ОХ-03: Химическая связь и строение вещества
Химическая связь образуется при перекрывании электронных облаков или переходе электронов. Ковалентная (полярная и неполярная), ионная, металлическая связи и межмолекулярные взаимодействия определяют свойства веществ и тип кристаллической решётки.
Природа химической связи: валентность и степень окисления, ковалентная связь и геометрия молекул, ионная и металлическая связь, межмолекулярные взаимодействия и типы кристаллических решёток.
3.1. Валентность и степень окисления
Валентность — число ковалентных связей, образуемых атомом (без знака); определяется числом неспаренных электронов, неподелённых пар и вакантных орбиталей. Степень окисления — условный заряд атома в соединении в предположении ионного характера всех связей. Правила: в простых веществах равна 0, у кислорода обычно -2 (кроме пероксидов и OF2), у водорода +1 (кроме гидридов металлов), сумма степеней окисления в молекуле равна 0.
- Валентность
- Степень окисления
- Пероксиды
- Гидриды
3.2. Ковалентная связь. Пространственное строение молекул
Ковалентная связь образуется общей электронной парой: неполярная — между одинаковыми атомами (H2, Cl2), полярная — между разными неметаллами (HCl, H2O). Механизмы: обменный и донорно-акцепторный (примеры: NH4+, H3O+). Сигма-связь — перекрывание по оси, пи-связь — по обе стороны от оси. Гибридизация sp3, sp2, sp определяет геометрию: метан — тетраэдр (109°28′), вода — угол 104.5°, аммиак — около 107°.
- Донорно-акцепторный механизм
- Гибридизация
- Сигма- и пи-связи
- Теория отталкивания электронных пар
3.3. Ионная и металлическая связь
Ионная связь — электростатическое притяжение разноимённо заряженных ионов, типична для соединений металлов с неметаллами (NaCl, CaO); не имеет направленности и насыщаемости. Металлическая связь — взаимодействие катионов металла с обобществлёнными электронами («электронным газом»); обусловливает электро- и теплопроводность, ковкость, пластичность и металлический блеск.
- Ионная связь
- Металлическая связь
- Электронный газ
- Ковкость
3.4. Межмолекулярное взаимодействие
Межмолекулярные силы (взаимодействия Ван-дер-Ваальса): ориентационные (полярные молекулы), индукционные и дисперсионные (у всех частиц). Водородная связь — взаимодействие атома водорода при полярной связи (O-H, N-H, F-H) с неподелённой парой электронов другого атома; объясняет аномально высокие температуры кипения воды, аммиака и фтороводорода.
- Взаимодействие Ван-дер-Ваальса
- Водородная связь
- Температура кипения
3.5. Типы кристаллических решёток
Атомная решётка (алмаз, SiO2): прочные ковалентные связи, высокая твёрдость и температура плавления. Молекулярная решётка (иод, сухой лёд CO2): слабые межмолекулярные силы, летучесть и низкие температуры плавления. Ионная решётка (NaCl): тугоплавкость, хрупкость, электропроводность расплавов и растворов. Металлическая решётка: металлический блеск, проводимость, пластичность.
- Атомная решётка
- Молекулярная решётка
- Ионная решётка
- Металлическая решётка