Типы химических связей

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



Ионная связь

Ион-дипольное взаимодействие

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:Аd-

М+ А-



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)






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 .

Энергия связи 102 ккал/моль (417,05103Дж/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 (431,24103Дж/моль)



Н2О





Энергия связи 103 ккал/моль (431,24103 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.