Химическая связь. Строение вещества

Если разность электроотрицательностей атомов велика, то электронная пара, осуществляющая связь, переходит к одному из атомов, и оба атома превращаются в ионы.

Химическая связь между ионами, осуществляемая за счет электростатического притяжения, называется ионной связью.

Как уже подчеркивалось выше, способность того или иного атома образовывать ионную связь характеризуют понятием степени окисления элемента.

Степень окисления - условный заряд атома в молекуле, вычисленный в предположении, что все связи имеют ионный характер.

Это означает, что более электроотрицательный атом, смещая к себе полностью одну электронную пару, приобретает заряд l-. Неполярная ковалентная связь между одинаковыми атомами дает вклад в степень окисления:

При пользовании степенями окисления полезно придерживаться следующих правил:

1) сумма степеней окисления атомов в любой частице равна ее электрическому заряду. Следовательно, степень окисления элемента в его простом веществе равна нулю;

2) в соединениях фтор всегда проявляет степень окисления -1;

3) степень окисления кислорода в соединениях обычно равна -2 (кроме ОF₂, Н₂О₂ и др.);

4) степень окисления водорода равна +1 в соединениях с неметаллами и -1 в соединениях с металлами (КН, СаН₂).

Максимальная положительная степень окисления элемента обычно совпадает с номером его группы в периодической системе. Максимальная отрицательная степень окисления элемента равна максимальной положительной степени окисления - минус восемь.

Исключение составляют фтор, кислород, железо: их высшая степень окисления выражается числом, значение которого ниже, чем номер группы, к которой они относятся. У элементов под­группы меди, наоборот, высшая степень окисления больше еди­ницы, хотя они и относятся к I группе.

Понятие степени окисления введено в предположении о пол­ном смещении пар электронов к тому или другому атому (показывая при этом заряд ионов, образующих ионное соедине­ние). Поэтому следует помнить, что в полярных соединениях сте­пень окисления означает число электронов, лишь смещенных от данного атома к атому, связанному с ним.

Совсем формальным понятие степени окисления становится, когда оно используется при рассмотрении ковалентного соединения.

Различие между понятием степени окисления и валентности в ковалентных соединениях наглядно можно проиллюстрировать на хлорпроизводных метана: валентность углерода везде равна че­тырем, а степень окисления его (считая степени окисления водо­рода + 1 и хлора -1 во всех соединениях) в каждом соединении разная:

_{-4 -2 0 +2 +4}

CH₄ CH₃Cl CH₂Cl₂ CHCl₃ CCl₄

5. Обобщение и систематизация знаний по теме:

«Основные понятия и законы химии»

Блиц-опрос:

1. Что такое химическая связь?

(Под химической связью понимают такое взаимодействие атомов, которое связывает их в молекулы, ионы, радикалы, кристаллы)

2. Какие виды связи вам известны?

(Ковалентная, ионная, металлическая, водородная)

3. Что такое электроотрицательность? Как она изменяется в периодах и группах?

(Это способность атомов атомов химического элемента оттягивать к себе общие электронные пары, участвующие в образовании химической связи.В периодах слева направо она увеличивается, а в группах сверху вниз уменьшается)

4. Дайте определение ковалентной связи.

5. От чего зависит полярность связи?

6. Между какими элементами образуется ковалентная связь?

7. Какие механизмы образования ковалентной связи вы знаете?

8. Что называется степенью окисления?

9. Что такое ионы? Катионы? Анионы?

10. Дайте определение ионной связи.

6. Закрепление знаний.

Решение заданий:

1. Составьте схему образования химических связей в молекулах: сероводорода, метана, фосфина, бромоводорода, оксида серы (IV), оксидов углерода

2. В каком соединении полярность связи наименьшая: HI, HCl, HBr, H₂O ?

Работа в тетрадях.

1) С помощью знаков > или < покажите, у какого элемента э.о. больше или меньше. (На доске крупно написаны пары элементов.)

а) С_____S б) F_____CI в)Na_____К

S_____С1 О_____CI Si______Ge

2) Укажите стрелкой, к какому элементу смещаются электроны при образовании следующих соединений: Н₂О, N₂, NH₃, HBr, NaBr.

3) У доски работают 4 человека, остальные в тетрадях по заданию: Определите типы химической связи в соединениях:

1. 2.

РН₃, SO₃, Br₂, NCI_3, LiF, F₂,

CaF₂, Li₂O, Cl₂, HC1, KBr, N₂,

HC1O, HPO₃ HCIO₂, HNO₂.

3. 4.

K₂O, SO₂, H₂, NaBr, CO₂, BaO

NO, MgF₂, I₂, O₂, CS₂, P₄,HC1O₃,

H₂CO₃. HCIO₄, HNO₃

9. Заключительная часть:

• оценка работы студентов,

• замечания.

10. Домашнее задание.

• Учебник О. Е. Саенко «Химия» Глава 3, параграфы 1-2.

• Решить задачи: 5, 8, 9 страница 59.

• Учить материал лекции.

МЕТОДИЧЕСКАЯ РАЗРАБОТКА

Теоретического занятия № 2.

Тема: «Металлическая и водородная связь.

Кристаллические решетки».

1. ЦЕЛИ ЗАНЯТИЯ:

А. Учебная цель. Обеспечить создание у студентов представлений об особенностях возникновения металлической и водородной связей, способствовать формированию убеждения в единой природе химической связи.

Студент должен знать:

Понятия:

• Металлическая связь

• Кристаллическая решетка

• Валентные электроны

• Водородная связь

• Как возникает металлическая химическая связь;

• Механизм возникновения водородной связи;

• Типы кристаллических решеток;

• Основные особенности каждого вида химической связи (металлической, ковалентной, ионной)

Студент должен уметь:

• Определять вид химической связи в соединениях;

• Составить схему образования химической связи в веществе;

• Предсказывать свойства веществ на основе знания типа кристаллической решетки.

Б. Студент должен иметь представление:

- о строении атома и химических свойствах основных классах неорганических веществ.

В. Развивающая цель:

• развивать умения студентов работать самостоятельно с учебным текстом;

• развивать способности применять теоретические знания на

практике;

• аргументировать свои ответы и делать выводы;

• способствовать развитию химического мышления и химического языка.
  
  Воспитательная цель:

• формирование у студентов интереса к дисциплине;

• формирование чувства ответственности,

• добросовестного отношения к учебе.

2. ТИП ЗАНЯТИЯ: Комбинированное - 80 мин.

З. МЕСТО ПРОВЕДЕНИЯ: кабинет «Химии» ГОУ СПО «Тульское областное медицинское училище № 1»

4. МАТЕРИАЛЬНОЕ ОСНАЩЕНИЕ ЗАНЯТИЯ:

Таблица «Периодическая система химических элементов Д. И. Менделеева»; раздаточный материал: карточки для самопроверки, тестовые задания.

5. ВНУТРИПРЕДМЕТНЫЕ СВЯЗИ: Темы: Свойства основных классов неорганических веществ.

ПЛАН - ХРОНОКАРТА

«Металлическая и водородная связь.

Кристаллические решетки».

Тип занятия: комбинированное. Продолжительность занятия - 80 мин.

ПЛАН - ХРОНОКАРТА 2 ТЕОРЕТИЧЕСКОГО

ЗАНЯТИЯ

(комбинированный урок).

Наименование структурного элемента

Ориентировочное время

1.

Организационный момент

1 мин.

2.

Контроль уровня знаний

25 мин.

3.

Сообщение темы

1 мин.

4.

Изложение нового материала

35 мин.

5.

Обобщение и систематизация полученных знаний

2 мин.

6.

Закрепление нового материала

15 мин.

7.

Заключительная часть

1 мин.

ХОД ЗАНЯТИЯ.

1. Организационный момент.

Проверить готовность кабинета и студентов к занятию. Ознакомить студентов с целью и планом занятия по данной теме.

2. Объявление темы цели и плана занятия.

Тема занятия: «Химическая связь. Строение вещества»

3. Контроль исходного уровня знаний.

1. Проверка письменного домашнего задания у доски.

2. Фронтальный опрос по вопросам

• Что такое химическая связь?

• Какие виды химической связи вам известны?
  
  (ионная, ковалентная неполярная, ковалентная полярная)

• Что такое электроотрицательность? Как она изменяется в периодах и группах?

• Дайте определение ковалентной связи.

• От чего зависит полярность связи?

• Между какими элементами образуется ковалентная связь?

• Какая связь называется ионной?

c) Индивидуальный опрос по карточкам

1. Изобразите строение атома азота и объясните, почему атом азота в аммиаке проявляет валентность, равную 3, а в ионе аммония его валентность равна 4, почему он не проявляет валентность, равную 5.

2. Приведите пример вещества, в молекуле которого имеются G- и П-связи. Приведите примеры веществ, в молекулах которых имеются

a) s-s-, б) p-s- химические связи.

Какие свойства веществ определены этими вида­ми химической связи?

3. Составьте схемы образования химических связей в двухатомных молекулах азота и брома. Сравните число связей и прочность.

NaCl, H₂, Na,

CO₂, Mg, Cl₂,

HCl, Li₂O, Al,

OF₂, N₂, CaF₂

d) Задание для всей группы.

На доске вы видите химические формулы. Предложите задание, которое можно выполнить, используя эти формулы.

(Определить вид химической связи в каждом из веществ)

Задание: формулы соединений с ионной связью подчеркнуть волнистой линией ( ~), с ковалентной неполярной - прямой линией ( __ ), с ковалентной полярной - двумя прямыми линиями (== ).

Учащиеся, выполнив работу, проверяют её по образцу на доске, который делает студент.

Этап постановки учебной задачи (вопросы студентам):

• Формулы каких веществ остались неподчёркнутыми?

(Na, Mg , Al )

• Что вы можете о них сказать, используя периодическую систему химических элементов Д.И.Менделеева?

(Это металлы, их атомы содержат на внешнем уровне малое число электронов: Na - 1е^-, Mg - 2е^-, Аl - 3е^-; они легко отдают внешние электроны)

4. Изложение нового материала.

План лекции:

1. Металлическая связь.

2. Водородная связь.

3. Кристаллические решетки.

4. Единая природа химической связи.

1. Металлическая связь. Изучите текст §3 на стр. 53 - 54. В паре проверьте друг друга по «Листу рассказа»:

Атомы большинства металлов содержат на внешнем энергетическом уровне (от 1 до 3) электронов. Эти электроны легко (отрываются) , и атомы при этом превращаются (в положительно заряженные ионы- катионы). Оторвавшиеся электроны (беспорядочно движутся) от одного (атома или катиона) к другому, связывая их вместе. При присоединении электронов к иону временно образуются (атомы), а затем электроны снова отрываются от атома, и он снова превращается в (катионы) . В куске металла существуют все время то (атомы) , то (катионы) . Их так и называют «атом-ионы». Связь в металлах между («атом-ионами» ) посредством (большого количества не связанных с ядрами подвижных электронов) называется (металлической связью).

Выпишите в тетрадь схему металлической связи. Что обозначает буква n ?

( Me - ne e⁺ⁿ ; n - число отданных с внешнего слоя электронов)

Промежуточный контроль

Программа А. Составьте схемы образования металлической связи для натрия, кальция, алюминия.

( Na⁰ - e  Na⁺

Ca⁰ - 2e Ca²⁺

Al⁰ - 3e Al³⁺ )

Программа В. Предложите, как можно повысить твёрдость металлов и сплавов.

Контроль преподавателя

2. Водородная связь. Водородная связь - зто связь между положительно заряженным атомом водорода одной молекулы и отрицательно заряженным атомом другой молекулы. Водородная связь возникает между молекулами, в состав которых входит водород и атомы с высокой ЭО (кислород, фтор, азот). Ковалентные связи H-O, H-F, H-N являются сильно полярными, за счет чего на атоме водорода скапливается избыточный положительный заряд, а на противоположных полюсах - избыточный отрицательный заряд. Между разноименно заряженными полюсами возникают силы электростатического притяжения - водородные связи. Водородные связи могут быть как межмолекулярными, так и внутримолекулярными. Энергия водородной связи примерно в десять раз меньше энергии обычной ковалентной связи, но тем не менее водородные связи играют большую роль во многих физико-химических и биологических процессах. В частности, молекулы ДНК представляют собой двойные спирали, в которых две цепи нуклеотидов связаны между собой водородными связями.

Межмолекулярные водородные связи между молекулами воды и фтороводорода можно изобразить (точками) следующим образом:

Вещества с водородной связью имеют молекулярные кристаллические решетки. Наличие водородной связи приводит к образованию ассоциатов молекул и, как следствие, к повышению температур плавления и кипения.

3. Кристаллические решетки. Различные виды химической связи обусловливают существование различных типов кристаллических решеток.

Вещества, состоящие из молекул, имеют молекулярное строение. К таким веществам относятся все газы, жидкости, а также твердые вещества с молекулярной кристаллической решеткой, например йод. Твердые вещества с атомной, ионной или металлической решеткой имеют немолекулярное строение, в них нет молекул. Кристаллическое строение. Оно характеризуется правильным расположением частиц в строго определенных точках пространства. При мысленном соединении этих точек пересекающимися прямыми линиями образуется пространственный каркас, который называют кристаллической решеткой.

Точки, в которых размещены частицы, называются узлами кристаллической решетки. В узлах воображаемой решетки могут находиться ионы, атомы или молекулы. Они совершают колебательные движения. С повышением температуры амплитуда колебаний возрастает, что проявляется в тепловом расширении тел.

В зависимости от вида частиц и характера связи между ними различают четыре типа кристаллических решеток: ионные, атомные, молекулярные и металлические.

Кристаллические решетки, состоящие из ионов, называются ионными. Их образуют вещества с ионной связью. Примером может служит кристалл хлорида натрия, в котором, как уже отмечалось, каждый ион натрия окружен шестью хлорид-ионами, а каждый хлорид-ион - шестью ионами натрия. Такому расположению соответствует наиболее плотная упаковка, если ионы представить в виде шаров, размещенных в кристалле . Очень часто кристаллические решетки изображают, как показано на рис , где указывается только взаимное расположение частиц, но не их размеры.

Число ближайших соседних частиц, вплотную примыкающих к данной частице в кристалле или в отдельной молекуле, называется координационным числом.

В решетке хлорида натрия координационные числа обоих ионов равны 6. Итак, в кристалле хлорида натрия нельзя выделить отдельные молекулы соли. Их нет. Весь кристалл следует рассматривать как гигантскую макромолекулу, состоящую из равного числа ионов Na⁺ и Cl^-, Na_nCl_n, где n - большое число . Связи между ионами в таком кристалле весьма прочны. Поэтому вещества с ионной решеткой обладают сравнительно высокой твердостью. Они тугоплавки и малолетучи.

Плавление ионных кристаллов приводит к нарушению геометрически правильной ориентации ионов относительно друг друга и уменьшению прочности связи между ними. Поэтому расплавы их проводят электрический ток. Ионные соединения, как правило, легко растворяются в жидкостях, состоящих из полярных молекул, например в воде.

Кристаллические решетки, в узлах которых находятся отдельные атомы, называются атомными. Атомы в таких решетках соединены между собой прочными ковалентными связями. Примером может служить алмаз - одна из модификаций углерода. Алмаз состоит из атомов углерода, каждый из которых связан с четырьмя соседними атомами. Координационное число углерода в алмазе 4 . В решетке алмаза, как и в решетке хлорида натрия, молекулы отсутствуют. Весь кристалл следует рассматривать как гигантскую молекулу. Атомная кристаллическая решетка характерна для твердого бора, кремния, германия и соединений некоторых элементов с углеродом и кремнием.

Кристаллические решетки, состоящие из молекул (полярных и неполярных), называются молекулярными.

Молекулы в таких решетках соединены между собой сравнительно слабыми межмолекулярными силами. Поэтому вещества с молекулярной решеткой имеют малую твердость и низкие температуры плавления, нерастворимы или малорастворимы в воде, их растворы почти не проводят электрический ток. Число неорганических веществ с молекулярной решеткой невелико.

Примерами их являются лед, твердый оксид углерода (IV) ("сухой лед"), твердые галогеноводороды, твердые простые вещества, образованные одно- (благородные газы), двух- (F₂, Сl₂, Br₂, I₂, Н₂, О₂, N₂), трех- (О₃), четырех- (Р₄), восьми- (S₈) атомными молекулами. Молекулярная кристаллическая решетка йода показана на рис . Большинство кристаллических органических соединений имеют молекулярную решетку.