ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 10.04.2019
Просмотров: 1913
Скачиваний: 2
Вопрос №25. Описать методы МО связи в биполярных и многоцентровых
молекулах (B
2
, O
2
, BeH
2
, BeF
2
).
См. тетрадь.
Вопрос №26. Ионная связь как предельный случай ковалентной полярной
связи. Свойства ионной связи. Основные виды кристаллических решеток для
соединений с ионной связью.
Ионная связь в «чистом» виде не существует, так как в любой химической связи
всегда имеется та или иная доля ковалентного характера. Связь такого типа
упрощенно считается осуществляемой в результате взаимного
электростатического притяжения противоположно заряженных ионов.
Предполагается, что при образовании ионной связи атомы стремятся отдать или
приобрести столько электронов, чтоб строение их внешней электронной оболочки
оказалось аналогичным строению устойчивой внешней оболочки ближайшего по
расположению в периодической системе благородного газа.
Отдавая или принимая электроны, атомы взаимодействующих элементов
превращаются в заряженные ионы, которые затем притягиваются
электростатически, образуя ионную связь. Валентность элементов в ионных
соединениях характеризуется числом отданных или присоединенных электронов
и, таким образом, равна электровалентности.
Ионная связь, в отличие от ковалентной, не обладает направленностью. Это
объясняется тем, что электрическое поле иона обладает сферической
симметрией, т.е. убывает с расстоянием по одному и тому же закону в любом
направлении.
Ионная связь не обладает насыщаемостью, т.к. два разноименных иона,
притянувшись друг к другу, сохраняют способность электростатически
взаимодействовать с другими ионами.
Отсутствие направленности и насыщаемости обусловливает склонность ионных
молекул к ассоциации, т.е. к соединению их друг с другом. При высоких
температурах кинетическая энергия движения молекул преобладает над энергией
их взаимного притяжения: поэтому в газообразном состоянии ионные соединения
существуют в основном в виде неассоциированных молекул. Но при понижении
температуры, ассоциация ионных соединений проявляется сильно. Все ионные
соединения в твердом состоянии имеют не молекулярную, а ионную
кристаллическую решетку, в которой каждый ион окружен несколькими ионами
противоположного знака.
Неполное разделение зарядов в ионных соединениях можно объяснить взаимной
поляризацией ионов, т.е. влиянием их друг на друга, которое приводит к
деформации электронных оболочек ионов. В результате поляризации электронные
облака аниона и катиона оказываются не полностью разделенными и частично
перекрываются, так что ионную связь можно рассматривать как предельный
случай ковалентной полярной.
0,41<r
k
/r
a
<0,73 – координационное число = 6 (NaCl)
0,73<r
k
/r
a
<1,37 – координационное число = 8 (CsCl)
Ионная связь достаточно прочная, соединения имеют высокую температуру
плавления.
Свободных электронов нет, низкая электропроводность в твердом состоянии
(расплавы проводят ток).
Вопрос №27. Металлическая связь. Особенности. Элементы зонной теории для
объяснения особенностей металлической связи.
Металлическая связь – химическая связь, которая обусловлена взаимодействием
положительных ионов металлов, составляющих кристаллическую решетку, с
электронным газом из валентных электронов. В узлах кристаллической решетки
расположены положительные ионы металла. Между ними беспорядочно движутся
валентные электроны. Эти электроны удерживают вместе положительные ионы.
Силы связи не локализованы и не направлены. В большинстве случаев
проявляются высокие координационные числа (например, 8 или 12).
Щелочные металлы кристаллизуются в кубической объемно-центрированной
решетке (8). В кубической гранецентрированной решетке атомы расположены в
вершинах куба и в центре каждой грани.
Свободное движение электронов в решетке объясняет высокую тепло- и
электропроводность металлов. Прочность и пластичность обуславливается
строением решетки, т.к. при смещении атомов друг относительно друга не
происходит разрыв связей.
Катионы металлов не статичны, а колеблются. При повышении температуры
возникают столкновения, уменьшающие электропроводность.
При взаимодействии двух одинаковых атомов вместо двух энергетически
равноценных АО возникают 2 МО, отвечающие разным уровням энергии. При
последовательном увеличении числа взаимодействующих атомов добавление
каждого из них приводит к образованию еще одного энергетического уровня. С
ростом числа атомов возрастает число разрешенных энергетических состояний, а
расстояние между соседними энергетическими уровнями уменьшается. При
большом числе атомов соседние уровни настолько мало отличаются, что
образуется практически непрерывная энергетическая зона, и переход электрона
на более высокий уровень может осуществиться при затрате ничтожно малой
энергии.
В металлах валентная зона (совокупность занятых электронами уровней) и зона
проводимости (оставшиеся незаполненными уровни) перекрываются, так что
электроны могут свободно переходить на новые уровни.
Вопрос №28. Межмолекулярное взаимодействие. Ориентационный,
индукционный и дисперсионный эффекты.
Когда вещество находится в газообразном состоянии, образующие его частицы
хаотически движутся и преобладающую часть времени находятся на больших (по
сравнению со своими размерами) расстояниях. Вследствие того силы
взаимодействия между ними пренебрежимо малы. В жидком или твердом
состоянии расстояния между частицами малы и силы взаимодействия
существенны.
Межмолекулярные взаимодействия обусловлены электромагнитными полями
атомных ядер и электронов молекул. Универсальные взаимодействия проявляются
во всех без исключения молекулах. Эти взаимодействия часто называют силами
Ван-дер-Ваальса. Они являются первой причиной перехода большинства веществ
из газообразного состояния в жидкое, устойчивости молекулярных кристаллов,
адсорбции газов поверхностями твердых тел.
Среди сил притяжения выделяют ориентационную, индукционную и
дисперсионную составляющие.
Ориентационная составляющая связана с полярностью молекул. Молекула,
обладающая дипольным моментом, притягивает другую полярную молекулу за
счет электростатических сил взаимодействия. Молекулы при этом стремятся
расположиться последовательно или антипараллельно. Такой ориентации
препятствует тепловое движение молекул, поэтому ориентационное
взаимодействие тем больше, чем больше дипольные моменты, меньше расстояние
между молекулами и ниже температура.
Индукционная составляющая возникает при взаимодействии полярной и
неполярной молекул. При этом полярная поляризует неполярную, в которой
появляется дипольный момент. В результате возникает притяжение молекул.
Энергия индукционного взаимодействия тем больше, чем больше дипольный
момент полярной молекулы и больше поляризуемость неполярной.
Ориентационные и индукционные силы зависят от наличия полярных молекул,
следовательно не аддитивны.
Дисперсионная составляющая универсальна и присутствует всегда. Наиболее
отчетливо это притяжение проявляется при взаимодействии неполярных молекул
и взаимодействии атомов благородных газов. Суть возникновения заключается в
том, что при движении электронов в молекуле мгновенно появляется асимметрия
распределения положительных и отрицательных зарядов. В результате молекулу
можно рассматривать как место возникновения мгновенно существующих диполей
различной направленности.
Вопрос №29. Водородная связь.
Еще в 19 в было замечено, что соединения, в которых атом водорода
непосредственно связан с атомами фтора, кислорода и азота, обладают рядом
аномальных свойств например, температур плавления и кипения. Обычно в ряду
однотипных соединений элементов данной подгруппы температуры плавления и
кипения с увеличением атомной массы элемента возрастают (H
2
S H
2
Se H
2
Te; HCl
HBr HI). Однако вода и фтороводород кипят и плавятся при аномально высоких
температурах. Эти и некоторые другие особенности соединений водорода
объясняются способностью атома водорода, соединенного с атомом сильно
электроотрицательного элемента, к образованию еще одной химической связи с
другим подобным атомом. Эта связь называется водородной.
Возникновение водородной связи можно объяснить действием электростатических
сил. При образовании ковалентной полярной связи электронное облако сильно
смещается в сторону более электроотрицательного элемента, на котором
появляется эффективный отрицательный заряд, а протон практически лишается
электронного облака. Обладая ничтожно малыми размерами и не имея внутренних
электронных слоев, ион водорода проникает в электронные оболочки других
атомов.
Вопрос №30. Основные типы кристаллических решеток. Особенности каждого
типа.
В зависимости от природы частиц, находящихся в узлах кристаллической решетки,
и от того, какие силы взаимодействия между ними преобладают в данном
кристалле, различают молекулярные, атомные, ионные и металлические решетки.
В узлах молекулярных решеток находятся молекулы. Молекулы в таких решетках
связаны между собой относительно слабыми межмолекулярными силами. Поэтому
вещества с молекулярной решеткой имеют малую твердость, легкоплавки и
летучи. Обычно прозрачны и являются изоляторами. Веществ с молекулярной
решеткой очень много: неметаллы (кроме углерода и кремния), многие
неорганические соединения, все органические соединения с неионной связью.
В узлах атомных решеток находятся атомы, связанные ковалентной связью.
Веществ с таким типом решетки немного. К ним принадлежат алмаз, кремний и
некоторые неорганические соединения. Эти вещества характеризуются высокой
твердостью, тугоплавки и не растворимы практически ни в каких растворителях.
Эти свойства обусловлены прочностью ковалентной связи. Если атомы связаны
только сигма-связями, то вещество не проводит ток и является изолятором. Если
присутствуют пи-связи, то вещество может иметь хорошую электропроводность.
К соединениям с ионной связью, образующим ионные решетки, относится
большинство солей и небольшое число оксидов. По прочности ионные решетки
уступают атомным, но превышают молекулярные. Соединения имеют
сравнительно высокие температуры плавления, обладают хрупкостью и являются
диэлектриками.
Металлические решетки образуют простые вещества большинства элементов –
металлы. По прочности решетки находятся между атомными и молекулярными.
Свойственны хорошая тепло- и электропроводность. Упрощенно металлическая
решетка представляется в виде катионов металла, находящихся в узлах решетки,
и электронов, хаотично двигающихся внутри решетки.
Вопрос №31. Законы термохимии. Следствия из законов Гесса.
Энтальпия (теплосодержание) системы – функция состояния термодинамической
системы при независимых параметрах энтропии и давлении. H=U+PV.
Тепловым эффектом химического процесса называется изменение энтальпии,
произошедшее при осуществлении этого процесса, отнесенное к одному молю
вещества или одному молю эквивалентов вещества.
Первый закон термохимии (Лавуазье-Лапласса): если при образовании какого-
либо соединения выделяется (поглощается) некоторое количество теплоты, то при
разложении этого соединения в тех же условиях такое же количество теплоты
поглощается (выделяется).
Это положение вытекает из закона сохранения энергии. Чем больше выделяется
теплоты, тем больше энергии нужно затратить для обратного процесса.
Изменение энтальпии при образовании одного моля сложного вещества из
простых называется энтальпией (теплотой) образование данного соединения.
Экзотермический процесс – выделение тепла, эндотермический – поглощение.
Закон Гесса: тепловой эффект химического процесса зависит только от
начального и конечного состояния системы и не зависит от промежуточных стадий
процесса.
Следствие из закона Гесса: тепловой эффект реакции равнее сумме
теплообразований продуктов реакции за вычетом суммы теплообразований
исходных веществ.
1 закон термодинамики: все подводимое к системе тепло расходуется на
изменение внутренней энергии и работу, которую совершает система.
Любая система является устойчивой, когда она обладает наименьшим возможным
значением энергии. Поэтому любой экзотермический процесс протекает
самопроизвольно. Любая система самопроизвольно стремится к увеличению
беспорядка (энтропии).
Вопрос №32. Понятие о внутренней энергии системы, энтальпии и энтропии.
Химические реакции протекают с выделением или поглощением энергии
(теплоты). Выделение энергии при взаимодействии различных веществ заставляет
признать, что эти вещества еще до реакции в скрытой форме обладали
определенной энергией. Такая форма энергии, скрытая в веществах и частично
освобождающаяся при химических и некоторых физических процессах,
называется внутренней энергией вещества. Внутренняя энергия вещества –
кинетическая и потенциальная энергия частиц, за вычетом потенциальной и
кинетической энергии системы как целого.
1 закон термодинамики: все подводимое к системе тепло расходуется на
изменение внутренней энергии и работу, которую совершает система.
При изохорном процессе вся подводимая теплота расходуется на изменение
внутренней энергии.
При изотермическом процессе изменения внутренней энергии не происходит.
При адиабатном процессе работа совершается за счет убыли внутренней энергии
системы.
Энтальпия – функция, характеризующая энергетическое состояние вещества и
включающая энергию, затрачиваемую на преодоление внешнего давления.
Определяется состоянием системы и не зависит от пути достижения этого
состояния. H=U+PV.