plus, există nume tradiționale pentru unele motive:
NaOH- sodă caustică, caustică sifon
KOH - potasiu caustic
Ca (OH) 2 - var stins, apa de var
R
Bazele solubile în apă se numesc alcalii
Distinge baze solubile și insolubile în apă.
Aceștia sunt hidroxizi metalici din principalele subgrupe ale grupelor I și II, cu excepția hidroxizilor de Be și Mg.
La hidroxizi amfoteri se aplica,
HCl (g) H + (soluție) + Cl - (soluție)
Acizii sunt numiți substanțe complexe, care includ atomi de hidrogen care pot fi înlocuiți sau schimbați cu atomi de metal și reziduuri acide.
În funcție de prezența sau absența atomilor de oxigen în moleculă, anoxic și conţinând oxigen acizi.
Pentru a numi acizii fără oxigen, se adaugă o literă la numele rusesc al unui nemetal - despre-și cuvântul hidrogen :
HF - acid fluorhidric
HCl - acid clorhidric
HBr - acid bromhidric
HI - acid iodhidric
H2S - acid hidrosulfurat
Denumiri tradiționale pentru unii acizi:
Acid clorhidric- acid clorhidric; HF- acid hidrofloric
Pentru a numi acizii care conțin oxigen, terminațiile sunt adăugate la rădăcina numelui rusesc al unui nemetal - nu,
-ovaya dacă nemetalul este în cel mai înalt grad oxidare. Cea mai mare stare de oxidare coincide cu numărul grupului în care se află elementul nemetalic:
H2S04 - ser naya acid
HNO 3 - azot naya acid
HClO 4 - clor naya acid
HMnO 4 - mangan nou acid
Dacă un element formează acizi în două stări de oxidare, atunci terminația este folosită pentru a numi acidul corespunzător stării inferioare de oxidare a elementului - Adevărat:
H2SO3 - capră Adevărat acid
HNO 2 - azot Adevărat acid
În funcție de numărul de atomi de hidrogen dintr-o moleculă, monobază(HCl, HNO3), dibazic(H2S04), tribazic acizi (H3PO4).
Mulți acizi care conțin oxigen sunt formați prin interacțiunea oxizilor acizi corespunzători cu apa. Oxidul corespunzător unui anumit acid se numește al său anhidridă:
Dioxid de sulf SO 2 - acid sulfuros H 2 SO 3
Anhidrida sulfurica SO 3 - acid sulfuric H2SO4
Anhidrida azota N 2 O 3 - acid azotat HNO 2
Anhidridă azotică N 2 O 5 - acid azotic HNO 3
Anhidridă fosforică P 2 O 5 - acid fosforic H 3 PO 4
Rețineți că stările de oxidare ale unui element din oxid și acidul corespunzător sunt aceleași.
Dacă un element în aceeași stare de oxidare formează mai mulți acizi care conțin oxigen, atunci la numele acidului cu un conținut mai mic de atomi de oxigen se adaugă prefixul „”. meta", cu conținut ridicat de oxigen - prefix " orto". De exemplu:
HPO 3 - acid metafosforic
H3PO4 - acid ortofosforic, care este adesea denumit simplu acid fosforic
H 2 SiO 3 - acid metasilicic, numit de obicei acid silicic
H 4 SiO 4 - acid ortosilicic.
Acizii silicici nu se formează prin interacțiunea SiO 2 cu apa, se obțin într-un mod diferit.
DIN
Sărurile sunt substanțe complexe formate din atomi de metal și reziduuri acide.
oli
NaNO 3 - azotat de sodiu
CuSO 4 - sulfat de cupru (II)
CaCO 3 - carbonat de calciu
Când sunt dizolvate în apă, cristalele de sare sunt distruse, se formează ioni:
NaNO 3 (t) Na + (soluție) + NO 3 - (soluție).
Sărurile pot fi considerate ca produse ale înlocuirii complete sau parțiale a atomilor de hidrogen dintr-o moleculă acidă cu atomi de metal sau ca produse ale înlocuirii complete sau parțiale a grupărilor hidroxo de bază cu reziduuri acide.
Odată cu înlocuirea completă a atomilor de hidrogen, săruri medii: Na2S04, MgCI2. . Cu substituție parțială, săruri acide (hidrosăruri) NaHSO4 și săruri bazice (hidroxosăruri) MgOHCI.
Conform regulilor nomenclaturii internaționale, denumirile sărurilor sunt formate din numele reziduului acid în cazul nominativ și numele rusesc al metalului în cazul genitiv (Tabelul 12):
NaNO 3 - azotat de sodiu
CuSO 4 - sulfat de cupru(II).
CaCO 3 - carbonat de calciu
Ca 3 (RO 4) 2 - ortofosfat de calciu
Na 2 SiO 3 - silicat de sodiu
Numele reziduului de acid este derivat din rădăcina numelui latin al elementului care formează acid (de exemplu, nitrogenium - azot, rădăcina nitr-) și desinențe:
-la pentru cea mai înaltă stare de oxidare, -aceasta pentru o stare de oxidare mai scăzută a elementului care formează acid (Tabelul 12).
Tabelul 12
Denumiri de acizi și săruri
| Numele acidului | Formula acidă | Numele sărurilor | Exemple Soleil |
| Clorura de hidrogen (sare) | acid clorhidric | cloruri | AgCl clorura de argint |
| Sulfat de hidrogen | H2S | sulfuri | FeS Sulf id fier (II) |
| sulfuros | H2SO3 | Sulfiți | Na2S03Sulf aceasta sodiu |
| sulfuric | H2SO4 | sulfați | K 2 SO 4 Sulf la potasiu |
| azotat | HNO 2 | Nitriți | LiNO 2 Nitr aceasta litiu |
| Azot | HNO3 | Nitrați | Al(NO3)3 Nitr la aluminiu |
| ortofosforic | H3PO4 | Ortofosfați | Ca 3 (PO 4) 2 Ortofosfat de calciu |
| Cărbune | H2CO3 | Carbonați | Na 2 CO 3 Carbonat de sodiu |
| Siliciu | H2SiO3 | silicati | Na2SiO3Silicat de sodiu |
NaHSO 4 - sulfat acid de sodiu
NaHS - hidrosulfură de sodiu
Numele sărurilor de bază se formează prin adăugarea prefixului " hidroxo„: MgOHCI - hidroxoclorura de magneziu.
În plus, multe săruri au denumiri tradiționale, cum ar fi:
Na 2 CO 3 - sifon;
NaHCO3 - sifon alimentar (de băut);
CaCO 3 - cretă, marmură, calcar.
Teoria atomo-moleculară a fost dezvoltată și aplicată pentru prima dată în chimie de marele om de știință rus M.V. Lomonosov. Principalele prevederi ale acestei doctrine sunt expuse în lucrarea „Elemente de chimie matematică” (1741) și o serie de altele. Esența învățăturilor lui Lomonosov poate fi redusă la următoarele prevederi.
1. Toate substanțele constau din „corpusculi” (cum a numit Lomonosov molecule).
2. Moleculele constau din „elemente” (cum a numit Lomonosov atomi).
3. Particulele - molecule și atomi - sunt în mișcare continuă. Starea termică a corpurilor este rezultatul mișcării particulelor lor.
4. Moleculele de substanțe simple constau din atomi identici, molecule substanțe complexe din atomi diferiți.
La 67 de ani după Lomonosov, omul de știință englez John Dalton a aplicat doctrina atomistă în chimie. El a subliniat principiile de bază ale atomismului în cartea „ Sistem nou filozofia chimică "(1808). Practic, învățătura lui Dalton repetă învățăturile lui Lomonosov. Cu toate acestea, Dalton a negat existența moleculelor în substanțe simple, ceea ce, în comparație cu învățăturile lui Lomonosov, este un pas înapoi. Potrivit lui Dalton, substanțele simple constau numai de atomi, și numai de substanțe complexe - de „atomi complecși" (în sensul modern - molecule). Doctrina atomo-moleculară în chimie a fost în cele din urmă stabilită numai în mijlocul al XIX-leaîn. La congresul internațional al chimiștilor de la Karlsruhe din 1860, au fost adoptate definiții ale conceptelor de moleculă și atom.
O moleculă este cea mai mică particulă a unei substanțe date care are proprietățile sale chimice. Proprietăți chimice moleculele sunt determinate de compoziția și structura chimică a acesteia.
Un atom este cea mai mică particulă a unui element chimic care face parte din moleculele unor substanțe simple și complexe. Proprietățile chimice ale unui element sunt determinate de structura atomului său. De aici rezultă definiția atomului, corespunzătoare ideilor moderne:
Un atom este o particulă neutră din punct de vedere electric compusă dintr-o particulă încărcată pozitiv nucleul atomicși electroni încărcați negativ.
Conform ideilor moderne, substanțele în stare gazoasă și vaporoasă sunt compuse din molecule. În stare solidă, moleculele constau numai din substanțe a căror rețea cristalină are o structură moleculară. Majoritatea substanțelor anorganice solide nu au o structură moleculară: rețeaua lor nu este formată din molecule, ci din alte particule (ioni, atomi); ele există sub formă de macrocorpi (un cristal de clorură de sodiu, o bucată de cupru etc.). Sărurile, oxizii metalici, diamantul, siliciul, metalele nu au o structură moleculară.
Teoria atomică și moleculară a făcut posibilă explicarea conceptelor și legilor de bază ale chimiei. Din punctul de vedere al teoriei atomice și moleculare, fiecare element este numit element chimic. vedere separată atomi. Cea mai importantă caracteristică a unui atom este sarcina pozitivă a nucleului său, numeric egală cu numărul ordinal al elementului. Valoarea sarcinii nucleului servește ca o trăsătură distinctivă pentru diferite tipuri de atomi, ceea ce ne permite să oferim o definiție mai completă a conceptului de element:
Element chimic Un anumit tip de atom cu aceeași sarcină nucleară pozitivă.
Sunt cunoscute 107 elemente. În prezent, se lucrează în continuare la producția artificială de elemente chimice cu numere de serie mai mari.
Toate elementele sunt de obicei împărțite în metale și nemetale. Totuși, această împărțire este condiționată. O caracteristică importantă a elementelor este abundența lor în scoarța terestră, adică. în învelișul solid superior al Pământului, a cărui grosime se presupune în mod convențional a fi de 16 km. Distribuția elementelor în scoarța terestră este studiată de geochimie, știința chimiei pământului. Geochimistul A.P. Vinogradov a întocmit un tabel al mediei compoziție chimică Scoarta terestra. Conform acestor date, cel mai comun element este oxigenul - 47,2% din masa scoarței terestre, urmat de siliciu - 27,6, aluminiu - 8,80, fier -5,10, calciu - 3,6, sodiu - 2,64, potasiu - 2,6, magneziu - 2,10, hidrogen - 0,15%.
Legătura chimică covalentă, varietățile și mecanismele de formare ale acesteia. Caracteristicile unei legături covalente (polaritatea și energia de legătură). Legătură ionică. Conexiune metalica. legătură de hidrogen
Doctrina legăturii chimice este baza întregii chimie teoretice.
O legătură chimică este o astfel de interacțiune a atomilor care îi leagă în molecule, ioni, radicali, cristale.
Există patru tipuri de legături chimice: ionice, covalente, metalice și hidrogen.
Împărțirea legăturilor chimice în tipuri este condiționată, deoarece toate sunt caracterizate de o anumită unitate.
O legătură ionică poate fi considerată ca fiind cazul limită al unei legături polare covalente.
O legătură metalică combină interacțiunea covalentă a atomilor cu ajutorul electronilor împărtășiți și atracția electrostatică dintre acești electroni și ionii metalici.
În substanțe, adesea nu există cazuri limitative de legături chimice (sau legături chimice pure).
De exemplu, fluorura de litiu $LiF$ este clasificată ca un compus ionic. De fapt, legătura din acesta este de 80%$ ionică și 20%$ covalentă. Prin urmare, este evident mai corect să vorbim despre gradul de polaritate (ionicitate) al unei legături chimice.
În seria de halogenuri de hidrogen $HF—HCl—HBr—HI—HAt$, gradul de polaritate al legăturii scade, deoarece diferența dintre valorile electronegativității atomilor de halogen și hidrogen scade, iar în astatin legătura devine aproape nepolar $(EO(H) = 2,1; EO(At) = 2,2)$.
În aceleași substanțe pot fi conținute diferite tipuri de legături, de exemplu:
- în baze: între atomii de oxigen și hidrogen din grupările hidroxo, legătura este covalentă polară, iar între metal și gruparea hidroxo este ionică;
- în sărurile acizilor care conţin oxigen: între atomul nemetal şi oxigenul reziduului acid - polar covalent, iar între metal şi restul acid - ionic;
- în sărurile de amoniu, metilamoniu etc.: între atomii de azot și hidrogen - polar covalent și între ionii de amoniu sau metilamoniu și un reziduu acid - ionic;
- în peroxizii metalici (de exemplu, $Na_2O_2$), legătura dintre atomii de oxigen este covalentă nepolară, iar între metal și oxigen este ionică și așa mai departe.
Diferite tipuri de conexiuni pot trece una în alta:
- la disociere electroliticăîn apa compușilor covalenti, legătura polară covalentă devine ionică;
- în timpul evaporării metalelor, legătura metalică se transformă într-o covalentă nepolară etc.
Motivul unității tuturor tipurilor și tipurilor de legături chimice este natura lor chimică identică - interacțiunea electron-nuclear. Formarea unei legături chimice este în orice caz rezultatul unei interacțiuni electron-nucleare a atomilor, însoțită de eliberarea de energie.
Metode pentru formarea unei legături covalente. Caracteristicile unei legături covalente: lungimea legăturii și energia
O legătură chimică covalentă este o legătură care are loc între atomi datorită formării perechilor de electroni comuni.
Mecanismul de formare a unei astfel de legături poate fi de schimb și donor-acceptor.
eu. mecanism de schimb acționează atunci când atomii formează perechi de electroni comuni prin combinarea electronilor neperechi.
1) $H_2$ - hidrogen:
Legătura apare ca urmare a formării unei perechi de electroni comune de către $s$-electroni ai atomilor de hidrogen (suprapunerea $s$-orbitali):
2) $HCl$ - acid clorhidric:
Legătura apare ca urmare a formării unei perechi de electroni comune de $s-$ și $p-$electroni (suprapunerea $s-p-$orbitali):
3) $Cl_2$: într-o moleculă de clor se formează o legătură covalentă datorită $p-$electronilor nepereche (suprapune $p-p-$orbitali):
4) $N_2$: trei perechi de electroni comuni se formează între atomi dintr-o moleculă de azot:
II. Mecanismul donor-acceptor Să luăm în considerare formarea unei legături covalente folosind exemplul ionului de amoniu $NH_4^+$.
Donatorul are o pereche de electroni, acceptorul are un orbital gol pe care această pereche îl poate ocupa. În ionul de amoniu, toate cele patru legături cu atomii de hidrogen sunt covalente: trei s-au format datorită creării de perechi de electroni comuni de către atomul de azot și atomii de hidrogen prin mecanismul de schimb, una - prin mecanismul donor-acceptator.
Legăturile covalente pot fi clasificate după modul în care se suprapun orbitalii electronilor, precum și prin deplasarea lor la unul dintre atomii legați.
legături chimice, care rezultă din suprapunerea orbitalilor de electroni de-a lungul liniei de comunicație, se numesc $σ$ -legături (legături sigma). Legătura sigma este foarte puternică.
$p-$orbitalii se pot suprapune în două regiuni, formând o legătură covalentă prin suprapunere laterală:
Legături chimice formate ca urmare a suprapunerii „laterale” a orbitalilor de electroni în afara liniei de comunicație, adică. în două regiuni se numesc $π$ -legaturi (pi-legaturi).
De gradul de părtinire perechile de electroni comuni la unul dintre atomii pe care îi leagă, poate fi o legătură covalentă polarși nepolar.
O legătură chimică covalentă formată între atomi cu aceeași electronegativitate se numește nepolar. Perechile de electroni nu sunt deplasate la niciunul dintre atomi, deoarece atomii au același ER - proprietatea de a trage electronii de valență spre ei de la alți atomi. De exemplu:
acestea. moleculele se formează printr-o legătură covalentă nepolară substanțe simple nemetalice. O legătură chimică covalentă între atomii elementelor a căror electronegativitate diferă se numește polar.
Lungimea și energia unei legături covalente.
caracteristică proprietățile legăturii covalente este lungimea și energia sa. Lungimea link-ului este distanța dintre nucleele atomilor. O legătură chimică este mai puternică cu cât lungimea ei este mai mică. Cu toate acestea, măsura rezistenței legăturii este energie de legătură, care este determinată de cantitatea de energie necesară pentru a rupe legătura. Se măsoară de obicei în kJ/mol. Astfel, conform datelor experimentale, lungimile legăturilor moleculelor $H_2, Cl_2$ și $N_2$ sunt $0,074, 0,198$ și, respectiv, $0,109$ nm, iar energiile de legare sunt $436, 242$ și $946$ kJ/ mol, respectiv.
Ioni. Legătură ionică
Imaginează-ți că doi atomi „se întâlnesc”: un atom de metal din grupa I și un atom nemetal din grupa VII. Un atom de metal are un singur electron în nivelul său de energie exterior, în timp ce unui atom nemetalic îi lipsește doar un electron pentru a-și completa nivelul exterior.
Primul atom îi va da cu ușurință celui de-al doilea electronul său, care este departe de nucleu și slab legat de acesta, iar al doilea îi va da loc liber la nivelul său electronic exterior.
Apoi, un atom, lipsit de una dintre sarcinile sale negative, va deveni o particulă încărcată pozitiv, iar a doua se va transforma într-o particulă încărcată negativ datorită electronului primit. Astfel de particule sunt numite ionii.
Legătura chimică care are loc între ioni se numește ionică.
Luați în considerare formarea acestei legături folosind binecunoscutul compus clorură de sodiu (sare de masă) ca exemplu:
Procesul de transformare a atomilor în ioni este prezentat în diagramă:
O astfel de transformare a atomilor în ioni are loc întotdeauna în timpul interacțiunii atomilor de metale tipice și nemetale tipice.
Luați în considerare algoritmul (secvența) raționamentului atunci când înregistrați formarea unei legături ionice, de exemplu, între atomii de calciu și clor:
Se numesc numere care arată numărul de atomi sau molecule coeficienți, iar numerele care arată numărul de atomi sau ioni dintr-o moleculă sunt numite indici.
conexiune metalica
Să ne familiarizăm cu modul în care atomii elementelor metalice interacționează între ei. Metalele nu există de obicei sub formă de atomi izolați, ci sub formă de bucată, lingou sau produs metalic. Ce ține atomii de metal împreună?
Atomii majorității metalelor de la nivelul exterior conțin nr număr mare electroni - $1, 2, 3$. Acești electroni sunt ușor detașați, iar atomii sunt transformați în ioni pozitivi. Electronii detașați se deplasează de la un ion la altul, legându-i într-un singur întreg. Conectându-se cu ionii, acești electroni formează temporar atomi, apoi se desprind din nou și se combină cu un alt ion și așa mai departe. În consecință, în volumul unui metal, atomii sunt transformați continuu în ioni și invers.
Legătura metalelor dintre ioni prin intermediul electronilor socializați se numește metalică.
Figura prezintă schematic structura unui fragment de sodiu metalic.
În acest caz, un număr mic de electroni socializați leagă un număr mare de ioni și atomi.
Legătura metalică are o oarecare asemănare cu legătura covalentă, deoarece se bazează pe împărțirea electronilor exteriori. Cu toate acestea, într-o legătură covalentă, electronii exteriori nepereche ai doar doi atomi vecini sunt socializați, în timp ce într-o legătură metalică, toți atomii iau parte la socializarea acestor electroni. De aceea, cristalele cu o legătură covalentă sunt fragile, în timp ce cele cu o legătură metalică sunt, de regulă, plastice, conductoare electric și au o strălucire metalică.
Legătura metalică este caracteristică atât metalelor pure, cât și amestecurilor de diferite metale - aliaje care sunt în stare solidă și lichidă.
legătură de hidrogen
O legătură chimică între atomii de hidrogen polarizați pozitiv ai unei molecule (sau a unei părți a acesteia) și atomii polarizați negativ ai elementelor puternic electronegative având perechi de electroni singuri ($F, O, N$ și mai rar $S$ și $Cl$), o altă molecula (sau părțile sale) se numește hidrogen.
Mecanismul de formare a legăturii de hidrogen este parțial electrostatic, parțial donor-acceptor.
Exemple de legături de hidrogen intermoleculare:
În prezența unei astfel de legături, chiar și substanțele cu greutate moleculară mică pot fi în condiții normale lichide (alcool, apă) sau gaze ușor de lichefiat (amoniac, fluorură de hidrogen).
Substanțele cu o legătură de hidrogen au rețele moleculare de cristal.
Substanțe cu structură moleculară și nemoleculară. Tip de rețea cristalină. Dependența proprietăților substanțelor de compoziția și structura lor
Structura moleculară și nemoleculară a substanțelor
LA interacțiuni chimice nu intră atomi sau molecule individuali, ci substanțe. O substanță în condiții date poate fi în una dintre cele trei stări de agregare: solidă, lichidă sau gazoasă. Proprietățile unei substanțe depind și de natura legăturii chimice dintre particulele care o formează - molecule, atomi sau ioni. După tipul de legătură, se disting substanțele cu structură moleculară și nemoleculară.
Substanțele formate din molecule se numesc substanțe moleculare. Legăturile dintre moleculele din astfel de substanțe sunt foarte slabe, mult mai slabe decât între atomii din interiorul unei molecule și deja la temperaturi relativ scăzute se rup - substanța se transformă într-un lichid și apoi într-un gaz (sublimare cu iod). Punctele de topire și de fierbere ale substanțelor formate din molecule cresc odată cu creșterea greutate moleculară.
La substanțe moleculare includ substanțe cu structură atomică ($C, Si, Li, Na, K, Cu, Fe, W$), printre acestea se numără metale și nemetale.
Considera proprietăți fizice Metale alcaline. Rezistența relativ scăzută a legăturii dintre atomi determină o rezistență mecanică scăzută: metalele alcaline sunt moi și pot fi tăiate cu ușurință cu un cuțit.
Dimensiunile mari ale atomilor duc la o densitate scazuta a metalelor alcaline: litiul, sodiul si potasiul sunt chiar mai usoare decat apa. În grupul metalelor alcaline, punctele de fierbere și de topire scad odată cu creșterea numărului ordinal al elementului, deoarece. dimensiunea atomilor crește și legăturile se slăbesc.
La substanțe nemoleculare structurile includ compuși ionici. Majoritatea compușilor metalelor cu nemetale au această structură: toate sărurile ($NaCl, K_2SO_4$), unele hidruri ($LiH$) și oxizi ($CaO, MgO, FeO$), baze ($NaOH, KOH$). Substanțele ionice (nemoleculare) au puncte de topire și de fierbere ridicate.
Grile de cristal
O substanță, după cum știm, poate exista în trei stări de agregare: gazos, lichid și solid.
Solide: amorfe și cristaline.
Luați în considerare modul în care caracteristicile legăturilor chimice afectează proprietățile solidelor. Solidele sunt împărțite în cristalinși amorf.
Substanțele amorfe nu au un punct de topire clar - atunci când sunt încălzite, se înmoaie treptat și devin fluide. În stare amorfă, de exemplu, sunt plastilină și diverse rășini.
Substanțele cristaline se caracterizează prin aranjarea corectă a particulelor din care sunt compuse: atomi, molecule și ioni - în puncte strict definite din spațiu. Când aceste puncte sunt conectate prin linii drepte, se formează un cadru spațial, numit rețea cristalină. Punctele în care sunt localizate particulele de cristal se numesc noduri de rețea.
În funcție de tipul de particule situate la nodurile rețelei cristaline și de natura conexiunii dintre ele, se disting patru tipuri de rețele cristaline: ionic, atomic, molecularși metal.
Rețele cristaline ionice.
ionic numite rețele cristaline, în nodurile cărora se află ioni. Sunt formate din substanțe cu legătură ionică, care pot lega atât ionii simpli $Na^(+), Cl^(-)$, cât și complexi $SO_4^(2−), OH^-$. În consecință, sărurile, unii oxizi și hidroxizi ai metalelor au rețele cristaline ionice. De exemplu, un cristal de clorură de sodiu constă din alternanți $Na^+$ ioni pozitivi și $Cl^-$ negativi, formând o rețea în formă de cub. Legăturile dintre ionii dintr-un astfel de cristal sunt foarte stabile. Prin urmare, substanțele cu o rețea ionică se caracterizează prin duritate și rezistență relativ ridicate, sunt refractare și nevolatile.
Rețele cristaline atomice.
nuclear numite rețele cristaline, în nodurile cărora se află atomi individuali. În astfel de rețele, atomii sunt interconectați prin legături covalente foarte puternice. Un exemplu de substanțe cu acest tip de rețea cristalină este diamantul, una dintre modificările alotropice ale carbonului.
Majoritatea substanțelor cu rețea cristalină atomică au puncte de topire foarte mari (de exemplu, pentru diamant este peste $3500°C$), sunt puternice și dure, practic insolubile.
Rețele cristaline moleculare.
Molecular numite rețele cristaline, la nodurile cărora se află moleculele. Legăturile chimice din aceste molecule pot fi fie polare ($HCl, H_2O$) fie nepolare ($N_2, O_2$). În ciuda faptului că atomii din molecule sunt legați de legături covalente foarte puternice, există forțe slabe de atracție intermoleculară între molecule înseși. Prin urmare, substanțele cu rețele de cristal moleculare au duritate scăzută, puncte de topire scăzute și sunt volatile. Cel mai solid compusi organici au rețele cristaline moleculare (naftalină, glucoză, zahăr).
Rețele cristaline metalice.
Substante cu legatura metalica au rețele cristaline metalice. La nodurile unor astfel de rețele sunt atomi și ioni (fie atomi, fie ioni, în care atomii de metal se transformă ușor, dând electronii lor exteriori „la uz comun"). Astfel de structura interna metalele determină proprietățile fizice caracteristice ale acestora: ductilitate, ductilitate, conductivitate electrică și termică, luciu metalic caracteristic.
Structura moleculară și nemoleculară a substanțelor. Structura materiei
Nu atomii sau moleculele individuali intră în interacțiuni chimice, ci substanțele. Substanțele se disting prin tipul de legătură molecularși structură nemoleculară. Substanțele formate din molecule se numesc substanțe moleculare. Legăturile dintre moleculele din astfel de substanțe sunt foarte slabe, mult mai slabe decât între atomii din interiorul unei molecule și deja la temperaturi relativ scăzute se rup - substanța se transformă într-un lichid și apoi într-un gaz (sublimare cu iod). Punctele de topire și de fierbere ale substanțelor formate din molecule cresc odată cu creșterea greutății moleculare. La substanțe moleculare includ substanțe cu structură atomică (C, Si, Li, Na, K, Cu, Fe, W), printre acestea se numără metale și nemetale. La substanțe structură nemoleculară includ compuși ionici. Majoritatea compușilor metalelor cu nemetale au această structură: toate sărurile (NaCl, K 2 SO 4), unele hidruri (LiH) și oxizi (CaO, MgO, FeO), baze (NaOH, KOH). Substanțe ionice (nemoleculare). au puncte de topire și de fierbere ridicate.
Solide: amorfe și cristaline
Solidele sunt împărțite în cristalin şi amorf.
Substante amorfe nu au un punct de topire clar - atunci când sunt încălzite, se înmoaie treptat și devin fluide. În stare amorfă, de exemplu, sunt plastilină și diverse rășini.
Substante cristaline sunt caracterizate prin aranjarea corectă a particulelor din care sunt compuse: atomi, molecule și ioni - în puncte strict definite din spațiu. Când aceste puncte sunt conectate prin linii drepte, se formează un cadru spațial, numit rețea cristalină. Punctele în care sunt localizate particulele de cristal se numesc noduri de rețea. În funcție de tipul de particule situate la nodurile rețelei cristaline și de natura conexiunii dintre acestea, se disting patru tipuri de rețele cristaline: ionice, atomice, moleculare și metalice.
Rețelele cristaline se numesc ionice, în locurile cărora există ioni. Ele sunt formate din substanțe cu legătură ionică, care pot fi asociate atât cu ionii simpli Na +, Cl -, cât și cu complexul SO 4 2-, OH -. În consecință, sărurile, unii oxizi și hidroxizi ai metalelor au rețele cristaline ionice. De exemplu, un cristal de clorură de sodiu este construit din ioni alternativi pozitivi Na + și negativi Cl -, formând o rețea în formă de cub. Legăturile dintre ionii dintr-un astfel de cristal sunt foarte stabile. Prin urmare, substanțele cu o rețea ionică se caracterizează prin duritate și rezistență relativ ridicate, sunt refractare și nevolatile.
Rețea cristalină - a) și rețea amorfă - b).
Rețea cristalină - a) și rețea amorfă - b). Rețele cristaline atomice
nuclear numite rețele cristaline, în nodurile cărora se află atomi individuali. În astfel de rețele, atomii sunt legați între ei legături covalente foarte puternice. Un exemplu de substanțe cu acest tip de rețea cristalină este diamantul, una dintre modificările alotropice ale carbonului. Majoritatea substanțelor cu rețea cristalină atomică au puncte de topire foarte mari (de exemplu, în diamant este peste 3500 ° C), sunt puternice și dure, practic insolubile.
Rețele cristaline moleculare
Molecular numite rețele cristaline, la nodurile cărora se află moleculele. Legăturile chimice din aceste molecule pot fi atât polare (HCl, H2O) cât și nepolare (N2, O2). În ciuda faptului că atomii din molecule sunt legați prin legături covalente foarte puternice, între molecule acţionează forţe slabe de atracţie intermoleculară. Prin urmare, substanțele cu rețele de cristal moleculare au duritate scăzută, puncte de topire scăzute și sunt volatile. Majoritatea compușilor organici solizi au rețele moleculare cristaline (naftalină, glucoză, zahăr).
Rețea cristalină moleculară (dioxid de carbon) Rețele cristaline metalice
Substante cu legatura metalica au rețele cristaline metalice. La nodurile unor astfel de zăbrele sunt atomi și ioni(fie atomi, fie ioni, în care atomii de metal se transformă cu ușurință, dându-și electronii exteriori „pentru uz general”). O astfel de structură internă a metalelor determină proprietățile fizice caracteristice ale acestora: maleabilitatea, plasticitatea, conductivitatea electrică și termică și un luciu metalic caracteristic.
fițuici
