Химия · 11 класс · Химия ФГОС (Габриелян) · урок 4 · только теория
Строение вещества. Химическая связь, её виды; механизмы образования ковалентной связи. Водородная связь
Химическая связь — это взаимодействие атомов, приводящее к образованию устойчивой системы с понижением энергии. Она возникает из-за стремления системы к минимуму энергии и реализуется через ковалентный, ионный, металлический и водородный типы связей.
Чему учимся понимать
Понять механизмы образования ковалентной связи и различия между типами химической связи.
Зачем это нужно
Знание типов связей объясняет свойства веществ, такие как температура кипения воды или проводимость металлов.
Опорные понятия
Главные тезисы
- Химическая связь — это взаимодействие атомов, приводящее к образованию устойчивой многоатомной системы.
- Движущая сила образования связи — стремление системы к минимуму энергии.
- Ковалентная связь возникает за счёт образования общей электронной пары.
- Водородная связь объясняет аномально высокие температуры кипения воды.
- Ионная связь — предельный случай ковалентной полярной связи.
- Металлическая связь обеспечивает электропроводность и пластичность металлов.
Определения
- Химическая связь
- Взаимодействие атомов, приводящее к образованию устойчивой многоатомной системы с понижением полной энергии по сравнению с разрозненными атомами.
- Энергия связи
- Энергия, которую нужно затратить, чтобы разорвать связь (кДж/моль).
- Ковалентная связь
- Связь, возникающая за счёт образования общей электронной пары, принадлежащей одновременно обоим атомам.
- Водородная связь
- Связь между атомом водорода одной молекулы (полярно связанным с сильно электроотрицательным атомом F, O, N) и электроотрицательным атомом другой молекулы.
- Гибридизация
- Выравнивание формы и энергии орбиталей, приводящее к образованию одинаковых по форме и энергии гибридных орбиталей.
Ключевые факты и правила
- Чем больше энергия связи и меньше её длина, тем прочнее связь.
- В молекуле CO2 связи C=O полярны, но молекула в целом неполярна из-за линейной формы.
- В молекуле H2O диполи не компенсируются из-за угоговой формы, поэтому молекула полярна.
- В реальных соединениях чисто ионной связи не бывает: доля ионности у NaCl ≈ 70%.
- Водородная связь обозначается точками: X—H···Y, где X, Y = F, O, N.
- При гибридизации sp³ валентный угол составляет 109°28′.
- σ-связь возникает при перекрывании облаков вдоль линии, соединяющей ядра, и является более прочной.
Теория
Объяснить, что химическая связь возникает из-за стремления системы к минимуму энергии.
Описать ковалентную связь: обменный механизм (общая электронная пара) и донорно-акцепторный механизм.
Различить неполярную и полярную ковалентную связь по разнице электроотрицательностей.
Описать σ- и π-связи и гибридизацию орбиталей (sp, sp², sp³) с примерами.
Объяснить ионную связь как электростатическое притяжение ионов.
Описать металлическую связь как обобществлённые электроны.
Описать водородную связь как меж- или внутримолекулярное взаимодействие с участием F, O, N.
Примеры
- Пример 1реакция
Образование молекулы H2
Уравнения
- H↑ + ↓H → H↓↑H (H—H)
- Пример 2реакция
Ион аммония
Уравнения
- NH3 + H⁺ → NH4⁺ (донорно-акцепторный механизм)
- Пример 3реакция
Ион гидроксония
Уравнения
- H2O + H⁺ → H3O⁺
- Пример 4расчёт
Молекула CO2
Решение
- линейная форма, неполярная молекула, хотя связи C=O полярны
Интересно знать
- Вода кипит при 100 °C, тогда как H2S — при −60 °C, хотя молекула H2S тяжелее.
- Водородная связь объясняет структуру биополимеров, механизм действия ферментов и растворение веществ.
- В молекуле аммония NH4+ донором электронной пары является азот, а акцептором — ион H+.
Связанные темы
- Типы кристаллических решёток
- Электроотрицательность
- Геометрия молекул