- •«Неорганическая химия» Часть I
- •Общие методические рекомендации по изучению дисциплины
- •Содержание дисциплины
- •Часть I. Общая химия Тема 1. Основные понятия и теоретические представления в химии
- •Тема 2. Классификация и номенклатура неорганических веществ.
- •Тема 3. Строение вещества: атомы, молекулы, жидкие, твердые вещества.
- •Тема 4. Элементы химической термодинамики. Химическое равновесие
- •Тема 5. Кинетика. Механизмы химических реакций.
- •Тема 6 Растворы. Кислотно-основные равновесия.
- •Тема 7. Основы электрохимии. Окислительно-восстановительные реакции
- •Тема 8. Комплексные соединения
- •1. Основные понятия и теоретические представления в химии
- •1.1. Основные законы атомно-молекулярного учения
- •«Масса веществ, вступивших в химическую реакцию, равна массе продуктов реакции».
- •1.2. Газовые законы химии
- •Нормальные условия
- •Примеры решения задач
- •2. Классификация и номенклатура неорганических соединений
- •2.1. Классификация неорганических соединений
- •1 ‑ Моно 4 ‑ тетра 7 ‑ гепта 10 ‑ дека
- •2 ‑ Ди 5 ‑ пента 8 ‑ окта 11 ‑ ундека
- •3 ‑ Три 6 ‑ гекса 9 ‑ нона 12 ‑ додека
- •2.3. Структурно-графические формулы веществ
- •2.4. Общие химические свойства основных классов неорганических веществ
- •2.5. Генетическая связь между важнейшими классами неорганических соединений
- •3. Строение вещества
- •3.1. Современные представления о строении атома.
- •3.2. Основные характеристики атомов
- •3.3. Химическая связь
- •Метод валентных связей (мвс)
- •Гибридизация атомных орбиталей
- •Ориентационное взаимодействие
- •Индукционное взаимодействие
- •Дисперсионное взаимодействие
- •3.5. Агрегатное состояние вещества
- •Контрольные задания
- •4. Химическая термодинамика
- •Примеры решения задач
- •Контрольные задания
- •5. Химическая кинетика. Скорость химических реакций
- •5.1. Понятие скорости химической реакции
- •5.2. Зависимость скорости реакции от концентрации реагирующих веществ.
- •5.3. Влияние температуры на константу скорости реакции
- •5.4. Кинетика обратимых реакций
- •5.5. Влияние внешних условий на химическое равновесие
- •Примеры решения задач
- •Контрольные задания
- •6. Растворы. Кислотно-основные равновесия
- •6.1. Концентрация растворов
- •6.2. Растворы неэлектролитов
- •6.3. Растворы электролитов. Теория электролитической диссоциации
- •6.4. Ионизация воды. РН растворов
- •6.5. Растворимость малорастворимых электролитов. Произведение растворимости.
- •6.6. Ионные реакции в растворе
- •6.7. Гидролиз солей
- •Примеры решения задач
- •Контрольные задания
- •7. Окислительно-восстановительные реакции. Основы электрохимии
- •7.1. Расчет степени окисления элемента
- •7.3. Классификация окислительно-восстановительных реакций
- •7.4. Критерий протекания окислительно-восстановительных реакций. Электродный потенциал
- •7.5. Факторы, влияющие на значение электродного
- •Если принять стандартными все концентрации, кроме рН, то:
- •7.6. Превращения энергии в электрохимических системах
- •7.7. Электролиз
- •Примеры решения задач
- •Контрольные задания
- •8. Комплексные соединения
- •8.1. Основные понятия
- •8.2. Номенклатура комплексных соединений
- •8.3. Изомерия комплексных соединений
- •8.4. Устойчивость комплексных соединений в растворе
- •Приложение
- •Перечень вопросов, выносимых на экзамен Общая химия (первый семестр)
- •Основные химические понятия: атомная и молекулярная масса, моль, молярная масса, эквивалент, эквивалентная масса, степень окисления элемента, валентность, фаза.
- •Литература
- •Оглавление
3.3. Химическая связь
Химическая связь - это взаимодействие атомов, обусловливающее устойчивость химической частицы или кристалла как целого. Химическая связь образуется за счет электростатического взаимодействия между заряженными частицами: катионами и анионами, ядрами и электронами.
В зависимости от того, как происходит перераспределение электронной плотности при образовании химической связи, различают несколько ее типов. Предельный случай поляризации химической связи - полный переход электрона от одного атома к другому. При этом образуются два иона, между которыми возникает ионная связь. Для того чтобы два атома смогли создать ионную связь, необходимо, чтобы их электроотрицательности очень сильно различались. Если электроотрицательности атомов равны (при образовании молекул из одинаковых атомов), связь называют неполярной ковалентной. Чаще всего встречается полярная ковалентная связь - она образуется между любыми атомами, имеющими разные значения электроотрицательности.
Ионная связь
При образовании химической связи может произойти существенное перераспределение электронной плотности атомов в соединении по сравнению со свободными атомами. В случае полной передачи электронов, образуются заряженные частицы - ионы.
Если атом теряет один или несколько электронов, то он превращается в положительный ион - катион. Так образуются катионы водорода Н+, лития Li+, бария Ва2+. Приобретая электроны, атомы превращаются в отрицательные ионы - анионы. Катионы и анионы способны притягиваться друг к другу. При этом возникает химическая связь, и образуются химические соединения. Такой тип химической связи называется ионной связью:
Ионная связь - это химическая связь, образованная за счет электростатического притяжения между катионами и анионами.
Взаимодействие между катионами и анионами не зависит от направления, поэтому о ионной связи говорят как о ненаправленной. Каждый катион может притягивать любое число анионов, и наоборот. Вот почему ионная связь является ненасыщенной. Число взаимодействий между ионами в твердом состоянии ограничивается лишь размерами ионов. Поэтому ионные соединения в твердом состоянии не имеют молекулярной структуры. Они образуют ионные кристаллы.
Для возникновения ионной связи необходимо, чтобы сумма значений энергии ионизации Jk (для образования катиона) и сродства к электрону EA (для образования аниона) должна быть энергетически выгодной. Это ограничивает образование ионной связи атомами активных металлов (элементы IA- и IIA-групп) и активных неметаллов (галогены).
При возникновении ионной связи между двумя свободными ионами энергия их притяжения определяется законом Кулона:
E(прит.) = q+ q− / (4π r ε),
где q+ и q− - заряды взаимодействующих ионов, r - расстояние между ними, ε - диэлектрическая проницаемость среды.
Согласно закону Кулона, на бесконечно малых расстояниях энергия притяжения должна стать бесконечно большой. Однако этого не происходит, так как ионы не являются точечными зарядами. При сближении ионов между ними возникают силы отталкивания, обусловленные взаимодействием электронных облаков. Энергия отталкивания ионов описывается уравнением Борна:
Е(отт.) = В / rn,
где В - некоторая константа, n может принимать значения от 5 до 12 (зависит от размера ионов). Общая энергия определяется суммой энергий притяжения и отталкивания:
Е = Е(прит.) + Е(отт.)
Ковалентная связь
В большинстве случаев при образовании связи происходит обобществление электронов связываемых атомов. Такой тип химической связи называют ковалентной связью. Связывающие электроны находятся преимущественно в пространстве между связываемыми атомами. За счет притяжения ядер атомов к этим электронам образуется химическая связь. Таким образом, ковалентная связь - это химическая связь, возникающая за счет увеличения электронной плотности в области между химически связанными атомами.
Одно из существенных свойств ковалентной связи - ее насыщаемость. При ограниченном числе внешних электронов в областях между ядрами образуется ограниченное число электронных пар вблизи каждого атома. Другое важное свойство ковалентной связи - ее направленность в пространстве. Это проявляется в примерно одинаковом геометрическом строении близких по составу химических частиц. Особенностью ковалентной связи является также ее поляризуемость.
Длина химической связи. При образовании химической связи всегда происходит сближение атомов - расстояние между ними меньше, чем сумма радиусов изолированных атомов:
r(A−B) < r(A) + r(B)
Межъядерное расстояние между химически связанными атомами называется длиной химической связи.
Валентные углы. Направление ковалентных связей характеризуется валентными углами - углами между линиями, соединяющими связываемые атомы. Графическая формула химической частицы не несет информации о валентных углах. Например, в сульфат-ионе SO42− валентные углы между связями сера − кислород равны 109,5o, а в тетрахлоропалладат-ионе [PdCl4]2− − 90o. Совокупность длин связей и валентных углов в химической частице определяет ее пространственное строение. Для определения валентных углов используют экспериментальные методы изучения структуры химических соединений.
При образовании химической связи энергия выделяется, при ее разрыве − поглощается. Энергия E0, необходимая для того, чтобы разъединить атомы и удалить их друг от друга на расстояние, на котором они не взаимодействуют, называется энергией связи. Для двухатомных молекул энергия связи определяется как энергия диссоциации молекулы на атомы. Она может быть измерена экспериментально.
Чем выше энергия химической связи, тем прочнее связь.
Полярность ковалентной связи
Полярность химической связи зависит от разности электроотрицательностей связываемых атомов.
Количественной оценкой полярности ("ионности") связи могут служить эффективные заряды атомов. Эффективный заряд атома характеризует разность между числом электронов, принадлежащих данному атому в химическом соединении, и числом электронов свободного атома. Атом более электроотрицательного элемента притягивает электроны сильнее. Поэтому электроны оказываются ближе к нему, и он получает некоторый отрицательный заряд, который называют и эффективным, а у его партнера появляется такой же положительный заряд. Если электроны, образующие связь между атомами, принадлежат им в равной степени, эффективные заряды равны нулю. В ионных соединениях эффективные заряды должны совпадать с зарядами ионов. А для всех других частиц они имеют промежуточные значения.