Ионная химическая связь образуется. Неорганическая химия

СТРОЕНИЕ ВЕЩЕСТВА.

ХИМИЧЕСКАЯ СВЯЗЬ.

3.1. Ионная химическая связь

В Периодической системе элементов особняком стоят благо­родные газы. Это уникальные химические элементы, так как даже в форме простого вещества они существуют в виде отдельных ато­мов, не связанных друг с другом.

Некоторые химики до сих пор затрудняются ответить на воп­рос, как рассматривать частицы благородных газов в простом ве­ществе: как свободные атомы или как одноатомные молекулы. Нет однозначного мнения и о том, какой тип кристаллической ре­шетки характерен для простых веществ этих элементов. По физи­ческим свойствам это вещества с молекулярными кристалличе­скими решетками, а по составу - ...? Ведь силы межмолекуляр­ного взаимодействия, удерживающие частицы в кристаллах, дей­ствуют между атомами.

Такое «равнодушное» отношение к образованию химических связей является «пределом мечтаний» для атомов всех других хи­мических элементов, которые в виде свободных атомов встреча­ются очень редко, только в экстремальных условиях.

Почему же атомы благородных газов так самодостаточны? Про­анализировав их положение в Периодической системе элементов, вы сами сможете назвать причину. Все дело в том, что атомы бла­городных газов содержат завершенный внешний электронный слой, на котором у атома гелия находятся два электрона, а у остальных - восемь. Атомы всех других элементов стремятся приобрести имен­но такую устойчивую электронную конфигурацию и часто дости­гают этого либо в результате присоединения электронов от других атомов (такой процесс в химии называют восстановлением), либо в результате отдачи своих внешних электронов другим атомам (процесс окисления). Атомы, присоединившие чужие электроны, превращаются в отрицательные ионы, или анионы. Атомы, отдав­шие свои электроны, превращаются в положительные ионы, или катионы.

Понятно, что между противоположно заряженными катиона­ми и анионами возникают силы электростатического притяжения, которые и будут удерживать ионы друг около друга, осуществляя тем самым ионную химическую связь.

Ионная химическая связь - это связь, образовавшаяся между катионами и анионами за счет их электростатического при­тяжения.

Поскольку катионы образуются преимущественно атомами металлов, а анионы - атомами неметаллов, логично сделать вы­вод, что этот тип связи характерен для бинарных (двухэлемент­ных) соединений, образованных типичными металлами (щелоч­ными и щелочноземельными) и типичными неметаллами (гало­генами, кислородом). Классическим примером веществ с ионной связью являются галогениды и оксиды щелочных и щелочнозе­мельных металлов (рис. 3.1).

Схему образования ионной связи между атомами натрия и хлора можно представить так:

Два разноименно заряженных иона, связанных силами взаим­ного притяжения, не теряют способности взаимодействовать и с другими противоположно заряженными ионами. В результате обра­зуются кристаллические соединения, состоящие из огромного числа ионов.

Кристаллические вещества характеризуются правильным рас­положением тех частиц (в нашем случае ионов), из которых они состоят, в строго определенных точках пространства. При соеди­нении этих точек прямыми линиями образуется пространствен­ный каркас, который называют кристаллической решеткой. Точ­ки, в которых размещены частицы кристалла, называют узлами решетки. Понятно, что вещества с ионным типом связи имеют ионные кристаллические решетки (цв. вклейка, рис. 4).

Такие соединения представляют собой твердые, прочные, не­летучие вещества с высокими температурами плавления. При обыч­ных условиях кристаллы таких веществ не проводят электриче­ский ток, а растворы и расплавы большинства ионных соедине­ний представляют собой прекрасные электролиты.

Вещества с ионными кристаллическими решетками хрупкие. Если попытаться деформировать такую кристаллическую решет ку, один из ее слоев будет двигаться относительно другого до тех пор, пока одинаково заряженные ионы не окажутся друг против друга. Эти ионы сразу начнут отталкиваться, и решетка разрушит­ся. Отсюда и хрупкость ионных соединений.

Са) (Са 2 ^) + 2е

Ионные соединения - это не только бинарные соединения щелочных и щелочноземельных металлов. Это также соединения, образованные тремя и более элементами. Вы без труда сможете назвать их. Это все соли (цв. вклейка, рис. 5), а также гидроксиды щелочных и щелочноземельных металлов.

В заключение приведем классификацию ионов по разным при­знакам:

1) по составу различают простые (Na + , Сl - , Са 2+) и сложные (ОН - , S0 4 2- , NH 4 +) ионы;

2) по знаку заряда различают положительные ионы, или кати­оны (М n + , NH 4 + , Н +), и отрицательные ионы, или анионы (ОН - , анионы кислотных остатков);

3) по наличию гидратной оболочки различают гидратирован­ные (например, синие ионы Си 2+. 4Н 2 0) и негидратированные (на­пример, неокрашенные ионы Си 2+).

Все в нашем мире относительно. То же самое можно сказать и об ионной связи. Число соединений с ионным типом связи весь­ма ограничено, но даже в них чисто ионной связи не наблюдается. Например, отсутствуют «чистые» ионы натрия и хлора с заряда­ми +1 и -1 соответственно. Истинный заряд этих ионов составляет +0,8 и -0,8. Следовательно, даже в соединениях, которые рас­сматривают как ионные, в некоторой степени проявляется ковалентный характер связи. И, наконец, относительной истиной яв­ляется утверждение о том, что ионная связь - это результат вза­имодействия самых типичных металлов с самыми типичными не­металлами. Например, соли аммония, образованные за счет ион­ной связи между катионами аммония и анионами кислотного ос­татка (например, NH 4 Cl, NH 4 NO 3), имеющие ионную связь, со­стоят исключительно из неметаллов.

1. Почему благородные газы раньше относили к нулевой группе Периодической системы? Почему сейчас их относят к восьмой группе? Какие металлы по аналогии называют благородными? Почему?

2. Напишите электронную конфигурацию внешнего слоя атомов бла­городных газов, галогенов, щелочных металлов.

3. Дайте определение понятия «катион». Какие группы катионов вы знаете?

4. Дайте определение понятия «анион». Какие группы анионов вы зна­ете?

5. Исходя из понятий «катион» и «анион» дайте еще одно определение ионной связи.

6. Составьте схемы образования ионной связи для веществ: CaF 2 , Li 2 0, KCl.

7. Дайте определение понятий «кристаллическая решетка», «ионная кристаллическая решетка».

8. Какими физическими свойствами характеризуются вещества с ион­ными кристаллическими решетками?

9. Среди перечисленных веществ: KCl, AlCl 3 , BaO, Fe 2 O 3 , Fe 2 (S0 4) 3 , H 2 S0 4 , Si0 2 , NH 3 - определите соединения с ионной кристаллической решеткой.

10. Не проводя расчеты, определите, в каком из соединений: NaCl, KCl, LiCl, CaCl 2 - массовая доля хлора выше. Вывод подтвердите расче­тами.

11. Определите формулу ионного соединения, массовые доли элемен­тов в котором составляют: кальция 24,39 %, азота 17,07%, кислорода 58,54%.

3.2. Ковалентная химическая связь.

Альтернативным путем построения устойчивой конфигурации из восьми (для водорода - двух) электронов является их обобще­ствление, т.е. предоставление в совместное пользование. В резуль­тате такого процесса образуются Общие электронные пары, кото­рые играют роль «связующей нити» между атомами, образующи­ми химическую связь.

Химическая связь между атомами, возникающая путем обобществления электронов с образованием общих электронных пар, называется ковалентной.

Образование общей электронной пары может происходить двумя способами.

При сближении двух атомов, имеющих неспаренные электро­ны, происходит взаимное проникновение соответствующих элек­тронных орбиталей, их перекрывание. В месте перекрывания обра­зуется так называемая электронная плотность, т.е. область про­странства, где вероятность нахождения электрона значительно увеличивается. Область перекрывания условно считают обшей элек­тронной парой двух атомов. Такой механизм образования кова­лентной связи называют обменным.

Обменный механизм, например, реализуется при образовании химической связи в молекуле водорода Н 2 . Атомы водорода пере­дают в общее пользование друг другу свои единственные неспа­ренные электроны, тем самым получая завершенный энергети­ческий уровень из двух электронов, подобный атому инертного газа гелия. Образующаяся электронная пара в равной мере при­надлежит обоим атомам:

Н. + . Н → Н: Н или Н-Н

Атомы хлора также содержат по одному неспаренному элект­рону. За счет их спаривания и происходит образование химиче­ской связи, т.е. обшей электронной пары в молекуле хлора С1 2:

В обоих приведенных примерах ковалентной связью связаны атомы одного и того же элемента. Общая электронная пара в рав­ной мере принадлежит обоим атомам.

Ковалентная связь, образующаяся между атомами одного и того же элемента, называется неполярной.

Обобществлять электроны с образованием ковалентной связи могут атомы разных элементов. В этом случае необходимо прини­мать во внимание такое свойство химического элемента, как элек-троотрицательность.

Электроотрицательностью называют свойство атомов элемента оттягивать к себе общие электронные пары.

Важнейшие элементы-неметаллы можно расположить в следу­ющий ряд по усилению их электроотрицательности:

Рассмотрим образование ковалентной связи в молекуле амми­ака. Атом азота содержит на внешнем энергетическом уровне пять электронов в полном соответствии с номером группы, из кото­рых три электрона неспаренные (чтобы определить число неспаренных электронов, нужно от заветной восьмерки отнять число внешних электронов, в нашем случае: 8 - 5 = 3).

Химические связи в молекуле аммиака образуются за счет об­разования трех электронных пар между тремя атомами водорода и одним атомом азота:

Атом азота значительно более электроотрицателен, чем водо­род, поэтому в большей степени притягивает к себе общие элек­тронные пары. В результате такого смещения атом азота приобре­тает частичный отрицательный заряд δ-, атомы водорода - час­тичный положительный заряд δ+.

Ковалентная химическая связь между атомами с различной электроотрицательностью называется полярной.

Во всех приведенных выше примерах химическая связь осуще­ствляется за счет одной общей пары электронов. Однако атомы способны образовывать также две или три общие электронные пары, например в молекулах оксида углерода(IV) или азота:

В молекуле аммиака каждый атом дополнил свою электронную оболочку до конфигурации благородного газа: атом азота получил восемь электронов, атомы водорода - по два электрона. При этом у атома азота осталась неподеленная пара электронов, за счет которой он может образовать четвертую химическую связь с катионом водорода, т.е. частицей, вообще лишенной электронов. При этом механизм возникновения четвертой связи N-Н иной. Атом азота, предоставивший для образования связи пару элект­ронов, называют донором , а катион водорода, предложивший пу­стую орбиталь - акцептором . Получившаяся при этом частица несет положительный заряд и называется катионом аммония:

Такой механизм образования ковалентной связи называют донорно-акцепторным . Все четыре связи N -Н в катионе аммония абсолютно равноценны, невозможно различить, какая из них обра­зована по донорно-акцепторному, а какая - по обменному меха­низму.

Вещества с ковалентным типом связи в твердом состоянии образуют кристаллические решетки двух типов: атомные и моле­кулярные.

Кристаллические решетки, в узлах которых расположены ато­мы, называют атомными . Вещества с атомной кристаллической решеткой характеризуются большой прочностью и твердостью, высокой температурой плавления, они нелетучи, без химическо­го взаимодействия практически не растворяются ни в каких рас­творителях. Примерами таких веществ могут служить алмаз, кварц Si0 2 , оксид алюминия, карборунд SiC.

Кристаллические решетки, в узлах которых расположены мо­лекулы вещества, называют молекулярными . Внутримолекулярные ковалентные связи достаточно прочны, но отдельные молекулы соединены между собой довольно слабыми межмолекулярными силами. Поэтому молекулярная решетка самая непрочная среди всех типов решеток. Такие вещества имеют небольшую твердость, сравнительно низкие температуры плавления; они летучи. Приме­рами соединений с молекулярной кристаллической решеткой могут служить вода, йод, углекислый газ, уксусная кислота, сахароза.

Все аллотропные модификации углерода, в том числе и наибо­лее известные - алмаз и графит, имеют атомные кристалличес­кие решетки (цв. вклейка, рис. 6, 7).

? 1. Дайте определение ковалентной связи. Какие два механизма ее образования вы знаете? Приведите примеры, напишите схемы.

2. Дайте определение ковалентной неполярной связи. Приведите при­меры, напишите схемы.

3. Дайте определение ковалентной полярной связи. Приведите приме­ры, напишите схемы образования ковалентной связи по обменному и донорно-акцепторному механизму.

4. Какие типы связей характерны для следующих вешеств: Вг 2 , НВг, КВг? Напишите схемы их образования.

5. Как различают ковалентные связи по кратности? Какие связи обра­зуются в следующих соединениях: SО 2 , H 2 S, HCN? Напишите структур­ные формулы этих веществ.

6. Не проводя расчетов, укажите, в каком из оксидов серы: SО 2 и SO 3 - содержание серы максимально. Вывод подтвердите расчетами.

7. При сжигании 24 г углерода получено 33,6 л углекислого газа. Како­ва массовая доля примесей в образце углерода?

8. Можно ли рассматривать ионную связь как ковалентную? Почему?

3.3. Металлическая химическая связь

Атомы металлов характеризуются тремя отличительными осо­бенностями.

Во-первых, они имеют 1-3 электрона на внешнем энергети­ческом уровне. Однако у атомов олова и свинца валентных элект­ронов четыре, у сурьмы и висмута - пять, у полония - шесть. Почему же эти элементы являются металлами? Очевидно, начи­нает сказываться вторая отличительная особенность строения ато­мов металлов - их сравнительно большой радиус. Наконец, в-третьих, атомы металлов имеют большое число свободных орбиталей. Так, у атома натрия, например, один внешний валентный электрон располагается на третьем энергетическом уровне, который имеет девять орбиталей (одну s- , три р- и пять d- орбиталей).

При сближении атомов металлов их свободные орбитали могут перекрываться, и валентные электроны получают возможность перемешаться с орбитали одного атома на свободную и близкую по энергии орбиталь соседних атомов. Атом, от которого «ушел» электрон, превращается при этом в ион. В результате этого в ме­таллическом изделии или кусочке металла формируется совокуп­ность свободных электронов, которые непрерывно перемещаются между ионами. При этом, притягиваясь к положительным ионам металла, электроны вновь превращают их в атомы, затем снова отрываются, превращая последние в ионы, и так происходит бес­конечно. Следовательно, в простых веществах металлах реализует­ся бесконечный процесс превращения атом ион, который осуществляют валентные электроны, а частицы, из которых со­стоят металлы, так и называют атом-ионами:

Такая же картина наблюдается и в металлических сплавах.

Металлической связью называют связь в металлах и сплавах между атом-ионами металлов, осуществляемую совокупно­стью валентных электронов.

Металлическая связь определяет и особое кристаллическое стро­ение металлов и сплавов - металлическую кристаллическую ре­шетку , в узлах которой расположены атом-ионы.

Металлическая кристаллическая решетка и металлическая связь обусловливают и все наиболее характерные свойства металлов: ковкость, пластичность, тягучесть, электро- и теплопроводность, металлический блеск, способность к образованию сплавов.

Пластичностью объясняется способность металлов расплющи­ваться при ударе или вытягиваться в проволоку под действием силы. Это важнейшее механическое свойство металлов лежит в основе уважаемой большинством народов мира профессии кузне­ца. Недаром среди богов разных верований почти единственным рабочим богом был бог огня, покровитель кузнечного ремесла: у греков - Гефест, у римлян - Вулкан, у славян - Сварог. Плас­тичность металла объясняется тем, что под внешним воздействи­ем слои атом-ионов в кристаллах легко смещаются, как бы сколь­зят друг относительно друга без разрыва связи между ними. Неко­торое представление об этом вам может дать простейший опыт. Если между двумя плоскими стеклянными пластинками, например между зеркальцами, поместить несколько капель воды, то зеркальца будут легко скользить друг по другу, а вот разъединить их будет довольно трудно. В нашем опыте вода играет роль совокупности электронов металла.

Наиболее пластичны золото, серебро и медь. Из золота можно изготовить самую тонкую фольгу толщиной всего 0,003 мм. Такие тонкие листочки фольги используют для золочения изделий, на­пример деревянной резьбы. Художественные изделия из золота, созданные благодаря его пластичности, дошли до нас через тыся­челетия (цв. вклейка, рис. 8).

Высокая электрическая проводимость металлов как раз и обу­словлена наличием в них совокупности подвижных электронов, которые под действием электрического поля приобретают направ­ленное движение. Лучшими проводниками электрического тока являются серебро и медь. Немного уступает им алюминий. Однако в большинстве стран все чаще и чаще провода изготавливают не из меди, а из более дешевого алюминия. Хуже всего электриче­ский ток проводят марганец, свинец и ртуть, а также вольфрам и некоторые подобные ему тугоплавкие металлы. Электрическое со­противление вольфрама настолько велико, что он начинает све­титься при прохождении через него тока, что используют для из­готовления нитей ламп накаливания (рис. 3.2).

Аналогично электропроводности изменяется и теплопроводность металлов, которая также объясняется высокой подвижностью элек­тронов, которые, сталкиваясь с колеблющимися в узлах решетки ионами металлов, обмениваются с ними тепловой энергией. С повышением температуры эти колебания ионов с помощью элек­тронов передаются другим ионам, и температура металла быстро выравнивается. О практическом значе­нии этого свойства вы можете судить по кухонной металлической посуде.

Гладкая поверхность металла или ме­таллического изделия характеризуется металлическим блеском, который явля­ется результатом отражения световых лучей. Высокой световой отражательной способностью обладают металлы: ртуть (из нее раньше готовили знаменитые ве­нецианские зеркала), серебро, палладий и алюминий. Из последних трех метал­лов изготавливают зеркала, прожекто­ры и фары.

В порошке металлы теряют блеск, приобретая черную или серую окраску, и только магний и алюминий сохраняют его. Поэтому из алюминиевой пыли изготавливают декоративное покрытие - краску «серебрянку». От­раженный поверхностью металлов свет и определяет серебристо-белый цвет большинства металлов, так как они рассеивают в рав­ной степени все лучи видимой части спектра. А вот золото и медь поглощают в большей степени лучи с короткой длиной волны, близкие к фиолетовым, отражая при этом длинноволновые лучи, а потому и окрашены соответственно в желтый (червонный) или красно-желтый (медный) цвета. Посмотрите на рис. 9 на цветной вклейке, где представлены изготовленные природой причудли­вые самородки металлов, имеющие соответствующую окраску.

Еще в глубокой древности люди заметили, что сплавы облада­ют другими, нередко более полезными свойствами, чем состав­ляющие их чистые металлы. Поэтому в чистом виде металлы ис­пользуют редко. Чаще применяют их сплавы. Из чуть более 80 из­вестных металлов получены десятки тысяч различных сплавов. Например, у первого полученного человеком сплава - бронзы прочность выше, чем у составляющих се меди и олова. Сталь и чугун прочнее чистого железа. Чистый алюминий - очень мягкий металл, сравнительно непрочный на разрыв. Но сплав, состоящий из алюминия, магния, марганца, меди, никеля, называемый дюр­алюминием, в 4 раза прочнее алюминия на разрыв, а потому его образно называют «крылатым металлом» и используют для изго­товления конструкций самолетов (рис. 3.3).

Кроме большей прочности сплавы обладают и более высокой коррозионной стойкостью и твердостью, лучшими литейными свойствами, чем чистые металлы. Так, чистая медь очень плохо поддается литью, в то же время оловянная бронза имеет прекрас­ные литейные качества - из нее отливают художественные изде­лия, которые требуют тонкой проработки деталей. Чугун - сплав железа с углеродом - также великолепный литейный материал.

Кроме высоких механических качеств сплавам присущи свой­ства, которых нет у чистых ме­таллов. Например, нержавеющая сталь - сплав на основе желе­за - обладает высокой жаропроч­ностью и коррозионной стойко­стью даже в агрессивных средах.

Начавшаяся примерно 100 лет назад научно-техническая рево­люция, затронувшая и промыш­ленность, и социальную сферу, также тесно связана с производ­ством металлов и сплавов.

На основе вольфрама, молиб­дена, титана и других металлов начали создавать устойчивые к коррозии, сверхтвердые и туго­плавкие сплавы, применение которых значительно расширило возможности машиностроения. В ядерной и космической тех­нике (рис. 3.4) из сплава вольф­рама и рения делают детали, ра­ботающие при температуре до 3000 0 С.

В медицине используют хирургические инструменты и имплантаты из сплавов тантала и платины.

I. Какими особенностями характеризуется строение атомов металлов? Какое положение в таблице Менделеева занимают метал­лы?

2. Дайте определение металлической связи. Что общего у нее с ионной и ковалентной связями?

3. Какое строение имеет металлическая кристаллическая решетка? Сравните ее с ионной и атомной кристаллическими решетками.

4. Какие физические свойства металлов определяются их кристалли­ческим строением?

5. Назовите жидкий при обычных условиях металл. Какие правила тех­ники безопасности необходимо соблюдать при работе с предметами, содержащими этот металл?

6. В состав бронзы входят 20% олова и 80% меди. Рассчитайте массу каждого компонента бронзы, необходимой для изготовления скульпту­ры массой 200 кг. Какое количество вещества каждого металла потребо­валось для этого?

7. Плотность металлического золота равна 19 г/см 3 . Определите пло­щадь золотой пленки толщиной 0,003 мм, которую можно изготовить из кусочка металла массой 3 г.

8. Для получения металлической меди используют два ее природных оксида, содержащих соответственно 89 и 80 % металла. Определите фор­мулы оксидов.

9. В знаменитом легкоплавком сплаве Вуда с температурой плавления всею 62 0 С массовая доля висмута в два раза больше, чем свинца; массовая доля свинца в два раза больше, чем олова; а массовая доля кадмия равна массовой доле олова. Рассчитайте массовые доли металлов в сплаве.

3.4. Водородная химическая связь

Рассмотрением водородной связи завершаем знакомство с ти­пами химической связи. И эо не случайно.

Во-первых, водородная связь - предмет нескончаемых дис­куссий между физиками и химиками, с различных точек зрения рассматривающих этот тип связи. Физики утверждают, что это разновидность межмолекулярного взаимодействия, имеющего физическую природу, и аргументируют тем, что энергия такой связи составляет всего лишь 4 -40 кДж/моль. Большинство хими­ков придерживаются иной точки зрения, которая будет изложена ниже.

Во-вторых, рассмотрение водородной связи позволит сравнить эту связь с другими типами и тем самым обобщить наши пред­оставлении о природе химической связи вообще.

В-третьих, это самая значимая на нашей планете химическая связь, ибо она определяет структуру тех соединений, которые являются носителями жизни на Земле, отвечают за хранение и воспроизведение наследственной информации живых организмов.

Все изученные ранее типы химической связи имеют названия, в основу которых положены обобщенные химические понятия: ионы, атомы, металлы. А «водородная связь» - специфический термин, ассоциирующийся с конкретным химическим элемен­том - водородом. Очевидно, это связано со спецификой строе­ния атома водорода, имеющего один валентный электрон. Уча­ствуя в образовании химической связи, этот электрон обнажает крошечное ядро атома водорода, представляющее собой ни что иное как протон.

Химическую связь между атомами водорода одной молекулы и атомами электроотрицательных элементов (фтором, кис­лородом, азотом) другой молекулы называют водородной.

Межмолекулярная водородная связь объясняет тот факт, что вещества с небольшими относительными молекулярными масса­ми при обычных условиях представляют собой жидкости (вода, спирты - метиловый, этиловый, карбоновые кислоты - муравьиная, уксусная) или легко сжижаемые газы (аммиак, фтороводород).

Механизм образования водородной связи имеет двойную при­роду. С одной стороны, он состоит в электростатическом притя­жении между атомом водорода с частичным положительным за­рядом и атомом кислорода (фтора или азота) с частичным отри­цательным зарядом. С другой стороны, в образование водородной связи вносит свой вклад и донорно-акцепторное взаимодействие между почти свободной орбиталью атома водорода и неподеленной электронной парой атома кислорода (фтора или азота). На­пример, вода ассоциирована в жидкость за счет водородных свя­зей, возникающих между молекулами-диполями:

В жидкой воде образуется множество водородных связей между молекулами.

Способность некоторых газов за счет образования водородных связей легко сжижаться и вновь переходить в газообразное состо­яние с поглощением теплоты позволяет использовать их в каче­стве хладагентов в промышленных холодильных установках. Наиболее широко применяется в этой роли аммиак:

Именно водородными связями объясняются аномально высо­кие температуры кипения (100°С) и плавления (0 0 С) воды. При этом, в отличие от большинства других жидкостей плотность воды при переходе в твердое состояние (лед, снег) не увеличивается, а уменьшается. Это объясняет тот факт, что лед легче воды и не тонет в ней, а потому водоемы не промерзают зимой до дна, тем самым сохраняя жизнь водным обитателям.

Водородные связи в немалой степени способствуют образова­нию кристаллов в виде бесконечного разнообразия снежинок.

Все рассмотренные выше примеры касались такой разновид­ности водородной связи, которая называется межмолекулярной водородной связью . Однако еще более важна в организации струк­тур жизненно важных молекул внутримолекулярная водородная связь . Эта связь определяет вторичную структуру белковых молекул.

Белковая молекула представляет длинную полимерную цепоч­ку, закрученную в спираль. Витки этой спирали удерживаются от раскручивания за счет водород­ных связей между атомами во­дорода и кислорода участков первичной структуры белковой молекулы.

Будучи очень нежной и уяз­вимой водородная связь в бел­ках может легко разрушаться - белки денатурируют. Такая дена­турация может быть обратимой и необратимой.

Обратимая денатурация белковых молекул имеет социальное значение. Так, денатурирующими факторами белков чело­веческого организма могут слу­жить механические воздействия (работники дорожных служб, шах­теры, горняки и другие специалисты, использующие вибрирую­щие инструменты), действие высоких температур (рабочие горячих цехов - металлурги (рис. 3.5), стекловары и т.д.), электро­магнитное излучение (врачи-рентгенологи, работники АЭС), хи­мическое воздействие (работники химических производств). А потому, все перечисленные категории работников для компенсации вредного воздействия условий труда на организм пользуются предусмотренными законодательством Российской Федерации льгота­ми: имеют сокращенный рабочий день, большую продолжитель­ность оплачиваемого отпуска, специальное питание, более ран­ний выход на пенсию, более высокую заработную плату.

Необратимая денатурация хорошо вам известна по процедуре варки яиц или приготовления мяса, рыбы и других белковых про­дуктов.

О том, как денатурирующие факторы приводят к разрушению природной структуры белковых молекул, можно судить по не­сложным опытам. Если к раствору белка куриного яйца прилить немного этилового спирта или соли тяжелого металла (медного купороса, нитрата свинца(II)), можно будет заметить выпадение осадка вследствие денатурации белка. Аналогичным действием обладает никотин, очень крепкий чай и кофе. Может быть, эти опыты помогут вам понять, как губительны такие вредные при­вычки, как курение, употребление спиртного и др.

1. Дайте определение водородной связи. Какую точку зрения - физиков или химиков - вы разделяете по вопросу ее природы?

2. Каков механизм возникновения водородной связи? Какие виды водородной связи вы знаете?

3. Какими особыми свойствами обладают вещества с межмолекуляр­ной водородной связью?

4. Какую роль играет межмолекулярная водородная связь в практиче­ской жизни человека и в природе?

5. Какую роль играет внутримолекулярная водородная связь в органи­зации структуры белков?

6. В чем, по-вашему, состоит социальная роль водородных связей? Ответ проиллюстрируйте примерами из практической жизни человека.

7. Приготовьте сообщение о химической природе негативных послед­ствий курения и употребления алкоголя для организма человека.

Характеристики химических связей

Учение о химической связи составляет основу всей теоретической химии. Под химической связью понимают такое взаимодействие атомов, которое связывает их в молекулы, ионы, радикалы, кристаллы. Различают четыре типа химических связей: ионную, ковалентную, металлическую и водородную . Различные типы связей могут содержаться в одних и тех же веществах.

1. В основаниях: между атомами кислорода и водорода в гидроксогруппах связь полярная ковалентная, а между металлом и гидроксогруппой - ионная.

2. В солях кислородсодержащих кислот: между атомом неметалла и кислородом кислотного остатка - ковалентная полярная, а между металлом и кислотным остатком - ионная.

3. В солях аммония, метиламмония и т. д. между атомами азота и водорода - ковалентная полярная, а между ионами аммония или метиламмония и кислотным остатком - ионная.

4. В пероксидах металлов (например, Na 2 O 2) связь между атомами кислорода ковалентная неполярная, а между металлом и кислородом - ионная и т. д.

Причиной единства всех типов и видов химических связей служит их одинаковая химическая природа - электронно-ядерное взаимодействие. Образование химической связи в любом случае представляет собой результат электронно-ядерного взаимодействия атомов, сопровождающегося выделением энергии.

Способы образования ковалентной связи

Ковалентная химическая связь - это связь, возникающая между атомами за счет образования общих электронных пар.

Ковалентные соединения – обычно газы, жидкости или сравнитель­но низкоплавкие твердые вещества. Одним из редких исключений явля­ется алмаз, который плавится выше 3 500 °С. Это объясняется строением алмаза, который представляет собой сплошную решетку ковалентно связанных атомов углерода, а не совокупность отдельных молекул. Фак­тически любой кристалл алмаза, независимо от его размера, представля­ет собой одну огромную молекулу.

Ковалентная связь возникает при объединении электронов двух атомов неметаллов. Возникшая при этом структура называется молекулой.

Механизм образования такой связи может быть обменный и донорно-акцепторный.

В большинстве случаев два ковалентно связанных атома имеют раз­ную электроотрицательность и обобществленные электроны не принад­лежат двум атомам в равной степени. Большую часть времени они нахо­дятся ближе к одному атому, чем к другому. В молекуле хлороводорода, например, электроны, образующие ковалентную связь, располагаются ближе к атому хлора, поскольку его электроотрицательность выше, чем у водорода. Однако разница в способности притягивать электроны не столь велика, чтобы произошел полный перенос электрона с атома водо­рода на атом хлора. Поэтому связь между атомами водорода и хлора можно рассматривать как нечто среднее между ионной связью (полный перенос электрона) и неполярной ковалентной связью (симмет­ричное расположение пары электронов между двумя атомами). Частич­ный заряд на атомах обозначается греческой буквой δ. Такая связь называется полярной ковалентной связью, а о молеку­ле хлороводорода говорят, что она полярна, т. е. имеет положительно заряженный конец (атом водорода) и отрицательно заряженный конец (атом хлора).

1. Обменный механизм действует, когда атомы образуют общие электронные пары за счет объединения неспаренных электронов.

1) Н 2 - водород.

Связь возникает благодаря образованию общей электронной пары s-электронами атомов водорода (перекрыванию s-орбиталей).

2) HCl - хлороводород.

Связь возникает за счет образования общей электронной пары из s- и р-электронов (перекрывания s-р-орбиталей).

3) Cl 2: В молекуле хлора ковалентная связь образуется за счет непарных р-электронов (перекрывание р-р-орбиталей).

4) N 2: В молекуле азота между атомами образуются три общие электронные пары.

Донорно-акцепторный механизм образования ковалентной связи

Донор имеет электронную пару, акцептор - свободную орбиталь, которую эта пара может занять. В ионе аммония все четыре связи с атомами водорода ковалентные: три образовались благодаря созданию общих электронных пар атомом азота и атомами водорода по обменному механизму, одна - по донорно-акцепторному механизму. Ковалентные связи классифицируют по способу перекрывания электронных орбиталей, а также по смещению их к одному из связанных атомов. Химические связи, образующиеся в результате перекрывания электронных орбиталей вдоль линии связи, называются σ -связями (сигма-связями). Сигма-связь очень прочная.

р-орбитали могут перекрываться в двух областях, образуя ковалентную связь за счет бокового перекрывания.

Химические связи, образующиеся в результате «бокового» перекрывания электронных орбиталей вне линии связи, т. е. в двух областях, называются пи-связями.

По степени смещенности общих электронных пар к одному из связанных ими атомов ковалентная связь может быть полярной и неполярной. Ковалентную химическую связь, образующуюся между атомами с одинаковой электроотрицательностью, называют неполярной. Электронные пары не смещены ни к одному из атомов, т. к. атомы имеют одинаковую электроотрицательность - свойство оттягивать к себе валентные электроны от других атомов. Например,

т. е. посредством ковалентной неполярной связи об­разованы молекулы простых веществ-неметаллов. Ковалентную химическую связь между атома­ми элементов, электроотрицательности которых различаются, называют полярной.

Например, NH 3 - аммиак. Азот более электро­отрицательный элемент, чем водород, поэтому об­щие электронные пары смещаются к его атому.

Характеристики ковалентной связи: длина и энергия связи

Характерные свойства ковалентной связи - ее длина и энергия. Длина связи - это расстояние между ядрами атомов. Химическая связь тем проч­нее, чем меньше ее длина. Однако мерой прочности связи является энергия связи, которая определяет­ся количеством энергии, необходимой для разрыва связи. Обычно она измеряется в кДж/моль. Так, согласно опытным данным, длины связи молекул H 2 , Cl 2 и N 2 соответственно составляют 0,074, 0,198 и 0,109 нм, а энергии связи соответственно равны 436, 242 и 946 кДж/моль.

Ионы. Ионная связь

Для атома существует две основные возможности подчиниться прави­лу октета. Первая из них - образование ионной связи. (Вторая - образова­ние ковалентной связи, о ней речь пойдет ниже). При образовании ион­ной связи атом металла теряет электроны, а атом неметалла приобретает.

Представим себе, что «встречаются» два атома: атом металла I группы и атом неметалла VII группы. У атома металла на внешнем энергетическом уровне находится единственный электрон, а атому неметалла как раз не хватает именно одного электрона, чтобы его внешний уровень оказался завершенным. Первый атом легко отдаст второму свой далекий от ядра и слабо связанный с ним электрон, а второй предоставит ему свободное место на своем внешнем электронном уровне. Тогда атом, лишенный одного своего отрицательного заряда, станет положительно заряженной частицей, а второй превратится в отрицательно заряженную частицу благодаря полученному электрону. Такие частицы называются ионами.

Это химическая связь, возникающая между ионами. Цифры, показывающие число атомов или молекул, называются коэффициентами, а цифры, показывающие число атомов или ионов в молекуле, называют индексами.

Металлическая связь

Металлы обладают специфическими свойствами, отличающимися от свойств других веществ. Такими свойствами являются сравнительно высокие температуры плавления, способ­ность к отражению света, высокая тепло- и электропроводность. Эти особенности обязаны существованию в металлах особого вида связи - металлической связи.

Металлическая связь - связь между положительными иона­ми в кристаллах металлов, осуществляемая за счет притяжения электронов, свободно перемещающихся по кристаллу. Атомы большинства металлов на внешнем уровне содержат небольшое число электронов - 1, 2, 3. Эти электроны легко отрываются , и атомы при этом превращаются в положительные ионы. Оторвавшиеся электроны перемещаются от одного иона к другому, связывая их в единое целое. Соединяясь с ионами, эти электроны образуют временно атомы, потом снова отрываются и соединяются уже с другим ионом и т. д. Бесконечно происходит процесс, который схематически можно изобразить так:

Следовательно, в объеме металла атомы непрерывно превращаются в ионы и наоборот. Связь в металлах между ионами посредством обобществленных электронов называется металлической. Металлическая связь имеет некоторое сходство с ковалентной, поскольку основана на обобществлении внешних электронов. Однако при ковалентной связи обобществлены внешние непарные электроны только двух соседних атомов, в то время как при металлической связи в обобществлении этих электронов принимают участие все атомы. Именно поэтому кристаллы с ковалентной связью хрупкие, а с металлической, как правило, пластичны, электропроводны и имеют металлический блеск.

Металлическая связь характерна как для чи­стых металлов, так и для смесей различных ме­таллов - сплавов, находящихся в твердом и жид­ком состояниях. Однако в парообразном состоянии атомы металлов связаны между собой ковалентной связью (например, парами натрия заполняют лам­пы желтого света для освещения улиц больших городов). Пары металлов состоят из отдельных мо­лекул (одноатомных и двухатомных).

Металлическая связь отличается от ковалентной также и по прочности: ее энергия в 3-4 раза меньше энергии ковалентной связи.

Энергия связи - энергия, необходимая для разрыва хими­ческой связи во всех молекулах, составляющих один моль ве­щества. Энергии ковалентных и ионных связей обычно велики и составляют величины порядка 100-800 кДж/моль.

Водородная связь

Химическую связь между положительно поляризованными атомами водорода одной молекулы (или ее части) и отрицательно поляризованными атомами сильно электроотрицательных элементов , имеющих наподеленные электронные пары (F, O, N и реже S и Cl), другой молекулы (или ее части) называют водородной. Механизм образования водородной связи имеет частично электростатический, частично донорно-акцепторный характер .

Примеры межмолекулярной водородной связи:

При наличии такой связи даже низкомолекулярные вещества могут быть при обычных условиях жидкостями (спирт, вода) или легко сжижающимися газами (аммиак, фтороводород). В биополимерах - белках (вторичная структура) - имеется внутримолекулярная водородная связь между карбонильным кислородом и водородом аминогруппы:

Молекулы полинуклеотидов - ДНК (дезокси­рибонуклеиновая кислота) - представляют собой двойные спирали, в которых две цепи нуклеотидов связаны друг с другом водородными связями. При этом действует принцип комплементарности, т. е. эти связи образуются между определенными пара­ми, состоящими из пуринового и пиримидиново­го оснований: против аденинового нуклеотида (А) располагается тиминовый (Т), а против гуанинового (Г) - цитозиновый (Ц).

Вещества с водородной связью имеют молеку­лярные кристаллические решетки.

Ключевые слова конспекта. Химическая связь: ковалентная (полярная и неполярная), ионная, металлическая.

Силы, которые удерживают атомы в молекулах, называются химическими связями .

Образование химической связи происходит в том случае, если этот процесс сопровождается выигрышем энергии. Эта энергия возникает, если каждый атом, образующий химическую связь, получает устойчивую электронную конфигурацию.

По способу образования и существования химическая связь может быть ковалентной (полярной, неполярной), ионной, металлической.

Ковалентная химическая связь

■ Ковалентная химическая связь - это связь, возникающая между атомами путем образования общих электронных пар за счет неспаренных электронов.

Внешние уровни большинства элементов периодической системы (кроме благородных газов) содержат неспаренные электроны, то есть являются незавершенными. В процессе химического взаимодействия атомы стремятся завершить свой внешний электронный уровень.

Например, электронная формула атома водорода: 1s 1 . Ее графический вариант:

Таким образом, атом водорода в химических реакциях стремится завершить свой внешний 1 s-уровень одним s-электроном. При сближении двух атомов водорода происходит усиление притяжения электронов одного атома к ядру другого атома. Под действием этой силы расстояния между ядрами атомов сокращаются и в результате их электронные орбитали перекрывают друг друга, создавая общую электронную орбиталь - молекулярную. Электроны каждого из атомов водорода через область перекрывания орбиталей мигрируют от одного атома к другому, то есть образуют общую электронную пару. Ядра будут сближаться до тех пор, пока нарастающие силы отталкивания одноименных зарядов не уравновесят силы притяжения.

Переход электронов с атомной орбитали на молекулярную сопровождается снижением энергии системы (более выгодное энергетическое состояние) и образованием химической связи:

Подобным образом образуются общие электронные пары при взаимодействии атомов р-элементов. Так образуются все двухатомные молекулы простых веществ. При образовании F 2 и Cl 2 перекрываются по одной р-орбитали от каждого из атомов (образуется одинарная связь), а при взаимодействии атомов азота перекрываются по три р-орбитали от каждого и в молекуле азота N 2 образуется тройная связь.

Электронная формула атома хлора: 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 5 . Графическая формула:

Таким образом, на внешней орбитали атом хлора содержит один неспаренный р-электрон. Взаимодействие двух атомов хлора будет происходить по следующей схеме:

Электронная формула атома азота: 1s 2 2s 2 2p 3 . Графическая формула:

На внешней орбитали атома азота находятся 3 неспаренных р-электрона. Взаимодействие двух атомов азота будет происходить по следующей схеме:

Прочность связей в молекуле определяется количеством общих электронных пар у ее атомов. Двойная связь прочнее одинарной, тройная - прочнее двойной.

С увеличением количества связей между атомами сокращается расстояние между ядрами атомов, которое называют длиной связи, и увеличивается количество энергии, необходимое для разрыва связи, которое называется энергией связи. Например, в молекуле фтора связь одинарная, ее длина составляет 1,42 нм (1 нм = 10 –9 м), а в молекуле азота связь тройная, ее длина - 0,11 нм. Энергия связи в молекуле азота в 7 раз превышает энергию связи в молекуле фтора.

При взаимодействии атома водорода с атомом хлора оба атома будут стремиться завершить свои внешние энергетические уровни: водород - 1 s-уровень и хлор - 3р-уровень. В результате их сближения происходит перекрывание 1 s-орбитали атома водорода и 3р-орбитали атома хлора, а из соответствующих неспаренных электронов формируется общая электронная пара:

В молекулах Н 2 и HCl область перекрывания орбиталей атомов водорода расположена в одной плоскости - на прямой, соединяющей центры атомных ядер. Такая связь называется σ-связью (сигма-связью):

Однако если в молекуле формируется двойная связь (с участием двух электронных орбиталей), то одна связь будет σ-связью, а вторая будет образована между орбиталями, расположенными параллельно друг другу. Параллельные орбитали перекроются с образованием двух общих участков, расположенных сверху и снизу от линии, соединяющей центры атомов.

Химическая связь, образующаяся в результате бокового перекрывания орбиталей - в двух местах, называется π-связью (пи-связью):

При образовании ковалентной связи меду атомами с одинаковой электроотрицательностью (Н 2 , F 2 , O 2 , N 2) общая электронная пара будет располагаться на одинаковом расстоянии от атомных ядер. При этом общие электронные пары принадлежат в равной степени обоим атомам одновременно, и ни на одном из атомов не будет избыточного отрицательного заряда, который несут на себе электроны. Такой вид ковалентной связи называется неполярной.

■ Ковалентная неполярная связь - вид химической связи, образующийся между атомами с одинаковой электроотрицательностью.

В случае, когда электроотрицательности элементов, вступающих во взаимодействие, не равны, но близки по значению, общая электронная пара смещается в сторону элемента с большей электроотрицательностью. При этом на нем образуется частичный отрицательный заряд (за счет отрицательно заряженных электронов):

В результате на атомах соединения образуются частичные заряды Н +0,18 и Cl –0,18 ; а в молекуле возникают два полюса - положительный и отрицательный. Такую ковалентную связь называют полярной.

■ Ковалентная полярная связь - вид ковалентной связи, образующейся при взаимодействии атомов, электроотрицательность которых отличается незначительно.

Образовавшийся частичный заряд на атомах в молекуле обозначают греческой буквой 8 (дельта), а направление смещения электронной пары - стрелкой:

Ионная химическая связь

В случае химического взаимодействия между атомами, электроотрицательность которых резко отличается (например, между металлами и неметаллами), происходит почти полное смещение электронных облаков к атому с большей электроотрицательностью. При этом, поскольку заряд ядра атома имеет положительное значение, атом, который почти полностью отдал свои валентные электроны, превращается в положительно заряженную частицу - положительный ион, или катион. Атом, получивший электроны, превращается в отрицательно заряженную частицу - отрицательный ион, или анион:

Ион - это одноатомная или многоатомная отрицательно либо положительно заряженная частица, в которую превращается атом в результате потери или присоединения электронов.

Между разноименно заряженными ионами при их сближении возникают силы электростатического притяжения - положительно и отрицательно заряженные ионы сближаются, образуя молекулу вещества.

■ Ионная химическая связь - это связь, образующаяся между ионами за счет сил электростатического притяжения.

Процесс присоединения электронов в ходе химических взаимодействий атомами с большей электроотрицательностью называется восстановлением, а процесс отдачи электронов атомами с меньшей электроотрицательностью - окислением.

Схему образования ионной связи между атомами натрия и хлора можно представить следующим образом:

Ионная химическая связь присутствует в оксидах, гидроксидах и гидридах щелочных и щелочноземельных металлов, в солях, а также в соединениях металлов с галогенами.

Ионы могут быть как простыми (одноатомными): Cl – , Н + , Na + , так и сложными (многоатомными): NH 4 – . Заряд иона принято записывать вверху после знака химического элемента. Вначале записывается величина заряда, а затем его знак.

Металлическая связь

Между атомами металлов возникает особый вид химической связи, которая называется металлической. Образование этой связи обусловлено тремя особенностями строения атомов металлов:

• на внешнем энергетическом уровне присутствуют 1-3 электрона (исключения: атомы олова и свинца (4 электрона), атомы сурьмы и висмута (5 электронов), атом полония (6 электронов));
• атом имеет сравнительно большой радиус;
• атом имеет большое количество свободных орбиталей (например, у Na один валентный электрон располагается на 3-м энергетическом уровне, который имеет десять орбиталей (одну s-, три р- и пять d-орбиталей).

При сближении атомов металлов происходит перекрытие их свободных орбиталей, и валентные электроны получают возможность перемещаться на близкие по значениям энергии орбитали соседних атомов. Атом, теряющий электрон, превращается в ион. Таким образом, в металле формируется совокупность электронов, свободно перемещающихся между ионами. Притягиваясь к положительным ионам металла, электроны восстанавливают их, а затем снова отрываются, переходя к другим ионам. Такой процесс превращения атомов в ионы и обратно происходит в металлах непрерывно. Частицы, из которых состоят металлы, называют атом-ионами.

■ Металлическая связь - это связь, образующаяся между атом-ионами в металлах и сплавах посредством постоянного перемещения между ними валентных электронов:

Конспект урока «Химическая связь: ковалентная, ионная, металлическая».

Все химические соединения образуются посредством образования химической связи. И в зависимости от типа соединяющихся частиц различают несколько видов. Самые основные – это ковалентная полярная, ковалентная неполярная, металлическая и ионная. Сегодня речь пойдет об ионной.

Вконтакте

Что такое ионы

Она образуется между двумя атомами – как правило, при условии, что разница электроотрицательностей между ними очень велика. Электроотрицательность атомов и ионов оценивается по шкале Поллинга.

Поэтому для того чтобы правильно рассматривать характеристики соединений, было введено понятие ионности. Эта характеристика позволяет определить на сколько процентов конкретная связь представляет именно ионную.

Соединение с максимальной ионностью это фторид цезия, в котором она составляет примерно 97%. Ионная связь характерна для веществ, образованных атомами металлов, располагающихся в первой и второй группе таблицы Д.И. Менделеева, и атомами неметаллов, находящихся в шестой и седьмой группах этой же таблицы.

Обратите внимание! Стоит заметить, что не существует соединения, в котором взаимосвязь исключительно ионная. Для открытых на данный момент элементов нельзя добиться настолько большой разницы в электроотрицательности, чтобы получить 100%-ное ионное соединение. Поэтому определение ионной связи не совсем корректно, так как реально рассматриваются соединения с частичным ионным взаимодействием.

Зачем же ввели этот термин, если реально такого явления не существует? Дело в том, что этот подход помог объяснить многие нюансы в свойствах солей, оксидов и других веществ. Например, почему они хорошо растворимы в воде, а их растворы способны проводить электрический ток . Это невозможно объяснить ни с каких других позиций.

Механизм образования

Образование ионной связи возможно только при соблюдении двух условий: если атом металла, участвующий в реакции, способен легко отдать электроны, находящиеся на последнем энергетическом уровне, а атом неметалла способен эти электроны принять. Атомы металлов по своей природе являются восстановителями, то есть способны к отдаче электронов .

Это связано с тем, что на последнем энергетическом уровне в металле могут находится от одного до трех электронов, а радиус самой частицы достаточно большой. Поэтому сила взаимодействия ядра с электронами на последнем уровне настолько мала, что они могут легко уходить с него. С неметаллами ситуация совершенно иная. Они имеют маленький радиус , а количество собственных электронов на последнем уровне может быть от трех и до семи.

И взаимодействие между ними и положительным ядром достаточно сильная, но любой атом стремится к завершению энергетического уровня, поэтому атомы неметалла стремятся получить недостающие электроны.

И когда встречаются два атома – металла и неметалла, происходит переход электронов от атома металла к атому неметалла, при этом образуется химическое взаимодействие.

Схема соединения

На рисунке наглядно видно, как именно осуществляется образование ионной связи. Изначально существуют нейтрально заряженные атомы натрия и хлора.

Первый имеет один электрон на последнем энергетическом уровне, второй семь. Далее происходит переход электрона от натрия к хлору и образование двух ионов. Которые соединяются между собой с образованием вещества. Что такое ион? Ион – это заряженная частица, в которой количество протонов не равно количеству электронов .

Отличия от ковалентного типа

Ионная связь за счет своей специфичности не имеет направленности. Это связано с тем, что электрическое поле иона представляет собой сферу, при том оно убывает или возрастает в одном направлении равномерно, подчиняясь одному и тому же закону.

В отличие от ковалентной, которая образуется за счет перекрывания электронных облаков.

Второе отличие заключается в том, что ковалентная связь насыщенна . Что это значит? Количество электронных облаков, которые могут принимать участие в взаимодействии ограниченно.

А в ионной за счет того, что электрическое поле имеет сферическую форму, оно может соединяться с неограниченным количеством ионов. А значит, можно говорить о том, что она не насыщена.

Также она может характеризоваться еще несколькими свойствами:

1. Энергия связи – это количественная характеристика, и она зависит от количества энергии, которое необходимо затратить на ее разрыв. Она зависит от двух критериев – длины связи и заряда ионов , участвующих в ее образовании. Связь тем прочнее, чем короче ее длина и больше заряды ионов, ее формирующих.
2. Длина – этот критерий уже упоминался в предыдущем пункте. Он зависит исключительно от радиуса частиц, участвующих в образовании соединения. Радиус атомов изменяется следующим образом: уменьшается по периоду при увеличении порядкового номера и увеличивается в группе.

Вещества с ионной связью

Она характерна для значительного числа химических соединений. Это большая часть всех солей, в том числе и всем известная поваренная соль. Она встречается во всех соединениях, где есть непосредственный контакт между металлом и неметаллом . Вот некоторые примеры веществ с ионной связью:

• хлориды натрия и калия,
• фторид цезия,
• оксид магния.

Также она может проявляться и в сложных соединениях.

Например, сульфат магния.

Перед вами формула вещества с ионной и ковалентной связью:

Между ионами кислорода и магния будет образовываться ионная связь, а вот сера и соединены между собой уже с помощью ковалентной полярной.

Из чего можно сделать вывод, что ионная связь характерна для сложных химических соединений.

Что такое ионная связь в химии

Виды химической связи — ионная, ковалентная, металлическая

Вывод

Свойства напрямую зависят от устройства кристаллической решетки . Поэтому все соединения с ионной связью хорошо растворимы в воде и других полярных растворителях, проводят и являются диэлектриками. При этом довольно тугоплавки и хрупки. Свойства этих веществ довольно часто применяются в устройстве электрических приборов.

Ковалентная химическая связь обычно возникает между атомами неметаллов с одинаковой или не очень сильно различающейся электроотрицательностью. Если различие в электроотрицательности атомов, между которыми образуется химическая связь, велико (∆x превышает 1.7), то общая электронная пара практически полностью смещается к атому с большей электроотрицательностью. В результате этого образуются частицы, имеющие заряды – положительно и отрицательно заряженные ионы с устойчивой электронной конфигурацией атомов ближайшего благородного газа. Противоположно заряженные ионы прочно удерживаются силами электростатического притяжения – между ними возникает химическая связь, которая называется ионной.

Ионная связь, как правило, возникает между атомами типичных металлов и типичных неметаллов. Характерным свойством атомов металлов является то, что они легко отдают свои валентные электроны, тогда как атомы неметаллов способны легко их присоединять.

Рассмотрим возникновение ионной связи, например, между атомами натрия и атомами хлора в хлориде натрия NaCl.

Отрыв электрона от атома натрия приводит к образованию положительно заряженного иона – катиона натрия Na + .

Присоединение электрона к атому хлора приводит к образованию отрицательно заряженного иона – аниона хлора Cl — .

Между образовавшимися ионами Na + и Cl — , имеющими противоположный заряд, возникает электростатическое притяжение, в результате которого образуется соединение – хлорид натрия с ионным типом химической связи.

Ионная связь – это химическая связь, которая осуществляется за счет электростатического взаимодействия противоположно заряженных ионов.

Таким образом, процесс образования ионной связи сводится к переходу электронов от атомов натрия к атомам хлора с образованием противоположно заряженных ионов, имеющих завершенные электронные конфигурации внешних слоев.

Экспериментально установлено, что в действительности электроны не отрываются полностью от атома металла, а лишь смещаются в сторону атома хлора. Это смещение тем значительней, чем больше разность электроотрицательностей атомов, между которыми образуется ионная связь. Однако даже в случае фторида цезия CsF, в котором разность электроотрицательностей превышает 3.0, заряд атома цезия не равен 1+. Это означает, что электрон атома цезия не полностью переходит к атому фтора. В случае других соединений, для которых разность электроотрицательностей не так велика, смещение электрона еще меньше, и поэтому следует говорить об ионной химической связи с определенной долей ковалентной.

Соединения, в которых вклад ионной связи значителен, принято называть ионными. Большинство бинарных соединений, содержащих атомы металлов, являются ионными, т. е. в них химическая связь в значительной степени ионная. К числу таких соединений относятся галогениды, оксиды, сульфиды, нитриды и др.

Ионная связь возникает не только между простыми катионами и простыми анионами типа F — , Cl — , F 2- , но и между простыми катионами и сложными анионами типа NO 3 — , NO 4 2- , NO 4 3- или гидроксид-ионами ОН — . Подавляющее большинство солей и оснований являются ионными соединениями, например Na 2 SO 4 , Cu(NO 3) 2 , Mg(OH) 2 . Существуют ионные соединения, в состав которых входят сложные катионы, не содержащие атомы металла, например ион аммония NH 4 + , а также соединения, в которых сложными являются и катион, и анион, например сульфат аммония (NH 4) 2 SO 4 .

Вам необходимо включить JavaScript, чтобы проголосовать