Ionska veza

(korišteni su materijali sa stranice http://www.hemi.nsu.ru/ucheb138.htm)

Ionska veza nastaje elektrostatskim privlačenjem između suprotno nabijenih iona. Ti ioni nastaju kao rezultat prijenosa elektrona s jednog atoma na drugi. Ionska veza nastaje između atoma koji imaju velike razlike u elektronegativnosti (obično veće od 1,7 na Paulingovoj ljestvici), na primjer, između atoma alkalijskog metala i halogena.

Razmotrimo pojavu ionske veze na primjeru nastanka NaCl.

Iz elektroničkih formula atoma

Na 1s 2 2s 2 2p 6 3s 1 i

Cl 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 5

Može se vidjeti da je za završetak vanjske razine atomu natrija lakše prepustiti jedan elektron nego dobiti sedam, a atomu klora je lakše dobiti jedan elektron nego dobiti sedam. U kemijskim reakcijama atom natrija predaje jedan elektron, a atom klora ga preuzima. Kao rezultat toga, elektronske ljuske atoma natrija i klora transformiraju se u stabilne elektronske ljuske plemenitih plinova (elektronička konfiguracija natrijevog kationa

Na + 1s 2 2s 2 2p 6,

a elektronska konfiguracija aniona klora je

Cl – - 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6).

Elektrostatska interakcija iona dovodi do stvaranja molekule NaCl.

Priroda kemijske veze često se odražava na stanje agregacije i fizikalna svojstva tvari. Ionski spojevi kao što je natrijev klorid NaCl tvrdi su i vatrostalni jer postoje snažne sile elektrostatskog privlačenja između naboja njihovih "+" i "–" iona.

Negativno nabijeni ion klora privlači ne samo "svoj" ion Na+, već i druge ione natrija oko sebe. To dovodi do činjenice da u blizini bilo kojeg od iona nema jednog iona sa suprotnim znakom, već nekoliko.

Struktura kristala natrijeva klorida NaCl.

U stvari, postoji 6 iona natrija oko svakog iona klora i 6 iona klora oko svakog iona natrija. Ovo uređeno pakiranje iona naziva se ionski kristal. Ako je u kristalu izoliran jedan atom klora, tada među atomima natrija koji ga okružuju više nije moguće pronaći onaj s kojim je klor reagirao.

Privučeni jedni drugima elektrostatskim silama, ioni vrlo nevoljko mijenjaju svoje mjesto pod utjecajem vanjske sile ili porasta temperature. Ali ako se natrijev klorid rastali i nastavi zagrijavati u vakuumu, on isparava, stvarajući dvoatomne molekule NaCl. Ovo sugerira da sile kovalentne veze nikada nisu potpuno isključene.

Osnovne karakteristike ionskih veza i svojstva ionskih spojeva

1. Ionska veza je jaka kemijska veza. Energija ove veze je reda veličine 300 – 700 kJ/mol.

2. Za razliku od kovalentne veze, ionska je veza neusmjerena jer ion može na sebe privući ione suprotnog predznaka u bilo kojem smjeru.

3. Za razliku od kovalentne veze, ionska je veza nezasićena, jer međudjelovanje iona suprotnog predznaka ne dovodi do potpune međusobne kompenzacije njihovih polja sila.

4. Pri nastanku molekula s ionskom vezom ne dolazi do potpunog prijenosa elektrona, dakle, stopostotne ionske veze ne postoje u prirodi. U molekuli NaCl kemijska veza je samo 80% ionska.

5. Spojevi s ionskim vezama su kristalne krutine koje imaju visoka tališta i vrelišta.

6. Većina ionskih spojeva topiva je u vodi. Otopine i taline ionskih spojeva provode električnu struju.

Metalni spoj

Metalni kristali imaju različitu strukturu. Ako pregledate komad metalnog natrija, vidjet ćete da se njegov izgled vrlo razlikuje od kuhinjske soli. Natrij je mekan metal, lako se reže nožem, ravna čekićem, lako se topi u šalici na alkoholnoj lampi (talište 97,8 o C). U kristalu natrija, svaki atom je okružen s osam drugih sličnih atoma.

Kristalna struktura metalnog Na.

Slika pokazuje da atom Na u središtu kocke ima 8 najbližih susjeda. Ali isto se može reći za bilo koji drugi atom u kristalu, budući da su svi isti. Kristal se sastoji od "beskonačno" ponavljajućih fragmenata prikazanih na ovoj slici.

Atomi metala na vanjskoj energetskoj razini sadrže mali broj valentnih elektrona. Budući da je energija ionizacije metalnih atoma niska, valentni elektroni se slabo zadržavaju u tim atomima. Zbog toga se u kristalnoj rešetki metala pojavljuju pozitivno nabijeni ioni i slobodni elektroni. U ovom slučaju, metalni kationi nalaze se u čvorovima kristalne rešetke, a elektroni se slobodno kreću u polju pozitivnih centara, tvoreći takozvani "elektronski plin".

Prisutnost negativno nabijenog elektrona između dva kationa uzrokuje interakciju svakog kationa s ovim elektronom.

Tako, Metalna veza je veza između pozitivnih iona u metalnim kristalima koja nastaje privlačenjem elektrona koji se slobodno kreću kroz kristal.

Budući da su valentni elektroni u metalu ravnomjerno raspoređeni po kristalu, metalna je veza, poput ionske veze, neusmjerena veza. Za razliku od kovalentne veze, metalna veza je nezasićena veza. Metalna veza se od kovalentne veze razlikuje i po čvrstoći. Energija metalne veze je otprilike tri do četiri puta manja od energije kovalentne veze.

Zbog velike mobilnosti elektronskog plina, metali se odlikuju visokom električnom i toplinskom vodljivošću.

Metalni kristal izgleda prilično jednostavno, ali zapravo je njegova elektronička struktura složenija od strukture ionskih kristala soli. Nema dovoljno elektrona u vanjskoj elektronskoj ljusci metalnih elemenata za stvaranje punopravne "oktetne" kovalentne ili ionske veze. Stoga se u plinovitom stanju većina metala sastoji od monoatomskih molekula (tj. pojedinačnih atoma koji nisu međusobno povezani). Tipičan primjer su živine pare. Dakle, metalna veza između atoma metala javlja se samo u tekućem i čvrstom agregatnom stanju.

Metalna veza može se opisati na sljedeći način: neki od metalnih atoma u rezultirajućem kristalu predaju svoje valentne elektrone u prostor između atoma (za natrij je to...3s1), pretvarajući se u ione. Budući da su svi metalni atomi u kristalu isti, svaki ima jednaku šansu da izgubi valentni elektron.

Drugim riječima, prijenos elektrona između neutralnih i ioniziranih metalnih atoma odvija se bez potrošnje energije. U tom slučaju dio elektrona uvijek završi u prostoru između atoma u obliku “elektronskog plina”.

Ti slobodni elektroni, prvo, drže atome metala na određenoj ravnotežnoj udaljenosti jedan od drugog.

Drugo, daju metalima karakterističan "metalni sjaj" (slobodni elektroni mogu djelovati u interakciji s kvantima svjetlosti).

Treće, slobodni elektroni daju metalima dobru električnu vodljivost. Visoka toplinska vodljivost metala također se objašnjava prisutnošću slobodnih elektrona u međuatomskom prostoru - oni lako "odgovaraju" na promjene energije i doprinose njenom brzom prijenosu u kristalu.

Pojednostavljeni model elektroničke strukture metalnog kristala.

******** Koristeći metal natrij kao primjer, razmotrimo prirodu metalne veze sa stajališta ideja o atomskim orbitalama. Atom natrija, kao i mnogi drugi metali, ima nedostatak valentnih elektrona, ali postoje slobodne valentne orbitale. Jedini 3s elektron natrija može se kretati u bilo koju slobodnu i energetski blisku susjednu orbitalu. Kako se atomi u kristalu približavaju, vanjske orbitale susjednih atoma se preklapaju, dopuštajući odbačenim elektronima da se slobodno kreću po kristalu.

Međutim, "elektronski plin" nije tako neuredan kako bi se moglo činiti. Slobodni elektroni u metalnom kristalu nalaze se u orbitalama koje se preklapaju i do neke su mjere zajednički, tvoreći nešto poput kovalentnih veza. Natrij, kalij, rubidij i drugi metalni s-elementi jednostavno imaju malo zajedničkih elektrona, pa su njihovi kristali krhki i topljivi. Kako se broj valentnih elektrona povećava, čvrstoća metala općenito raste.

Dakle, metalne veze nastoje formirati elementi čiji atomi imaju malo valentnih elektrona u svojim vanjskim ljuskama. Ovi valentni elektroni, koji provode metalnu vezu, toliko su podijeljeni da se mogu kretati kroz metalni kristal i osigurati visoku električnu vodljivost metala.

Kristal NaCl ne provodi struju jer u prostoru između iona nema slobodnih elektrona. Svi elektroni koje doniraju atomi natrija čvrsto drže ioni klora. Ovo je jedna od značajnih razlika između ionskih kristala i metalnih.

Ono što sada znate o metalnom vezivanju pomaže objasniti visoku savitljivost (duktilnost) većine metala. Metal se može spljoštiti u tanki lim i izvući u žicu. Činjenica je da pojedini slojevi atoma u metalnom kristalu mogu relativno lako kliziti jedan po drugom: pokretni "elektronski plin" stalno ublažava kretanje pojedinačnih pozitivnih iona, štiteći ih jedne od drugih.

Naravno, ništa slično se ne može učiniti s kuhinjskom soli, iako je sol također kristalna tvar. U ionskim kristalima, valentni elektroni su čvrsto vezani za jezgru atoma. Pomicanje jednog sloja iona u odnosu na drugi približava ione istog naboja i uzrokuje njihovo snažno odbijanje, što rezultira razaranjem kristala (NaCl je krhka tvar).

Pomicanje slojeva ionskog kristala uzrokuje pojavu velikih odbojnih sila između sličnih iona i razaranje kristala.

Navigacija

• Rješavanje kombiniranih zadataka na temelju kvantitativnih svojstava tvari
• Rješavanje problema. Zakon stalnosti sastava tvari. Izračuni koji koriste koncepte "molarne mase" i "kemijske količine" tvari

Svrha lekcije

• Dajte ideju o kemijskom vezivanju metala.

• Naučite zapisivati ​​obrasce stvaranja metalnih veza.

• Upoznati fizikalna svojstva metala.

• Naučite jasno razlikovati vrste kemijske veze .

Ciljevi lekcije

• Saznajte kako međusobno djeluju atomi metala

• Odredite kako metalna veza utječe na svojstva tvari koje ona tvori

Ključni pojmovi:

• Elektronegativnost - kemijsko svojstvo atoma, koje je kvantitativna karakteristika sposobnosti atoma u molekuli da privuče zajedničke elektronske parove.
• Kemijska veza -fenomen međudjelovanja atoma, zbog preklapanja elektronskih oblaka atoma koji međusobno djeluju.
• Metalni spoj je veza u metalima između atoma i iona, nastala dijeljenjem elektrona.
• Kovalentna veza - kemijska veza nastala preklapanjem para valentnih elektrona. Elektroni koji osiguravaju vezu nazivaju se zajedničkim elektronskim parom. Postoje 2 vrste: polarni i nepolarni.
• Ionska veza - kemijska veza koja se stvara između atoma nemetala, u kojoj zajednički elektronski par ide prema atomu s većom elektronegativnošću. Kao rezultat toga, atomi se privlače poput suprotno nabijenih tijela.
• Vodikova veza - kemijska veza između elektronegativnog atoma i vodikovog atoma H koji je kovalentno vezan na drugi elektronegativni atom. Elektronegativni atomi mogu biti N, O ili F. Vodikove veze mogu biti međumolekulske i intramolekulske.

  TIJEKOM NASTAVE

Metalna kemijska veza

Identificirajte elemente koji su u pogrešnom "redu". Zašto?
Ca Fe P K Al Mg Na
Koji elementi iz tablice Mendeljejev nazivaju metalima?
Danas ćemo naučiti koja svojstva imaju metali i kako ona ovise o vezi koja se stvara između metalnih iona.
Prvo, prisjetimo se položaja metala u periodnom sustavu?
Metali, kao što svi znamo, obično ne postoje u obliku izoliranih atoma, već u obliku komada, ingota ili metalnog proizvoda. Otkrijmo što skuplja atome metala u cijelom volumenu.

U primjeru vidimo komad zlata. I usput, zlato je jedinstveni metal. Kovanjem se od čistog zlata može izraditi folija debljine 0,002 mm! Ovaj tanki list folije je gotovo proziran i ima zelenu nijansu na svjetlu. Kao rezultat toga, od ingota zlata veličine kutije šibica, možete dobiti tanku foliju koja će pokriti površinu teniskog terena.
Kemijski, sve metale karakterizira lakoća otpuštanja valentnih elektrona, i kao rezultat toga, stvaranje pozitivno nabijenih iona i pokazuju samo pozitivnu oksidaciju. Zato su metali u slobodnom stanju redukcijski agensi. Zajednička značajka atoma metala je njihova velika veličina u odnosu na nemetale. Vanjski elektroni nalaze se na velikim udaljenostima od jezgre i stoga su slabo povezani s njom, stoga se lako odvajaju.
Atomi većeg broja metala na vanjskoj razini imaju mali broj elektrona - 1,2,3. Ti se elektroni lako odstranjuju i metalni atomi postaju ioni.
Me0 – n ē ⇆ Muškarci+
atomi metala – elektroni ekst. orbite ⇆ metalni ioni

Na taj način se odvojeni elektroni mogu kretati od jednog iona do drugog, odnosno oslobađaju se, kao da ih povezuju u jednu cjelinu.Dakle, ispada da su svi odvojeni elektroni zajednički, jer je nemoguće razumjeti koji elektron pripada kojem od atoma metala.
Elektroni se mogu spojiti s kationima, tada se privremeno formiraju atomi iz kojih se zatim otkidaju elektroni. Taj se proces odvija neprestano i bez prestanka. Ispada da se u volumenu metala atomi kontinuirano pretvaraju u ione i obrnuto. U ovom slučaju, mali broj zajedničkih elektrona veže veliki broj metalnih atoma i iona. Ali važno je da je broj elektrona u metalu jednak ukupnom naboju pozitivnih iona, odnosno ispada da općenito metal ostaje električki neutralan.
Ovaj proces je predstavljen kao model - metalni ioni su u oblaku elektrona. Takav elektronski oblak naziva se "elektronski plin".

Na primjer, na ovoj slici vidimo kako se elektroni kreću među nepomičnim ionima unutar kristalne rešetke metala.

Riža. 2. Gibanje elektrona

Kako bismo bolje razumjeli što je plin elektron i kako se ponaša u kemijskim reakcijama različitih metala, pogledajmo zanimljiv video. (zlato se spominje samo kao boja u ovom videu!)

Sada možemo napisati definiciju: metalna veza je veza u metalima između atoma i iona, nastala dijeljenjem elektrona.

Usporedimo sve vrste veza koje poznajemo i učvrstimo ih kako bismo ih bolje razlikovali, za to ćemo pogledati video.

Metalno vezivanje ne događa se samo u čistim metalima, već je također karakteristično za mješavine različitih metala i legura u različitim agregatnim stanjima.
Metalna veza je važna i određuje osnovna svojstva metala
- električna vodljivost – nasumično kretanje elektrona u volumenu metala. Ali s malom razlikom potencijala, tako da se elektroni gibaju na uredan način. Metali s najboljom vodljivošću su Ag, Cu, Au, Al.
- plastičnost
Veze između metalnih slojeva nisu jako značajne, što omogućuje slojevima da se pomiču pod opterećenjem (deformiraju metal bez njegovog lomljenja). Najbolji deformabilni metali (meki) su Au, Ag, Cu.
- metalni sjaj
Elektronski plin odbija gotovo sve svjetlosne zrake. Zbog toga čisti metali toliko sjaje i najčešće imaju sivu ili bijelu boju. Metali koji su najbolji reflektori Ag, Cu, Al, Pd, Hg

Domaća zadaća

Vježba 1
Odaberite formule tvari koje imaju
a) kovalentna polarna veza: Cl2, KCl, NH3, O2, MgO, CCl4, SO2;
b) s ionskom vezom: HCl, KBr, P4, H2S, Na2O, CO2, CaS.
Vježba 2
Precrtaj višak:
a) CuCl2, Al, MgS
b) N2, HCl, O2
c) Ca, CO2, Fe
d) MgCl2, NH3, H2

Metalni natrij, metalni litij i drugi alkalijski metali mijenjaju boju plamena. Metalni litij i njegove soli daju vatri crvenu boju, metalni natrij i natrijeve soli žutu boju, metalni kalij i njegove soli ljubičastu boju, a rubidij i cezij ljubičastu boju, ali svjetliju.

Riža. 4. Komad metala litija

Riža. 5. Bojenje plamena metalima

Litij (Li). Metalni litij, kao i metalni natrij, je alkalni metal. Oba su topiva u vodi. Natrij, kada se otopi u vodi, tvori kaustičnu sodu, vrlo jaku kiselinu. Kada se alkalni metali otope u vodi, oslobađa se mnogo topline i plina (vodika). Preporučljivo je ne dirati takve metale rukama jer se možete opeći.

Bibliografija

1. Lekcija na temu "Metalna kemijska veza", učiteljica kemije Tukhta Valentina Anatolyevna MOU "Yesenovichskaya Secondary School"
2. F. A. Derkach “Kemija” - znanstveni i metodički priručnik. – Kijev, 2008.
3. L. B. Tsvetkova “Anorganska kemija” - 2. izdanje, ispravljeno i prošireno. – Lvov, 2006.
4. V. V. Malinovsky, P. G. Nagorny “Anorganska kemija” - Kijev, 2009.
5. Glinka N.L. Opća kemija. – 27. izd./Pod. izd. V.A. Rabinovich. – L.: Kemija, 2008. – 704 str.

Uredio i poslao Lisnyak A.V.

Radili na lekciji:

Tukhta V.A.

Lisnyak A.V.

Možete postaviti pitanje o suvremenom obrazovanju, izraziti ideju ili riješiti gorući problem na Obrazovni forum, gdje se obrazovno vijeće svježe misli i djelovanja sastaje na međunarodnoj razini. Stvorivši blog, Kemija 8. razred

Metalni spoj

Kao rezultat elektrostatskog privlačenja između kationa i aniona nastaje molekula.

Ionska veza

Teoriju ionske veze predložio je 1916 ᴦ. njemački znanstvenik W. Kossel. Ova teorija objašnjava stvaranje veza između atomi tipičnih metala i atoma tipičan nemetali: CsF, CsCl, NaCl, KF, KCl, Na 2 O itd.

Prema ovoj teoriji, kada se formira ionska veza, atomi tipičnih metala predaju elektrone, a atomi tipičnih nemetala prihvaćaju elektrone.

Kao rezultat tih procesa, atomi metala se pretvaraju u pozitivno nabijene čestice, koje se nazivaju pozitivni ioni ili kationi; a atomi nemetala prelaze u negativne ione – anione. Naboj kationa jednak je broju otpuštenih elektrona.

Atomi metala doniraju elektrone svom vanjskom sloju i nastali ioni imaju potpunu elektroničku strukturu (pre-vanjski elektronički sloj).

Veličina negativnog naboja aniona jednaka je broju primljenih elektrona.

Atomi nemetala prihvaćaju onaj broj elektrona koji im je iznimno važan završetak elektroničkog okteta (vanjski elektronički sloj).

Na primjer: opća shema za nastanak molekule NaCl iz atoma Na i C1: Na°-le = Na +1 Stvaranje iona

Sl°+1e - = Sl -

Na +1 + Cl - = Na + Cl -

Na°+ Sl°= Na + Sl - Spoj iona

· Veza između iona obično se naziva ionska veza.

Spojevi koji se sastoje od iona nazivaju se ionski spojevi.

Algebarski zbroj naboja svih iona u molekuli ionskog spoja mora biti jednak nuli, jer je svaka molekula električki neutralna čestica.

Ne postoji oštra granica između ionske i kovalentne veze. Ionska veza može se smatrati ekstremnim slučajem polarne kovalentne veze, u kojoj se formira zajednički elektronski par potpuno kreće prema atomu s većom elektronegativnošću.

Većina tipičnih atoma metala ima mali broj elektrona u svom vanjskom sloju elektrona (obično 1 do 3); ti se elektroni nazivaju valentni elektroni. U atomima metala jakost veze između valentnih elektrona i jezgre je mala, odnosno atomi imaju nisku energiju ionizacije. To olakšava gubitak valentnih elektrona h transformacija atoma metala u pozitivno nabijene ione (katione):

Me° -ne ® Me n +

U kristalnoj strukturi metala valentni elektroni imaju sposobnost lakog prelaska s jednog atoma na drugi, što dovodi do dijeljenja elektrona među svim susjednim atomima. Pojednostavljeno se struktura metalnog kristala prikazuje na sljedeći način: u čvorovima kristalne rešetke nalaze se Me n+ ioni i Me° atomi, a valentni elektroni se relativno slobodno kreću između njih, uspostavljajući veze između svih atoma i iona metala (slika 3). Ovo je posebna vrsta kemijske veze koja se naziva metalna veza.

· Metalna veza - veza između atoma i iona metala u kristalnoj rešetki, koju provode zajednički valentni elektroni.

Zahvaljujući ovoj vrsti kemijske veze, metali imaju određeni skup fizikalnih i kemijskih svojstava koja ih razlikuju od nemetala.

Riža. 3. Dijagram kristalne rešetke metala.

Čvrstoća metalne veze osigurava stabilnost kristalne rešetke i plastičnost metala (sposobnost podvrgavanja raznim obradama bez razaranja). Slobodno kretanje valentnih elektrona omogućuje metalima dobro provođenje elektriciteta i topline. Sposobnost reflektiranja svjetlosnih valova (ᴛ.ᴇ. metalni sjaj) također se objašnjava strukturom kristalne rešetke metala.

Međutim, najkarakterističnija fizikalna svojstva metala temeljena na prisutnosti metalne veze su:

■kristalna struktura;

■metalni sjaj i neprozirnost;

■plastičnost, savitljivost, topljivost;

■visoka električna i toplinska vodljivost; i sklonost stvaranju legura.

Metalna veza - pojam i vrste. Klasifikacija i obilježja kategorije "Metalni spojevi" 2017., 2018.

- Metalni spoj

- Metalni spoj

Sam naziv “metalna veza” govori da je riječ o unutarnjoj strukturi metala. Atomi većine metala na vanjskoj energetskoj razini sadrže mali broj valentnih elektrona u odnosu na ukupni broj vanjskih koji su energetski blizu... .

- Metalni spoj

Metalna veza temelji se na dijeljenju valentnih elektrona koji ne pripadaju dvama, već gotovo svim atomima metala u kristalu. U metalima ima mnogo manje valentnih elektrona nego slobodnih orbitala. Time se stvaraju uvjeti za slobodno kretanje... .

- Metalni spoj

Bitne informacije o prirodi kemijskih veza u metalima mogu se dobiti na temelju dvije karakteristične značajke u usporedbi s kovalentnim i ionskim spojevima. Metali se, prije svega, razlikuju od ostalih tvari po svojoj visokoj električnoj vodljivosti i... .

- Metalni spoj

Značajne informacije o prirodi kemijskih veza u metalima mogu se dobiti na temelju dvije njihove karakteristične značajke u usporedbi s kovalentnim i ionskim spojevima. Metali se, prije svega, razlikuju od ostalih tvari po svojoj visokoj električnoj vodljivosti i... .

- Metalni spoj

Hibridizacija orbitala i prostorna konfiguracija molekula Vrsta molekule Početne orbitale atoma A Vrsta hibridizacije Broj hibridnih orbitala atoma A Prostorna konfiguracija molekule AB2 AB3 AB4 s + p s + p + p s + p + p + p sp sp2 sp3 ... .

- Metalni spoj. Svojstva metalne veze.

Metalna veza je kemijska veza uzrokovana prisutnošću relativno slobodnih elektrona. Karakteristično za čiste metale i njihove legure i intermetalne spojeve. Mehanizam metalnog vezivanja U svim čvorovima kristalne rešetke postoje... .

- Struktura molekule. Teorija kemijske veze. Ionska veza Metalna veza. Kovalentna veza. Energija komunikacije. Duljina veze. Vezni kut. Svojstva kemijskih veza.

Molekula je najmanja čestica tvari koja ima svoja kemijska svojstva. Prema teoriji kemijske veze, stabilno stanje elementa odgovara strukturi s elektronskom formulom vanjske razine s2p6 (argon, kripton, radon i drugi). Tijekom obrazovanja... .

Teme kodifikatora Jedinstvenog državnog ispita: Kovalentna kemijska veza, njezine sorte i mehanizmi nastanka. Značajke kovalentnih veza (polarnost i energija veze). Ionska veza. Metalni spoj. Vodikova veza

Intramolekulske kemijske veze

Prvo, pogledajmo veze koje nastaju između čestica unutar molekula. Takve veze nazivaju se intramolekularni.

Kemijska veza između atoma kemijskih elemenata ima elektrostatsku prirodu i nastaje zbog interakcija vanjskih (valentnih) elektrona, u većem ili manjem stupnju koju drže pozitivno nabijene jezgre vezanih atoma.

Ključni koncept ovdje je ELEKTRONEGATIVNOST. Upravo to određuje vrstu kemijske veze između atoma i svojstva te veze.

je sposobnost atoma da privuče (zadrži) vanjski(valencija) elektroni. Elektronegativnost je određena stupnjem privlačenja vanjskih elektrona prema jezgri i prvenstveno ovisi o polumjeru atoma i naboju jezgre.

Elektronegativnost je teško jednoznačno odrediti. L. Pauling je sastavio tablicu relativnih elektronegativnosti (na temelju energija veze dvoatomnih molekula). Najelektronegativniji element je fluor sa značenjem 4 .

Važno je napomenuti da u različitim izvorima možete pronaći različite ljestvice i tablice vrijednosti elektronegativnosti. Ovo ne treba biti zabrinuto, budući da stvaranje kemijske veze igra važnu ulogu atoma, a približno je isti u svakom sustavu.

Ako jedan od atoma u kemijskoj vezi A:B jače privlači elektrone, tada se elektronski par kreće prema njemu. Više razlika elektronegativnosti atoma, to se više pomiče elektronski par.

Ako su elektronegativnosti atoma u interakciji jednake ili približno jednake: EO(A)≈EO(B), tada se zajednički elektronski par ne pomiče ni na jedan od atoma: A: B. Ova veza se zove kovalentni nepolarni.

Ako se elektronegativnosti atoma u interakciji razlikuju, ali ne jako (razlika u elektronegativnosti je otprilike od 0,4 do 2: 0,4<ΔЭО<2 ), tada je elektronski par pomaknut na jedan od atoma. Ova veza se zove kovalentni polarni .

Ako se elektronegativnosti atoma koji međusobno djeluju značajno razlikuju (razlika u elektronegativnosti je veća od 2: ΔEO>2), tada se jedan od elektrona gotovo potpuno prenosi na drugi atom, uz nastanak ioni. Ova veza se zove ionski.

Osnovni tipovi kemijskih veza − kovalentni, ionski I metal komunikacije. Pogledajmo ih pobliže.

Kovalentna kemijska veza

Kovalentna veza – to je kemijska veza , nastala zbog stvaranje zajedničkog elektronskog para A:B . Štoviše, dva atoma preklapanje atomske orbitale. Kovalentna veza nastaje međudjelovanjem atoma s malom razlikom u elektronegativnosti (obično između dva nemetala) odnosno atoma jednog elementa.

Osnovna svojstva kovalentnih veza

• usredotočenost,
• zasićenost,
• polaritet,
• polarizabilnost.

Ova svojstva vezivanja utječu na kemijska i fizikalna svojstva tvari.

Komunikacijski smjer karakterizira kemijsku strukturu i oblik tvari. Kutovi između dviju veza nazivaju se veznim kutovima. Na primjer, u molekuli vode vezni kut H-O-H je 104,45 o, stoga je molekula vode polarna, a u molekuli metana vezni kut H-C-H je 108 o 28′.

Zasićenost je sposobnost atoma da tvore ograničeni broj kovalentnih kemijskih veza. Broj veza koje atom može stvoriti naziva se.

Polaritet do vezivanja dolazi zbog neravnomjerne raspodjele elektronske gustoće između dva atoma različite elektronegativnosti. Kovalentne veze se dijele na polarne i nepolarne.

Polarizabilnost veze su sposobnost elektrona veze da se pomaknu pod utjecajem vanjskog električnog polja(osobito električno polje druge čestice). Polarizabilnost ovisi o pokretljivosti elektrona. Što je elektron udaljeniji od jezgre, to je pokretljiviji, a samim time i molekula je polarizirajuća.

Kovalentna nepolarna kemijska veza

Postoje 2 tipa kovalentne veze – POLARNI I NEPOLARNI .

Primjer . Razmotrimo strukturu molekule vodika H2. Svaki atom vodika na svojoj vanjskoj energetskoj razini nosi 1 nespareni elektron. Za prikaz atoma koristimo Lewisovu strukturu - ovo je dijagram strukture vanjske energetske razine atoma, kada su elektroni označeni točkama. Modeli strukture Lewisove točke od velike su pomoći pri radu s elementima druge periode.

H. + . H = H:H

Dakle, molekula vodika ima jedan zajednički elektronski par i jednu H–H kemijsku vezu. Ovaj elektronski par ne prelazi ni na jedan atom vodika jer Atomi vodika imaju istu elektronegativnost. Ova veza se zove kovalentni nepolarni .

Kovalentna nepolarna (simetrična) veza je kovalentna veza koju tvore atomi jednake elektronegativnosti (obično isti nemetali) i, prema tome, s ravnomjernom raspodjelom gustoće elektrona između jezgri atoma.

Dipolni moment nepolarnih veza je 0.

Primjeri: H2 (H-H), O2 (O=O), S 8.

Kovalentna polarna kemijska veza

Kovalentna polarna veza je kovalentna veza koja se javlja između atomi različite elektronegativnosti (obično, razni nemetali) i karakterizira se istisnina zajednički elektronski par prema elektronegativnijem atomu (polarizacija).

Gustoća elektrona je pomaknuta prema elektronegativnijem atomu - stoga se na njemu javlja djelomični negativni naboj (δ-), a na manje elektronegativnom atomu javlja se djelomični pozitivni naboj (δ+, delta +).

Što je veća razlika u elektronegativnosti atoma, to je veća polaritet veze i više dipolni trenutak . Između susjednih molekula i naboja suprotnog predznaka djeluju dodatne privlačne sile koje se povećavaju snaga komunikacije.

Polaritet veze utječe na fizikalna i kemijska svojstva spojeva. Mehanizmi reakcije, pa čak i reaktivnost susjednih veza ovise o polaritetu veze. Polaritet veze često određuje polaritet molekule i time izravno utječe na takva fizikalna svojstva kao što su vrelište i talište, topljivost u polarnim otapalima.

Primjeri: HCl, CO2, NH3.

Mehanizmi stvaranja kovalentne veze

Kovalentne kemijske veze mogu nastati putem 2 mehanizma:

1. Mehanizam razmjene formiranje kovalentne kemijske veze je kada svaka čestica daje jedan nespareni elektron da formira zajednički elektronski par:

A . + . B= A:B

2. Formiranje kovalentne veze je mehanizam u kojem jedna od čestica daje usamljeni par elektrona, a druga čestica daje praznu orbitalu za taj elektronski par:

A: + B= A:B

U ovom slučaju, jedan od atoma daje usamljeni par elektrona ( donator), a drugi atom daje praznu orbitalu za taj par ( akceptor). Kao rezultat stvaranja obiju veza, energija elektrona se smanjuje, tj. ovo je korisno za atome.

Kovalentna veza nastala mehanizmom donor-akceptor nije drugačije u svojstvima iz drugih kovalentnih veza nastalih mehanizmom izmjene. Stvaranje kovalentne veze donor-akceptorskim mehanizmom tipično je za atome s velikim brojem elektrona na vanjskoj energetskoj razini (donori elektrona) ili, obrnuto, s vrlo malim brojem elektrona (akceptori elektrona). O valentnim sposobnostima atoma detaljnije se govori u odgovarajućem odjeljku.

Kovalentna veza nastaje donor-akceptorskim mehanizmom:

- u molekuli ugljikov monoksid CO(veza u molekuli je trostruka, 2 veze nastaju mehanizmom izmjene, jedna donor-akceptorskim mehanizmom): C≡O;

- V amonijev ion NH 4 +, u ionima organski amini, na primjer, u metilamonijevom ionu CH3-NH2+;

- V kompleksni spojevi, kemijska veza između središnjeg atoma i ligandnih skupina, na primjer, u natrijevom tetrahidroksoaluminatu Na veza između aluminija i hidroksidnih iona;

- V dušična kiselina i njezine soli- nitrati: HNO 3, NaNO 3, u nekim drugim dušikovim spojevima;

- u molekuli ozon O3.

Osnovne karakteristike kovalentnih veza

Kovalentne veze obično se stvaraju između atoma nemetala. Glavne karakteristike kovalentne veze su duljina, energija, višestrukost i usmjerenost.

Višestrukost kemijske veze

Višestrukost kemijske veze - Ovo broj zajedničkih elektronskih parova između dva atoma u spoju. Višestrukost veze može se vrlo lako odrediti iz vrijednosti atoma koji tvore molekulu.

Na primjer , u molekuli vodika H 2 mnogostrukost veze je 1, jer Svaki vodik ima samo 1 nespareni elektron na svojoj vanjskoj energetskoj razini, stoga se formira jedan zajednički elektronski par.

U molekuli kisika O 2 mnogostrukost veze je 2 jer Svaki atom na vanjskoj energetskoj razini ima 2 nesparena elektrona: O=O.

U molekuli dušika N2 mnogostrukost veze je 3 jer između svakog atoma postoje 3 nesparena elektrona na vanjskoj energetskoj razini, a atomi tvore 3 zajednička elektronska para N≡N.

Duljina kovalentne veze

Duljina kemijske veze je udaljenost između središta jezgri atoma koji tvore vezu. Određuje se eksperimentalnim fizikalnim metodama. Duljina veze može se približno procijeniti korištenjem pravila aditivnosti, prema kojem je duljina veze u molekuli AB približno jednaka polovici zbroja duljina veza u molekulama A 2 i B 2:

Duljina kemijske veze može se grubo procijeniti atomskim radijusima stvaranje veze, ili komunikacijskom višestrukošću, ako polumjeri atoma nisu jako različiti.

Kako se polumjeri atoma koji tvore vezu povećavaju, duljina veze će se povećavati.

Na primjer

Kako se množina veza između atoma povećava (čiji se atomski polumjeri ne razlikuju ili se razlikuju malo), duljina veze će se smanjivati.

Na primjer . U nizu: C–C, C=C, C≡C duljina veze opada.

Komunikacijska energija

Mjera za jačinu kemijske veze je energija veze. Komunikacijska energija određena energijom potrebnom za prekid veze i uklanjanje atoma koji tvore tu vezu na beskonačno veliku udaljenost jedan od drugog.

Kovalentna veza je vrlo izdržljiva. Energija mu se kreće od nekoliko desetaka do nekoliko stotina kJ/mol. Što je veća energija veze, veća je i snaga veze, i obrnuto.

Snaga kemijske veze ovisi o duljini veze, polarnosti veze i višestrukosti veze. Što je kemijska veza duža, to se lakše prekida, a što je energija veze manja, to je njena čvrstoća manja. Što je kemijska veza kraća, to je ona jača, a energija veze veća.

Na primjer, u nizu spojeva HF, HCl, HBr s lijeva na desno, jakost kemijske veze smanjuje se, jer Duljina veze se povećava.

Ionska kemijska veza

Ionska veza je kemijska veza koja se temelji na elektrostatsko privlačenje iona.

Ioni nastaju u procesu prihvaćanja ili davanja elektrona od strane atoma. Na primjer, atomi svih metala slabo drže elektrone s vanjske energetske razine. Prema tome, atomi metala karakteriziraju restorativna svojstva- sposobnost doniranja elektrona.

Primjer. Atom natrija sadrži 1 elektron na energetskoj razini 3. Lako ga se odričući, atom natrija stvara mnogo stabilniji ion Na +, s elektronskom konfiguracijom plemenitog plina neona Ne. Natrijev ion sadrži 11 protona i samo 10 elektrona, pa je ukupni naboj iona -10+11 = +1:

+11Na) 2 ) 8 ) 1 - 1e = +11 Na +) 2 ) 8

Primjer. Atom klora na svojoj vanjskoj energetskoj razini sadrži 7 elektrona. Da bi dobio konfiguraciju stabilnog inertnog atoma argona Ar, klor mora dobiti 1 elektron. Nakon dodavanja elektrona nastaje stabilni ion klora koji se sastoji od elektrona. Ukupni naboj iona je -1:

+17Cl) 2 ) 8 ) 7 + 1e = +17 Cl — ) 2 ) 8 ) 8

Bilješka:

• Svojstva iona razlikuju se od svojstava atoma!
• Stabilni ioni mogu nastati ne samo atomi, ali također skupine atoma. Na primjer: amonijev ion NH 4 +, sulfatni ion SO 4 2-, itd. Kemijske veze koje tvore takvi ioni također se smatraju ionskim;
• Ionske veze obično se stvaraju međusobno metali I nemetali(skupine nemetala);

Nastali ioni se privlače zbog električnog privlačenja: Na + Cl -, Na 2 + SO 4 2-.

Rezimirajmo vizualno razlika između tipova kovalentne i ionske veze:

Metalni spoj je veza koja nastaje relativno slobodni elektroni između metalni ioni tvoreći kristalnu rešetku.

Atomi metala obično se nalaze na vanjskoj energetskoj razini jedan do tri elektrona. Polumjeri atoma metala u pravilu su veliki - stoga atomi metala, za razliku od nemetala, prilično lako odustaju od svojih vanjskih elektrona, tj. su jaki redukcijski agensi.

Darujući elektrone, atomi metala se pretvaraju u pozitivno nabijeni ioni . Odvojeni elektroni su relativno slobodni kreću se između pozitivno nabijenih metalnih iona. Između ovih čestica javlja se veza, jer zajednički elektroni drže zajedno metalne katione raspoređene u slojeve , stvarajući tako prilično jaku metalna kristalna rešetka . U ovom slučaju elektroni se kontinuirano gibaju kaotično, tj. Stalno se pojavljuju novi neutralni atomi i novi kationi.

Međumolekulske interakcije

Zasebno je vrijedno razmotriti interakcije koje nastaju između pojedinačnih molekula u tvari - međumolekularne interakcije . Međumolekulske interakcije su vrsta interakcije između neutralnih atoma u kojoj se ne pojavljuju nove kovalentne veze. Sile međudjelovanja između molekula otkrio je Van der Waals 1869. godine i po njemu su ih nazvali Van dar Waalsove snage. Van der Waalsove sile se dijele na orijentacija, indukcija I disperzivan . Energija međumolekulskih interakcija mnogo je manja od energije kemijskih veza.

Orijentacijske sile privlačenja javljaju se između polarnih molekula (dipol-dipol interakcija). Ove sile se javljaju između polarnih molekula. Induktivne interakcije je interakcija između polarne i nepolarne molekule. Nepolarna molekula je polarizirana djelovanjem polarne, što stvara dodatno elektrostatsko privlačenje.

Posebna vrsta međumolekularnog međudjelovanja su vodikove veze. - to su intermolekularne (ili intramolekularne) kemijske veze koje nastaju između molekula koje imaju visoko polarne kovalentne veze - H-F, H-O ili H-N. Ako postoje takve veze u molekuli, onda će ih biti i između molekula dodatne privlačne sile .

Obrazovni mehanizam vodikova veza je dijelom elektrostatska, a dijelom donor-akceptorska. U ovom slučaju donor elektronskog para je atom jako elektronegativnog elementa (F, O, N), a akceptor su atomi vodika povezani s tim atomima. Vodikove veze karakteriziraju usredotočenost u prostoru i zasićenost

Vodikove veze mogu se označiti točkama: H ··· O. Što je veća elektronegativnost atoma spojenog na vodik, a što je njegova veličina manja, to je vodikova veza jača. Tipično je prvenstveno za veze fluor s vodikom , kao i do kisik i vodik , manje dušik s vodikom .

Vodikove veze se javljaju između sljedećih tvari:

— vodikov fluorid HF(plin, otopina fluorovodonika u vodi - fluorovodična kiselina), voda H 2 O (para, led, tekuća voda):

— otopina amonijaka i organskih amina- između molekula amonijaka i vode;

— organski spojevi u kojima su O-H ili N-H veze: alkoholi, karboksilne kiseline, amini, aminokiseline, fenoli, anilin i njegovi derivati, proteini, otopine ugljikohidrata - monosaharida i disaharida.

Vodikova veza utječe na fizikalna i kemijska svojstva tvari. Dakle, dodatno privlačenje između molekula otežava vrenje tvari. Tvari s vodikovim vezama pokazuju abnormalno povećanje vrelišta.

Na primjer U pravilu, s povećanjem molekularne težine, uočava se povećanje vrelišta tvari. Međutim, u nizu tvari H2O-H2S-H2Se-H2Te ne opažamo linearnu promjenu vrelišta.

Naime, kod vrelište vode je nenormalno visoko - ne manje od -61 o C, kako nam pokazuje ravna crta, ali mnogo više, +100 o C. Ova anomalija se objašnjava prisutnošću vodikovih veza između molekula vode. Stoga je u normalnim uvjetima (0-20 o C) voda tekućina po faznom stanju.

Metalni spoj. Svojstva metalne veze.

Metalna veza je kemijska veza uzrokovana prisutnošću relativno slobodnih elektrona. Karakteristično za čiste metale i njihove legure i intermetalne spojeve.

Mehanizam metalne veze

Pozitivni metalni ioni nalaze se u svim čvorovima kristalne rešetke. Između njih se valentni elektroni kreću nasumično, poput molekula plina, odvojenih od atoma tijekom stvaranja iona. Ovi elektroni djeluju kao cement, držeći pozitivne ione zajedno; inače bi se rešetka raspala pod utjecajem odbojnih sila između iona. U isto vrijeme, elektrone drže ioni unutar kristalne rešetke i ne mogu je napustiti. Sile sprega nisu lokalizirane niti usmjerene. Zbog toga se u većini slučajeva pojavljuju visoki koordinacijski brojevi (primjerice 12 ili 8). Kada se dva atoma metala približe jedan drugome, orbitale u njihovim vanjskim ljuskama se preklapaju i tvore molekularne orbitale. Ako se približi treći atom, njegova se orbitala preklapa s orbitalama prva dva atoma, što rezultira drugom molekularnom orbitalom. Kada postoji mnogo atoma, nastaje ogroman broj trodimenzionalnih molekularnih orbitala koje se protežu u svim smjerovima. Zbog više preklapajućih orbitala, valentni elektroni svakog atoma su pod utjecajem mnogih atoma.

Karakteristične kristalne rešetke

Većina metala tvori jednu od sljedećih visoko simetričnih rešetki s tijesnim pakiranjem atoma: kubičnu s središtem tijela, kubičnu s središtem na plohi i heksagonalnu.

U tjelesno centriranoj kubnoj (bcc) rešetki atomi su smješteni na vrhovima kocke, a jedan atom je u središtu volumena kocke. Metali imaju kubičnu tijelocentriranu rešetku: Pb, K, Na, Li, β-Ti, β-Zr, Ta, W, V, α-Fe, Cr, Nb, Ba itd.

U kubičnoj (fcc) rešetki s centrom na plohi, atomi su smješteni na vrhovima kocke iu središtu svake plohe. Metali ovog tipa imaju rešetku: α-Ca, Ce, α-Sr, Pb, Ni, Ag, Au, Pd, Pt, Rh, γ-Fe, Cu, α-Co itd.

U heksagonalnoj rešetki atomi se nalaze u vrhovima i središtu šesterokutnih baza prizme, a tri atoma nalaze se u srednjoj ravnini prizme. Metali imaju ovo pakiranje atoma: Mg, α-Ti, Cd, Re, Os, Ru, Zn, β-Co, Be, β-Ca itd.

Ostala svojstva

Elektroni koji se slobodno kreću uzrokuju visoku električnu i toplinsku vodljivost. Tvari koje imaju metalnu vezu često kombiniraju čvrstoću s plastičnošću, jer kada se atomi pomaknu jedan u odnosu na drugi, veze se ne prekidaju. Drugo važno svojstvo je metalna aromatičnost.

Metali dobro provode toplinu i elektricitet, dovoljno su čvrsti i mogu se deformirati bez uništenja. Neki metali su savitljivi (mogu se kovati), neki su savitljivi (iz njih se može izvući žica). Ova jedinstvena svojstva objašnjavaju se posebnom vrstom kemijske veze koja međusobno povezuje atome metala - metalna veza.

Metali u čvrstom stanju postoje u obliku kristala pozitivnih iona, kao da "plutaju" u moru elektrona koji se slobodno kreću između njih.

Metalna veza objašnjava svojstva metala, posebice njihovu čvrstoću. Pod utjecajem deformirajuće sile, metalna rešetka može promijeniti svoj oblik bez pucanja, za razliku od ionskih kristala.

Visoka toplinska vodljivost metala objašnjava se činjenicom da ako se komad metala zagrije s jedne strane, kinetička energija elektrona će se povećati. Ovo povećanje energije će se velikom brzinom proširiti u "elektronskom moru" po uzorku.

Električna vodljivost metala također postaje jasna. Ako se razlika potencijala primijeni na krajeve metalnog uzorka, oblak delokaliziranih elektrona pomaknut će se u smjeru pozitivnog potencijala: ovaj tok elektrona koji se kreće u jednom smjeru predstavlja poznatu električnu struju.

Metalni spoj. Svojstva metalne veze. - pojam i vrste. Klasifikacija i značajke kategorije "Metalna veza. Svojstva metalne veze." 2017., 2018. godine.