Для следующих веществ определите типы химической связи и кристаллических решёток

Типы химической связи и кристаллические решетки для различных веществ

Для указанных веществ определим типы химической связи и кристаллические решетки:

KCl (хлорид калия):

Тип химической связи: ионная связь (между металлом K и неметаллом Cl).
Кристаллическая решетка: кубическая (гранецентрированная).

O2 (молекулярный кислород):

Тип химической связи: неполярная ковалентная связь (между двумя атомами кислорода).
Кристаллическая решетка: нет (O2 является газом при нормальных условиях).

PH3 (фосфид водорода):

Тип химической связи: полярная ковалентная связь (между атомами фосфора и водорода).
Кристаллическая решетка: нет (PH3 является газом при нормальных условиях).

SiO2 (оксид кремния, кремнезем):

Тип химической связи: ковалентная связь (между атомами кремния и кислорода).
Кристаллическая решетка: тетраэдрическая (аморфный и кристаллический кремнезем образуют полимерные структуры).

CO2 (углекислый газ):

Тип химической связи: полярная ковалентная связь (между атомами углерода и кислорода).
Кристаллическая решетка: нет (CO2 является газом при нормальных условиях).

Na2O (оксид натрия):

Тип химической связи: ионная связь (между металлом Na и неметаллом O).
Кристаллическая решетка: кубическая (гранецентрированная).

K2S (сульфид калия):

Тип химической связи: ионная связь (между металлом K и неметаллом S).
Кристаллическая решетка: кубическая (гранецентрированная).

H2 (молекулярный водород):

Тип химической связи: неполярная ковалентная связь (между двумя атомами водорода).
Кристаллическая решетка: нет (H2 является газом при нормальных условиях).

Овалентная химическая связь и ее свойства

Крайне редко химические вещества состоят из отдельных, не связанных между собой атомов химических элементов. Химическая связь – это взаимодействие между атомами, которое обеспечивает связь атомов в более сложные структуры. Она обусловлена тем, что энергия более сложных структур меньше суммарной энергии отдельных атомов.

Характеристики ковалентной связи:

Полярность: зависит от разности электроотрицательности атомов, которые образуют связь.
Энергия связи: количество энергии, необходимое для разрыва связи между атомами.

Другие типы химических связей:

Ионная связь
Металлическая связь
Водородная связь

Химическая связь играет ключевую роль в формировании химических соединений и определяет их свойства.

Внутренняя энергия молекулы меньше внутренней энергии отдельных атомов, которые входят в ее состав.

E(XY) < E(X) + E(Y)

Образование химических связей: основные принципы и виды

По этой причине при образовании химических связей между отдельными атомами выделятся энергия.

Упрощенно можно считать, что в основе химических связей лежат электростатические силы, обусловленные взаимодействиями положительно заряженных ядер и отрицательно заряженных электронов.

Образование химических связей

В образовании химических связей элементов главных подгрупп принимают участие электроны внешнего электронного слоя с наименьшей энергией связи с ядром, называемые валентными. Например, у бора таковыми являются электроны 2 энергетического уровня – 2 электрона на 2s-орбитали и 1 на 2p-орбитали.

При образовании химической связи каждый атом стремится получить электронную конфигурацию атомов благородных газов, т.е. чтобы в его внешнем электронном слое было 8 электронов (2 для элементов первого периода). Это явление получило название правила октета.

Достижение атомами электронной конфигурации благородного газа возможно, если изначально одиночные атомы сделают часть своих валентных электронов общими для других атомов. При этом образуются общие электронные пары.

Виды химических связей

В зависимости от степени обобществления электронов можно выделить ковалентную, ионную и металлическую связи.

Ковалентная связь

Ковалентная связь возникает чаще всего между атомами элементов неметаллов. Если атомы неметаллов, образующие ковалентную связь, относятся к разным химическим элементам, такую связь называют ковалентной полярной. Причина такого названия кроется в том, что атомы разных элементов имеют и различную способность притягивать к себе общую электронную пару.

Примеры веществ с ковалентной полярной связью:

CCl4
H2S
CO2
NH3
SiO2

Ковалентная неполярная связь образуется между атомами неметаллов одного химического элемента. Поскольку атомы идентичны, одинакова и их способность оттягивать на себя общие электроны. В связи с этим смещения электронной пары не наблюдается.

Вышеописанный механизм образования, когда оба атома предоставляют электроны для образования общих электронных пар, называется обменным. Также существует и донорно-акцепторный механизм.

Донорно-акцепторный механизм

При образовании ковалентной связи по донорно-акцепторному механизму общая электронная пара образуется за счет заполненной орбитали одного атома (с двумя электронами) и пустой орбитали другого атома. Атом, предоставляющий неподеленную электронную пару, называют донором, а атом со свободной орбиталью – акцептором.

В качестве доноров электронных пар выступают атомы, имеющие спаренные электроны, например N, O, P, S. Например, по донорно-акцепторному механизму происходит образование четвертой ковалентной связи N-H в катионе аммония NH4+.

Энергия связей и ионная связь

Помимо полярности ковалентные связи также характеризуются энергией. Энергией связи называют минимальную энергию, необходимую для разрыва связи между атомами.

Энергия связи уменьшается с ростом радиусов связываемых атомов. Как мы знаем, атомные радиусы увеличиваются вниз по подгруппам, что влияет на прочность связи в ряду:

Соединение	Энергия связи
HI	Высокая
HBr	Средняя
HCl	Низкая
HF	Самая низкая

Энергия связи также зависит от кратности связи – чем больше кратность связи, тем выше энергия. Под кратностью связи понимается количество общих электронных пар между атомами.

Ионная связь

Ионную связь можно рассматривать как предельный случай ковалентной полярной связи. В ионной связи электронная пара практически полностью отдана одному из атомов, что приводит к образованию катионов и анионов:

Катион: положительно заряженный атом
Анион: отрицательно заряженный атом

Ионная связь характерна для взаимодействия атомов типичных металлов и неметаллов. Например, образование ионного соединения в случае фторида калия:

Атом калия отдает один электрон, становясь катионом.
Атом фтора принимает этот электрон, становясь анионом.
Образуется ионное соединение за счет силы электростатического притяжения.

Большинство бинарных соединений, содержащих атомы металлов, являются ионными (оксиды, галогениды, сульфиды).

Ионная связь также проявляется между катионами и анионами, а также между катионами и сложными анионами. К примеру, образование ионных соединений как солей и оснований:

Na2SO4
Cu(NO3)2
(NH4)2SO4
Ca(OH)2
NaOH

Ионная связь в металлах

У атомов всех металлов на внешнем электронном слое присутствуют электроны с низкой энергией связи. Большинству металлов выгодно потерять внешние электроны, что приводит к образованию положительно заряженных катионов.

В металлах эти электроны весьма подвижны из-за слабого взаимодействия с ядром, что приводит к непрерывному процессу потери электронов и образованию катионов.

Итак, ионная связь является ключевым элементом в понимании химических связей и образования соединений как в органической, так и в неорганической химии.

Электронный ветер и металлическая связь

Когда речь заходит о кристаллических металлах, необходимо учитывать тот факт, что электроны в них могут двигаться свободно. Другими словами, они носятся от одного атома металла к другому, образуя катионы и нейтральные атомы. Это феномен получил название “электронный ветер”, а группу свободных электронов в кристалле атома металла называют “электронным газом”. Такое взаимодействие между атомами металлов и называется металлической связью.

Водородная связь: объяснение и примеры

Одним из важных явлений среди межмолекулярных взаимодействий является водородная связь. Основным принципом водородной связи является образование притяжения между атомами водорода и электроотрицательными атомами, такими как азот, кислород или фтор.

Как правило, вещества, в которых атом водорода связан с высокоэлектроотрицательными элементами, обладают свойством водородной связи. На атоме водорода возникает частичный положительный заряд, а на атоме электроотрицательного элемента появляется частичный отрицательный заряд. Благодаря этому возникает электростатическое притяжение между атомами, что и создает водородную связь.

Примером молекулы, где проявляется водородная связь, является молекула воды. Именно водородной связью объясняется аномально высокая температура плавления воды. Кроме воды, стабильные водородные связи также образуются в молекулах, таких как фтороводород, аммиак, кислоты содержащие кислород, фенолы, спирты и амины.

Взаимодействие атомов вещества и понимание особенностей межмолекулярных связей играют важную роль в химии и физике. Эти концепции помогают нам лучше понять структуру и свойства различных веществ, а также применить это знание в различных областях науки и технологий.