Metán, etylén, acetylén: chemická štruktúra, spaľovanie. polymerizačná reakcia. Kontrolná práca z chémie na tému "Štruktúra látok". (11. stupeň) Molekulárna štruktúra má ch4 naoh sio2 al

A 1. Chemické väzby v látkach, ktorých vzorce sú CH4 a CaCl2:

a) iónové a kovalentné polárne, b) kovalentné polárne a iónové,

c) kovalentné nepolárne a iónové, d) kovalentné polárne a kovové.

A 2. Polarita väzby je väčšia v látke so vzorcom:

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

A 3. Iónová povaha väzby v rade zlúčenín Li 2 O - Na 2 O - K 2 O - Rb 2 O:

a) rastie, b) klesá, c) sa nemení, d) najprv klesá, potom stúpa.

A 4. Medzi atómami existuje kovalentná väzba vytvorená mechanizmom donor-akceptor v látke, ktorej vzorec je:

a) Al(OH)3, b) [CH3NH3]Cl, c) C2H5OH, d) C6H1206.

A 5. Dvojica vzorcov látok, v ktorých molekulách sú iba δ - väzby:

a) CH4 a 02, b) C2H5OH a H20, c) N2 a C02, d) HBr a C2H4.

A 6. Najsilnejšie spojenie z nasledujúcich:

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

A 7. Skupina vzorcov zlúčenín, v ktorých je podobná orientácia väzieb v dôsledku sp 3 - hybridizácie elektronických orbitálov:

a) CH4, C2H4, C2H2, b) NH3, CH4, H20, c) H20, C2H6, C6H6, d) C3H8, BCI3, BeCl2.

A 8. Valencia a oxidačný stav atómu uhlíka v molekule metanolu sú:

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

A 9. Látky s iónovou kryštálovou mriežkou sa vyznačujú:

a) slabá rozpustnosť vo vode, b) vysoká teplota varu, c) tavivosť, d) prchavosť.

A 10. Vytvorenie vodíkovej väzby medzi molekulami vedie k:

a) k zníženiu teplôt varu látok, b) k zníženiu rozpustnosti látok vo vode,

c) k zvýšeniu teplôt varu látok, d) k zvýšeniu prchavosti látok.

A 11. Vzorec látky s iónovou väzbou:

a) NH3, b) C2H4, c) KH, d) CCI4.

A 12

A13. Molekulová štruktúra má látku so vzorcom:

A 14. Vodíková väzba vzniká medzi:

a) molekuly vody, b) molekuly vodíka,

c) molekuly uhľovodíkov, d) atómy kovov a atómy vodíka.

A 15. Ak zmes rastlinného oleja a vody energicky pretrepete, získate:

a) suspenzia, b) emulzia, c) pena, d) aerosól.

A 16. Vzorec látky s kovalentnou polárnou väzbou:

a) Cl2, b) KCl, c) NH3, d) O2.

A 17. Látka, ktorá má medzi molekulami vodíkovú väzbu:

a) etanol, b) metán, c) vodík, d) benzén.

A 18. Počet spoločných elektrónových párov v molekule vodíka:

a) jeden, b) dva, c) tri, d) štyri.

A 19. Polarita chemickej väzby sa zvyšuje v mnohých zlúčeninách, ktorých vzorce sú:

a) NH3, HI, 02, b) CH4, H20, HF, c) PH3, H2S, H2, d) HCl, CH4, CL2.

A 20. Kryštalická mriežka chloridu sodného:

a) atómová, b) iónová, c) kovová, d) molekulová.

A 21. Počet δ a π - väzieb v molekule acetylénu:

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

A 22. Látky, ktorých vzorce sú: CH 3 - CH 2 - OH a CH 3 - O - CH 3 sú:

a) homológy, b) izoméry, c) rovnaká látka, d) homológy aj izoméry.

A 23. Homológ látky, ktorej vzorec je CH 2 \u003d CH - CH 3, je:

a) bután, b) butén - 1, c) butén - 2, d) butín - 1.

A 24. Medzi atómami vzniká kovalentná nepolárna väzba:

a) vodík a kyslík, b) uhlík a vodík, c) chlór, d) horčík.

A 25. Len δ - väzba je v molekule:

a) dusík, b) etanol, c) etylén, d) oxid uhoľnatý (4).

A 26. Atóm dusíka má valenciu 3 a oxidačný stav 0 v molekule látky, ktorej vzorec je:

a) NH3, b) N2, c) CH3N02, d) N203.

A 27. Molekulová štruktúra má látku so vzorcom:

a) CH 4, b) NaOH, c) SiO 2, d) Al.

A28. Väzba C-H je silnejšia ako väzba Si-H, pretože:

a) dĺžka väzby je kratšia, b) dĺžka väzby je dlhšia,

c) polarita väzby je menšia, d) polarita väzby je väčšia.

A 29. Medzi atómami existuje kovalentná väzba vytvorená mechanizmom donor-akceptor v látke, ktorej vzorec je:

a) CH3NO2, b) NH4NO2, c) C5H8, d) H20.

A 30. Najmenej polárna väzba je:

a) C - H, b) C - Cl, c) C - F, d) C - Br
Časť B:
B 1. Počet spoločných elektrónových párov medzi atómami brómu v molekule Br2 je ......
B 2. Z ktorých väzieb vzniká v molekule N 2 trojitá väzba (odpoveď si predstavte v nominatívnom prípade).
B 3. Na uzloch kovovej kryštálovej mriežky sú ...... .. .
B 4. Uveďte príklad látky, v ktorej molekule je päť δ - a dve π - väzby. Pomenujte látku v nominatívnom prípade.
B 5.
B 6. Počet spoločných elektrónových párov medzi atómami brómu v molekule N 2 je ......
B 7. Z ktorých väzieb vzniká v molekule C 2 H 2 trojitá väzba (odpoveď si predstavte v nominatívnom prípade).
B 8. V uzloch mriežky iónových kryštálov sú ...... .. .
B 9. Uveďte príklad látky, v ktorej molekule je päť δ - a jedna π - väzba. Pomenujte látku v nominatívnom prípade.
B 10. Aký je maximálny počet π väzieb, ktoré môžu vzniknúť medzi dvoma atómami v molekule? (Odpoveď uveďte ako číslo)
Časť C:
Od 1. Napíšte štruktúrne vzorce všetkých izomérnych látok zloženia C 5 H 10 O. Pomenujte každú látku.
Od 2 . Zostavte štruktúrne vzorce látok: CHCl 3, C 2 H 2 Cl 2, F 2.

Skladať grafické vzorce: AlN, CaS04, LiHC03.
Od 3.

HNO3, HCl04, K2S03, KMn04, CH3F, MgOHCl2, ClO3-, CrO42-, NH4+

Od 4. Napíšte štruktúrne vzorce všetkých izomérnych látok zloženia C 4 H 8 O 2. Pomenujte každú látku.
Od 5 . Zostavte štruktúrne vzorce látok: CHBr 3, C 2 H 2 Br 2, Br 2.

Vytvorte grafické vzorce: Al 2 S 3, MgSO 4, Li 2 CO 3.
Od 6. Určte stupeň oxidácie v chemických zlúčeninách a iónoch:

CCl4, Ba(N03)2, Al2S3, HCl03, Na2Cr207, K204, Sr02-, Cr2032

Možnosť 2

Časť A:

A 1. Dvojica prvkov, medzi ktorými je vytvorená iónová chemická väzba:

a) uhlík a síra, b) vodík a dusík, c) draslík a kyslík, d) kremík a vodík.

A 2.Vzorec látky s kovalentnou väzbou:

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

A 3.Najmenej polárna väzba je:

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

A 4. Správne tvrdenie je, že δ je väzba, na rozdiel od π je väzba:

a) menej pevné, b) vytvorené bočným prekrytím atómových orbitálov,

c) nie je kovalentná, d) vzniká osovým prekrytím atómových orbitálov.

A 5.Látka, v ktorej molekule nie je π-väzba:

a) etylén, b) benzén, c) amoniak, d) dusík.

A 6. Najsilnejšia molekula je:

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

A 7. V ióne CO 3 2- je atóm uhlíka v hybridnom stave sp 2, takže ión má tvar:

a) lineárny, b) štvorsten, c) trojuholník, d) osemsten.

A 8. Atóm uhlíka má oxidačný stav -3 a valenciu 4 v spojení so vzorcom:

a) C02, b) C2H6, c) CH3CI, d) CaC2.

A 9. Atómová kryštálová mriežka má:

a) sóda, b) voda, c) diamant, d) parafín.

A 10. Látka, medzi molekulami ktorej je vodíková väzba:

a) etán, b) fluorid sodný, c) oxid uhoľnatý (4), d) etanol.

A 11. Vyberte skupinu prvkov usporiadaných vo vzostupnom poradí elektronegativity:

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

A 12. Medzi atómami existuje kovalentná väzba vytvorená mechanizmom donor-akceptor v látke, ktorej vzorec je:

13.

A 14.Vznik vodíkových väzieb možno vysvetliť takto:

a) rozpustnosť kyseliny octovej vo vode, b) kyslé vlastnosti etanolu,

c) vysoká teplota topenia mnohých kovov, d) nerozpustnosť metánu vo vode.

A 15.Vzorec látky s kovalentnou polárnou väzbou:

a) Cl2, b) KCl, c) NH3, d) O2.

Časť B:

B 1. Z navrhovaných vyberte látku, v ktorej molekule sú π - väzby: H 2, CH 4, Br 2, N 2, H 2 S, CH 3 OH, NH 3. Napíšte názov tejto látky.

B 2. Proces interakcie elektrónových orbitálov, ktorý vedie k ich tvarovému a energetickému zarovnaniu, sa nazýva ......

B 3. Ako sa nazýva fenomén zväčšovania koloidných častíc a ich vyzrážanie z koloidného roztoku?

B 4. Uveďte príklad látky, v ktorej molekule sú tri δ - a jedna π - väzba. Pomenujte látku v nominatívnom prípade.

B 5. V ktorej z nasledujúcich látok sú väzby najpolárnejšie: chlorovodík, fluór, voda, amoniak, sírovodík. Vybratú látku zapíšte podľa vzorca.

Časť C:

Od 1. Napíšte štruktúrne vzorce všetkých izomérnych látok zloženia C 4 H 8. Pomenujte každú látku.

Od 2. Zostavte štruktúrne vzorce látok: CHF 3, C 2 H 2 Br 2, O 2.

Vytvorte grafické vzorce: Mg 3 N 2, Na 2 SO 4, KHCO 3.

Od 3.

Mg3N2, Cl2, ZnS04, KHS, CH3CI, FeOHCl2, BrO2, As043-, NH4+

Skúška č.2 „ŠTRUKTÚRA LÁTKY“.

Možnosť 3

Časť A:

A 1. Chemické väzby v látkach, ktorých vzorce sú CH4 a CaCl2:

a) iónové a kovalentné polárne, b) kovalentné polárne a iónové,

c) kovalentné nepolárne a iónové, d) kovalentné polárne a kovové.

A 2.Polarita väzby je väčšia v látke so vzorcom:

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

A 3.Iónová povaha väzby v rade zlúčenín Li 2 O - Na 2 O - K 2 O - Rb 2 O:

a) rastie, b) klesá, c) sa nemení, d) najprv klesá, potom stúpa.

A 4. Medzi atómami existuje kovalentná väzba vytvorená mechanizmom donor-akceptor v látke, ktorej vzorec je:

a) Al(OH)3, b) [CH3NH3]Cl, c) C2H5OH, d) C6H1206.

A 5.Dvojica vzorcov látok, v ktorých molekulách sú iba δ - väzby:

a) CH4 a 02, b) C2H5OH a H20, c) N2 a C02, d) HBr a C2H4.

A 6. Najsilnejšie spojenie z nasledujúcich:

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

A 7. Skupina vzorcov zlúčenín, v ktorých je podobná orientácia väzieb v dôsledku sp 3 - hybridizácie elektronických orbitálov:

a) CH4, C2H4, C2H2, b) NH3, CH4, H20, c) H20, C2H6, C6H6, d) C3H8, BCI3, BeCl2.

A 8. Valencia a oxidačný stav atómu uhlíka v molekule metanolu sú:

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

A 9. Látky s iónovou kryštálovou mriežkou sa vyznačujú:

a) slabá rozpustnosť vo vode, b) vysoká teplota varu, c) tavivosť, d) prchavosť.

A 10. Vytvorenie vodíkovej väzby medzi molekulami vedie k:

a) k zníženiu teplôt varu látok, b) k zníženiu rozpustnosti látok vo vode,

c) k zvýšeniu teplôt varu látok, d) k zvýšeniu prchavosti látok.

A 11. Vzorec látky s iónovou väzbou:

a) NH3, b) C2H4, c) KH, d) CCI4.

A 12. Len δ - väzba je v molekule:

a) dusík, b) etanol, c) etylén, d) oxid uhoľnatý (4).

13. Molekulová štruktúra má látku so vzorcom:

a) CH 4, b) NaOH, c) SiO 2, d) Al.

A 14.Vodíková väzba vzniká medzi:

a) molekuly vody, b) molekuly vodíka,

c) molekuly uhľovodíkov, d) atómy kovov a atómy vodíka.

A 15.Ak zmes rastlinného oleja a vody energicky pretrepete, získate:

a) suspenzia, b) emulzia, c) pena, d) aerosól.

Časť B:

B 1. Počet spoločných elektrónových párov medzi atómami brómu v molekule Br2 je ......

B 2. Z ktorých väzieb vzniká v molekule N 2 trojitá väzba (odpoveď si predstavte v nominatívnom prípade).

B 3. Na uzloch kovovej kryštálovej mriežky sú ...... .. .

B 4. Uveďte príklad látky, v ktorej molekule je päť δ - a dve π - väzby. Pomenujte látku v nominatívnom prípade.

B 5. Aký je maximálny počet π väzieb, ktoré môžu vzniknúť medzi dvoma atómami v molekule? (Odpoveď uveďte ako číslo)

Časť C:

Od 1. Napíšte štruktúrne vzorce všetkých izomérnych látok zloženia C 5 H 10 O. Pomenujte každú látku.

Od 2. Zostavte štruktúrne vzorce látok: CHCl 3, C 2 H 2 Cl 2, F 2.

Vytvorte grafické vzorce: AlN, CaSO 4 , LiHCO 3 .

Od 3. Určte stupeň oxidácie v chemických zlúčeninách a iónoch:

HNO3, HCl04, K2S03, KMn04, CH3F, MgOHCl2, ClO3-, CrO42-, NH4+

Podobné informácie.

4. Povaha a typy chemických väzieb. kovalentná väzba

Aplikácia. Priestorová štruktúra molekúl

Každá molekula (napríklad CO 2, H 2 O, NH 3) alebo molekulárny ión (napríklad CO 3 2 -, H 3 O +, NH 4 +) má určité kvalitatívne a kvantitatívne zloženie, ako aj štruktúru (geometria). Geometria molekuly vzniká v dôsledku pevného vzájomného usporiadania atómov a hodnôt väzbových uhlov.

Väzbový uhol je uhol medzi imaginárnymi priamkami prechádzajúcimi cez jadrá chemicky viazaných atómov. Môžete tiež povedať, že toto je uhol medzi dvoma väzbovými čiarami, ktoré majú spoločný atóm.

Väzbová čiara je čiara spájajúca jadrá dvoch chemicky viazaných atómov.

Len v prípade dvojatómových molekúl (H 2, Cl 2 a pod.) otázka ich geometrie nevyvstáva - sú vždy lineárne, t.j. jadrá atómov sú umiestnené na jednej priamke. Štruktúra zložitejších molekúl môže vyzerať odlišne geometrické obrazce, Napríklad:

• triatómové molekuly a ióny typu AX 2 (H 2 O, CO 2, BeCl 2)

• štvoratómové molekuly a ióny ako AX 3 (NH 3, BF 3, PCl 3, H 3 O +, SO 3) alebo A 4 (P 4, As 4)

• päťatómové molekuly a ióny typu AX 4 (CH 4, XeF 4, GeCl 4)

Existujú častice a ďalšie komplexná štruktúra(oktaedrón, trigonálna bipyramída, plochý pravidelný šesťuholník). Okrem toho môžu mať molekuly a ióny tvar zdeformovaného štvorstenu, nepravidelného trojuholníka; v molekulách uhlovej štruktúry môžu byť hodnoty α rôzne (90°, 109°, 120°).

Štruktúra molekúl je spoľahlivo stanovená experimentálne pomocou rôznych fyzikálnych metód. Na vysvetlenie dôvodov vzniku konkrétnej štruktúry a na predpovedanie geometrie molekúl boli vyvinuté rôzne teoretické modely. Najľahšie pochopiteľný je model odpudzovania valenčných elektrónových párov (model OVEP) a model hybridizácie valenčných atómových orbitálov (model GVAO).

Základom všetkých (vrátane dvoch spomínaných) teoretických modelov vysvetľujúcich štruktúru molekúl je nasledovné konštatovanie: stabilný stav molekuly (iónu) zodpovedá takému priestorovému usporiadaniu jadier atómov, pri ktorom dochádza k vzájomnému odpudzovaniu molekuly. elektrónov valenčnej vrstvy bude minimálny.

Toto berie do úvahy odpudzovanie elektrónov, ktoré sa podieľajú na tvorbe chemickej väzby (väzbové elektróny) a nezúčastňujú sa (osamelé páry elektrónov). Berie sa do úvahy, že orbitál väzbového elektrónového páru je kompaktne sústredený medzi dvoma atómami, a preto zaberá menej priestoru ako orbitál samotného páru elektrónov. Z tohto dôvodu je odpudivý účinok neväzbového (osamelého) páru elektrónov a jeho účinok na väzbové uhly výraznejší ako u väzbového páru.

Model OVEP. Táto teória vychádza z nasledujúcich hlavných ustanovení (uvedených zjednodušeným spôsobom):

• geometria molekuly je určená len σ-väzbami (ale nie π-);
• uhly medzi väzbami závisia od počtu voľných párov elektrónov v centrálnom atóme.

Tieto ustanovenia by sa mali posudzovať spoločne, pretože elektróny chemickej väzby aj osamelé páry elektrónov sa navzájom odpudzujú, čo v konečnom dôsledku vedie k vytvoreniu takej molekulárnej štruktúry, v ktorej bude toto odpudzovanie minimálne.

Uvažujme o geometrii niektorých molekúl a iónov z hľadiska metódy ECEP; σ-väzbové elektróny budú označené dvoma bodkami (:), osamelé páry elektrónov - konvenčným symbolom ( alebo ) alebo pomlčkou.

Začnime s päťatómovou molekulou metánu CH 4 . V tomto prípade centrálny atóm (tento uhlík) úplne vyčerpal svoj valenčné možnosti a neobsahuje nezdieľané páry valenčných elektrónov, t.j. všetky štyri valenčné elektróny tvoria štyri väzby σ. Ako by mali byť elektróny σ-väzby umiestnené voči sebe, aby odpudzovanie medzi nimi bolo minimálne? Je zrejmé, že pod uhlom 109 °, t.j. pozdĺž čiar smerujúcich k vrcholom pomyselného štvorstenu, v strede ktorého je atóm uhlíka. V tomto prípade sú elektróny podieľajúce sa na tvorbe väzby čo najďalej od seba (pre štvorcovú konfiguráciu je vzdialenosť medzi týmito väzbovými elektrónmi väčšia a medzielektrónové odpudzovanie je menšie). Z tohto dôvodu má molekula metánu, ako aj molekuly CCl 4, CBr 4, CF 4 tvar pravidelného štvorstenu (hovorí sa o nich, že majú štvorstennú štruktúru):

Amónny katión NH + 4 a anión BF 4 − majú rovnakú štruktúru, pretože atómy dusíka a bóru tvoria každý štyri σ-väzby a nemajú osamelé páry elektrónov.

Zvážte štruktúru štvoratómovej molekuly amoniaku NH 3 . V molekule amoniaku sú na atóme dusíka tri páry väzbových elektrónov a jeden osamelý pár elektrónov, t.j. aj štyri páry elektrónov. Zostane však uhol väzby 109°? Nie, keďže osamotený pár elektrónov, ktorý zaberá väčší objem v priestore, má silný odpudivý účinok na elektróny σ-väzby, čo vedie k určitému zníženiu väzbového uhla, v tomto prípade je tento uhol približne 107 °. Molekula amoniaku má tvar trigonálnej pyramídy (pyramídová štruktúra):

Štvoratómový hydroxóniový ión H 3 O + má tiež pyramídovú štruktúru: atóm kyslíka tvorí tri σ-väzby a obsahuje jeden voľný elektrónový pár.

V štvoratómovej molekule BF 3 je počet σ-väzieb tiež tri, ale atóm bóru nemá žiadne osamelé páry elektrónov. Je zrejmé, že medzielektronické odpudzovanie bude minimálne, ak má molekula BF3 tvar pravidelného plochého trojuholníka s uhlom väzby 120°:

Molekuly BCl 3, BH 3, AlH 3, AlF 3, AlCl 3, SO 3 majú rovnakú štruktúru a z rovnakých dôvodov.

Aká je štruktúra molekuly vody?

V trojatómovej molekule vody sú štyri páry elektrónov, ale iba dva z nich sú elektróny s väzbou σ, zvyšné dva sú osamelé páry elektrónov atómu kyslíka. Odpudivý účinok dvoch osamelých párov elektrónov v molekule H2O je silnejší ako v molekule amoniaku s jedným voľným párom, preto je uhol väzby H–O–H menší ako uhol H–N–H v molekule amoniaku : v molekule vody je väzbový uhol približne 105°:

Molekula CO 2 (O=C=O) má tiež dva páry väzbových elektrónov (uvažujeme len σ-väzby), ale na rozdiel od molekuly vody nemá atóm uhlíka žiadne osamelé páry elektrónov. Je zrejmé, že odpudzovanie medzi pármi elektrónov v tomto prípade bude minimálne, ak budú umiestnené pod uhlom 180°, t.j. s lineárnou formou molekuly CO2:

Molekuly BeH2, BeF2, BeCl2 majú podobnú štruktúru a z rovnakých dôvodov. V triatómovej molekule SO 2 centrálny atóm (atóm síry) tiež vytvára dve σ-väzby, ale má nezdieľaný elektrónový pár, preto má molekula oxidu sírového (IV) uhlovú štruktúru, ale uhol väzby v nej je väčší ako v molekule vody (atóm kyslíka dva osamelé páry elektrónov, zatiaľ čo atóm síry má iba jeden):

Niektoré triatómové molekuly zloženia ABC majú tiež lineárnu štruktúru (napríklad H–C≡N, Br–C≡N, S=C=Te, S=C=O), v ktorej centrálny atóm nemá nezdieľané páry elektrónov. Ale molekula HClO má uhlovú štruktúru (α ≈ 103°), pretože centrálny atóm, atóm kyslíka, obsahuje dva osamelé páry elektrónov.

Pomocou modelu OVEP je možné predpovedať aj štruktúru molekúl organickej hmoty. Napríklad v molekule acetylénu C2H2 tvorí každý atóm uhlíka dve σ-väzby a atómy uhlíka nemajú osamelé páry elektrónov; preto má molekula lineárnu štruktúru H–C≡C–H.

V molekule C2H4 eténu tvorí každý atóm uhlíka tri σ-väzby, čo v neprítomnosti osamelých párov elektrónov na atómoch uhlíka vedie k trojuholníkovému usporiadaniu atómov okolo každého atómu uhlíka:

V tabuľke. 4.2 sú zhrnuté niektoré údaje o štruktúre molekúl a iónov.

Tabuľka 4.2

Vzťah medzi štruktúrou molekúl (iónov) a počtom σ -väzby a osamelé páry elektrónov centrálneho atómu

Model GUAO. Hlavnou pozíciou tohto modelu je, že na tvorbe kovalentných väzieb sa nezúčastňujú „čisté“ valenčné s -, p - a d - orbitály, ale tzv. hybridné orbitály. Ďalej sa hybridizácia zvažuje iba za účasti 2p- a 2s-AO.

Hybridizácia je fenomén miešania valenčných orbitálov, v dôsledku čoho sú tvarovo a energeticky zarovnané.

Koncept hybridizácie sa vždy používa, keď sa na tvorbe chemických väzieb podieľajú elektróny rôznych energetických podúrovní, ktoré sa veľmi nelíšia v energii: 2s a 2p, 4s, 4p a 3d atď.

Hybridný orbitál nie je tvarovo podobný pôvodnému 2p- a 2s-AO. Má tvar nepravidelného objemu osem:

Ako je vidieť, hybridné AO sú predĺženejšie, takže sa môžu lepšie prekrývať a vytvárať silnejšie kovalentné väzby. Keď sa hybridné orbitály prekrývajú, vytvárajú sa iba väzby σ; hybridné AO sa vďaka svojej špecifickej forme nezúčastňujú na tvorbe π-väzieb (π-väzby tvoria len nehybridné AO). Počet hybridných orbitálov sa vždy rovná počtu počiatočných AO podieľajúcich sa na hybridizácii. Hybridné orbitály by mali byť orientované v priestore tak, aby bola zabezpečená ich maximálna vzdialenosť od seba. V tomto prípade bude odpudzovanie elektrónov na nich umiestnených (väzbových a neväzbových) minimálne; energia celej molekuly bude tiež minimálna.

Model HLAO predpokladá, že na hybridizácii sa podieľajú orbitály s blízkymi energetickými hodnotami (t.j. valenčné orbitály) a dostatočne vysokou hustotou elektrónov. Elektrónová hustota orbitálu klesá so zväčšovaním jeho veľkosti, preto je úloha pri hybridizácii obzvlášť významná pre molekuly prvkov s malými periódami.

Malo by sa pamätať na to, že GVAO nie je skutočné fyzikálny jav, ale pohodlný koncept (matematický model), ktorý umožňuje opísať štruktúru niektorých molekúl. Tvorba hybridného AO nie je fixovaná žiadnymi fyzikálnymi metódami. Napriek tomu má teória hybridizácie určité fyzikálne opodstatnenie.

Zvážte štruktúru molekuly metánu. Je známe, že molekula СН4 má tvar pravidelného štvorstenu s atómom uhlíka v strede, všetky štyri väzby СНН sú tvorené mechanizmom výmeny a majú rovnakú energiu a dĺžku, t.j. sú ekvivalentné. Je celkom jednoduché vysvetliť prítomnosť štyroch nepárových elektrónov v atóme uhlíka za predpokladu jeho prechodu do excitovaného stavu:

Tento proces však nevysvetľuje ekvivalenciu všetkých štyroch väzieb C–H, pretože podľa vyššie uvedenej schémy sa tri z nich tvoria za účasti 2p-AO atómu uhlíka, jedna sa vytvára za účasti 2s-AO a tvar a energia 2p- a 2s-AO sú odlišné.

Na vysvetlenie tohto a ďalších podobných faktov L. Pauling vyvinul koncept GVAO. Predpokladá sa, že k zmiešaniu orbitálov dochádza v momente tvorby chemických väzieb. Tento proces vyžaduje vynaloženie energie na párovanie elektrónov, ktoré je však kompenzované uvoľňovaním energie pri tvorbe silnejších (v porovnaní s nehybridnými) väzbami hybridnými AO.

Na základe povahy a počtu AO zapojených do hybridizácie sa rozlišuje niekoľko typov hybridizácie.

V prípade hybridizácie sp 3 sa zmieša jeden s a tri p orbitály (odtiaľ názov typu hybridizácie). Pre atóm uhlíka môže byť proces znázornený takto:

1 s 2 2 s 2 2 p x 1 2 p y 1 → prechod elektrónov 1 s 2 2 s 1 2 p x 1 2 p y 1 2 p z 1 → hybridizácia 1 s 2 2 (s p 3) 4

alebo prostredníctvom elektronických konfigurácií:

Štyri sp 3 -hybridné AO sú medziproduktmi v energii medzi 2p - a 2s -AO.

Schéma hybridizácie sp 3 môže byť znázornená pomocou obrázkov tvaru AO atómu uhlíka:

V dôsledku hybridizácie sp 3 sa teda vytvoria štyri hybridné orbitály, z ktorých každý obsahuje nepárový elektrón. Tieto orbitály vo vesmíre sú umiestnené pod uhlom 109°28', čo zabezpečuje minimálne odpudzovanie elektrónov na nich umiestnených. Ak spojíte vrcholy hybridných orbitálov, získate trojrozmerný obrazec - štvorsten. Z tohto dôvodu majú molekuly zloženia АХ 4 (CH 4, SiH 4, CCl 4 atď.), v ktorých k tomuto typu hybridizácie dochádza, formu štvorstenu.

Koncept sp3 hybridizácie AO tiež dobre vysvetľuje štruktúru molekúl H20 a NH3. Predpokladá sa, že 2s a 2p AO atómov dusíka a kyslíka sa podieľajú na hybridizácii. V týchto atómoch počet valenčných elektrónov (5 a 6) prevyšuje počet sp3-hybridných AO (4), preto niektoré z hybridných AO obsahujú nepárové elektróny a niektoré obsahujú osamelé páry elektrónov:

Vidíme, že v atóme dusíka je osamelý pár elektrónov umiestnený na jednom hybridnom AO a v atóme kyslíka na dvoch. Na tvorbe väzieb s atómami vodíka sa podieľajú iba AO s nepárovými elektrónmi a osamelé páry elektrónov budú pôsobiť odpudivo (obr. 4.5) na seba (v prípade kyslíka) a na väzbové elektróny (pre kyslík a dusík ).

Ryža. 4.5. Schéma odpudivého pôsobenia väzbových a neväzbových orbitálov v molekule amoniaku (a) a vody (b)

Silnejšie odpudzovanie sa prejavuje v prípade molekuly vody. Keďže atóm kyslíka má dva osamelé páry elektrónov, odchýlka od ideálnej hodnoty väzbového uhla pre tento typ hybridizácie (109°28′) v molekule vody je väčšia ako v molekule amoniaku (v H 2 O a NH 3 molekuly, väzbový uhol je 104, 5° a 107°).

Sp 3 hybridizačný model sa používa na vysvetlenie štruktúry diamantu, kremíka, NH 4 + a H 3 O + iónov, alkánov, cykloalkánov atď. V prípade uhlíka sa tento typ hybridizácie používa vždy, keď atóm tohto prvok tvorí iba σ-väzby.

V prípade hybridizácie sp 2 sa zmiešajú jeden s a dva p orbitály. Uvažujme o tomto type hybridizácie na príklade atómu bóru. Proces je znázornený energetickými diagramami

V dôsledku sp 2 hybridizácie valenčných orbitálov atómu bóru teda vznikajú tri hybridné AO nasmerované pod uhlom 120° a jeden z 2p orbitálov sa hybridizácie nezúčastňuje. Hybridné orbitály obsahujú každý jeden nepárový elektrón, sú umiestnené v rovnakej rovine a ak spojíte ich vrcholy, dostanete správny trojuholník. Z tohto dôvodu majú molekuly zloženia АХ 3 s hybridizáciou sp 2 orbitálov atómu A trojuholníkovú štruktúru, ako je znázornené pre molekulu BF 3:

Nehybridný 2p AO atómu bóru je voľný (neobsadený) a je orientovaný kolmo na rovinu väzby B-F; preto je molekula BF3 akceptorom elektrónov pri vytváraní kovalentnej väzby mechanizmom donor-akceptor pri interakcii s molekulou amoniaku.

Pojem sp 2 hybridizácia sa používa na vysvetlenie podstaty dvojitej väzby uhlík-uhlík v alkénoch, štruktúry benzénu a grafitu, t.j. v prípadoch, keď atóm uhlíka tvorí tri σ- a jednu π-väzbu.

Priestorové usporiadanie orbitálov atómu uhlíka pre hybridizáciu sp 2 vyzerá takto: nehybridný 2p-AO je orientovaný kolmo na rovinu, v ktorej sa nachádzajú hybridné orbitály (hybridné aj nehybridné AO obsahujú nepárový elektrón).

Uvažujme o vzniku chemických väzieb v molekule etylénu H 2 C=CH 2 . V ňom sa hybridné AO prekrývajú medzi sebou a s 1s-AO atómu vodíka a vytvárajú päť σ-väzieb: jednu C–C a štyri C–H. Nehybridné 2p-AO sa bočne prekrývajú a vytvárajú π-väzbu medzi atómami uhlíka (obr. 4.6).

Ryža. 4.6. Schéma tvorby σ-väzieb (a) a π-väzieb (b) v molekule etylénu

V prípade hybridizácie sp sa zmieša jeden orbitál s a jeden p. Uvažujme o tomto type hybridizácie na príklade atómu berýlia. Predstavme si proces hybridizácie pomocou energetickej schémy:

a s obrazom tvaru orbitálov

V dôsledku sp hybridizácie sa teda vytvoria dva hybridné AO obsahujúce každý jeden nespárovaný elektrón. Dva 2p-AO sa nezúčastňujú hybridizácie a zostávajú prázdne v prípade berýlia. Hybridné orbitály sú orientované pod uhlom 180°, preto molekuly typu AX 2 s sp hybridizáciou orbitálov atómu A majú lineárnu štruktúru (obr. 4.7).

Ryža. 4.7. Priestorová štruktúra molekuly BeCl 2

Pomocou sp hybridizačného modelu orbitálov atómu uhlíka je vysvetlená povaha trojitej väzby v alkínových molekulách. V tomto prípade dva hybridné a dva nehybridné 2p-AO (znázornené vodorovnými šípkami →, ←) obsahujú každý nespárovaný elektrón:

V molekule acetylénu HC≡CH sa vďaka hybridným AO vytvárajú σ-väzby C–H a C–C:

Hybridné 2p-AO sa prekrývajú v dvoch na seba kolmých rovinách a vytvárajú dve π-väzby medzi atómami uhlíka (obr. 4.8).

Ryža. 4.8. Schematické znázornenie π-väzieb (a) a rovín π-väzieb (b) v molekule acetylénu ( vlnovka ukazuje bočné prekrytie 2p-AO atómu uhlíka)

Koncept sp hybridizácie orbitálov atómu uhlíka umožňuje vysvetliť vznik chemických väzieb v molekulách karbínu, CO a CO 2, propadiéne (CH 2 =C=CH 2), t.j. vo všetkých prípadoch, keď atóm uhlíka tvorí dve σ- a dve π-väzby.

Hlavné charakteristiky uvažovaných typov hybridizácie a geometrické konfigurácie molekúl zodpovedajúce určitým typom hybridizácie orbitálov centrálneho atómu A (berúc do úvahy vplyv neväzbových elektrónových párov) sú uvedené v tabuľke 1. 4.3 a 4.4.

Tabuľka 4.3

Hlavné charakteristiky odlišné typy hybridizácia

Porovnanie údajov v tabuľke. 4.2 a 4.4 môžeme konštatovať, že oba modely - OVEP a HLAO - vedú k rovnakým výsledkom, pokiaľ ide o štruktúru molekúl.

Tabuľka 4.4

Typy priestorovej konfigurácie molekúl zodpovedajúce určitým typom hybridizácie

Chemická štruktúra je postupnosť spojenia atómov v molekule a ich usporiadanie v priestore. Chemická štruktúra je znázornená pomocou štruktúrnych vzorcov. Pomlčka predstavuje kovalentnú chemickú väzbu. Ak je spojenie viacnásobné: dvojité, trojité, umiestnia dve (nezamieňať so znakom „rovná sa“) alebo tri pomlčky. Uhly medzi väzbami sú zobrazené vždy, keď je to možné.

Aby ste správne zostavili štruktúrne vzorce organických látok, musíte si uvedomiť, že každý atóm uhlíka tvorí 4 väzby.

(t.j. valencia uhlíka počtom väzieb je štyri. V organickej chémii sa prevažne používa valencia počtom väzieb).

metán(nazýva sa aj bažina, firedamp) pozostáva z jedného atómu uhlíka viazaného kovalentnými väzbami so štyrmi atómami vodíka. Molekulový vzorec CH4. Štrukturálny vzorec:
H
l
H-C-H
l
H

Uhol medzi väzbami v molekule metánu je asi 109° - elektrónové páry, ktoré tvoria kovalentné väzby atómu uhlíka (v strede) s atómami vodíka, sú umiestnené v priestore v maximálnej vzdialenosti od seba.

V ročníkoch 10-11 sa študuje, že molekula metánu má tvar trojuholníkovej pyramídy - štvorstenu, ako známe egyptské pyramídy.

Etylén C2H4 obsahuje dva atómy uhlíka spojené dvojitou väzbou:

Uhol medzi väzbami je 120° (elektrónové páry sa navzájom odpudzujú a sú umiestnené v maximálnej vzdialenosti od seba). Atómy sú v rovnakej rovine.

Ak neznázorníme každý atóm vodíka samostatne, dostaneme skrátený štruktúrny vzorec:

acetylén C2H2 obsahuje trojitú väzbu:
H–C ≡ C–H

Uhol medzi väzbami je 180°, molekula má lineárny tvar.

Pri horení vznikajú uhľovodíky, oxidy uhlíka (IV) a vodík, t.j. oxid uhličitý a voda, pričom sa uvoľňuje veľa tepla:

CH4 + 202 -> C02 + 2H20

C2H4 + 302 -> 2C02 + 2H20

2C2H2 + 502 -> 4C02 + 2H20

veľký praktickú hodnotu Má polymerizačná reakcia etylén - zlúčenina Vysoké číslo molekuly tvoriace polymérne makromolekuly - polyetylén. Väzby medzi molekulami vznikajú prerušením jednej z väzieb dvojitej väzby. IN všeobecný pohľad dá sa to napísať takto:

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

kde n je počet spojených molekúl, nazývaný stupeň polymerizácie. Reakcia prebieha pri zvýšenom tlaku a teplote v prítomnosti katalyzátora.

Polyetylén sa používa na výrobu fólie na skleníky, pneumatík na plechovky atď.

Vznik benzénu z acetylénu sa označuje aj ako polymerizačná reakcia.

chemická väzba

Všetky interakcie vedúce k zjednoteniu chemických častíc (atómov, molekúl, iónov atď.) do látok sa delia na chemické väzby a medzimolekulové väzby (medzimolekulové interakcie).

chemické väzby- väzby priamo medzi atómami. Existujú iónové, kovalentné a kovové väzby.

Medzimolekulové väzby- väzby medzi molekulami. Ide o vodíkovú väzbu, ión-dipólovú väzbu (vzhľadom na vznik tejto väzby dochádza napr. k vytvoreniu hydratačného obalu iónov), dipólovo-dipólovú väzbu (vzhľadom na vznik tejto väzby molekuly tzv. polárne látky sa spájajú napríklad v tekutom acetóne) atď.

Iónová väzba- chemická väzba vznikajúca v dôsledku elektrostatickej príťažlivosti opačne nabitých iónov. V binárnych zlúčeninách (zlúčeniny dvoch prvkov) sa vytvára, keď sa veľkosti viazaných atómov navzájom výrazne líšia: niektoré atómy sú veľké, iné malé - to znamená, že niektoré atómy ľahko odovzdávajú elektróny, zatiaľ čo iné majú tendenciu akceptovať ich (spravidla ide o atómy prvkov, ktoré tvoria typické kovy a atómy prvkov tvoriace typické nekovy); elektronegativita takýchto atómov je tiež veľmi odlišná.
Iónová väzba je nesmerová a nenasýtená.

kovalentná väzba- chemická väzba, ktorá vzniká v dôsledku vytvorenia spoločného páru elektrónov. Medzi malými atómami s rovnakým alebo blízkym polomerom vzniká kovalentná väzba. Nevyhnutná podmienka- prítomnosť nepárových elektrónov v oboch viazaných atómoch (mechanizmus výmeny) alebo nezdieľaného páru v jednom atóme a voľného orbitálu v druhom (mechanizmus donor-akceptor):

Podľa počtu spoločných elektrónových párov sa kovalentné väzby delia na
• jednoduchý (jednoduchý)- jeden pár elektrónov
• dvojitý- dva páry elektrónov
• trojitý- tri páry elektrónov.

Dvojité a trojité väzby sa nazývajú viacnásobné väzby.

Podľa rozloženia hustoty elektrónov medzi viazanými atómami sa kovalentná väzba delí na nepolárne A polárny. Nepolárna väzba vzniká medzi rovnakými atómami, polárna väzba vzniká medzi rôznymi.

Elektronegativita- miera schopnosti atómu v látke priťahovať spoločné elektrónové páry.
Elektrónové páry polárnych väzieb sú zaujaté smerom k viac elektronegatívnym prvkom. Samotný posun elektrónových párov sa nazýva polarizácia väzby. Čiastočné (nadbytočné) náboje vznikajúce pri polarizácii sú označené + a -, napríklad: .

Podľa charakteru prekrývania elektrónových oblakov ("orbitálov") sa kovalentná väzba delí na -väzbu a -väzbu.
-väzba vzniká v dôsledku priameho prekrytia elektrónových oblakov (pozdĺž priamky spájajúcej jadrá atómov), -väzba - v dôsledku bočného prekrytia (na oboch stranách roviny, v ktorej ležia jadrá atómov).

Kovalentná väzba je smerová a saturovateľná, ako aj polarizovateľná.
Na vysvetlenie a predikciu vzájomného smeru kovalentných väzieb sa používa hybridizačný model.

Hybridizácia atómových orbitálov a elektrónových oblakov- predpokladané usporiadanie atómových orbitálov v energii a elektrónových oblakov v tvare pri vytváraní kovalentných väzieb atómom.
Tri najbežnejšie typy hybridizácie sú: sp-, sp 2 a sp 3 - hybridizácia. Napríklad:
sp-hybridizácia - v molekulách C 2 H 2, BeH 2, CO 2 (lineárna štruktúra);
sp 2-hybridizácia - v molekulách C 2 H 4, C 6 H 6, BF 3 (plochý trojuholníkový tvar);
sp 3-hybridizácia - v molekulách CCl 4, SiH 4, CH 4 (tetraedrická forma); NH3 (pyramídový tvar); H 2 O (rohový tvar).

kovové spojenie- chemická väzba vytvorená v dôsledku socializácie valenčných elektrónov všetkých viazaných atómov kryštálu kovu. V dôsledku toho sa vytvorí jediný elektrónový oblak kryštálu, ktorý sa pôsobením elektrického napätia ľahko premiestni - preto vysoká elektrická vodivosť kovov.
Kovová väzba sa vytvorí, keď sú viazané atómy veľké, a preto majú tendenciu darovať elektróny. Jednoduché látky s kovovou väzbou - kovy (Na, Ba, Al, Cu, Au a pod.), zložité látky - intermetalické zlúčeniny (AlCr 2, Ca 2 Cu, Cu 5 Zn 8 a pod.).
Kovová väzba nemá smerovosť nasýtenia. Konzervuje sa aj v taveninách kovov.

vodíková väzba- medzimolekulová väzba vytvorená čiastočným prijatím páru elektrónov vysoko elektronegatívneho atómu atómom vodíka s veľkým kladným čiastkovým nábojom. Vzniká, keď je v jednej molekule atóm s osamelým elektrónovým párom a vysokou elektronegativitou (F, O, N) a v druhej je atóm vodíka viazaný silne polárnou väzbou s jedným z týchto atómov. Príklady medzimolekulových vodíkových väzieb:

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

V molekulách polypeptidov existujú intramolekulárne vodíkové väzby, nukleových kyselín, proteíny atď.

Meradlom sily akejkoľvek väzby je energia väzby.
Energia väzby je energia potrebná na prerušenie danej chemickej väzby v 1 mole látky. Jednotkou merania je 1 kJ/mol.

Energie iónovej a kovalentnej väzby sú rovnakého rádu, energia vodíkovej väzby je rádovo menšia.

Energia kovalentnej väzby závisí od veľkosti viazaných atómov (dĺžky väzby) a od násobnosti väzby. Čím menšie sú atómy a čím väčšia je násobnosť väzby, tým väčšia je jej energia.

Energia iónovej väzby závisí od veľkosti iónov a ich nábojov. Čím menšie sú ióny a čím väčší je ich náboj, tým väčšia je väzbová energia.

Štruktúra hmoty

Podľa typu štruktúry sú všetky látky rozdelené na molekulárne A nemolekulárne. Medzi organickými látkami prevládajú molekulárne látky, medzi anorganickými látkami nemolekulárne.

Podľa druhu chemickej väzby sa látky delia na látky s kovalentnými väzbami, látky s iónovými väzbami (iónové látky) a látky s kovovými väzbami (kovy).

Látky s kovalentnými väzbami môžu byť molekulárne alebo nemolekulárne. To výrazne ovplyvňuje ich fyzikálne vlastnosti.

Molekulové látky pozostávajú z molekúl navzájom prepojených slabými medzimolekulovými väzbami, patria sem: H 2, O 2, N 2, Cl 2, Br 2, S 8, P 4 a iné jednoduché látky; CO 2, SO 2, N 2 O 5, H 2 O, HCl, HF, NH 3, CH 4, C 2 H 5 OH, organické polyméry a mnoho ďalších látok. Tieto látky nemajú vysokú pevnosť, majú nízke teploty topenia a varu, neveďte elektriny niektoré z nich sú rozpustné vo vode alebo iných rozpúšťadlách.

Nemolekulárne látky s kovalentnými väzbami alebo atómové látky (diamant, grafit, Si, SiO 2, SiC a iné) tvoria veľmi pevné kryštály (výnimkou je vrstvený grafit), sú nerozpustné vo vode a iných rozpúšťadlách, majú vysokú teplotu topenia a varu body, väčšina z nich nevedie elektrický prúd (okrem grafitu, ktorý má elektrickú vodivosť, a polovodičov - kremík, germánium atď.)

Všetky iónové látky sú prirodzene nemolekulárne. Sú to pevné žiaruvzdorné látky, ktorých roztoky a taveniny vedú elektrický prúd. Mnohé z nich sú rozpustné vo vode. Treba poznamenať, že v iónových látkach, ktorých kryštály pozostávajú z komplexných iónov, existujú aj kovalentné väzby, napríklad: (Na +) 2 (SO 4 2-), (K +) 3 (PO 4 3-) , (NH 4 + )(NO 3-) atď. Atómy, ktoré tvoria komplexné ióny, sú viazané kovalentnými väzbami.

Kovy (látky s kovovou väzbou) veľmi rôznorodé vo svojich fyzikálnych vlastnostiach. Medzi nimi sú tekuté (Hg), veľmi mäkké (Na, K) a veľmi tvrdé kovy (W, Nb).

charakteristický fyzikálne vlastnosti kovov je ich vysoká elektrická vodivosť (na rozdiel od polovodičov klesá so zvyšujúcou sa teplotou), vysoká tepelná kapacita a ťažnosť (čisté kovy).

V pevnom stave sú takmer všetky látky zložené z kryštálov. Podľa typu štruktúry a typu chemickej väzby sa kryštály ("kryštálové mriežky") delia na atómový(kryštály nemolekulárnych látok s kovalentnou väzbou), iónový(kryštály iónových látok), molekulárne(kryštály molekulových látok s kovalentnou väzbou) a kov(kryštály látok s kovovou väzbou).

Úlohy a testy na tému "Téma 10. "Chemická väzba. Štruktúra hmoty."

• Typy chemickej väzby - Štruktúra hmoty 8-9 trieda

  Lekcie: 2 Zadania: 9 Testy: 1

• Úlohy: 9 testov: 1

Po preštudovaní tejto témy by ste sa mali naučiť nasledujúce pojmy: chemická väzba, medzimolekulová väzba, iónová väzba, kovalentná väzba, kovová väzba, vodíková väzba, jednoduché pripojenie, dvojitá väzba, trojitá väzba, násobné väzby, nepolárna väzba, polárna väzba, elektronegativita, polarizácia väzby, - a - väzba, hybridizácia atómových orbitálov, energia väzby.

Musíte poznať klasifikáciu látok podľa typu štruktúry, podľa typu chemickej väzby, závislosť vlastností jednoduchých a komplexné látky na type chemickej väzby a type „kryštálovej mriežky“.

Mali by ste byť schopní: určiť typ chemickej väzby v látke, typ hybridizácie, zostaviť vzorce tvorby väzby, použiť pojem elektronegativita, množstvo elektronegativity; vedieť, ako sa mení elektronegativita chemické prvky jedna perióda a jedna skupina na určenie polarity kovalentnej väzby.

Keď sa ubezpečíte, že ste sa naučili všetko, čo potrebujete, pokračujte k úlohám. Prajeme vám úspech.

• O. S. Gabrielyan, G. G. Lysová. Chémia 11 buniek. M., Drop, 2002.
• G. E. Rudzitis, F. G. Feldman. Chémia 11 buniek. M., Vzdelávanie, 2001.