ПМ-21 хімія 19.01.23

 

19.01.2023

Комбіноване заняття (2 год.)

Тема 7.1. Хімічний звʼязок: йонний, ковалентний.

Опрацювати: Хімія 11 клас (за посиланням «Підручники»), §§5,6, с.29-40.

Виконати (письмово):

1. Дати визначення і навести приклади:

а) електронегативності;

б) йонного звʼязку;

в) ковалентного неполярного звʼязку;

г) ковалентного полярного звʼязку, утвореного за обмінним механізмом;

д)ковалентного полярного звʼязку, утвореного за донорно-акцепторним механізмом.

2. Визначити тип звʼязку у сполуках: КBr, I₂, H₂S, NaF, F₂, CaCl₂, PH₃, N₂, Li₂S, MgO, H₂O, SO₃, SO₂, NH₃, NH₄NO₃

 

План заняття.

7.1.1. Поніття про електронегативність.

7.1.2. Йонний звʼязок.

7.1.3. Ковалентний звʼязок.

 

7.1.1. Поняття про електронегативність.

Хімічний зв'язок — це взаємодія, завдяки якій утримуються разом структурні частинки речовини.

Усі відомі хімічні елементи можна розділити на металічні і неметалічні. 

Металічні елементи — атоми яких здатні віддавати електрони.

Неметалічні елементи — атоми яких можуть приймати електрони.

При взаємодії металічного елемента з неметалічним атом першого втрачає електрони, а атом другого їх приймає. 
      

Здатність атомів елементів відтягувати до себе спільні електронні пари в хімічних сполуках, називається електронегативністю.

Оскільки загальні електронні пари утворюються валентними електронами, то можна сказати, що електронегативність — це здатність атома притягувати до себе валентні електрони від інших атомів.

Зверни увагу!

Чим більша електронегативність, тим сильніше у елемента виражені неметалічні властивості.

Шкала відносної електронегативності Полінга

Абсолютні значення електронегативності — незручні для роботи числа. Тому, зазвичай, використовують відносну електронегативність за шкалою Полінга. За одиницю в ній прийнята ЕН Літію.

 За шкалою Полінга найбільш електронегативним серед елементів, здатних утворювати сполуки, є Флуор, а найменш електронегативним — Францій. Електронегативність Францію дорівнює 0,7, а  Флуору — 4. Електронегативність інших елементів змінюються в межах від 0,7 до 4.

Як правило, неметалічні елементи мають електронегативність більше двох. У металічних значення електронегативності менше двох. 

Деякі елементи (B,Si,Ge,As,Te) зі значеннями електронегативності, близькими до 2, здатні виявляти проміжні властивості.

Елементи з високою і низькою електронегативністю вважаються активними. З високою — активні неметалічні елементи, з низькою — активні металічні елементи. У перших ЕН близька до 3 — 4, у других — до 1.  

Зі збільшенням порядкового номера елементів у Періодичній системі 

електронегативність змінюється періодично.

У періоді вона зростає зліва направо при накопиченні електронів на зовнішньому шарі.

У групі вона знижується згори донизу при збільшенні числа електронних шарів і збільшенні атомних радіусів. 

  

Найбільшу електронегативність у кожному періоді мають атоми, які мають сім зовнішніх електронів — атоми галогенів (інертні гази сполук не утворюють).

Найменшу електронегативність у періоді має атом з одним зовнішнім електроном — атом лужного елемента.

Зверни увагу!

Значення електронегативності елементів дозволяють визначити

     — заряди атомів у сполуці;

     — зміщення електронів при утворенні хімічного зв'язку.

При порівнянні електронегативності елементів часто використовують ряд електронегативності, розташувавши елементи в порядку зменшення її значення: F O N Cl Br S C P H Si Mg Li Na

 У хімічних формулах сполук, як правило, на першому місці записується елемент з меншою електронегативністю, після нього — елемент з більшою електронегативністю.

Наприклад, у сполуках SO2, H2O, N2O5.

7.1.2.Йонний звʼязок.

Уявімо, що зустрілися два атоми: атом лужного металу і атом галогену. В атомі металу на зовнішньому енергетичному рівні — один електрон, а в атомі неметалу якраз не вистачає одного електрона, щоб завершити свій зовнішній рівень.

Атом металу легко віддасть свій слабо зв'язаний з ядром валентний електрон атому неметалу, який надасть йому вільне місце на зовнішньому енергетичному рівні. Обидва в результаті отримають заповнені зовнішні рівні.

Атом металу при цьому отримає позитивний заряд, а атом галогену перетвориться в негативно заряджену частинку. Такі частинки називаються йонами.

Йони — заряджені частинки, в які перетворюються атоми, коли вони приєднують або віддають електрони.

Протилежно зарядженні йони, що утворилися, притягуються один до одного, утворюючи хімічний зв'язок, який називається йонним.

Йонний зв'язок — зв'язок між позитивно і негативно зарядженими йонами.

Розглянемо механізм утворення йонного зв'язку на прикладі взаємодії атомів Натрію і Хлор.

 Позитивно заряджений йон називається катіон.

Негативно заряджений йон називається аніон.

Таке перетворення атомів на йони відбувається завжди при взаємодії атомів типових металів і типових неметалів, електронегативності яких суттєво відрізняються.

Йонний зв'язок утворюється в складних речовинах, що складаються з атомів металів і неметалів.

Зверни увагу!

Солі амонію NH₄NO₃, NH₄Cl, (NH₄)₂SO₄ не містять металу, але утворенні за допомогою йонного зв'язку.

Йони створюють навколо себе електричне поле, що діє у всіх напрямках. Тому кожен йон оточують йони протилежного знаку. Така сполука являє собою величезну групу позитивних і негативних частинок, розташованих у певному порядку.

Притягування між йонами є досить сильним, тому йонні речовини мають високі температури кипіння і плавлення.

Зверни увагу!

Усі йонні сполуки за нормальних умов — тверді речовини.

7.1.3. Ковалентний звʼязок.

Ковалентний зв'язок утворюється при взаємодії неметалічних елементів. 

Атоми неметалічних елементів мають високу електронегативність і намагаються заповнити зовнішній електронний шар за рахунок чужих електронів. Два таких атома можуть перейти у стійкий стан, об'єднавши свої електрони зовнішнього енергетичного рівня, і доповнивши їх до октету (8).

Ковалентний зв'язок — це зв'язок між атомами неметалічних елементів, який утворюється за рахунок спільних електронних пар.

При утворенні ковалентного зв'язку утворюється спільна електронна пара, для якої кожен з атомів надає по одному електрону.

Розглянемо виникнення ковалентного зв'язку в простих речовинах.

 Утворення молекули водню.

Кожен атом Гідрогену має один електрон. Для переходу в стійкий стан йому необхідний ще один електрон.

При зближенні двох атомів електронні хмари перекриваються. Утворюється спільна електронна пара, яка зв'язує атоми Гідрогену в молекулу.

При цьому кожен атом отримує завершений зовнішній рівень, що містить два електрони і переходить у стійкий стан.

 Ковалентний зв'язок з утворенням однієї спільної електронної пари називається одинарним.

 Спільні електронні пари (ковалентні зв'язки) утворюються за рахунок неспарених електронів, розташованих на зовнішніх енергетичних рівнях атомів, що взаємодіють.

У Гідрогену — один неспарений електрон. Для інших елементів їх число дорівнює  різниці «8 – №» групи.

Неметали VIIА групи (галогени) мають на зовнішньому шарі один неспарений електрон.

У неметалів VIА групи (Оксиген, Сульфур) таких електронів два.

У неметалів VА групи (Нітроген, Фосфор) — три неспарених електрони.

 Якщо атоми мають декілька неспарених електронів, то утворюються дві або три спільні пари.

Утворення молекули кисню.

В атомі Оксигену на зовнішньому рівні — два неспарених електрона.

При взаємодії двох атомів Оксигену виникають дві спільні електронні пари. Кожен атом заповнює свій зовнішній рівень до восьми електронів. Зв'язок в молекулі кисню — подвійний.

 Утворення молекули азоту.

 Атом Нітрогену має три неспарених електрони на зовнішньому рівні.

У молекулі утворюються три спільні електронні пари. Зв'язок в молекулі азоту — потрійний.

Утворення ковалентних зв'язків показують структурні (графічні) формули, в яких спільна електронна пара позначається рискою. Одна риска між атомами позначає одинарний зв'язок, дві риски — подвійний, три риски — потрійний:

H−H, F−F, Cl−Cl, O=O, N≡N.

 Спільні електронні пари, які утворюються в простих речовинах H2, O2, N2, F2, Cl2, Br2, в однаковій мірі належать обом атомам. Такий ковалентний зв'язок називається неполярним.

 Ковалентний неполярний зв'язок сполучає атоми у простих речовинах — неметалах.

 

Якщо ковалентний зв'язок утворюється між різними атомами, то спільна електронна пара зміщується до того з них, який має вищу електронегативність. Він отримує частковий негативний заряд. Атом, що має меншу електронегативність – частковий позитивний. У цьому випадку утворюється полярний ковалентний зв'язок.

Ковалентний полярний зв'язок утворюється між атомами неметалічних елементів у складних речовинах.

Розглянемо утворення ковалентних зв'язків в складних речовинах.

Утворення молекули гідроген хлориду.

В атомі Гідрогену на зовнішньому рівні міститься один електрон. У Хлорі на зовнішньому рівні сім електронів, один з яких — неспарений.

Утворюється одна спільна електронна пара, яка зміщена до атома Хлору. У результаті з'являються часткові заряди: на атомі Хлору — негативний, а на атомі Гідрогену — позитивний. Зміщення електронної густини прийнято позначати грецькою літерою дельта δ:

Структурна формула гідроген хлориду: H−Cl

 Подібним чином сполучаються атоми і в інших молекулах Гідрогену з галогенами: H−F, H−Br, H−I.

Утворення молекули води.

На зовнішньому рівні атома Оксигену — шість електронів, два з яких неспарені.

Атом Оксигену утворює дві спільні електронні пари з двома атомами Гідрогену. Такий механізм утворення ковалентного звʼязку називається обмінним.

Електронна густина цих спільних пар зміщена до більш електронегативного Оксигену. Атом Оксигену має частковий негативний заряд, а атоми Гідрогену —  частковий позитивний.

Подібну будову має молекула гідроген сульфіду (сірководню). Структурні формули води і гідроген сульфіду: H−O-H   H−S-H

Утворення молекули амоніаку.

У атома Нітрогену п'ять зовнішніх електронів, три з яких — неспарені.

Атом Нітрогену приєднує до себе три атоми Гідрогену.

Нітроген — більш електронегативний елемент, тому на його атомі буде частковий негативний заряд, а на атомах Гідрогену — часткові  позитивні заряди.

Структурна формула амоніаку: H−N|H−H. У  молекулі амоніаку три ковалентних полярних звʼязку, утворені за обмінним механізмом.      

Полярний ковалентний зв'язок часто позначають стрілкою:  H→Cl.  Стрілка показує напрям зміщення електронної густини.

 

Донорно-акцепторний механізм утворення ковалентного зв'язку.

У молекулі амоніаку атом Нітрогену має чотири електронні пари: одна належить лише йому і три — спільні з атомами Гідрогену. 

Ця неподілена електронна пара може утворити зв'язок з йоном Гідрогену H+ (на орбіталях якого відсутні електрони). Атом Нітрогену віддає на утворення ковалентного звʼязку свою пару електронів (донор), а катіон Н⁺ приймає цю пару електронів на свою вільну орбіталь (акцептор).

 

Ковалентний зв'язок, який утворюється за допомогою вільної орбіталі, яка належить одному атому і пари електронів, що належить іншому атому називають утвореним за донорно-акцепторним механізмом.