№ | Слайд | Текст |
1 |
 |
Химическая связьЛектор Мирошниченко Юлия Юрьевна |
2 |
 |
План лекции - Природа химической связи и её характеристики - Типыхимических связей - Основные теории хим. связи - ковалентная связь, метод ВС - гибридизация АО метод МО ионная связь. |
3 |
 |
Химическая связь–электростатичвзаимодействие связывающее атомы в ионы, молекулы, кристаллы Основное условие - понижение полной энергии многоатомной системы по сравнению с энергией изолированных атомов Пример: А + В = АВ, ЕАВ ? EA + EB. |
4 |
 |
Характеристики связи |
5 |
 |
Длина химической связи (l св) - расстояние между ядрами атомов всоед-ях В однотипных соед-ях длина связи закономерно изменяется: HF – HCl – HBr – HI длина связи возрастает. |
6 |
 |
Энергия связи (Есв) – это энергия, выделяющаяся при образовании химсвязи или расходуемая на её разрыв Взаимосвязь Есв и lсв: Молекула HF HCl HBr HI lсв, нм 0,092 0,128 0,142 0,162 Есв 566 432 366 298 кДж/моль. |
7 |
 |
Валентный угол образован воображаемыми линиями, соединяющими центрывзаимодействующих атомов O Cl — Be — Cl H H ? = 180O ? = 104,5O. |
8 |
 |
Дипольный момент – колич-ная характеристика полярности связи(измеряется в дебаях) ? = ?q?lдип q– заряд полюса [Кл] lдип – длина диполя [м] Дебай (D):1D = 3,33.10-3 Кл?м. [Кл?м ] |
9 |
 |
Дипольный момент – векторная величина, направленная от (+) к (–)Различают дип. моменты хим. связи и молекул ?мол. = ? ?св. |
10 |
 |
Lэфф=Для хар-ки диполя, исп-ют эффективный заряд qэфф и длину диполя l В 1-м случае принимают l = d межъядерному расстоянию Во 2-м, заряд равен заряду эл-на, а длину определяют как эфф-ую величину ?Эксп d ?Эксп q Qэфф = |
11 |
 |
Типы химических связейРаспределение электронной плотности между взаимод-ми атомами определяет тип химической связи: ковалентная ионная металлическая |
12 |
 |
А : А ? = 0 Ковалентная неполярная связь А : В ?? ? 0 Ковалентная полярная связь А-: С+ ?? ? 1,9 Ионная связь ?евал (общие для всех атомов) - Металлическая связь Во многих веществах реализуются одновременно несколько типов химической связи. |
13 |
 |
Полярная и неполярная ковалентная связьПолярная ковалентная связь Неполярная ковалентная связь |
14 |
 |
Основные теории химической связиГравитационная теория Бергмана – Бертолле Электрохимическая теория Берцелиуса (1810) Формалистическая теория типов Дюма - Жерара Учение о химическом строении вещества А.М. Бутлерова(1861) Ковалентная теория Льюиса (1914) Ионная теория Косселя (1916) |
15 |
 |
Ковалентная связьДля объяснения механизма образования ковалентной хим. связи разработано несколько методов Наиболее применимые: - метод валентных связей(ВС) - метод молекулярных орбиталей (МО) |
16 |
 |
Метод валентных связей (ВС)Связанные между собой атомы в молекуле удерживаются вместе при помощи одной или нескольких общих эл-ных пар Химическая связь между двумя атомами локализована в месте перекрывания атомных орбиталей (локализованная двухцентровая связь) |
17 |
 |
Научное объяснение гипотезы дано В. Гейтлером и Ф. Лондоном (1927)путем приближенного решения уравнения Шредингера для молекулы водорода Гипотеза образования ков. связи за счет обобществления эл-нов дана Льюисом. |
18 |
 |
Зависимость потенцэнергии двух атомов водорода от межъядерного расстояния. (1) Хим. св. не обр-ся (2) Хим. св. обр-ся |
19 |
 |
Метод ЛКАОНаходят многоцентровые волновые функции ?мол, которые описывают движение электронов в молекуле Основа метода: молекулярные волновые функции строят комбинируя волновые функции АО: С1, С2,..Сn - коэффициенты Лучшая ?мол отвечает Еmin. |
20 |
 |
Обменный механизм образования ковалентной связиОбщие пары электронов образуются при спаривании неспаренных эл-нов, принадлежащих разным атомам При этом число неспаренных электронов у многих атомов ув-ся за счет расспаривания спаренных электронов, если на вал. уровне есть свободные орбитали Этот процесс является переходом атома в возбужденное состояние |
21 |
 |
|
22 |
 |
связывающие эл-ные пары образ-ся объединением пары валэлектронов одного атома (донора) со свободной АО другого атома (акцептора) Пример: BF3 + F – = BF4–. Донорно-акцепторный механизм образования связи B F |
23 |
 |
Основные положения метода ВСКов. связь образуют два электрона с противоположными спинами, принадлежащие двум атомам При образовании связи происходит перекрывание АО и увеличение электронной плотности между ними, что приводит к уменьшению энергии Связь реализуется в направлении наибольшего перекрывания АО |
24 |
 |
Валентностьопределяется числом неспаренных электронов Пример: атом Н (1s1) - валентность равна 1 атом Не (1s2) - валентность равна 0 валентность может быть увеличена - промотированием атома - донорно-акцепторным взаимод. |
25 |
 |
Свойства ковалентной связи |
26 |
 |
Направленность химсвязи обусловлена перекрыванием электронных облаков определяется направленностью в пространстве АО с l ? 0 Атомные орбитали px-, py- и pz- расположены под углами 900 d- орбитали: лепестки образуют угол 900, а между различными d- АО могут быть углы 1800, 900 и 450. |
27 |
 |
Насыщаемость – максвозможное число связей, определяемое общим числом задействованных орбиталей 1-й период - макс. валентность = 1 2-й период - макс. валентность = 4, т.к. валентные 4 АО (2s- и три 2р) 3-й период - валентные 9 АО (3s, три 3р и пять 3d), но макс. валентность практически не реализуется. |
28 |
 |
Кратность химсвязи - число общих электронных пар, реализующих связь между двумя атомами Чем выше кратность связи, тем она прочнее (кратности больше 3 не бывает) Кратность обусловлена характером перекрывания АО Молекула F2 O2 N2 Кратность связи 1 2 3 Е св, кДж/моль 159 494 945. |
29 |
 |
? -взаимодействие возникает при перекрывании орбиталей s – s и s – p,p – p, d – d вытянутых вдоль одной оси ? - взаимодействие, перекрывание по линии, перпендикулярной линии связи В молекуле N2 - тройная связь (1 ?- и 2?-). Типы перекрывания атомных АО |
30 |
 |
? - (дельта) взаимодействие, при которой перекрываются d-орбиталичетырьмя лепестками По прочности хим. взаимодействия располагаются в следующей ряд: ? > ? > ? ? и ? – взаимод-вия возникают как дополнительные к ?- взаимод-вию. Типы перекрывания атомных АО |
31 |
 |
H?C ? CH. |
32 |
 |
Гибридизация АОАтом, взаимодействуя с несколькими одинаковыми партнерами, образует равнопрочные связи с участием электронов разных уровней. Кроме того, углы между связями в подобных многоатомных молекулах не те, которые следовало бы ожидать из пространственного расположения взаимодействующих АО. Пример: в H2O – 104,50, в NH3 – 1070, в CH4 – 109,280 и т. д. Для объяснения этих противоречий в теорию введено представление о гибридизации АО, т.е. о перемешивании орбиталей с различными квантовыми числами и получением гибридных АО. |
33 |
 |
Это мат-ий прием отыскания новых волновых функций, удовлетворяющихусловию равнопрочности образуемых связей и уменьшению энергии ?гибр = Сs?s ± Сp?p При этом из двух «чистых» АО (?s и ?р) обр-ся две гибридные: ?гибр1=Сs?s + Сp?p ?гибр2=Сs?s – Сp?p. Гибридизация АО |
34 |
 |
Основные положения гибридизацииГибридизуются орбитали атома, реализующего связи с другими атомами Гибридизуются АО с близкой энергией Число гибридных орбиталей равно суммарному числу исходных орбиталей Гибридизация сопровождается изменением формы электронных облаков, поэтому хим. связи с участием гибр. орбиталей обладают большей прочностью, чем связи с “чистыми” АО |
35 |
 |
Пример: При образовании молекулы BeCl2 происходит гибридизация АО BeBe Cl |
36 |
 |
Другие типы гибридизацииsp3 гибридизации АО атома С в СН4 |
37 |
 |
Скелетная и пространственная модели молекулы метана |
38 |
 |
Слабые стороны метода ВСНе допускает присутствия в мол-х неспаренных электронов Не объясняет существования частиц – молекулярных катионов, в которых хим. связь осуществляется не парой, а одним электроном (H2+, Hе2+ ) Неожиданные параметры связи в молекулах и молекулярных ионах, вызванные переходами электронов |
39 |
 |
МО - делокализованные и многоцентровые Состояние эл-нов в молекулахсоот-вует принципам min энергии, Паули и Гунда Условия возникновения МО: - АО должны быть близкими по энергии -Атомные орбитали перекрываются - Расположение АО на линии связи должно быть одинаковым по симметрии - Из n АО образуется n МО - МО обозначают: ?, ?, ?, ? Основные положения метода МО |
40 |
 |
Связывающие и разрыхляющие МОДля нахождения волновых функций МО используют ЛКАО Из двух перекрывающихся АО обр-ся две МО МОсв – min эн-ия МОр – max эн-ия |
41 |
 |
?СвМодель образования ?св и ?р МО ?р МО s AO s AO |
42 |
 |
Сложение симметричных sa и ?sb. Линейная комбинация 1s орбиталей |
43 |
 |
Распределение электронов по МО в Н2МОр Ао Ао МОсв |
44 |
 |
Схема образования и ? связывающих и разрыхляющих МО при комбинации атомных орбиталей s и s pz и pz px и px |
45 |
 |
Комбинация волновых функций для H2 |
46 |
 |
|
47 |
 |
|
48 |
 |
Ионная связьЭнергия связи определяется силами электростатического взаимодействия противоположно заряженных ионов Ионные соединения состоят из огромного числа ионов, связанных в одно целое силами электростатического притяжения |
49 |
 |
Цикл Габера-Борна Нf = Еион(К) - Fср(А) + Uреш+?Нсуб(К)+ 1/2Едис(А2) Для NaCl Uреш= 412 + 109 + 121 – 368 + 494 = 768. кДж моль |
50 |
 |
Энергия кулоновского взаимодействия? - Коэф-т отталкивания |
51 |
 |
В ионном кристалле учитывается взаим-ие со всеми остальными частицамиВзаимодействие увеличивается в ?М раз, это учитывает коэффициент Маделунга, зависит только от структуры кристалла Для решетки типа NaCl ?М = 1,7476. |
52 |
 |
Энергия кристаллической решеткиэнергия разрушения решетки на ионы _Екул = Uреш. Екул находят по формуле Капустинского |
53 |
 |
Цикл Габера-Борна Нf=-Еион(К)+Fср(А)-Uреш - -?Нсуб(К)-Едис(А2) Для NaCl Uреш= 109 + 412 + 494 + 121 – 368 = 768. кДж моль |
54 |
 |
Характеристики ионной связиЭнергия кристаллической решетки эффективный заряд радиус иона координационные числа ионов |
55 |
 |
Uрешвозрастает с увеличением заряда ионов и уменьшением их радиусов Uреш - такого же порядка величина, что и энергия ковал. связи Это объясняет прочность многих ионных кристаллов, их высокие температуры плавления и кипения. |
56 |
 |
Uреш,Тпл, Ткип ионных кристаллов |
57 |
 |
Эффективный заряд иона- это реальный заряд иона в кристаллической структуре Рентгеновский метод определяет заряд атома, при сравнении спектра свободного атома и в соединении Исследование диэлектрической проницаемости в кристаллах дает эффективные заряды атомов в ряде соединений |
58 |
 |
Эффективный заряд атома (экспериментальные данные)Соед-е Атом ? Соед-е Атом ? HCl Cl -0,2 GeBr4 Ge +1,1 C2H4Cl2 Cl 0 ZnBr2 Zn +0,5 LiClO4 Cl +0,8 IBr Br -0,1 H2S S -0,2 GeH4 Ge +0,2 SO2 S -0,1 GeO2 Ge +0,1 CaSO4 S +0,4 K2CrO4 Cr +0,2 KMnO4 Mn +0,3 CrCl3 Cr +1,3 |
59 |
 |
Степень ионности (i)? это реальный заряд иона в крист-й структуре Величина ионности может быть оценена и по разности электроотрицательностей атомов |
60 |
 |
|
61 |
 |
Эффективный радиус- это радиус действия иона в кристалле Находят по ?r ионов в кристалле (r ионов не одинаковы и радиус одного из ионов необходимо определить) Оптическим методом был получен r(F-) = 1,33·10?10 нм зная межъядерное расстояние в кристалле NaF (d = 2,31·10?10 нм) нашли r(Na+) = ( 2,31-1,33) ·10?10= 0,98 нм |
62 |
 |
Структура ионных молекул и кристаллов опр-ся зарядами ионов и ихразмерами Ионные молекулы могут быть 2-х видов АВ и АВ2 т.к. степень ионности уменьшается с увеличением n (ABn). |
63 |
 |
Cтруктура ионных кристаллов опр-ся координационным числом (Кч.), которое зависит от отноcительных размеров ионов (rк/rа - числа Магнуса). Координационное число |
64 |
 |
Свойства ионной связи |
65 |
 |
Ненаправленность и ненасыщаемость В ионном соединении каждый ионпритягивает к себе независимо от направления неограниченное число противоположно заряженных ионов из-за сил электростатического взаимодействия Взаимное отталкивание противоионов ограничивает их число в окружении каждого иона. |
66 |
 |
Ионные соединения при обычных условиях – твердые и прочные, но хрупкиевещества При плавлении и растворении в воде они распадаются на ионы (электролитическая диссоциация) и проводят электрический ток, т.е. являются электролитами. |
67 |
 |
ПоляризацияЭто влияние друг на друга ионов, приводящее к деформации электронных оболочек Причина - действие электрического поля, создаваемого соседними противоположно заряженными ионами В результате электронная оболочка смещается в сторону соседнего иона и деформируется |
68 |
 |
Поляризуемость - деформация электронного облака в электрическом полеПоляризующая способность - деформирующее влияние на другие ионы. |
69 |
 |
Возрастает с ув-м размеров иона li+ – na+ – K+ – rb+ – cs+ F-– cl-–br-– I- радиус увеличивается поляризуемость возрастает rкат < rат < rан поэтому поляризуемость анионов выше поляризуемости катионов. Поляризуемость иона |
70 |
 |
Поляризующая способность ионовзависит от заряда, размера и типа иона Чем > заряд иона, тем > его поляризующее действие При одном и том же заряде напряженность электрического поля вблизи иона тем >, чем < его размеры |
71 |
 |
Катионы d-эл-тов обладают (при одном и том же заряде и близкомрадиусе) большей поляризующей способностью, чем катионы s- и p-элементов Анионы характеризуются поляризуемостью, а катионы поляризующей способностью. |
72 |
 |
Влияние поляризации на свойства соединений:Растворимость термическую устойчивость окраску |
73 |
 |
Пример AgCl хуже растворим в воде, чем NaCl и KСl Причина болеесильное поляризующее действие Ag+ на Cl– и связи становятся более ковалентны в AgCl, что ухудшает его растворимость в воде. |
74 |
 |
Пример: Кислородсодержащие к-ты менее устойчивы при нагревании, чем ихсоли Причина - сильное поляризующее действие Н+ Внедряясь в анион, протон снижает его заряд, ослабляет в нем хим. связи и делает его менее устойчивым, поэтому кислоты легко разлагаются на воду и оксид. |
«Химическая связь» |
http://900igr.net/prezentatsii/khimija/KHimicheskaja-svjaz/KHimicheskaja-svjaz.html