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

1. Ионная связь

1. Ион-дипольное взаимодействие

1. 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:А^d-

М⁺ А^-

1. 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)

4. 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 A.

Энергия связи 102 ккал/моль (417,05•103Дж/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 (431,24•103Дж/моль)

Н2О

Энергия связи 103 ккал/моль (431,24•103 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.