Метан, етилен, ацетилен: химическа структура, изгаряне. реакция на полимеризация. Контролна работа по химия на тема "Структура на веществата". (11 клас) Молекулната структура има ch4 naoh sio2 al

A 1. Химични връзки във вещества, чиито формули са съответно CH 4 и CaCl 2:

а) йонни и ковалентни полярни, б) ковалентни полярни и йонни,

в) ковалентни неполярни и йонни, г) ковалентни полярни и метални.

А 2.Полярността на връзката е по-голяма във вещество с формула:

а) Br2, б) LiBr, в) HBr, г) KBr

A 3.Йонният характер на връзката в поредицата от съединения Li 2 O - Na 2 O - K 2 O - Rb 2 O:

а) нараства, б) намалява, в) не се променя, г) първо намалява, след това се увеличава.

A 4. Съществува ковалентна връзка между атомите, образувана по донорно-акцепторния механизъм в вещество, чиято формула е:

a) Al(OH) 3, b) [CH3NH3]Cl, c) C2H5OH, d) C6H12O6.

A 5.Двойка формули на вещества, в молекулите на които има само δ - връзки:

а) CH 4 и O 2, b) C 2 H 5 OH и H 2 O, c) N 2 и CO 2, d) HBr и C 2 H 4.

А 6. Най-силната връзка от следните:

a) C - Cl, b) C - F, c) C - Br, d) C - I.

A 7. Група от формули на съединения, в които има подобна ориентация на връзките поради sp 3 - хибридизация на електронни орбитали:

а) CH 4, C 2 H 4, C 2 H 2, b) NH 3, CH 4, H 2 O, c) H 2 O, C 2 H 6, C 6 H 6, d) C 3 H 8, BCl3, BeCl2.

А 8. Валентността и степента на окисление на въглеродния атом в молекулата на метанола съответно са:

а) 4 и +4, б) 4 и -2, в) 3 и +2, г) 4 и -3.

А 9. Веществата с йонна кристална решетка се характеризират с:

а) слаба разтворимост във вода, б) висока точка на кипене, в) топимост, г) летливост.

А 10. Образуването на водородна връзка между молекулите води до:

а) до намаляване на точките на кипене на веществата, б) до намаляване на разтворимостта на веществата във вода,

в) до повишаване на точките на кипене на веществата, г) до повишаване на летливостта на веществата.

А 11. Формулата на вещество с йонна връзка:

a) NH3, b) C2H4, c) KH, d) CCl4.

А 12

A13.Молекулярната структура има вещество с формула:

А 14.Водородна връзка се образува между:

а) водни молекули, б) водородни молекули,

в) въглеводородни молекули, г) метални атоми и водородни атоми.

А 15.Ако разклатите енергично сместа от растително масло и вода, получавате:

а) суспензия, б) емулсия, в) пяна, г) аерозол.

А 16. Формулата на вещество с ковалентна полярна връзка:

а) Cl2, б) KCl, в) NH3, г) О2.

А 17.Вещество, което има водородна връзка между своите молекули:

а) етанол, б) метан, в) водород, г) бензен.

А 18.Броят на общите електронни двойки в молекулата на водорода:

а) едно, б) две, в) три, г) четири.

А 19. Полярност химическа връзканараства в редица съединения, чиито формули са:

a) NH3, HI, O2, b) CH4, H2O, HF, c) PH3, H2S, H2, d) HCl, CH4, CL2.

А 20.Кристална решетка на натриев хлорид:

а) атомна, б) йонна, в) метална, г) молекулярна.

А 21. Броят на δ и π - връзките в ацетиленовата молекула:

а) 5 δ и π - не, б) 2 δ и 3 π, в) 3 δ и 2 π, г) 4 δ и 1 π.

А 22. Веществата, чиито формули са: CH 3 - CH 2 - OH и CH 3 - O - CH 3 са:

а) хомолози, б) изомери, в) едно и също вещество, г) както хомолози, така и изомери.

А 23. Хомологът на вещество, чиято формула е CH 2 \u003d CH - CH 3, е:

а) бутан, б) бутен - 1, в) бутен - 2, г) бутин - 1.

А 24. Между атомите се образува ковалентна неполярна връзка:

а) водород и кислород, б) въглерод и водород, в) хлор, г) магнезий.

А 25. Само δ - връзката е в молекулата:

а) азот, б) етанол, в) етилен, г) въглероден окис (4).

А 26. Азотният атом има валентност 3 и степен на окисление 0 в молекула на вещество, чиято формула е:

а) NH3, б) N2, в) CH3NO2, г) N2O3.

А 27. Молекулярната структура има вещество с формула:

a) CH4, b) NaOH, c) SiO2, d) Al.

A28. C-H връзката е по-силна от Si-H връзката, защото:

а) дължината на връзката е по-къса, б) дължината на връзката е по-дълга,

в) полярността на връзката е по-малка, г) полярността на връзката е по-голяма.

А 29.Съществува ковалентна връзка между атомите, образувана по донорно-акцепторния механизъм в вещество, чиято формула е:

a) CH3NO2, b) NH4NO2, c) C5H8, d) H2O.

А 30.Най-малко полярната връзка е:

a) C - H, b) C - Cl, c) C - F, d) C - Br
Част Б:
Б 1. Броят на общите електронни двойки между бромните атоми в молекула Br 2 е ......
Б 2.От кои връзки се образува тройна връзка в молекулата N 2 (представете си отговора в именителен падеж).
Б 3. Във възлите на металната кристална решетка са ...... .. .
Б 4.Дайте пример за вещество, в молекулата на което има пет δ - и две π - връзки. Назовете веществото в именителен падеж.
Б 5.
Б 6. Броят на общите електронни двойки между бромните атоми в молекулата на N2 е ......
Б 7.От кои връзки се образува тройна връзка в молекулата C 2 H 2 (представете си отговора в именителен падеж).
Б 8. Във възлите на йонната кристална решетка са ...... .. .
Б 9.Дайте пример за вещество, в молекулата на което има пет δ - и една π - връзки. Назовете веществото в именителен падеж.
Б 10.Какъв е максималният брой π връзки, които могат да се образуват между два атома в една молекула? (Дайте отговора си като число)
Част C:
от 1.Напишете структурните формули на всички изомерни вещества от състава C 5 H 10 O. Назовете всяко вещество.
От 2 . Съставете структурните формули на веществата: CHCl 3, C 2 H 2 Cl 2, F 2.

Грим графични формули: AlN, CaSO4, LiHCO3.
От 3.

HNO 3 , HClO 4 , K 2 SO 3 , KMnO 4 , CH 3 F, MgOHCl 2 , ClO 3 - , CrO 4 2- , NH 4 +

от 4.Напишете структурните формули на всички изомерни вещества от състава C 4 H 8 O 2. Назовете всяко вещество.
От 5 . Съставете структурните формули на веществата: CHBr 3, C 2 H 2 Br 2, Br 2.

Направете графични формули: Al 2 S 3, MgSO 4, Li 2 CO 3.
от 6.Определете степента на окисление в химичните съединения и йони:

CCl4, Ba(NO3)2, Al2S3, HClO3, Na2Cr2O7, K2O4, SrO2-, Cr2O32

Вариант 2

Част A:

A 1. Двойка елементи, между които се образува йонна химична връзка:

а) въглерод и сяра, б) водород и азот, в) калий и кислород, г) силиций и водород.

А 2.Формулата на вещество с ковалентна връзка:

а) NaCl, б) HCl, в) BaO, г) Ca3N2.

A 3.Най-малко полярната връзка е:

a) C - H, b) C - Cl, c) C - F, d) C - Br.

A 4. Правилното твърдение е, че δ е връзка, за разлика от π е връзка:

а) по-малко силни, б) образувани от странично припокриване на атомни орбитали,

в) не е ковалентен, г) се образува от аксиално припокриване на атомни орбитали.

A 5.Вещество, в молекулата на което няма π-връзка:

а) етилен, б) бензен, в) амоняк, г) азот.

А 6. Най-силната молекула е:

а) Н2, б) N2, в) F2, г) О2.

A 7. В CO 3 2- йона въглеродният атом е в sp 2 - хибридно състояние, така че йонът има формата:

а) линеен, б) тетраедър, в) триъгълник, г) октаедър.

А 8. Въглеродният атом има степен на окисление -3 и валентност 4 във връзка с формулата:

a) CO 2, b) C 2 H 6, c) CH 3 Cl, d) CaC 2.

А 9. Атомната кристална решетка има:

а) сода, б) вода, в) диамант, г) парафин.

А 10. Вещество, между молекулите на което има водородна връзка:

а) етан, б) натриев флуорид, в) въглероден оксид (4), г) етанол.

А 11. Изберете група от елементи, подредени във възходящ ред на електроотрицателност:

а) Cl, Si, N, O, б) Si, P, N, F, в) F, Cl, O, Si, г) О, N, F, Cl.

А 12. Съществува ковалентна връзка между атомите, образувана по донорно-акцепторния механизъм в вещество, чиято формула е:

13.

А 14.Образуването на водородни връзки може да се обясни с:

а) разтворимостта на оцетната киселина във вода, б) киселинните свойства на етанола,

в) висока точка на топене на много метали, г) неразтворимост на метан във вода.

А 15.Формулата на вещество с ковалентна полярна връзка:

а) Cl2, б) KCl, в) NH3, г) О2.

Част Б:

Б 1. От предложените изберете вещество, в молекулата на което има π - връзки: H 2, CH 4, Br 2, N 2, H 2 S, CH 3 OH, NH 3. Напишете името на това вещество.

Б 2.Процесът на взаимодействие на електронните орбитали, водещ до тяхното подреждане по форма и енергия, се нарича ......

Б 3. Как се нарича явлението уголемяване на колоидни частици и тяхното утаяване от колоиден разтвор?

Б 4.Дайте пример за вещество, в молекулата на което има три δ - и една π - връзки. Назовете веществото в именителен падеж.

Б 5.В кое от следните вещества връзките са най-полярни: хлороводород, флуор, вода, амоняк, сероводород. Запишете избраното вещество по формулата.

Част C:

от 1.Напишете структурните формули на всички изомерни вещества от състава C 4 H 8. Назовете всяко вещество.

От 2 .Съставете структурните формули на веществата: CHF 3, C 2 H 2 Br 2, O 2.

Направете графични формули: Mg 3 N 2, Na 2 SO 4, KHCO 3.

От 3.

Mg 3 N 2, Cl 2, ZnSO 4, KHS, CH 3 Cl, FeOHCl 2, BrO 2, AsO 4 3-, NH 4 +

Изпит № 2 "СТРОЙ НА ВЕЩЕСТВОТО".

Вариант 3

Част A:

A 1. Химични връзки във вещества, чиито формули са съответно CH 4 и CaCl 2:

а) йонни и ковалентни полярни, б) ковалентни полярни и йонни,

в) ковалентни неполярни и йонни, г) ковалентни полярни и метални.

А 2.Полярността на връзката е по-голяма във вещество с формула:

а) Br2, б) LiBr, в) HBr, г) KBr

A 3.Йонният характер на връзката в поредицата от съединения Li 2 O - Na 2 O - K 2 O - Rb 2 O:

а) нараства, б) намалява, в) не се променя, г) първо намалява, след това се увеличава.

A 4. Съществува ковалентна връзка между атомите, образувана по донорно-акцепторния механизъм в вещество, чиято формула е:

a) Al(OH) 3, b) [CH3NH3]Cl, c) C2H5OH, d) C6H12O6.

A 5.Двойка формули на вещества, в молекулите на които има само δ - връзки:

а) CH 4 и O 2, b) C 2 H 5 OH и H 2 O, c) N 2 и CO 2, d) HBr и C 2 H 4.

А 6. Най-силната връзка от следните:

a) C - Cl, b) C - F, c) C - Br, d) C - I.

A 7. Група от формули на съединения, в които има подобна ориентация на връзките поради sp 3 - хибридизация на електронни орбитали:

а) CH 4, C 2 H 4, C 2 H 2, b) NH 3, CH 4, H 2 O, c) H 2 O, C 2 H 6, C 6 H 6, d) C 3 H 8, BCl3, BeCl2.

А 8. Валентността и степента на окисление на въглеродния атом в молекулата на метанола съответно са:

а) 4 и +4, б) 4 и -2, в) 3 и +2, г) 4 и -3.

А 9. Веществата с йонна кристална решетка се характеризират с:

а) слаба разтворимост във вода, б) висока точка на кипене, в) топимост, г) летливост.

А 10. Образуването на водородна връзка между молекулите води до:

а) до намаляване на точките на кипене на веществата, б) до намаляване на разтворимостта на веществата във вода,

в) до повишаване на точките на кипене на веществата, г) до повишаване на летливостта на веществата.

А 11. Формулата на вещество с йонна връзка:

a) NH3, b) C2H4, c) KH, d) CCl4.

А 12. Само δ - връзката е в молекулата:

а) азот, б) етанол, в) етилен, г) въглероден окис (4).

13. Молекулярната структура има вещество с формула:

a) CH4, b) NaOH, c) SiO2, d) Al.

А 14.Водородна връзка се образува между:

а) водни молекули, б) водородни молекули,

в) въглеводородни молекули, г) метални атоми и водородни атоми.

А 15.Ако разклатите енергично сместа от растително масло и вода, получавате:

а) суспензия, б) емулсия, в) пяна, г) аерозол.

Част Б:

Б 1. Броят на общите електронни двойки между бромните атоми в молекула Br 2 е ......

Б 2.От кои връзки се образува тройна връзка в молекулата N 2 (представете си отговора в именителен падеж).

Б 3. Във възлите на металната кристална решетка са ...... .. .

Б 4.Дайте пример за вещество, в молекулата на което има пет δ - и две π - връзки. Назовете веществото в именителен падеж.

Б 5.Какъв е максималният брой π връзки, които могат да се образуват между два атома в една молекула? (Дайте отговора си като число)

Част C:

от 1.Напишете структурните формули на всички изомерни вещества от състава C 5 H 10 O. Назовете всяко вещество.

От 2 .Съставете структурните формули на веществата: CHCl 3, C 2 H 2 Cl 2, F 2.

Направете графични формули: AlN, CaSO 4 , LiHCO 3 .

От 3.Определете степента на окисление в химичните съединения и йони:

HNO 3 , HClO 4 , K 2 SO 3 , KMnO 4 , CH 3 F, MgOHCl 2 , ClO 3 - , CrO 4 2- , NH 4 +

Подобна информация.

4. Същност и видове химични връзки. ковалентна връзка

Приложение. Пространствена структура на молекулите

Всяка молекула (например CO 2, H 2 O, NH 3) или молекулярен йон (например CO 3 2 -, H 3 O +, NH 4 +) има определен качествен и количествен състав, както и структура (геометрия). Геометрия на молекулатасе формира поради фиксирано взаимно разположение на атомите и стойности на ъглите на връзката.

Ъгълът на връзката е ъгълът между въображаеми прави линии, преминаващи през ядрата на химически свързани атоми. Можете също така да кажете, че това е ъгълът между две свързващи линии, които имат общ атом.

Линията на връзка е линия, свързваща ядрата на два химически свързани атома.

Само при двуатомните молекули (H 2 , Cl 2 и др.) не възниква въпросът за тяхната геометрия - те винаги са линейни, т.е. ядрата на атомите са разположени на една права линия. Структурата на по-сложните молекули може да прилича на различна геометрични фигури, Например:

• триатомни молекули и йони от типа AX 2 (H 2 O, CO 2, BeCl 2)

• четириатомни молекули и йони като AX 3 (NH 3, BF 3, PCl 3, H 3 O +, SO 3) или A 4 (P 4, As 4)

• петатомни молекули и йони от типа AX 4 (CH 4, XeF 4, GeCl 4)

Има частици и др сложна структура(октаедър, триъгълна бипирамида, плосък правилен шестоъгълник). В допълнение, молекулите и йоните могат да имат формата на изкривен тетраедър, неправилен триъгълник; в молекулите с ъглова структура стойностите на α могат да бъдат различни (90 °, 109 °, 120 °).

Структурата на молекулите е надеждно установена експериментално с помощта на различни физични методи. Разработени са различни теоретични модели, за да се обяснят причините за образуването на определена структура и да се предскаже геометрията на молекулите. Най-лесни за разбиране са моделът на отблъскване на двойки валентни електрони (моделът OVEP) и моделът на хибридизация на валентните атомни орбитали (моделът GVAO).

В основата на всички (включително двата споменати) теоретични модели, обясняващи структурата на молекулите, е следното твърдение: стабилното състояние на молекула (йон) съответства на такова пространствено разположение на ядрата на атомите, при което взаимното отблъскване на електроните на валентния слой ще бъдат минимални.

Това отчита отблъскването на електрони, както участващи в образуването на химическа връзка (свързващи електрони), така и неучастващи (несподелени двойки електрони). Взема се предвид, че орбиталата на свързващата електронна двойка е компактно концентрирана между два атома и следователно заема по-малко пространство от орбиталата на несподелената двойка електрони. Поради тази причина отблъскващият ефект на несвързващата (самотна) двойка електрони и нейният ефект върху ъглите на връзката са по-изразени от тези на свързваща двойка.

Модел OVEP. Тази теория изхожда от следните основни положения (изложени по опростен начин):

• геометрията на молекулата се определя само от σ-връзки (но не и π-);
• ъглите между връзките зависят от броя на несподелените двойки електрони в централния атом.

Тези разпоредби трябва да се разглеждат съвместно, тъй като както електроните на химическата връзка, така и самотните двойки електрони се отблъскват взаимно, което в крайна сметка води до образуването на такава структура на молекулата, при която това отблъскване ще бъде минимално.

Нека разгледаме геометрията на някои молекули и йони от гледна точка на метода ECEP; Електроните на σ-връзката ще бъдат обозначени с две точки (:), самотните двойки електрони - с конвенционален символ ( или ) или тире.

Нека започнем с пет-атомната метанова CH4 молекула. В този случай централният атом (този въглерод) е изчерпал напълно своето валентни възможностии не съдържа несподелени двойки валентни електрони, т.е. всичките четири валентни електрона образуват четири σ връзки. Как трябва да бъдат разположени един спрямо друг електроните на σ-връзката, така че отблъскването между тях да е минимално? Очевидно под ъгъл от 109 °, т.е. по линии, насочени към върховете на въображаем тетраедър, в центъра на който е въглероден атом. В този случай електроните, участващи в образуването на връзка, са възможно най-отдалечени един от друг (за квадратна конфигурация разстоянието между тези електрони на връзката е по-голямо и междуелектронното отблъскване е по-малко). Поради тази причина молекулата на метана, както и молекулите CCl 4, CBr 4, CF 4, имат формата на правилен тетраедър (за тях се казва, че имат тетраедрична структура):

Амониевият катион NH + 4 и анионът BF 4 − имат една и съща структура, тъй като атомите на азота и бора образуват по четири σ-връзки всеки и нямат несподелени двойки електрони.

Помислете за структурата на четириатомната молекула амоняк NH3. В молекулата на амоняка има три двойки свързващи електрони и една несподелена двойка електрони при азотния атом, т.е. също четири двойки електрони. Дали обаче ъгълът на свързване ще остане 109°? Не, тъй като несподелената двойка електрони, които заемат по-голям обем в пространството, има силен отблъскващ ефект върху електроните на σ-връзката, което води до известно намаляване на ъгъла на връзката, в този случай този ъгъл е приблизително 107 °. Молекулата на амоняка има формата на триъгълна пирамида (пирамидална структура):

Тетраатомният хидроксониев йон H 3 O + също има пирамидална структура: кислородният атом образува три σ-връзки и съдържа една несподелена електронна двойка.

В четириатомната BF 3 молекула броят на σ-връзките също е три, но атомът на бора няма несподелени двойки електрони. Очевидно междуелектронното отблъскване ще бъде минимално, ако молекулата BF 3 има формата на правилен плосък триъгълник с ъгъл на свързване 120 °:

Молекулите BCl 3 , BH 3 , AlH 3 , AlF 3 , AlCl 3 , SO 3 имат същата структура и по същите причини.

Каква е структурата на водната молекула?

Има четири двойки електрони в триатомна водна молекула, но само две от тях са електрони на σ-връзка, останалите две са несподелени двойки електрони на кислородния атом. Отблъскващият ефект на две несподелени двойки електрони в молекула H 2 O е по-силен, отколкото в молекула амоняк с една несподелена двойка, следователно ъгълът на връзката H–O–H е по-малък от ъгъла H–N–H в молекула амоняк : във водна молекула ъгълът на връзката е приблизително 105 ° :

Молекулата CO 2 (O=C=O) също има две двойки свързващи електрони (разглеждаме само σ-връзки), но за разлика от водната молекула, въглеродният атом няма несподелени двойки електрони. Очевидно отблъскването между двойки електрони в този случай ще бъде минимално, ако те са разположени под ъгъл от 180 °, т.е. с линейна форма на CO 2 молекула:

Молекулите BeH 2 , BeF 2 , BeCl 2 имат подобна структура и по същите причини. В триатомна молекула SO 2 централният атом (серен атом) също образува две σ-връзки, но има несподелена двойка електрони, следователно молекулата на серен (IV) оксид има ъглова структура, но ъгълът на връзката в нея е по-голям, отколкото във водната молекула (кислородният атом две несподелени двойки електрони, докато серният атом има само една):

Някои триатомни молекули със състав ABC също имат линейна структура (например H–C≡N, Br–C≡N, S=C=Te, S=C=O), в която централният атом няма несподелени двойки на електрони. Но молекулата на HClO има ъглова структура (α ≈ 103°), тъй като централният атом, кислородният атом, съдържа две несподелени двойки електрони.

С помощта на модела OVEP може също да се предвиди структурата на молекулите органична материя. Например, в молекула C 2 H 2 ацетилен, всеки въглероден атом образува две σ-връзки и въглеродните атоми нямат несподелени двойки електрони; следователно молекулата има линейна структура H–C≡C–H.

В молекулата на C 2 H 4 етен всеки въглероден атом образува три σ-връзки, което при отсъствието на несподелени двойки електрони при въглеродните атоми води до триъгълно разположение на атомите около всеки въглероден атом:

В табл. 4.2 обобщава някои данни за структурата на молекулите и йоните.

Таблица 4.2

Връзка между структурата на молекулите (йони) и числото σ -връзки и несподелени двойки електрони на централния атом

Модел GUAO. Основното положение на този модел е, че в образуването на ковалентни връзки участват не "чистите" валентни s -, p - и d - орбитали, а т.нар. хибридни орбитали. Освен това, хибридизацията се разглежда само с участието на 2p- и 2s-AO.

Хибридизацията е явлението на смесване на валентни орбитали, в резултат на което те са подредени по форма и енергия.

Концепцията за хибридизация се използва винаги, когато електрони от различни енергийни поднива участват в образуването на химични връзки, не много различни по енергия: 2s и 2p, 4s, 4p и 3d и т.н.

Хибридната орбитала не е подобна по форма на оригиналните 2p- и 2s-AO. Има формата на неправилен обем осем:

Както може да се види, хибридните АО са по-удължени, така че могат да се припокриват по-добре и да образуват по-здрави ковалентни връзки. Когато хибридните орбитали се припокриват, се образуват само σ връзки; хибридните АО не участват в образуването на π-връзки поради специфичната им форма (π-връзките образуват само нехибридни АО). Броят на хибридните орбитали винаги е равен на броя на началните АО, участващи в хибридизацията. Хибридните орбитали трябва да бъдат ориентирани в пространството така, че да се осигури максималното им разстояние една от друга. В този случай отблъскването на електроните, разположени върху тях (свързващи и несвързващи), ще бъде минимално; енергията на цялата молекула също ще бъде минимална.

Моделът HLAO предполага, че в хибридизацията участват орбитали с близки енергийни стойности (т.е. валентни орбитали) и достатъчно висока електронна плътност. Електронната плътност на орбитала намалява с увеличаване на нейния размер, следователно ролята на хибридизацията е особено важна за молекулите на елементите с малки периоди.

Трябва да се помни, че GVAO не е реален физическо явление, но удобна концепция (математически модел), която позволява да се опише структурата на някои молекули. Образуването на хибридни АО не се фиксира с никакви физически методи. Въпреки това теорията за хибридизацията има известна физическа обосновка.

Помислете за структурата на молекулата на метана. Известно е, че молекулата СН4 има формата на правилен тетраедър с въглероден атом в центъра; всичките четири С–Н връзки се образуват чрез обменния механизъм и имат еднаква енергия и дължина, т.е. са еквивалентни. Доста лесно е да се обясни наличието на четири несдвоени електрона във въглероден атом, като се приеме, че той преминава във възбудено състояние:

Този процес обаче не обяснява еквивалентността на всичките четири C-H връзки, тъй като според горната схема три от тях се образуват с участието на 2p-AO на въглеродния атом, една се образува с участието на 2s-AO и формата и енергията на 2p- и 2s-AO са различни.

За да обясни този и други подобни факти, Л. Полинг развива концепцията за GVAO. Предполага се, че смесването на орбиталите става в момента на образуване на химични връзки. Този процес изисква изразходване на енергия за електронно сдвояване, което обаче се компенсира от освобождаването на енергия по време на образуването на по-силни (в сравнение с нехибридните) връзки от хибридни АО.

Различават се няколко типа хибридизация въз основа на природата и броя на АО, участващи в хибридизацията.

В случай на sp 3 хибридизация се смесват една s и три p орбитали (оттук и името на типа хибридизация). За въглероден атом процесът може да бъде представен по следния начин:

1 s 2 2 s 2 2 p x 1 2 p y 1 → електронен преход 1 s 2 2 s 1 2 p x 1 2 p y 1 2 p z 1 → хибридизация 1 s 2 2 (s p 3) 4

или чрез електронни конфигурации:

Четири sp 3 -хибридни AO са междинни по енергия между 2p - и 2s -AO.

Схемата на sp 3 хибридизация може да бъде представена с помощта на изображения на формата на AO на въглеродния атом:

Така в резултат на sp 3 хибридизация се образуват четири хибридни орбитали, всяка от които съдържа несдвоен електрон. Тези орбитали в пространството са разположени под ъгъл 109°28', което осигурява минимално отблъскване на разположените върху тях електрони. Ако свържете върховете на хибридни орбитали, ще получите триизмерна фигура - тетраедър. По тази причина молекулите със състав АХ 4 (CH 4 , SiH 4 , CCl 4 и др.), в които се извършва този вид хибридизация, имат формата на тетраедър.

Концепцията за sp 3 хибридизация на АО също добре обяснява структурата на H 2 O и NH 3 молекулите. Предполага се, че 2s и 2p АО на азотни и кислородни атоми участват в хибридизацията. В тези атоми броят на валентните електрони (съответно 5 и 6) надвишава броя на sp 3 -хибридните АО (4), следователно някои от хибридните АО съдържат несдвоени електрони, а някои съдържат самотни двойки електрони:

Виждаме, че в азотния атом несподелената електронна двойка е разположена на един хибриден AO, а в кислородния атом - на два. Само АО с несдвоени електрони участват в образуването на връзки с водородни атоми, а единичните двойки електрони ще имат отблъскващ ефект (фиг. 4.5) един върху друг (в случай на кислород) и върху свързващи електрони (за кислород и азот ).

Ориз. 4.5. Схема на отблъскващо действие на свързващи и несвързващи орбитали в молекулата на амоняк (а) и вода (б)

По-силно отблъскване се изразява в случай на водна молекула. Тъй като кислородният атом има две несподелени двойки електрони, отклонението от идеалната стойност на ъгъла на свързване за този тип хибридизация (109°28 ′) във водната молекула е по-голямо, отколкото в молекулата на амоняка (в H 2 O и NH 3 молекули, ъгълът на връзката е 104, съответно 5° и 107°).

Моделът на sp 3 хибридизация се използва за обяснение на структурата на диамант, силиций, NH 4 + и H 3 O + йони, алкани, циклоалкани и др. В случая на въглерод този тип хибридизация се използва винаги, когато атом от този елемент образува само σ-връзки.

В случай на sp 2 хибридизация се смесват една s и две p орбитали. Нека разгледаме този тип хибридизация, използвайки примера на борен атом. Процесът се представя с енергийни диаграми

Така в резултат на sp 2 хибридизацията на валентните орбитали на борния атом се образуват три хибридни АО, насочени под ъгъл 120°, като една от 2p орбиталите не участва в хибридизацията. Хибридните орбитали съдържат по един несдвоен електрон, разположени са в една и съща равнина и ако свържете върховете им, получавате правоъгълен триъгълник. Поради тази причина молекулите от състава АХ 3 с sp 2 хибридизация на орбиталите на атома А имат триъгълна структура, както е показано за молекулата BF 3:

Нехибридният 2p AO на борния атом е свободен (не е зает) и е ориентиран перпендикулярно на равнината на връзката B–F; следователно, молекулата BF3 е акцептор на електрони при образуването на ковалентна връзка чрез донорно-акцепторния механизъм при взаимодействие с молекула амоняк.

Концепцията за sp 2 хибридизация се използва за обяснение на природата на двойната връзка въглерод-въглерод в алкените, структурата на бензена и графита, т.е. в случаите, когато въглеродният атом образува три σ- и една π-връзка.

Пространственото разположение на орбиталите на въглеродния атом за sp 2 хибридизация изглежда така: нехибридният 2p-AO е ориентиран перпендикулярно на равнината, в която са разположени хибридните орбитали (и хибридният, и нехибридният AO съдържат несдвоен електрон).

Помислете за образуването на химични връзки в етиленовата молекула H 2 C=CH 2 . В него хибридните АО се припокриват един с друг и с 1s-АО на водородния атом, образувайки пет σ-връзки: една C–C и четири C–H. Нехибридните 2p-AO се припокриват странично и образуват π-връзка между въглеродните атоми (фиг. 4.6).

Ориз. 4.6. Схема на образуване на σ-връзки (а) и π-връзки (б) в молекула на етилен

В случай на sp хибридизация, една s и една p орбитала се смесват. Нека разгледаме този тип хибридизация на примера на берилиев атом. Нека си представим процеса на хибридизация, използвайки енергийната схема:

и с изображение на формата на орбиталите

Така в резултат на sp хибридизация се образуват две хибридни АО, съдържащи по един несдвоен електрон. Две 2p-AO не участват в хибридизацията и остават свободни в случая на берилий. Хибридните орбитали са ориентирани под ъгъл от 180 °, следователно молекулите от типа AX 2 с sp хибридизация на орбиталите на атома A имат линейна структура (фиг. 4.7).

Ориз. 4.7. Пространствена структура на молекулата BeCl 2

С помощта на модела на sp хибридизация на орбиталите на въглеродния атом е обяснена природата на тройната връзка в алкиновите молекули. В този случай две хибридни и две нехибридни 2p-AO (показани с хоризонтални стрелки →, ←) съдържат по един несдвоен електрон:

В ацетиленовата молекула HC≡CH, σ-връзките C–H и C–C се образуват поради хибридни АО:

Хибридните 2p-AO се припокриват в две перпендикулярни равнини и образуват две π-връзки между въглеродните атоми (фиг. 4.8).

Ориз. 4.8. Схематично представяне на π-връзки (a) и равнини на π-връзки (b) в молекула ацетилен ( вълнообразна линияпоказва странично припокриване на 2p-AO на въглероден атом)

Концепцията за sp хибридизация на орбиталите на въглеродния атом дава възможност да се обясни образуването на химични връзки в карбин, CO и CO 2 молекули, пропадиен (CH 2 =C=CH 2), т.е. във всички случаи, когато въглеродният атом образува две σ- и две π-връзки.

Основните характеристики на разглежданите видове хибридизация и геометричните конфигурации на молекулите, съответстващи на някои видове хибридизация на орбиталите на централния атом А (като се отчита влиянието на несвързаните електронни двойки), са представени в таблица. 4.3 и 4.4.

Таблица 4.3

Основни характеристики различни видовехибридизация

Сравнявайки данните в табл. 4.2 и 4.4 можем да заключим, че и двата модела - OVEP и HLAO - водят до едни и същи резултати по отношение на структурата на молекулите.

Таблица 4.4

Видове пространствена конфигурация на молекули, съответстващи на определени видове хибридизация

Химическата структура е последователността на свързване на атомите в молекулата и тяхното разположение в пространството. Химическата структура е изобразена с помощта на структурни формули. Тирето представлява ковалентна химична връзка. Ако връзката е множествена: двойна, тройна, тогава те поставят две (да не се бъркат със знака „равно“) или три тирета. Ъглите между връзките са изобразени, когато е възможно.

За да съставите правилно структурните формули на органичните вещества, трябва да запомните, че въглеродните атоми образуват по 4 връзки всеки.

(т.е. валентността на въглерода по броя на връзките е четири. В органичната химия преобладаващо се използва валентността по броя на връзките).

Метан(нарича се още блато, firedamp) се състои от един въглероден атом, свързан чрез ковалентни връзки с четири водородни атома. Молекулна формула CH4. Структурна формула:
з
л
H-C-H
л
з

Ъгълът между връзките в молекулата на метана е около 109 ° - електронни двойки, които образуват ковалентни връзки на въглеродния атом (в центъра) с водородни атоми, са разположени в пространството на максимално разстояние един от друг.

В 10-11 клас се изучава, че молекулата на метана има формата на триъгълна пирамида – тетраедър, като известните египетски пирамиди.

Етилен C 2 H 4 съдържа два въглеродни атома, свързани с двойна връзка:

Ъгълът между връзките е 120° (електронните двойки се отблъскват и са разположени на максимално разстояние една от друга). Атомите са в една равнина.

Ако не изобразяваме всеки водороден атом поотделно, тогава получаваме съкратена структурна формула:

ацетилен C 2 H 2 съдържа тройна връзка:
H–C ≡ C–H

Ъгълът между връзките е 180°, молекулата има линейна форма.

При изгарянеобразуват се въглеводороди, оксиди на въглерод (IV) и водород, т.е. въглероден двуокиси вода, докато се отделя много топлина:

CH 4 + 2O 2 → CO 2 + 2H 2 O

C 2 H 4 + 3O 2 → 2CO 2 + 2H 2 O

2C 2 H 2 + 5O 2 → 4CO 2 + 2H 2 O

голям практическа стойностТо има реакция на полимеризацияетилен - съединение Голям броймолекули за образуване на полимерни макромолекули - полиетилен. Връзките между молекулите се образуват чрез разкъсване на една от връзките на двойна връзка. IN общ изгледможе да се напише така:

nCH 2 \u003d CH 2 → (- CH 2 - CH 2 -) n

където n е броят на свързаните молекули, наречен степен на полимеризация. Реакцията протича при повишено налягане и температура, в присъствието на катализатор.

Полиетиленът се използва за направата на фолио за оранжерии, гуми за консерви и др.

Образуването на бензен от ацетилен също се нарича реакция на полимеризация.

химическа връзка

Всички взаимодействия, водещи до обединяване на химически частици (атоми, молекули, йони и др.) В вещества, се разделят на химични връзки и междумолекулни връзки (междумолекулни взаимодействия).

химически връзки- връзки директно между атомите. Има йонни, ковалентни и метални връзки.

Междумолекулни връзки- връзки между молекулите. Това са водородна връзка, йон-диполна връзка (поради образуването на тази връзка, например, възниква образуването на хидратна обвивка от йони), дипол-диполна връзка (поради образуването на тази връзка, молекулите на полярните вещества се комбинират, например в течен ацетон) и др.

Йонна връзка- химическа връзка, образувана поради електростатичното привличане на противоположно заредени йони. В бинарните съединения (съединения на два елемента) се образува, когато размерите на атомите, които се свързват, се различават значително един от друг: някои атоми са големи, други са малки - т.е. някои атоми лесно отдават електрони, докато други са склонни да приемат ги (обикновено това са атоми на елементи, които образуват типични метали и атоми на елементи, образуващи типични неметали); електроотрицателността на такива атоми също е много различна.
Йонната връзка е ненасочена и ненасищаема.

ковалентна връзка- химическа връзка, която възниква поради образуването на обща двойка електрони. Ковалентна връзка се образува между малки атоми с еднакви или близки радиуси. Необходимо условие- наличието на несдвоени електрони в двата свързани атома (обменен механизъм) или несподелена двойка в един атом и свободна орбитала в друг (донорно-акцепторен механизъм):

Според броя на общите електронни двойки ковалентните връзки се делят на
• прост (единичен)- една двойка електрони
• двойно- две двойки електрони
• тройна- три двойки електрони.

Двойните и тройните връзки се наричат ​​множествени връзки.

Според разпределението на електронната плътност между свързаните атоми ковалентната връзка се разделя на неполярниИ полярен. Неполярна връзка се образува между еднакви атоми, полярна връзка се образува между различни.

Електроотрицателност- мярка за способността на атом в веществото да привлича общи електронни двойки.
Електронните двойки полярни връзки са предубедени към по-електроотрицателни елементи. Самото изместване на електронните двойки се нарича поляризация на връзката. Образуваните при поляризацията частични (излишни) заряди се означават с + и -, например: .

Според характера на припокриването на електронни облаци („орбитали“) ковалентната връзка се разделя на -връзка и -връзка.
-връзка се образува поради директно припокриване на електронни облаци (по правата линия, свързваща ядрата на атомите), -връзка - поради странично припокриване (от двете страни на равнината, в която лежат ядрата на атомите).

Ковалентната връзка има насоченост и наситеност, както и поляризуемост.
За да се обясни и предскаже взаимната посока на ковалентните връзки, се използва модел на хибридизация.

Хибридизация на атомни орбитали и електронни облаци- предполагаемото подреждане на атомните орбитали по енергия и електронните облаци по форма по време на образуването на ковалентни връзки от атом.
Трите най-често срещани вида хибридизация са: sp-, sp 2 и sp 3 - хибридизация. Например:
sp-хибридизация - в C 2 H 2, BeH 2, CO 2 молекули (линейна структура);
sp 2-хибридизация - в C 2 H 4, C 6 H 6, BF 3 молекули (плоска триъгълна форма);
sp 3-хибридизация - в молекули CCl 4, SiH 4, CH 4 (тетраедрична форма); NH3 (пирамидална форма); H 2 O (ъглова форма).

метална връзка- химическа връзка, образувана поради социализацията на валентните електрони на всички свързани атоми на метален кристал. В резултат на това се образува единичен електронен облак на кристала, който лесно се измества под действието на електрическо напрежение - оттук и високата електропроводимост на металите.
Метална връзка се образува, когато свързаните атоми са големи и следователно са склонни да даряват електрони. Прости вещества с метална връзка - метали (Na, Ba, Al, Cu, Au и др.), Сложни вещества - интерметални съединения (AlCr 2, Ca 2 Cu, Cu 5 Zn 8 и др.).
Металната връзка няма насоченост на насищане. Запазва се и в метални стопилки.

водородна връзка- междумолекулна връзка, образувана поради частичното приемане на двойка електрони на силно електроотрицателен атом от водороден атом с голям положителен частичен заряд. Образува се, когато в едната молекула има атом с несподелена двойка електрони и висока електроотрицателност (F, O, N), а в другата има водороден атом, свързан чрез силно полярна връзка с един от тези атоми. Примери за междумолекулни водородни връзки:

H—O—H ··· OH 2 , H—O—H ··· NH 3 , H—O—H ··· F—H, H—F ··· H—F.

В полипептидните молекули съществуват вътрешномолекулни водородни връзки, нуклеинова киселина, протеини и др.

Мярка за силата на всяка връзка е енергията на връзката.
Енергия на връзкатае енергията, необходима за разкъсване на дадена химична връзка в 1 мол вещество. Мерната единица е 1 kJ/mol.

Енергиите на йонната и ковалентната връзка са от същия порядък, енергията на водородната връзка е с порядък по-малка.

Енергията на ковалентната връзка зависи от размера на свързаните атоми (дължина на връзката) и от множествеността на връзката. Колкото по-малки са атомите и колкото по-голяма е множествеността на връзката, толкова по-голяма е нейната енергия.

Енергията на йонната връзка зависи от размера на йоните и от техните заряди. Колкото по-малки са йоните и колкото по-голям е зарядът им, толкова по-голяма е енергията на свързване.

Структурата на материята

Според вида на структурата всички вещества се разделят на молекулярноИ немолекулярни. Молекулните вещества преобладават сред органичните вещества, докато немолекулните вещества преобладават сред неорганичните вещества.

Според вида на химичната връзка веществата се делят на вещества с ковалентни връзки, вещества с йонни връзки (йонни вещества) и вещества с метални връзки (метали).

Веществата с ковалентни връзки могат да бъдат молекулни и немолекулни. Това значително влияе върху техните физични свойства.

Молекулните вещества се състоят от молекули, свързани помежду си чрез слаби междумолекулни връзки, те включват: H 2, O 2, N 2, Cl 2, Br 2, S 8, P 4 и други прости вещества; CO 2 , SO 2 , N 2 O 5 , H 2 O, HCl, HF, NH 3 , CH 4 , C 2 H 5 OH, органични полимери и много други вещества. Тези вещества нямат висока якост, имат ниски температуритопене и кипене, не провеждайте електричество, някои от тях са разтворими във вода или други разтворители.

Немолекулни вещества с ковалентни връзки или атомни вещества (диамант, графит, Si, SiO 2 , SiC и други) образуват много здрави кристали (слоест графит е изключение), те са неразтворими във вода и други разтворители, имат висока точка на топене и кипене точки, повечето от тях не провеждат електрически ток (с изключение на графита, който има електропроводимост и полупроводниците - силиций, германий и др.)

Всички йонни вещества са естествено немолекулни. Това са твърди огнеупорни вещества, чиито разтвори и стопилки провеждат електрически ток. Много от тях са разтворими във вода. Трябва да се отбележи, че в йонните вещества, чиито кристали се състоят от сложни йони, има и ковалентни връзки, например: (Na +) 2 (SO 4 2-), (K +) 3 (PO 4 3-) , (NH 4 + )(NO 3-) и т.н. Атомите, които изграждат сложните йони, са свързани с ковалентни връзки.

Метали (вещества с метална връзка)много разнообразни по своите физически свойства. Сред тях са течни (Hg), много меки (Na, K) и много твърди метали (W, Nb).

Характеристика физични свойстваметалите е тяхната висока електрическа проводимост (за разлика от полупроводниците, намалява с повишаване на температурата), висок топлинен капацитет и пластичност (чисти метали).

В твърдо състояние почти всички вещества са съставени от кристали. Според вида на структурата и вида на химичната връзка кристалите ("кристални решетки") се делят на атомен(кристали от немолекулни вещества с ковалентна връзка), йонни(кристали от йонни вещества), молекулярно(кристали от молекулни вещества с ковалентна връзка) и метал(кристали на вещества с метална връзка).

Задачи и тестове по темата "Тема 10. "Химична връзка. Структурата на материята."

• Видове химична връзка - Структурата на материята 8–9 клас

  Уроци: 2 Задачи: 9 Тестове: 1

• Задачи: 9 Тестове: 1

След като работите по тази тема, трябва да научите следните понятия: химична връзка, междумолекулна връзка, йонна връзка, ковалентна връзка, метална връзка, водородна връзка, единична връзка, двойна връзка, тройна връзка, множествени връзки, неполярна връзка, полярна връзка , електроотрицателност, поляризация на връзката, - и -връзка, хибридизация на атомни орбитали, енергия на връзката.

Трябва да знаете класификацията на веществата според вида на структурата, според вида на химичната връзка, зависимостта на свойствата на простите и сложни веществавърху вида на химичната връзка и вида на "кристалната решетка".

Трябва да можете да: определяте вида на химичната връзка в дадено вещество, вида на хибридизацията, съставяте модели на образуване на връзка, използвате концепцията за електроотрицателност, редица електроотрицателности; знаят как се променя електроотрицателността химически елементиедин период и една група за определяне на полярността на ковалентната връзка.

След като се уверите, че всичко необходимо е научено, пристъпете към задачите. Желаем ви успех.

• О. С. Габриелян, Г. Г. Лисова. Химия 11 клетки. М., Дропла, 2002.
• Г. Е. Рудзитис, Ф. Г. Фелдман. Химия 11 клетки. М., Образование, 2001.