Понять механизм восприятия цвета нашими глазами может помочь "круг цветов",

Нередко водородная связь объединяет части одной и той же молекулы т.е. является внутримолекулярной. Это характерно для многих органических веществ.

Рис.25 Образование внутримолекулярной водородной связи

Энергия связи

Важное значение имеет энергетическая характеристика химической связи. При образовании химической связи общая энергия системы (молекулы) меньше энергии составных частей (атомов), т.е. Е(AB)<Е(А)+Е(B).

Энергия связи – это энергия, которая выделяется при образовании молекулы из атомов. Энергию связи обычно выражают в кДж/моль (или ккал/моль). Это одна из важнейших характеристик химической связи. Более устойчива та система, которая содержит меньше энергии. Известно, например, что атомы водорода стремятся объединиться в молекулу. Это означает, что система, состоящая из молекул Н₂содержит меньше энергии, чем система, состоящая из такого же числа атомов Н, но не объединенных в молекулы.

Для двухатомных молекул энергия связи равна энергии диссоциации. Для многоатомных молекул с одним типом связи средняя энергия связи равна 1/n части распада молекулы на атомы. Энергия распада метана на атомы равна

1649 КДж/моль. В молекуле метана имеются четыре равноценные связи с-н поэтому средняя энергия такой связи равна

Ес-н = 1649/4 = 412 кДж/моль. При последовательном отрыве атомов водорода меняется ядерная и электронная конфигурация системы и следовательно изменение энергии взаимодействия атомов, входящих в молекулу. Так, последовательный отрыв водорода от метана связан с затратой энергии равной соответственно 427, 368, 519 и

335 кДж/моль. Однако для любого вещества среднее арифметическое значение энергии отрыва совпадает со средней энергией связи. Ес-н = (427 + 368 + 519 +335)/4 = 412 кДж/моль.

Таблица 5 Длина и энергия разрыва связей

	d пм	E кДж/моль		d пм	E кДж/моль
C-H	109	416	C=O	116	695
C-F	138	485	O-H	96	467
C-Cl	176	327	O-O	148	146
C-Br	194	285	S-H	135	347
C-I	214	213	N-H	101	391
C-C	154	356	As-H	152	247
C=C	134	528
C≡C		813

При переходе от одинарной связи двойной и тройной (между одними и теми же атомами) энергия связи возрастает, однако связь укрепляется непропорцианально увеличению её кратности.

Таблица 5 показывает:а)закономерное изменение энергии для однотипных связей(C-F>C-Cl>C-Br>C-I),

Б)что длина связи уменьшается с возрастанием порядка или кратности связи, а прочность увеличивается с уменьшением длины связи.

Металлическая связьвозникает в результате частичной делокализации валентных электронов, которые достаточно свободно движутся в решетке металлов, электростатически взаимодействуя с положительно заряженными ионами. Силы связи не локализованы и не направлены, а делокализированные электроны обусловливают высокую тепло- и электропроводность.

Химическая связь в твердых телах.Свойства твердых веществ определяются природой частиц, занимающих узлы кристаллической решетки и типом взаимодействия между ними.

Твердые аргон и метан образуют атомные и молекулярные кристаллы соответственно. Поскольку силы между атомами и молекулами в этих решетках относятся к типу слабых ван-дер-ваальсовых, такие вещества плавятся при довольно низких температурах. Большая часть веществ, которые при комнатной температуре находятся в жидком и газообразном состоянии, при низких температурах образуют молекулярные кристаллы.

Температуры плавления ионных кристаллов выше, чем атомных и молекулярных, поскольку электростатические силы, действующие между ионами, намного превышают слабые ван-дер-ваальсовы силы. Ионные соединения более твердые и хрупкие. Такие кристаллы образуются элементами с сильно различающимися электроотрицательностями (например, галогениды щелочных металлов). Ионные кристаллы, содержащие многоатомные ионы, имеют более низкие температуры плавления; так для NaCl t_пл.= 801 °C, а для NaNO₃t_пл= 306,5 °C.

Пример 1.Каким типом гибридизации АО бериллия описывается образование молекулы хлорида бериллия? Какова конфигурация этой молекулы?

Решение:

Возбужденный атом бериллия имеет конфигурацию 2s¹2p¹. Поэтому можно считать, что в образовании химических связей могут участвовать не одинаковые, а различные атомные орбитали. В молекуле BeCl₂должны быть неравноценные по прочности и направлению связи, причем σ-связи из p-орбиталей должны быть более прочными, чем связи из s-орбиталей, т.к. для p-орбиталей имеются более благоприятные условия для перекрывания. Однако опыт показывает, что в молекулах, содержащих центральные атомы с различными валентными орбиталями (s, p, d), все связи равноценны – это объясняет метод гибридизации. В данном случае имеет местоsp- гибридизация

При образовании молекулы одна s- и одна р-орбиталь образуют две гибридные sp-орбитали под углом 180^о.

sp-гибридные орбитали

Экспериментальные данные показывают, что все галогениды Be, а также Zn, Cd и Hg (II) линейны и обе связи имеют одинаковую длину.

Пример 2.Определите тип гибридизации орбиталей центрального атома в молекулеBF_3. Какова конфигурация этой молекулы?

Решение:

Возбуждённый атом бора имеет конфигурацию 2s¹2p².

В результате гибридизации одной s-орбитали и двух p-орбиталей образуются три гибридные sp²-орбитали, расположенные в одной плоскости под углом 120^одруг к другу.

sp²-гибридизация

Пример 3.Каким типом гибридизации АО азота описывается образование молекулы аммиака?

Решение:

В результате гибридизации 2sи трёх 2pорбиталей азота образуются четыре гибридные орбиталиsp ³ . Конфигурация молекулы представляет из себя искажённый тетраэдр, в котором три гибридных орбитали участвуют в образовании химической связи, а четвёртая с парой электронов – нет. Углы между связямиN-Hне равны 90 ^о как в пирамиде, но и не равны 109,5 ^о , соответствующие тетраэдру.

sp³- гибридизация в молекуле аммиака

При взаимодействии аммиака с ионом водорода в результате донорно-акцепторного взаимодействия образуется ион аммония, конфигурация которого представляет собой тетраэдр.

Пример 4.Объяснить с позиций метода МО возможность существования молекулярного иона Не₂⁺

Решение:

В молекулярном ионе Не₂ ⁺ имеется три электрона.На связывающей орбитали размещены два электрона,а на разрыхляющей –один. Следовательно кратность связи равна 0, и он должен быть энергетически устойчивым.

Пример 5. Определите энергию связи кислород-водород в молекуле Н₂О если энергия связи Н-Н и О-О соответственно равны 4359 и -4987 кДж/моль а при сгорании 2 моль кислорода выделяется 48368 кДж теплоты.

Решение:

Процесс образования молекулы воды можно представить следующим образом: рвутмя связи водород-водород и кислород-кислород а образовавшиеся аиомы соединяются в молекулы Н2О каждая из которых содержит две связи кислород-водород:

4Н(г) = 2Н₂(г) – 435,9∙2

2О(г) = О₂(г) – 498,7

2Н₂(г) + О₂(г) = 2Н₂О(г) - 483,68

----------------------------------------------------

4Н(г) + 2О(г) = 2Н₂О(г) - 1854,18 кДж

В двух молекулах Н₂О четыре связи кислород-водород; средняя энергия связи кислород – водород равна: -1854,18 / 4 = - 463,54 кДж/моль

1. Напишите электронные формулы для атомов натрия,железа;для ионов Cr³⁺,C1^- .Какие атомы или ионы изоэлектронны иону Cl^- ?

2. Как изменяется с ростом порядкового номера значение первого потенциала ионизации у элементов второго периода?

3. Пользуясь правилом Гунда, распределите электроны по орбиталям, отвечающим высшему энергетическому состоянию атомов фосфора и алюминия.

4. На каком основании Cr и S,C1 и Мп расположены в одной группе

периодической системы Д.И.Менделеева? Почему их помещают в разных подгруппах?

*5. Определите среднюю энергию связи 0-Н в молекуле воды, если энергия связей

0-0 и Н-Н соответственно равны (в кДж/моль):-498,7 и -435,9 ,а энтальпия сгорания водорода равна -241,8кДж/моль.

*6. Пользуясь таблицей относительных электроотрицательностей, определите,какая из связей является наиболее полярной:Са-Н, I-C1.C-S.

*7. В каком из приведенных соединений:LiF, BeF ,BF ,CF связь Э-F будет больше всего приближаться к ковалентной?

*8. Как изменяется прочность связи в ряду:НF-НСl-НВг-Н1?

*9. Каким типом гибридизации АО азота описывается образование молекулы NH₃,иона NH₄⁺ ?Какова пространственная структура этих частиц?

*10. Опишите с помощью метода МО электронное строение О₂ .Какими магнитными свойствами обладает молекула О₂ :диамагнитна или парамагнитна?

11. При переходе от NaF к Nal температура плавления кристаллов уменьшается. Объясните наблюдаемый ход изменения температур плавления.

*12. BaCl₂ в водных растворах -сильный электролит,a HgCl₂-слабый электролит. Объясните это различие в свойствах солей.

*13. Сероводород при обычной температуре - газ, а вода- жидкость. Чем можно объяснить это различие в свойствах?