Типы химических связей. Электростатическая, ковалентная связь. Ковалентная связь в органических соединениях. Строение метана. Строение молекул с N, O-атомами с неподеленной парой электронов. Строение и физико-химические свойства органических соединений.
Связь между частицами лучше всего определять через энергию, которую система теряет при образовании соединения - аддукта.
1. Электростатическая связь
Ионная связь
Ион-дипольное взаимодействие
Диполь-дипольное взаимодействие
ИОННАЯ СВЯЗЬ
Ион-дипольное взаимодействие
Диполь-дипольное взаимодействие
2. КОВАЛЕНТНАЯ СВЯЗЬ - связь, образованная двумя электронами
Переход от ковалентной связи к ионной
|
ковалентная связь |
полярная ковалентная связь |
ионная связь |
|
А:А |
d+В:Аd- |
М+ А- |
Молекулярные орбитали - атомные орбитали
Молекула водорода Н2
Длина связи
Энергетическая диаграмма для разрыхляющей и связывающей орбиталей
3. Структуры Льюиса
Связь между атомами обеспечивается электронными парами (американский химик Джилберт Льюис)
Некоторые свойства ковалентных связей (длина связи, полярность связи и энергия связи)
4.1 Длина связи
Минимальное расстояние между атомами отвечает минимальной потенциальной энергии системы.
Кривая потенциальной энергии (энергетический профиль)
2 - участок притяжения, вызванного индуцированной поляризацией (дисперсионые силы Лондона).
Половина расстояния, разделяющего атомы в точке 3, соответствует вандерваальсову радиусу.
Вандерваальсовы радиусы
|
Атом или группа |
Вандерваальсов радиус, Е |
|
Br |
1,35 |
|
CH2 |
2,0 |
|
CH3 |
2,0 |
|
Cl |
1,8 |
|
F |
1,35 |
|
H |
1,2 |
|
I |
2,15 |
|
N |
1,15 |
|
O |
1,4 |
4.2 Полярность связи
Диоксид углерода, представляющий собой линейную молекулу, имеет нулевой дипольный момент, а дипольный момент диоксида серы, нелинейной молекулы, равен 1,6 Д.
Дипольный момент может быть рссчитан по формуле:
m = e · l
e-элементарный заряд
l-расстояние между центрами положительных и отрицательных зарядов.
Дипольный момент измеряют в дебаях (Д). 1 дебай равен 10-18 е·см
Средняя величина дипольных моментов связей и функциональных групп
|
Структурная единица |
Дипольный момент, Д |
|
H-Br |
0,74 |
|
H-Cl |
1,03 |
|
H-N |
1,3 |
|
H-O |
1,5 |
|
H-S |
0,7 |
|
C-Cl |
1,9 |
|
C-N |
1,0 |
|
C-O |
1,2 |
|
C=O |
2,7 |
|
C-NO2 |
4,0 |
4.3. Энергия связи
Процесс, в результате которого разрывается ковалентная связь и каждый из фрагментов сохраняет один электрон, называется «гомолизом» или «гомолитическим расщеплением».
X-Y ® X· + Y· гомолитическое расщепление
Энергия, требующаяся для гомолитического расщепления отдельной связи и образования двух нейтральных атомов, называется энергией диссоциации (ккал/моль).
Средняя величина энергии, необходимая для разрыва отдельной связи называется энергией связи.
Энергия связей, ккал/моль
|
H-C |
99 |
|
C-C |
80 |
|
C-O |
81 |
|
C-N |
62 |
|
C-S |
65 |
|
H-N |
84 |
|
C-F |
102 |
|
C-Cl |
77 |
|
C-I |
56 |
|
H-O |
110 |
Энергетический профиль образования А2
5. Связь в органических соединениях
Ковалентная связь характерна для соединений углерода, именно эта связь имеет основное значение в химии органических соединений.
Примеры написания моделей связей.
атомные орбитали углерода
Элементы пространства, в котором наиболее вероятно нахождение электрона, называют орбиталью. Орбитали отличаются формой и энергией.
6. Строение метана
Электронная конфигурация основного состояния изолированного атома углерода:
Рассмотрение электронного строения метана дает основание утверждать, что углерод 2-х валентен и должен образовывать соединения строения СН2, однако в метане углерод соединение 4 атомами углерода. Чтобы получить 4-х валентный углерод, необходимо иметь следующую схему распределения электронов:
Возбужденное состояние атома включает образование четырех новых внешних орбиталей путем «гибридизации» 2s-орбитали и всех трех 2р-орбиталей. Четыре гибридные орбитали обладают одинаковой энергией, и каждая из них обозначается 2sp3. Гибридные орбитали обладают наибольшей степенью направленности, они точно эквивалентны друг другу. Главные оси четырех гибридных орбиталей направлены к углам правильного тетраэдра - расположение, при котором орбитали максимально удалены друг от друга.
Угол связи (109,50) определяется условием максимального перекрывания гибридных орбиталей с орбиталями водорода.
Длина связи в метане 1,09 .
Энергия связи 102 ккал/моль (417,05103Дж/моль)
В отличии от ионной связи, прочность которой одинакова по всем направлениям, ковалентная связь является направленной.
Для углерода возможны три типа гибридизации:
7. Строение молекул с n, o-атомами с неподеленной парой электронов
NH3
Энергия связи 103 ккал/моль (431,24103Дж/моль)
Н2О
Энергия связи 103 ккал/моль (431,24103 Дж/моль)
Наличие свободных электронов у аммиака и воды придает им основные свойства, более сильные у аммиака.
8. Строение и физико-химические свойства
Т пл., Т кип., растворимость.
Физические свойства дают информацию о строении вещества. Строение позволяет предсказать физические свойства.
Сравнить ионные и неионные соединения:
NaCl Т пл 8010С
СН4 Т пл. -1830С
Межмолекулярные силы
Диполь-дипольное взаимодействие, вандерваальсовы силы (индуцир. диполь)
NaCl Т кип 14130С (ионная пара - газообразное состояние)
CH4 Т кип -161,50С
H2O 1000С
NH3 -330С
Растворимость
Ион-дипольное взаимодействие
Na+ НОН
сольватация гидратация
Подобное растворяется в подобном. Растворимость определяется полярностью.
СН4 и CCl4 нерастворимы в воде
СН3ОН растворим в воде.