Лекция 2. Химическая связь Лектор: асс. каф. ОНХ Абрамова Полина

Лекция 2.
Химическая связь
Лектор: асс. каф. ОНХ
Абрамова Полина
Владимировна
еmail: bozhkopv@tpu.ru
«Вопрос о природе химической связи - сердце всей химии»
Брайк Кроунфорд – мл.
ПЛАН ЛЕКЦИИ
I. Химическая связь и её характеристики
II. Ковалентная связь. Метод ВС
III. Теория гибридизации АО
IV. Ионная связь
V. Металлическая связь
VI. Водородная связь
VII. Межмолекулярные взаимодействия
2
I. Химическая связь
Химическая связь – это различные виды
взаимодействий, обусловливающих
существование многоатомных соединений
(молекул, ионов, радикалов, кристаллов)
Отличительные признаки химической связи:
1) Понижение энергии системы по сравнению
с суммой энергий несвязанных атомов
2) Перераспределение электронной
плотности в области образования химической
связи
3
Характеристики химической связи
1. Длина химической связи (lсв) – расстояние между
ядрами соседних атомов в молекуле или кристалле [нм]
Чем больше радиус атома, тем длиннее связь:
HF – HCl – HBr – HI
lсв, нм
0,092 0,128 0,142 0,162
2. Энергия химической связи (Есв) – энергия, которую
необходимо затратить для разрыва химической связи
[кДж/моль]
Чем больше длина связи, тем меньше её энергия:
HF – HCl – HBr – HI
Есв, кДж/моль 536 432 360 299
4
Виды химической связи
1. Ковалентная связь
2. Ионная связь
3. Металлическая связь
4. Водородная связь
5. Межмолекулярные взаимодействия
(силы Ван-дер-Ваальса)
5
II. Ковалентная связь. Метод ВС
Ковалентная связь – химическая связь,
образованная путем обобществления пары
электронов двумя атомами
Метод ВС позволяет описать сложную
молекулу
6
Положения метода ВС
1. Химическая связь образуется между двумя
атомами
как
результат
перекрывания
атомных орбиталей (АО) (обобществление
электронов)
2. В соответствии с принципом Паули
химическая связь образуется неспаренными
электронами с антипараллельными спинами
3. Характеристики химической связи (энергия,
длина, кратность и др.) определяются типом
перекрывания АО
7
Типы перекрывания АО
1. σ-связь – перекрывание АО вдоль линии связи.
Пример: s-s, s-p, p-p, d-d перекрывание
8
Типы перекрывания АО
2. π-связь – перекрывание АО с двух сторон от
линии связи
Пример: p-p, d-p, d-d перекрывание
9
Схемы метода ВС
Пример: О2
КС = 2
Кратность связи (КС) – это число общих
электронных пар между взаимодействующими
атомами
10
Механизмы образования
ковалентной связи
1. Обменный механизм – каждый атом
отдает на образование общей электронной
пары по одному неспаренному электрону
Пример: H2
КС = 1
11
2. Донорно-акцепторный механизм – один
атом отдает пару электронов (донор), а второй
предоставляет свободную орбиталь (акцептор
электронной пары)
Пример: NH4+
N 2s22p3
N – донор электронной пары
Н+ – акцептор электронной пары
3H 1s1
H+ 1s0
КС = 1
Все четыре связи равноценны
12
Свойства ковалентной связи
1. Полярность – смещение электронной плотности к
более электроотрицательному атому.
-
Ковалентная неполярная связь – образована
атомами с одинаковыми значениями ЭО: Н-Н,
О=О. (ΔЭО = 0)
- Ковалентная полярная связь – образуется между
атомами с разными значениями ЭО: H2O, NH3
13
Свойства ковалентной связи
2. Насыщаемость – определенное число химических
связей атома, вызванное ограниченным числом
валентных связей и АО
Пример: молекула H2
H 1s1 Насыщаемость = 1
3. Направленность –
ковалентными
связями
геометрическое строение
молекулы и ионы с
имеют
определённое
- Геометрическое строение молекул и
объясняется гибридизацией атомных орбиталей
ионов
14
III. Теория гибридизации АО
Гибридизация - это выравнивание АО по
форме и энергии
Основные положения теории гибридизации:
1) Гибридизуются атомные орбитали только
центрального атома
2)
Гибридные
атомные
орбитали
(ГАО)
участвуют только в сигма (σ) связывании
3) Число АО = числу ГАО
15
sp гибридизация
(на примере BeCl2)
Алгоритм определения типа гибридизации в
молекулах:
1) Записать электронно-графическую формулу для
валентных электронов (участвуют в образовании
химической связи)
16
2) Записать электронно-графическую формулу
центрального атома в возбужденном состоянии
(если необходимо)
17
3) По числу АО построить ГАО
18
4) Определить тип гибридизации по числу
атомных орбиталей, участвующих в гибридизации
Тип гибридизации sp, 180о, форма – линейная
19
sp2 гибридизация
(на примере BCl3)
20
4) Тип гибридизации sp2, 120о
форма – плоский треугольник
21
sp3 гибридизация
(на примере СH4)
22
4) Тип гибридизации sp3, 109.28º
форма – тетраэдр
sp3d, sp3d2
изучить
самостоятельно
23
IV. Ионная связь
Ионная химическая связь – (В. Коссель, 1916г.)
– электростатическое взаимодействие ионов в
химическом соединении
ΔЭО ˃ 1,9
- между катионами s-металлов I и II группы п. с.
и анионами неметаллов VI и VII группы
Пример: NaCl, LiF, K2O, MgO
24
Свойства ионной связи
В отличие от ковалентной связи ионная связь:
 ненаправлена, т.к. электростатическое поле
иона обладает сферической симметрией и
способно притягивать ионы противоположного
знака в любом направлении
 ненасыщаема – ионы данного знака
притягивать к себе переменное
ионов противоположного знака
способны
количество
25
Свойства ионной связи
Эти свойства приводят к тому, что соединения с
ионной
связью
имеют
трёхмерные
кристаллические решетки, в узлах которых
находятся ионы
Весь
кристалл
можно
рассматривать
как
гигантскую молекулу, состоящую из огромного
числа ионов:
NaCl
CsCl
26
V. Металлическая связь
Металлическая связь – также, как и ковалентная
связь
возникает за счет обобществления
валентных электронов, только в металле
обобществленные электроны обслуживают весь
кристалл (электронный газ)
27
VI. Водородная связь
Водородная связь – связь между атомом
водорода и наиболее ЭО атомами O, N или F
Пример: NH3, H2O, HF
- Внутримолекулярная – водородная связь между
двумя группами одной и той же молекулы
Пример:
салициловый альдегид
- Межмолекулярная – водородная связь между
разными молекулами
Пример: фтороводород
28
VII. Силы Ван-дер-Ваальса
Силы Ван-дер-Ваальса – связи между
молекулами, обусловленные электростатическим
взаимодействием
Типы сил:
1) Ориентационное взаимодействие – между
полярными молекулами
Пример: НCl – HCl
29
2) Индукционное взаимодействие – между
полярными и неполярными молекулами
Пример: H2 – HCl
3) Дисперсионное взаимодействие – между
неполярными молекулами
Пример: Н2 – Н2
30
Спасибо за
внимание!