Metan, etilenă, acetilenă: structură chimică, combustie. reacție de polimerizare. Lucrări de control în chimie pe tema „Structura substanțelor”. (Grada 11) Structura moleculară are ch4 naoh sio2 al

A 1. Legături chimice în substanțe ale căror formule sunt CH 4 și, respectiv, CaCl 2:

a) polar ionic și covalent, b) polar covalent și ionic,

c) covalente nepolare și ionice, d) covalente polare și metalice.

A 2. Polaritatea legăturii este mai mare într-o substanță cu formula:

a) Br2, b) LiBr, c) HBr, d) KBr

A 3. Natura ionică a legăturii în seria de compuși Li 2 O - Na 2 O - K 2 O - Rb 2 O:

a) crește, b) scade, c) nu se modifică, d) mai întâi scade, apoi crește.

A 4. Există o legătură covalentă între atomi, formată prin mecanismul donor-acceptor într-o substanță, a cărei formulă este:

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

A 5. O pereche de formule de substanțe în moleculele cărora există doar legături δ:

a) CH4 și O2, b) C2H5OH și H2O, c) N2 și CO2, d) HBr și C2H4.

A 6. Cea mai puternică conexiune dintre următoarele:

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

A 7. Un grup de formule de compuși în care există o orientare similară a legăturilor datorită sp 3 - hibridizarea orbitalilor electronici:

a) CH4, C2H4, C2H2, b) NH3, CH4, H2O, c) H2O, C2H6, C6H6, d) C3H8, BCl3, BeCI2.

A 8. Valența și, respectiv, starea de oxidare a atomului de carbon din molecula de metanol sunt:

a) 4 și +4, b) 4 și -2, c) 3 și +2, d) 4 și -3.

A 9. Substanțele cu o rețea cristalină ionică se caracterizează prin:

a) solubilitate slabă în apă, b) punct de fierbere ridicat, c) fuzibilitate, d) volatilitate.

A 10. Formarea unei legături de hidrogen între molecule duce la:

a) la o scădere a punctelor de fierbere ale substanțelor, b) la o scădere a solubilității substanțelor în apă,

c) la o creștere a punctelor de fierbere ale substanțelor, d) la o creștere a volatilității substanțelor.

A 11. Formula unei substanțe cu o legătură ionică:

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

A 12

A13. Structura moleculară are o substanță cu formula:

A 14. O legătură de hidrogen se formează între:

a) molecule de apă, b) molecule de hidrogen,

c) molecule de hidrocarburi, d) atomi de metal și atomi de hidrogen.

A 15. Dacă agitați energic amestecul de ulei vegetal și apă, obțineți:

a) suspensie, b) emulsie, c) spumă, d) aerosol.

A 16. Formula unei substanțe cu o legătură polară covalentă:

a) CI2, b) KCI, c) NH3, d) O2.

A 17. O substanță care are o legătură de hidrogen între moleculele sale:

a) etanol, b) metan, c) hidrogen, d) benzen.

A 18. Numărul de perechi de electroni comuni într-o moleculă de hidrogen:

a) unu, b) doi, c) trei, d) patru.

A 19. Polaritatea unei legături chimice crește într-un număr de compuși ale căror formule sunt:

a) NH3, HI, O2, b) CH4, H20, HF, c) PH3, H2S, H2, d) HCI, CH4, CL2.

A 20. Rețea cristalină de clorură de sodiu:

a) atomic, b) ionic, c) metalic, d) molecular.

A 21. Numărul de legături δ și π din molecula de acetilenă:

a) 5 δ și π - nu, b) 2 δ și 3 π, c) 3 δ și 2 π, d) 4 δ și 1 π.

A 22. Substanțele ale căror formule sunt: ​​CH 3 - CH 2 - OH și CH 3 - O - CH 3 sunt:

a) omologi, b) izomeri, c) aceeași substanță, d) atât omologi, cât și izomeri.

A 23. Omologul unei substanțe a cărei formulă este CH 2 \u003d CH - CH 3 este:

a) butan, b) butenă - 1, c) butenă - 2, d) butină - 1.

A 24. Între atomi se formează o legătură covalentă nepolară:

a) hidrogen și oxigen, b) carbon și hidrogen, c) clor, d) magneziu.

A 25. Doar δ - legătura este în moleculă:

a) azot, b) etanol, c) etilenă, d) monoxid de carbon (4).

A 26. Atomul de azot are o valență de 3 și o stare de oxidare de 0 într-o moleculă a unei substanțe a cărei formulă este:

a) NH3, b) N2, c) CH3NO2, d) N2O3.

A 27. Structura moleculară are o substanță cu formula:

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

A28. Legătura C-H este mai puternică decât legătura Si-H deoarece:

a) lungimea legăturii este mai scurtă, b) lungimea legăturii este mai mare,

c) polaritatea legăturii este mai mică, d) polaritatea legăturii este mai mare.

A 29. Există o legătură covalentă între atomi, formată prin mecanismul donor-acceptor într-o substanță, a cărei formulă este:

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

A 30. Cea mai mică legătură polară este:

a) C - H, b) C - Cl, c) C - F, d) C - Br
Partea B:
B 1. Numărul de perechi de electroni comuni între atomii de brom dintr-o moleculă Br 2 este ......
B 2. Din care legături se formează o legătură triplă în molecula de N 2 (imaginați-vă răspunsul în cazul nominativ).
B 3. La nodurile rețelei cristaline metalice sunt ...... .. .
B 4. Dați un exemplu de substanță în molecula căreia există cinci legături δ și două π. Numiți substanța în cazul nominativ.
B 5.
B 6. Numărul de perechi de electroni comuni între atomii de brom din molecula de N2 este ......
B 7. Din care legături se formează o legătură triplă în molecula C 2 H 2 (imaginați-vă răspunsul în cazul nominativ).
B 8. La nodurile rețelei cristaline ionice se află ...... .. .
B 9. Dați un exemplu de substanță în molecula căreia există cinci legături δ și una π. Numiți substanța în cazul nominativ.
B 10. Care este numărul maxim de legături π care se pot forma între doi atomi dintr-o moleculă? (Dă răspunsul tău ca număr)
Partea C:
De la 1. Scrieți formulele structurale ale tuturor substanțelor izomerice din compoziția C 5 H 10 O. Numiți fiecare substanță.
De la 2 . Compuneți formulele structurale ale substanțelor: CHCl 3, C 2 H 2 Cl 2, F 2.

Inventa formule grafice: AlN, CaS04, LiHCO3.
De la 3.

HNO3, HClO4, K2SO3, KMnO4, CH3F, MgOHCI2, Cl03-, CrO42-, NH4+

De la 4. Scrieți formulele structurale ale tuturor substanțelor izomerice din compoziția C 4 H 8 O 2. Denumiți fiecare substanță.
De la 5 . Compuneți formulele structurale ale substanțelor: CHBr 3, C 2 H 2 Br 2, Br 2.

Realizați formule grafice: Al 2 S 3, MgSO 4, Li 2 CO 3.
De la 6. Determinați gradul de oxidare în compușii chimici și ionii:

CCl4, Ba(NO3)2, Al2S3, HCI03, Na2Cr2O7, K2O4, Sr02-, Cr2O32

Opțiunea 2

Partea A:

A 1. O pereche de elemente între care se formează o legătură chimică ionică:

a) carbon și sulf, b) hidrogen și azot, c) potasiu și oxigen, d) siliciu și hidrogen.

A 2.Formula unei substanțe cu o legătură covalentă:

a) NaCl, b) HCI, c) BaO, d) Ca3N2.

A 3.Cea mai mică legătură polară este:

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

A 4. Afirmația corectă este că δ este o legătură, spre deosebire de π este o legătură:

a) mai puțin puternic, b) format prin suprapunerea laterală a orbitalilor atomici,

c) nu este covalent, d) se formează prin suprapunerea axială a orbitalilor atomici.

A 5.O substanță în a cărei moleculă nu există nicio legătură π:

a) etilenă, b) benzen, c) amoniac, d) azot.

A 6. Cea mai puternică moleculă este:

a) H2, b) N2, c) F2, d) O2.

A 7. În ionul CO 3 2-, atomul de carbon se află în starea sp 2 - hibridă, deci ionul are forma:

a) liniar, b) tetraedru, c) triunghi, d) octaedru.

A 8. Atomul de carbon are o stare de oxidare de -3 și o valență de 4 în combinație cu formula:

a) CO2, b) C2H6, c) CH3CI, d) CaC2.

A 9. Rețeaua cristalină atomică are:

a) sifon, b) apă, c) diamant, d) parafină.

A 10. O substanță între moleculele căreia există o legătură de hidrogen:

a) etan, b) fluorură de sodiu, c) monoxid de carbon (4), d) etanol.

A 11. Selectați un grup de elemente aranjate în ordinea crescătoare a electronegativității:

a) CI, Si, N, O, b) Si, P, N, F, c) F, CI, O, Si, d) O, N, F, Cl.

A 12. Există o legătură covalentă între atomi, formată prin mecanismul donor-acceptor într-o substanță, a cărei formulă este:

13.

A 14.Formarea legăturilor de hidrogen poate fi explicată prin:

a) solubilitatea acidului acetic în apă, b) proprietățile acide ale etanolului,

c) punctul de topire ridicat al multor metale, d) insolubilitatea metanului în apă.

A 15.Formula unei substanțe cu o legătură polară covalentă:

a) CI2, b) KCI, c) NH3, d) O2.

Partea B:

B 1. Dintre cele propuse, selectați o substanță în molecula căreia există legături π: H 2, CH 4, Br 2, N 2, H 2 S, CH 3 OH, NH 3. Scrieți numele acestei substanțe.

B 2. Procesul de interacțiune a orbitalilor de electroni, care duce la alinierea lor în formă și energie, se numește ......

B 3. Cum se numește fenomenul de mărire a particulelor coloidale și precipitarea lor dintr-o soluție coloidală?

B 4. Dați un exemplu de substanță în molecula căreia există trei legături δ și una π. Numiți substanța în cazul nominativ.

B 5.În care dintre următoarele substanțe, legăturile sunt cele mai polare: acid clorhidric, fluor, apă, amoniac, hidrogen sulfurat. Notează substanța aleasă după formula.

Partea C:

De la 1. Scrieți formulele structurale ale tuturor substanțelor izomerice din compoziția C 4 H 8. Denumiți fiecare substanță.

De la 2. Compuneți formulele structurale ale substanțelor: CHF 3, C 2 H 2 Br 2, O 2.

Realizați formule grafice: Mg 3 N 2, Na 2 SO 4, KHCO 3.

De la 3.

Mg3N2, CI2, ZnSO4, KHS, CH3CI, FeOHCI2, Br02, AsO43-, NH4+

Examenul nr.2 „STRUCTURA SUBSTANȚEI”.

Opțiunea 3

Partea A:

A 1. Legături chimice în substanțe ale căror formule sunt CH 4 și, respectiv, CaCl 2:

a) polar ionic și covalent, b) polar covalent și ionic,

c) covalente nepolare și ionice, d) covalente polare și metalice.

A 2.Polaritatea legăturii este mai mare într-o substanță cu formula:

a) Br2, b) LiBr, c) HBr, d) KBr

A 3.Natura ionică a legăturii în seria de compuși Li 2 O - Na 2 O - K 2 O - Rb 2 O:

a) crește, b) scade, c) nu se modifică, d) mai întâi scade, apoi crește.

A 4. Există o legătură covalentă între atomi, formată prin mecanismul donor-acceptor într-o substanță, a cărei formulă este:

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

A 5.O pereche de formule de substanțe în moleculele cărora există doar legături δ:

a) CH4 și O2, b) C2H5OH și H2O, c) N2 și CO2, d) HBr și C2H4.

A 6. Cea mai puternică conexiune dintre următoarele:

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

A 7. Un grup de formule de compuși în care există o orientare similară a legăturilor datorită sp 3 - hibridizarea orbitalilor electronici:

a) CH4, C2H4, C2H2, b) NH3, CH4, H2O, c) H2O, C2H6, C6H6, d) C3H8, BCl3, BeCI2.

A 8. Valența și, respectiv, starea de oxidare a atomului de carbon din molecula de metanol sunt:

a) 4 și +4, b) 4 și -2, c) 3 și +2, d) 4 și -3.

A 9. Substanțele cu o rețea cristalină ionică se caracterizează prin:

a) solubilitate slabă în apă, b) punct de fierbere ridicat, c) fuzibilitate, d) volatilitate.

A 10. Formarea unei legături de hidrogen între molecule duce la:

a) la o scădere a punctelor de fierbere ale substanțelor, b) la o scădere a solubilității substanțelor în apă,

c) la o creștere a punctelor de fierbere ale substanțelor, d) la o creștere a volatilității substanțelor.

A 11. Formula unei substanțe cu o legătură ionică:

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

A 12. Doar δ - legătura este în moleculă:

a) azot, b) etanol, c) etilenă, d) monoxid de carbon (4).

13. Structura moleculară are o substanță cu formula:

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

A 14.O legătură de hidrogen se formează între:

a) molecule de apă, b) molecule de hidrogen,

c) molecule de hidrocarburi, d) atomi de metal și atomi de hidrogen.

A 15.Dacă agitați energic amestecul de ulei vegetal și apă, obțineți:

a) suspensie, b) emulsie, c) spumă, d) aerosol.

Partea B:

B 1. Numărul de perechi de electroni comuni între atomii de brom dintr-o moleculă Br 2 este ......

B 2. Din care legături se formează o legătură triplă în molecula de N 2 (imaginați-vă răspunsul în cazul nominativ).

B 3. La nodurile rețelei cristaline metalice sunt ...... .. .

B 4. Dați un exemplu de substanță în molecula căreia există cinci legături δ și două π. Numiți substanța în cazul nominativ.

B 5. Care este numărul maxim de legături π care se pot forma între doi atomi dintr-o moleculă? (Dă răspunsul tău ca număr)

Partea C:

De la 1. Scrieți formulele structurale ale tuturor substanțelor izomerice din compoziția C 5 H 10 O. Numiți fiecare substanță.

De la 2. Compuneți formulele structurale ale substanțelor: CHCl 3, C 2 H 2 Cl 2, F 2.

Realizați formule grafice: AlN, CaSO 4 , LiHCO 3 .

De la 3. Determinați gradul de oxidare în compușii chimici și ionii:

HNO3, HClO4, K2SO3, KMnO4, CH3F, MgOHCI2, Cl03-, CrO42-, NH4+

Informații similare.

4. Natura și tipurile de legături chimice. legătură covalentă

Aplicație. Structura spațială a moleculelor

Fiecare moleculă (de exemplu, CO 2, H 2 O, NH 3) sau ion molecular (de exemplu, CO 3 2 -, H 3 O +, NH 4 +) are o anumită compoziție calitativă și cantitativă, precum și o structură (geometrie). Geometria moleculei se formează datorită unei aranjamente reciproce fixe a atomilor și a valorilor unghiurilor de legătură.

Unghiul de legătură este unghiul dintre liniile drepte imaginare care trec prin nucleele atomilor legați chimic. De asemenea, puteți spune că acesta este unghiul dintre două linii de legătură care au un atom comun.

O linie de legătură este o linie care leagă nucleele a doi atomi legați chimic.

Numai în cazul moleculelor diatomice (H 2 , Cl 2 etc.) nu se pune problema geometriei lor - ele sunt întotdeauna liniare, adică. nucleii atomilor sunt situati pe o linie dreapta. Structura moleculelor mai complexe poate fi diferită figuri geometrice, De exemplu:

• molecule triatomice și ioni de tip AX 2 (H 2 O, CO 2, BeCl 2)

• molecule cu patru atomici și ioni precum AX 3 (NH 3, BF 3, PCl 3, H 3 O +, SO 3) sau A 4 (P 4, As 4)

• molecule și ioni pentaatomici de tip AX 4 (CH 4, XeF 4, GeCl 4)

Există particule și multe altele structura complexa(octaedru, bipiramidă trigonală, hexagon regulat plat). În plus, moleculele și ionii pot avea forma unui tetraedru distorsionat, un triunghi neregulat; în moleculele cu structură unghiulară, valorile α pot fi diferite (90°, 109°, 120°).

Structura moleculelor este stabilită în mod fiabil experimental folosind diferite metode fizice. Au fost dezvoltate diverse modele teoretice pentru a explica motivele formării unei anumite structuri și pentru a prezice geometria moleculelor. Cel mai ușor de înțeles sunt modelul de repulsie a perechilor de electroni de valență (modelul OVEP) și modelul de hibridizare a orbitalilor atomici de valență (modelul GVAO).

La baza tuturor modelelor teoretice (inclusiv a celor două menționate) care explică structura moleculelor este următoarea afirmație: starea stabilă a unei molecule (ion) corespunde unei astfel de aranjamente spațiale a nucleelor ​​atomilor, în care respingerea reciprocă a electronii stratului de valență vor fi minimi.

Aceasta ia în considerare respingerea electronilor atât care participă la formarea unei legături chimice (electroni de legătură), cât și nu participă (perechile de electroni singure). Se ține cont de faptul că orbitalul perechii de electroni de legătură este concentrat compact între doi atomi și, prin urmare, ocupă mai puțin spațiu decât orbitalul perechii de electroni singure. Din acest motiv, efectul respingător al unei perechi de electroni (singurate) fără legătură și efectul său asupra unghiurilor de legătură sunt mai pronunțate decât cele ale unei perechi de legături.

modelul OVEP. Această teorie pornește de la următoarele prevederi principale (prezentate într-un mod simplificat):

• geometria moleculei este determinată numai de legături σ (dar nu π-);
• unghiurile dintre legături depind de numărul de perechi de electroni singuri din atomul central.

Aceste prevederi ar trebui luate în considerare în comun, deoarece atât electronii legăturilor chimice, cât și perechile singure de electroni se resping reciproc, ceea ce duce în cele din urmă la formarea unei astfel de structuri moleculare în care această repulsie va fi minimă.

Să luăm în considerare geometria unor molecule și ioni din punctul de vedere al metodei ECEP; Electronii de legătură σ vor fi notați cu două puncte (:), perechi singure de electroni - printr-un simbol convențional ( sau ) sau o liniuță.

Să începem cu molecula de metan CH4 cu cinci atomi. În acest caz, atomul central (acest carbon) și-a epuizat complet posibilități de valențăși nu conține perechi neîmpărtășite de electroni de valență, adică toți cei patru electroni de valență formează patru legături σ. Cum ar trebui să fie localizați electronii de legătură σ unul față de celălalt, astfel încât repulsia dintre ei să fie minimă? Evident, la un unghi de 109 °, i.e. de-a lungul liniilor îndreptate către vârfurile unui tetraedru imaginar, în centrul căruia se află un atom de carbon. În acest caz, electronii implicați în formarea legăturilor sunt cât mai îndepărtați unul de celălalt (pentru o configurație pătrată, distanța dintre acești electroni de legătură este mai mare, iar repulsia interelectronului este mai mică). Din acest motiv, molecula de metan, precum și moleculele CCl 4, CBr 4, CF 4, au forma unui tetraedru obișnuit (se spune că au o structură tetraedrică):

Cationul de amoniu NH + 4 și anionul BF 4 − au aceeași structură, deoarece atomii de azot și bor formează fiecare patru legături σ și nu au perechi de electroni singure.

Luați în considerare structura moleculei de amoniac NH3 cu patru atomi. În molecula de amoniac, există trei perechi de electroni de legătură și o singură pereche de electroni la atomul de azot, adică. de asemenea patru perechi de electroni. Totuși, unghiul de legătură va rămâne la 109°? Nu, deoarece perechea singură de electroni, care ocupă un volum mai mare în spațiu, are un puternic efect respingător asupra electronilor de legătură σ, ceea ce duce la o oarecare scădere a unghiului de legătură, în acest caz acest unghi este de aproximativ 107 °. Molecula de amoniac are forma unei piramide trigonale (structură piramidală):

Ionul hidroxoniu tetraatomic H 3 O + are de asemenea o structură piramidală: atomul de oxigen formează trei legături σ și conține o singură pereche de electroni.

În molecula BF 3 cu patru atomi, numărul de legături σ este, de asemenea, de trei, dar atomul de bor nu are perechi singure de electroni. Evident, repulsia interelectronică va fi minimă dacă molecula BF 3 are forma unui triunghi plat obișnuit cu un unghi de legătură de 120°:

Moleculele BCl 3 , BH 3 , AlH 3 , AlF 3 , AlCl 3 , SO 3 au aceeași structură și din aceleași motive.

Care este structura unei molecule de apă?

Există patru perechi de electroni într-o moleculă de apă triatomică, dar doar două dintre ele sunt electroni cu legătură σ, restul doi sunt perechi de electroni singure ale atomului de oxigen. Efectul respingător al a două perechi singure de electroni într-o moleculă de H 2 O este mai puternic decât într-o moleculă de amoniac cu o singură pereche, prin urmare unghiul de legătură H–O–H este mai mic decât unghiul H–N–H dintr-o moleculă de amoniac : într-o moleculă de apă, unghiul de legătură este de aproximativ 105 ° :

Molecula de CO 2 (O=C=O) are, de asemenea, două perechi de electroni de legătură (luăm în considerare doar legăturile σ), dar, spre deosebire de molecula de apă, atomul de carbon nu are perechi singure de electroni. Evident, repulsia dintre perechile de electroni în acest caz va fi minimă dacă aceștia sunt amplasați la un unghi de 180°, adică. cu o formă liniară a unei molecule de CO2:

Moleculele BeH 2 , BeF 2 , BeCl 2 au o structură similară și din aceleași motive. Într-o moleculă de SO 2 triatomică, atomul central (atomul de sulf) formează, de asemenea, două legături σ, dar are o pereche de electroni neîmpărtășită, prin urmare, molecula de oxid de sulf (IV) are o structură unghiulară, dar unghiul de legătură în ea este mai mare decât în ​​molecula de apă (atomul de oxigen două perechi singure de electroni, în timp ce atomul de sulf are doar unul):

Unele molecule triatomice de compoziție ABC au și o structură liniară (de exemplu, H–C≡N, Br–C≡N, S=C=Te, S=C=O), în care atomul central nu are perechi neîmpărțite. de electroni. Dar molecula de HClO are o structură unghiulară (α ≈ 103°), deoarece atomul central, atomul de oxigen, conține două perechi singure de electroni.

Folosind modelul OVEP, se poate prezice și structura moleculelor materie organică. De exemplu, într-o moleculă de acetilenă C2H2, fiecare atom de carbon formează două legături σ, iar atomii de carbon nu au perechi singure de electroni; prin urmare, molecula are o structură liniară H–C≡C–H.

În molecula de etenă C 2 H 4, fiecare atom de carbon formează trei legături σ, care, în absența perechilor de electroni singure la atomii de carbon, duce la un aranjament triunghiular de atomi în jurul fiecărui atom de carbon:

În tabel. 4.2 rezumă câteva date despre structura moleculelor și ionilor.

Tabelul 4.2

Relația dintre structura moleculelor (ionilor) și număr σ -legaturi si perechi de electroni singuri ai atomului central

Model GUAO. Poziția principală a acestui model este că nu orbitalii de valență „puri” s -, p - și d - participă la formarea legăturilor covalente, ci așa-numitele orbitali hibrizi. În plus, hibridizarea este luată în considerare numai cu participarea 2p - și 2s -AO.

Hibridizarea este fenomenul de amestecare a orbitalilor de valență, în urma căruia aceștia sunt aliniați ca formă și energie.

Conceptul de hibridizare este folosit întotdeauna atunci când în formarea de legături chimice sunt implicați electroni de diferite subniveluri energetice, nu foarte diferiți ca energie: 2s și 2p, 4s, 4p și 3d etc.

Orbitalul hibrid nu este similar ca formă cu 2p- și 2s-AO inițial. Are forma unui volum neregulat opt:

După cum se poate observa, AO hibride sunt mai alungite, astfel încât se pot suprapune mai bine și se pot forma legături covalente mai puternice. Când orbitalii hibrizi se suprapun, se formează doar legături σ; AO hibride nu participă la formarea legăturilor π datorită formei lor specifice (legăturile π formează numai AO nehibride). Numărul de orbitali hibrizi este întotdeauna egal cu numărul de AO inițial care participă la hibridizare. Orbitalii hibrizi ar trebui să fie orientați în spațiu, astfel încât să fie asigurată distanța lor maximă unul de celălalt. In acest caz, repulsia electronilor situati pe ei (legare si nelegare) va fi minima; energia întregii molecule va fi, de asemenea, minimă.

Modelul HLAO presupune că la hibridizare participă orbitalii cu valori energetice apropiate (adică orbitali de valență) și o densitate de electroni suficient de mare. Densitatea electronică a unui orbital scade odată cu creșterea dimensiunii sale; prin urmare, rolul în hibridizare este deosebit de semnificativ pentru moleculele elementelor de perioade mici.

Trebuie amintit că GVAO nu este real fenomen fizic, ci un concept convenabil (model matematic) care permite descrierea structurii unor molecule. Formarea AO hibrid nu este fixată prin nicio metodă fizică. Cu toate acestea, teoria hibridizării are o anumită justificare fizică.

Luați în considerare structura moleculei de metan. Se știe că molecula СН4 are forma unui tetraedru regulat cu un atom de carbon în centru; toate cele patru legături С–Н sunt formate prin mecanismul de schimb și au aceeași energie și lungime, adică. sunt echivalente. Este destul de simplu să explici prezența a patru electroni nepereche într-un atom de carbon, presupunând tranziția acestuia la o stare excitată:

Cu toate acestea, acest proces nu explică echivalența tuturor celor patru legături C–H, deoarece, conform schemei de mai sus, trei dintre ele sunt formate cu participarea 2p-AO al atomului de carbon, una se formează cu participarea 2s-AO, iar forma și energia 2p- și 2s-AO sunt diferite.

Pentru a explica acest lucru și alte fapte similare, L. Pauling a dezvoltat conceptul de GVAO. Se presupune că amestecarea orbitalilor are loc în momentul formării legăturilor chimice. Acest proces necesită cheltuirea energiei pentru împerecherea electronilor, care, totuși, este compensată de eliberarea de energie în timpul formării de legături mai puternice (comparativ cu cele nehibride) de către AO hibride.

Se disting mai multe tipuri de hibridizare în funcție de natura și numărul de AO implicate în hibridizare.

În cazul hibridizării sp 3, se amestecă unul s și trei orbitali p (de unde și denumirea tipului de hibridizare). Pentru un atom de carbon, procesul poate fi reprezentat după cum urmează:

1 s 2 2 s 2 2 p x 1 2 p y 1 → tranziție electronică 1 s 2 2 s 1 2 p x 1 2 p y 1 2 p z 1 → hibridizare 1 s 2 2 (s p 3) 4

sau prin configurații electronice:

Patru sp 3 -AO hibride sunt intermediare ca energie între 2p - și 2s -AO.

Schema hibridizării sp 3 poate fi reprezentată folosind imagini ale formei AO a atomului de carbon:

Astfel, ca urmare a hibridizării sp 3, se formează patru orbitali hibrizi, fiecare dintre care conține un electron nepereche. Acești orbitali din spațiu sunt situați la un unghi de 109°28’, ceea ce asigură o repulsie minimă a electronilor aflați pe ei. Dacă conectați vârfurile orbitalilor hibrizi, obțineți o figură tridimensională - un tetraedru. Din acest motiv, moleculele din compoziția АХ 4 (CH 4 , SiH 4 , CCl 4 etc.), în care se produce acest tip de hibridizare, au forma unui tetraedru.

Conceptul de hibridizare sp 3 a AO explică bine, de asemenea, structura moleculelor de H 2 O și NH 3. Se presupune că 2s și 2p AO ai atomilor de azot și oxigen sunt implicați în hibridizare. În acești atomi, numărul de electroni de valență (5 și, respectiv, 6) depășește numărul de sp 3 -AO hibride (4), prin urmare, unele dintre AO hibride conțin electroni nepereche, iar unele conțin perechi de electroni singure:

Vedem că în atomul de azot, singura pereche de electroni este situată pe un AO hibrid, iar în atomul de oxigen, pe doi. Doar AO cu electroni neperechi sunt implicați în formarea legăturilor cu atomii de hidrogen, iar perechile singure de electroni vor avea un efect respingător (Fig. 4.5) unul asupra celuilalt (în cazul oxigenului) și asupra electronilor de legătură (pentru oxigen și azot). ).

Orez. 4.5. Schema acțiunii repulsive a orbitalilor de legare și nelegare în molecula de amoniac (a) și apă (b)

Repulsie mai puternică este exprimată în cazul unei molecule de apă. Deoarece atomul de oxigen are două perechi singure de electroni, abaterea de la valoarea ideală a unghiului de legătură pentru acest tip de hibridizare (109°28′) într-o moleculă de apă este mai mare decât într-o moleculă de amoniac (în H 2 O și NH). 3 molecule, unghiul de legătură este de 104, respectiv ,5° și 107°).

Modelul de hibridizare sp 3 este folosit pentru a explica structura ionilor de diamant, siliciu, NH 4 + și H 3 O +, alcani, cicloalcani etc. În cazul carbonului, acest tip de hibridizare este întotdeauna utilizat atunci când un atom al acestui elementul formează numai legături σ.

În cazul hibridizării sp 2, se amestecă unul s și doi orbitali p. Să luăm în considerare acest tip de hibridizare folosind exemplul unui atom de bor. Procesul este reprezentat prin diagrame energetice

Astfel, ca urmare a hibridizării sp 2 a orbitalilor de valență ai atomului de bor, se formează trei AO hibride, îndreptate la un unghi de 120°, iar unul dintre orbitalii 2p nu participă la hibridizare. Orbitalii hibrizi conțin fiecare un electron nepereche, sunt localizați în același plan și, dacă le conectați vârfurile, obțineți triunghi dreptunghic. Din acest motiv, moleculele din compoziția АХ 3 cu hibridizare sp 2 a orbitalilor atomului A au o structură triunghiulară, așa cum se arată pentru molecula BF 3:

2p AO nehibrid al atomului de bor este liber (nu este ocupat) și este orientat perpendicular pe planul legăturii B-F; prin urmare, molecula BF3 este un acceptor de electroni în formarea unei legături covalente de către mecanismul donor-acceptor la interacțiune. cu o moleculă de amoniac.

Conceptul de hibridizare sp 2 este folosit pentru a explica natura dublei legături carbon-carbon în alchene, structura benzenului și grafitului, adică. în cazurile în care atomul de carbon formează trei legătură σ- și una π.

Aranjamentul spațial al orbitalilor atomului de carbon pentru hibridizarea sp 2 arată astfel: 2p-AO nehibrid este orientat perpendicular pe planul în care se află orbitalii hibrizi (atât AO hibrid, cât și cel nehibrid conțin un electron nepereche).

Luați în considerare formarea de legături chimice în molecula de etilenă H 2 C=CH 2 . În ea, AO hibride se suprapun între ele și cu 1s-AO al atomului de hidrogen, formând cinci legături σ: unul C-C și patru C-H. 2p-AO non-hibride se suprapun lateral și formează o legătură π între atomii de carbon (Fig. 4.6).

Orez. 4.6. Schema formării legăturilor σ (a) și legăturilor π (b) într-o moleculă de etilenă

În cazul hibridizării sp, se amestecă un orbital s și unul p. Să luăm în considerare acest tip de hibridizare folosind exemplul unui atom de beriliu. Să ne imaginăm procesul de hibridizare folosind schema energetică:

iar cu imaginea formei orbitalilor

Astfel, ca rezultat al hibridizării sp, se formează două AO hibride care conțin fiecare un electron nepereche. Două 2p-AO nu participă la hibridizare și rămân vacante în cazul beriliului. Orbitii hibrizi sunt orientați la un unghi de 180 °, prin urmare, moleculele de tip AX 2 cu hibridizare sp a orbitalilor atomului A au o structură liniară (Fig. 4.7).

Orez. 4.7. Structura spațială a moleculei de BeCl2

Folosind modelul de hibridizare sp al orbitalilor atomului de carbon, este explicată natura legăturii triple în moleculele de alchină. În acest caz, două 2p-AO hibride și două non-hibride (indicate prin săgeți orizontale →, ←) conțin fiecare un electron nepereche:

În molecula de acetilenă HC≡CH, se formează legăturile σ C–H și C–C datorită AO hibride:

2p-AO hibrid se suprapun în două plane perpendiculare și formează două legături π între atomi de carbon (Fig. 4.8).

Orez. 4.8. Reprezentarea schematică a legăturilor π (a) și a planurilor legăturilor π (b) într-o moleculă de acetilenă ( linie ondulată arată suprapunerea laterală a 2p-AO a atomului de carbon)

Conceptul de hibridizare sp a orbitalilor atomilor de carbon face posibilă explicarea formării legăturilor chimice în moleculele de carbină, CO și CO 2, propadienă (CH 2 =C=CH 2), adică. în toate cazurile în care atomul de carbon formează două legături σ- și două π.

Principalele caracteristici ale tipurilor de hibridizare luate în considerare și configurațiile geometrice ale moleculelor corespunzătoare anumitor tipuri de hibridizare a orbitalilor atomului central A (ținând cont de influența perechilor de electroni nelegați) sunt prezentate în Tabelul 1. 4.3 și 4.4.

Tabelul 4.3

Principalele caracteristici tipuri diferite hibridizare

Compararea datelor din tabel. 4.2 și 4.4, putem concluziona că ambele modele - OVEP și HLAO - conduc la aceleași rezultate în ceea ce privește structura moleculelor.

Tabelul 4.4

Tipuri de configurație spațială a moleculelor corespunzătoare anumitor tipuri de hibridizare

Structura chimică este succesiunea conexiunii atomilor dintr-o moleculă și aranjarea lor în spațiu. Structura chimică este descrisă folosind formule structurale. Linia reprezintă o legătură chimică covalentă. Dacă legătura este multiplă: dublă, triplă, atunci se pun două (a nu se confunda cu semnul „egal”) sau trei liniuțe. Unghiurile dintre legături sunt reprezentate ori de câte ori este posibil.

Pentru a compune corect formulele structurale ale substanțelor organice, trebuie să rețineți că atomii de carbon formează 4 legături fiecare.

(adică, valența carbonului după numărul de legături este de patru. În chimia organică, valența după numărul de legături este folosită în mod predominant).

Metan(se mai numește și mlaștină, grisă) constă dintr-un atom de carbon legat prin legături covalente cu patru atomi de hidrogen. Formula moleculară CH4. Formula structurala:
H
l
H-C-H
l
H

Unghiul dintre legăturile din molecula de metan este de aproximativ 109° - perechile de electroni care formează legături covalente ale atomului de carbon (în centru) cu atomii de hidrogen sunt situați în spațiu la distanța maximă unul de celălalt.

În clasele 10-11, se studiază că molecula de metan are forma unei piramide triunghiulare - un tetraedru, asemenea celebrelor piramide egiptene.

Etilenă C 2 H 4 conține doi atomi de carbon legați printr-o legătură dublă:

Unghiul dintre legături este de 120° (perechile de electroni se resping reciproc și sunt situate la distanța maximă unul de celălalt). Atomii sunt în același plan.

Dacă nu descriem fiecare atom de hidrogen separat, atunci obținem o formulă structurală prescurtată:

Acetilenă C 2 H 2 conţine o legătură triplă:
H–C ≡ C–H

Unghiul dintre legături este de 180°, molecula are o formă liniară.

La ardere se formează hidrocarburi, oxizi de carbon (IV) și hidrogen, adică. dioxid de carbonși apă, în timp ce se eliberează multă căldură:

CH4 + 2O2 → CO2 + 2H2O

C2H4 + 3O2 → 2CO2 + 2H2O

2C2H2 + 5O2 → 4CO2 + 2H2O

mare valoare practică Are reacție de polimerizare etilenă - compus un numar mare molecule pentru a forma macromolecule polimerice - polietilenă. Legăturile dintre molecule se formează prin ruperea uneia dintre legăturile unei duble legături. ÎN vedere generala se poate scrie asa:

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

unde n este numărul de molecule conectate, numit grad de polimerizare. Reacția are loc la presiune și temperatură ridicate, în prezența unui catalizator.

Polietilena este folosită pentru a face o peliculă pentru sere, anvelope pentru conserve etc.

Formarea benzenului din acetilenă este denumită și reacție de polimerizare.

legătură chimică

Toate interacțiunile care conduc la unificarea particulelor chimice (atomi, molecule, ioni etc.) în substanțe sunt împărțite în legături chimice și legături intermoleculare (interacțiuni intermoleculare).

legături chimice- se leagă direct între atomi. Există legături ionice, covalente și metalice.

Legături intermoleculare- legături între molecule. Acestea sunt o legătură de hidrogen, o legătură ion-dipol (datorită formării acestei legături, de exemplu, are loc formarea unei învelișuri de hidratare de ioni), o legătură dipol-dipol (datorită formării acestei legături, molecule de substanțele polare sunt combinate, de exemplu, în acetonă lichidă) etc.

Legătură ionică- o legătură chimică formată din cauza atracției electrostatice a ionilor cu încărcare opusă. În compușii binari (compuși din două elemente), se formează atunci când dimensiunile atomilor care sunt legați diferă foarte mult între ele: unii atomi sunt mari, alții sunt mici - adică unii atomi cedau cu ușurință electroni, în timp ce alții tind să acceptați-le (de obicei, aceștia sunt atomi de elemente care formează metale tipice și atomi de elemente care formează nemetale tipice); electronegativitatea unor astfel de atomi este de asemenea foarte diferită.
Legătura ionică este nedirecțională și nesaturabilă.

legătură covalentă- o legătură chimică care se produce datorită formării unei perechi comune de electroni. O legătură covalentă se formează între atomi mici cu raze identice sau apropiate. Stare necesară- prezența electronilor nepereche în ambii atomi legați (mecanism de schimb) sau a unei perechi neîmpărtășite într-un atom și a unui orbital liber în altul (mecanism donor-acceptor):

În funcție de numărul de perechi de electroni comuni, legăturile covalente sunt împărțite în
• simplu (singur)- o pereche de electroni
• dubla- două perechi de electroni
• triplu- trei perechi de electroni.

Legăturile duble și triple se numesc legături multiple.

În funcție de distribuția densității electronice între atomii legați, legătura covalentă este împărțită în nepolarȘi polar. Între atomi identici se formează o legătură nepolară, între atomi diferiți se formează o legătură polară.

Electronegativitatea- o măsură a capacității unui atom dintr-o substanță de a atrage perechi de electroni comuni.
Perechile de electroni de legături polare sunt polarizate către mai multe elemente electronegative. Însuși deplasarea perechilor de electroni se numește polarizare a legăturilor. Sarcinile parțiale (excesul) formate în timpul polarizării sunt notate cu + și -, de exemplu: .

În funcție de natura suprapunerii norilor de electroni ("orbitali"), legătura covalentă este împărțită în -legatură și -legatură.
-legatura se formeaza ca urmare a suprapunerii directe a norilor de electroni (de-a lungul liniei drepte care leaga nucleii atomilor), -legatura - datorita suprapunerii laterale (pe ambele laturi ale planului in care se afla nucleii atomilor).

O legătură covalentă este direcțională și saturabilă, precum și polarizabilă.
Pentru a explica și prezice direcția reciprocă a legăturilor covalente, este utilizat un model de hibridizare.

Hibridizarea orbitalilor atomici și a norilor de electroni- presupusa aliniere a orbitalilor atomici în energie și a norilor de electroni în formă în timpul formării legăturilor covalente de către un atom.
Cele mai comune trei tipuri de hibridizare sunt: sp-, sp 2 și sp 3 - hibridizare. De exemplu:
sp-hibridare - în molecule C 2 H 2, BeH 2, CO 2 (structură liniară);
sp 2-hibridare - în molecule C 2 H 4, C 6 H 6, BF 3 (formă triunghiulară plată);
sp 3-hibridare - în molecule CCl 4, SiH 4, CH 4 (forma tetraedrică); NH3 (forma piramidală); H 2 O (forma colțului).

conexiune metalica- o legătură chimică formată ca urmare a socializării electronilor de valență ai tuturor atomilor legați ai unui cristal metalic. Ca urmare, se formează un singur nor de electroni al cristalului, care este ușor deplasat sub acțiunea tensiunii electrice - de unde conductivitatea electrică ridicată a metalelor.
O legătură metalică se formează atunci când atomii legați sunt mari și, prin urmare, tind să doneze electroni. Substanțe simple cu o legătură metalică - metale (Na, Ba, Al, Cu, Au etc.), substanțe complexe - compuși intermetalici (AlCr 2, Ca 2 Cu, Cu 5 Zn 8 etc.).
Legătura metalică nu are direcționalitate de saturație. De asemenea, se păstrează în topituri de metal.

legătură de hidrogen- o legătură intermoleculară formată ca urmare a acceptării parțiale a unei perechi de electroni ai unui atom foarte electronegativ de către un atom de hidrogen cu o sarcină parțială pozitivă mare. Se formează atunci când într-o moleculă există un atom cu o pereche de electroni singuratică și electronegativitate mare (F, O, N), iar în cealaltă există un atom de hidrogen legat printr-o legătură puternic polară cu unul dintre acești atomi. Exemple de legături de hidrogen intermoleculare:

H—O—H ··· OH2, H—O—H ··· NH3, H—O—H ··· F—H, H—F ··· H—F.

Legăturile de hidrogen intramoleculare există în moleculele polipeptidice, acizi nucleici, proteine ​​etc.

O măsură a puterii oricărei legături este energia legăturii.
Energie legată este energia necesară pentru a rupe o legătură chimică dată într-un mol dintr-o substanță. Unitatea de măsură este 1 kJ/mol.

Energiile legăturilor ionice și covalente sunt de același ordin, energia legăturii de hidrogen este cu un ordin de mărime mai mică.

Energia unei legături covalente depinde de mărimea atomilor legați (lungimea legăturii) și de multiplicitatea legăturii. Cu cât atomii sunt mai mici și multiplicitatea legăturii este mai mare, cu atât energia acesteia este mai mare.

Energia legăturii ionice depinde de mărimea ionilor și de sarcinile acestora. Cu cât ionii sunt mai mici și cu cât sarcina lor este mai mare, cu atât energia de legare este mai mare.

Structura materiei

În funcție de tipul de structură, toate substanțele sunt împărțite în molecularȘi nemoleculare. Substanțele moleculare predomină printre substanțele organice, în timp ce substanțele nemoleculare predomină printre substanțele anorganice.

După tipul de legătură chimică, substanțele se împart în substanțe cu legături covalente, substanțe cu legături ionice (substanțe ionice) și substanțe cu legături metalice (metale).

Substanțele cu legături covalente pot fi moleculare sau nemoleculare. Acest lucru le afectează în mod semnificativ proprietățile fizice.

Substanțele moleculare constau din molecule interconectate prin legături intermoleculare slabe, acestea includ: H 2, O 2, N 2, Cl 2, Br 2, S 8, P 4 și alte substanțe simple; CO2, SO2, N2O5, H2O, HCl, HF, NH3, CH4, C2H5OH, polimeri organici şi multe alte substanţe. Aceste substanțe nu au rezistență mare, au temperaturi scăzute topirea și fierbere, nu conduceți electricitate, unele dintre ele sunt solubile în apă sau alți solvenți.

Substanțele nemoleculare cu legături covalente sau substanțele atomice (diamantul, grafitul, Si, SiO 2 , SiC și altele) formează cristale foarte puternice (grafitul stratificat este o excepție), sunt insolubile în apă și alți solvenți, au punct de topire și fierbere ridicat. puncte, majoritatea nu conduc curentul electric (cu excepția grafitului, care are conductivitate electrică și a semiconductorilor - siliciu, germaniu etc.)

Toate substanțele ionice sunt în mod natural nemoleculare. Acestea sunt substanțe solide refractare ale căror soluții și topituri conduc curentul electric. Multe dintre ele sunt solubile în apă. Trebuie remarcat faptul că în substanțele ionice, ale căror cristale sunt formate din ioni complecși, există și legături covalente, de exemplu: (Na +) 2 (SO 4 2-), (K +) 3 (PO 4 3-) , (NH 4 + )(NO 3-), etc. Atomii care formează ionii complecși sunt legați prin legături covalente.

Metale (substanțe cu o legătură metalică) foarte diverse în proprietăţile lor fizice. Printre acestea se numără metalele lichide (Hg), foarte moi (Na, K) și foarte dure (W, Nb).

caracteristică proprietăți fizice metalele este conductivitatea lor electrică ridicată (spre deosebire de semiconductori, scade odată cu creșterea temperaturii), capacitatea ridicată de căldură și ductilitatea (metale pure).

În stare solidă, aproape toate substanțele sunt compuse din cristale. După tipul de structură și tipul de legătură chimică, cristalele („rețele cristaline”) sunt împărțite în atomic(cristale de substanțe nemoleculare cu o legătură covalentă), ionic(cristale de substanțe ionice), molecular(cristale de substanțe moleculare cu legătură covalentă) și metal(cristale de substanțe cu legătură metalică).

Sarcini și teste pe tema „Tema 10. „Legătura chimică. Structura materiei.”

• Tipuri de legături chimice - Structura materiei clasa 8–9

  Lecții: 2 Teme: 9 Teste: 1

• Sarcini: 9 Teste: 1

După ce ați studiat acest subiect, ar trebui să învățați următoarele concepte: legătură chimică, legătură intermoleculară, legătură ionică, legătură covalentă, legătură metalică, legătură de hidrogen, conexiune simplă, legătură dublă, legătură triplă, legături multiple, legătură nepolară, legătură polară, electronegativitate, polarizarea legăturii, - și -legatură, hibridizarea orbitalilor atomici, energia legăturii.

Trebuie să cunoașteți clasificarea substanțelor după tipul de structură, după tipul de legătură chimică, dependența proprietăților simple și substanțe complexe asupra tipului de legătură chimică și a tipului de „rețea cristalină”.

Ar trebui să fiți capabil să: determinați tipul de legătură chimică într-o substanță, tipul de hibridizare, să elaborați modele de formare a legăturilor, să utilizați conceptul de electronegativitate, un număr de electronegativitate; știi cum se schimbă electronegativitatea elemente chimice o perioadă și un grup pentru a determina polaritatea legăturii covalente.

După ce v-ați asigurat că tot ce aveți nevoie este învățat, treceți la sarcini. Vă dorim succes.

• O. S. Gabrielyan, G. G. Lysova. Chimie 11 celule. M., Butarda, 2002.
• G. E. Rudzitis, F. G. Feldman. Chimie 11 celule. M., Educație, 2001.