Типы химических связей. Электростатическая, ковалентная связь. Ковалентная связь в органических соединениях. Строение метана. Строение молекул с N, O-атомами с неподеленной парой электронов. Строение и физико-химические свойства органических соединений.
/>
Связь между частицами лучше всего определять через энергию, которую система теряет при образовании соединения — аддукта.
1. Электростатическая связь
Ионная связь
Ион-дипольное взаимодействие
Диполь-дипольное взаимодействие
ИОННАЯ СВЯЗЬ
/>
Ион-дипольное взаимодействие
/>
/>
Диполь-дипольное взаимодействие
/>
2. КОВАЛЕНТНАЯ СВЯЗЬ— связь, образованная двумя электронами
/>
Переход от ковалентной связи к ионной
ковалентная связь
полярная ковалентная связь
ионная связь
А:А
d+В:Аd-
М+А-
Молекулярные орбитали — атомные орбитали
Молекула водорода Н2
/>
Длина связи
/>
Энергетическая диаграмма для разрыхляющей и связывающей орбиталей
/>
3. Структуры Льюиса
Связь между атомами обеспечивается электронными парами (американский химик Джилберт Льюис)
/>
Некоторые свойства ковалентных связей (длина связи, полярность связи и энергия связи)
4.1 Длина связи
/>
Минимальное расстояние между атомами отвечает минимальной потенциальной энергии системы.
Кривая потенциальной энергии (энергетический профиль)
/>
2 — участок притяжения, вызванного индуцированной поляризацией (дисперсионые силы Лондона).
Половина расстояния, разделяющего атомы в точке 3, соответствует вандерваальсову радиусу.
Вандерваальсовы радиусы
Атом или группа
Вандерваальсов радиус, Å
Br
1,35
CH2
2,0
CH3
2,0
Cl
1,8
F
1,35
H
1,2
I
2,15
N
1,15
O
1,4
4.2 Полярность связи
/>
Диоксид углерода, представляющий собой линейную молекулу, имеет нулевой дипольный момент, а дипольный момент диоксида серы, нелинейной молекулы, равен 1,6 Д.
/>
Дипольный момент может быть рссчитан по формуле:
m= e ·l
e-элементарный заряд
l-расстояние между центрами положительных и отрицательных зарядов.
Дипольный момент измеряют в дебаях (Д). 1 дебай равен 10-18 е·см
Средняя величина дипольных моментов связей и функциональных групп
Структурная единица
Дипольный момент, Д
H-Br
0,74
H-Cl
1,03
H-N
1,3
H-O
1,5
H-S
0,7
C-Cl
1,9
C-N
1,0
C-O
1,2
C=O
2,7
C-NO2
4,0
4.3. Энергия связи
Процесс, в результате которого разрывается ковалентная связь и каждый из фрагментов сохраняет один электрон, называется «гомолизом» или «гомолитическим расщеплением».
X-Y ®X·+ Y·гомолитическое расщепление–PAGE_BREAK–
Энергия, требующаяся для гомолитического расщепления отдельной связи и образования двух нейтральных атомов, называется энергией диссоциации (ккал/моль).
Средняя величина энергии, необходимая для разрыва отдельной связи называется энергией связи.
Энергия связей, ккал/моль
H-C
99
C-C
80
C-O
81
C-N
62
C-S
65
H-N
84
C-F
102
C-Cl
77
C-I
56
H-O
110
Энергетический профиль образования А2
/>
5. Связь в органических соединениях
Ковалентная связь характерна для соединений углерода, именно эта связь имеет основное значение в химии органических соединений.
Примеры написания моделей связей.
/>
атомные орбитали углерода
Элементы пространства, в котором наиболее вероятно нахождение электрона, называют орбиталью. Орбитали отличаются формой и энергией.
/>
6. Строение метана
Электронная конфигурация основного состояния изолированного атома углерода:
/>
Рассмотрение электронного строения метана дает основание утверждать, что углерод 2-х валентен и должен образовывать соединения строения СН2, однако в метане углерод соединение 4 атомами углерода. Чтобы получить 4-х валентный углерод, необходимо иметь следующую схему распределения электронов:
/>
/>
Возбужденное состояние атома включает образование четырех новых внешних орбиталей путем «гибридизации» 2s-орбитали и всех трех 2р-орбиталей. Четыре гибридные орбитали обладают одинаковой энергией, и каждая из них обозначается 2sp3. Гибридные орбитали обладают наибольшей степенью направленности, они точно эквивалентны друг другу. Главные оси четырех гибридных орбиталей направлены к углам правильного тетраэдра — расположение, при котором орбитали максимально удалены друг от друга.
/>
Угол связи (109,50) определяется условием максимального перекрывания гибридных орбиталей с орбиталями водорода.
Длина связи в метане 1,09 A.
Энергия связи 102 ккал/моль (417,05103Дж/моль)
В отличии от ионной связи, прочность которой одинакова по всем направлениям, ковалентная связь является направленной.
Для углерода возможны три типа гибридизации:
/>
7. Строение молекул с n, o-атомами с неподеленной парой электронов
NH3
/>
Энергия связи 103 ккал/моль (431,24103Дж/моль)
Н2О
/>
Энергия связи 103 ккал/моль (431,24103 Дж/моль)
Наличие свободных электронов у аммиака и воды придает им основные свойства, более сильные у аммиака.
8. Строение и физико-химические свойства
Т пл., Т кип., растворимость.
Физические свойства дают информацию о строении вещества. Строение позволяет предсказать физические свойства.
Сравнить ионные и неионные соединения:
NaClТ пл 801С
СН4Т пл. -183С
Межмолекулярные силы
Диполь-дипольное взаимодействие, вандерваальсовы силы (индуцир. диполь)
NaClТ кип 1413С (ионная пара — газообразное состояние)
CH4Т кип -161,5С
H2O100С
NH3-33С
Растворимость
Ион-дипольное взаимодействие
Na+НОН
сольватация гидратация
/>
Подобное растворяется в подобном. Растворимость определяется полярностью.
СН4и CCl4нерастворимы в воде
СН3ОН растворим в воде.