Водородная связь - раздел Образование, В качестве учебного пособия Атом Водорода, Ковалентно Связанный С Атомом Сильно Электроотрицательного Эле...
Атом водорода, ковалентно связанный с атомом сильно электроотрицательного элемента А, способен к образованию ещё одной связи с другим подобным атомом В. Эту связь называют водородной:
Чем выше электроотрицательность атомов А и В, тем больше эффективные заряды δ+ на атоме Н и δ- на атоме В, а следовательно, тем сильнее между ними электростатическое взаимодействие и прочнее водородная связь. Этому способствует также и расположение заряда δ- по линии, продолжающей межъядерную ось А – Н.
Протон благодаря малому размеру и сильному полю способен глубоко внедряться в электронную оболочку другого атома, поэтому в образовании водородной связи, как показывают спектральные данные, существенную роль играет также и донорно-акцепторное взаимодействие атома В как донора и атома Н как акцептора.
Для соединений фтора и кислорода характерно образование за счет водородной связи группировок из одинаковых молекул-ассоциаций (Н2О)n и (НF)m .Это сказывается на целом ряде свойств соединений и , в частности, на таких параметрах, как температуры кипения и замерзания. По относительной величине молекулярных масс Н2О и Н2S для воды tк и tз должны быть ниже, чем для сульфида водорода (-60,75 и -85,600 С). В действительности они много выше (100 и 00С ), что связано с увеличением молекулярной массы воды за счет ассоциаций её молекул. Карбоновые кислоты в жидкой и газовой фазах существуют в основном в виде димеров. В белках, нуклеиновых кислотах и других органических соединениях, имеющих большое биологическое значение, водородная связь обеспечивает поперечное сшивание цепочечных молекул. Для некоторых соединений возможно также образование внутримолекулярной водородной связи, например, в нитрофеноле.
Длина водородной связи больше длины ковалентных связей. В ряде соединений типа РА – Н…ВР’ при сокращении равновесного расстояния Н-В длина связи А-Н увеличивается и в предельном случае обе связи могут оказаться одинаковыми, как в дифторид-ионе (FНF)-.
Энергия водородной связи (8-40кДж/моль) ниже энергии ковалентных связей. Так, для льда это 20кДж/моль, что составляет 4,3 % энергии ковалентной связи Н-О, равной 456 кДж/моль. Наибольшее значение энергии водородной связи имеют соединения фтора (25-40кДж/моль), затем кислорода (13-25кДж/моль) и азота (8-21кДж/моль). Для серы и хлора образование водородных связей нехарактерно.
3.5. Молекулярное взаимодействие
Силы притяжения между молекулами, которые называют ван-дер-ваальсовыми, обусловливаются тремя видами межмолекулярного взаимодействия:
1. Ориентационное – проявляется между полярными молекулами, стремящимися занять такое положение, при котором их диполи были бы обращены друг к другу разноименными полюсами, а векторы моментов этих диполей были бы ориентированы по одной прямой;
2. Индукционное – возникает между индуцированными диполями, причиной образования которых является взаимная поляризация атомов двух сближающихся молекул;
3. Дисперсионное – возникает в результате взаимодействия микродиполей, образующихся за счет мгновенных смещений положительных и отрицательных зарядов в молекулах при движении электронов и колебаний ядер. Дисперсионные силы действуют между любыми частицами. Ориентационное и индукционное взаимодействие для частиц многих веществ, например, Не, Аr, H2 ,N2 ,CH4 не существует. Для молекул NH3 на дисперсионное взаимодействие приходится 50% , на ориентационное – 44,6% и на индукционное – 5,4%. Полная энергия ван-дер-ваальсовых сил притяжения характеризуется невысокими значениями. Так, для льда она составляет 11кДж/моль, т.е. 2,4% энергии ковалентной связи Н – О (456 кДж/моль). С ростом относительных молекулярных масс силы межмолекулярного взаимодействия становятся больше, поэтому повышаются значения таких постоянных, как температуры плавления и кипения.
Пример 1.Какую ковалентность может проявлять бром в своих соединениях?
Решение. В атоме брома распределение электронов внешнего энергетического уровня по орбиталям следующее:
4s
4p
4d
4s
4p
4d
35Br
↑↓
↑↓
↑↓
↑
35Br
↑↓
↑↓
↑
↑
↑
4s2
4p2x
4p2y
4p2z
4s2
4p2x
4py
4pz
4dxy
Ковалентность брома равна 1 (число неспаренных ē). Но бром может проявлять и большую ковалентность, а именно 3 и выше, при возбуждении. У атомов брома есть свободные α-орбитали на 4-ом энергетическом уровне. Если, например, один из электронов 4-го энергетического уровня перейдет с p-орбитали на α-орбиталь, то ковалентность брома будет равна 3. Аналогичным образом объясняется ковалентность 5 и 7.
Пример 2. Какая гибридизация электронных облаков имеет место в атоме кремния при образовании молекулы SiCl4? Какова пространственная структура этой молекулы?
Решение. В возбужденном состоянии структура внешнего энергетического уровня атома кремния 3s1 3px1 3py1 3pz1.
В образовании химических связей в атоме кремния участвуют один электрон в 3s- и три электрона в 3p-состоянии. При образовании молекулы SiCl4 возникает 4 гибридных электронных облака (sp3-гибридизация). Молекула SiCl4 имеет пространственную тетраэдрическую конфигурацию.
Пример 3. Объяснить механизм образования молекулы SiF4 и SiF62- . Может ли существовать ион СF62- ?
Решение. Электронная конфигурация атома кремния 1s2 2s2 2p6 3s2 3p2. Электронное строение его валентных орбиталей в невозбужденном состоянии может быть представлено следующей графической схемой:
3d
3p
3s
↑
↑
↑↓
При возбуждении атом кремния переходит в состояние 1s2 2s2 2p6 3s1 3p3, а электронное строение его валентных орбиталей соответствует схеме:
3d
3p
3s
↑
↑
↑
↑
Четыре неспаренных электрона возбужденного атома могут участвовать в образовании четырех ковалентных связей по обычному механизму с атомами фтора (1s2 2s2 2p5), имеющими по одному неспаренному электрону, с образованием молекулы SiF4 .
Для образования иона SiF62- к молекуле SiF4 должны присоединяться два иона F (1s2 2s2 2p6), все валентные электроны, которые спарены. Связь осуществляется по донорно-акцепторному механизму за счет пары электронов каждого из фторид-ионов и двух вакантных 3 α-орбиталей атома кремния.
Углерод (1s2 2s2 2p6) может образовать, подобно кремнию, соединение SF4, но при этом валентные возможности углерода будут исчерпаны (нет неспаренных электронов, неподелённых пар электронов и вакантных орбиталей на валентном уровне). Ион СF62- образоваться не может.
Пример 4. Как изменяется прочность связи H-Э в ряду H2O – Н2S – H2Se – H2Te?
Решение. В указанном ряду размеры валентных электронных облаков элементов (O, S, Se, Te) возрастают, что приводит к уменьшению степени их перекрывания с электронным облаком атома водорода и к возрастающему удалению области перекрывания от ядра атома соответствующего элемента. Это вызывает ослабление притяжения ядер взаимодействующих атомов к области перекрывания электронных облаков, т.е. ослабление связи. Таким образом, при переходе от кислорода к теллуру прочность связи H–Э уменьшается.
Вологодский государственный технический университет...
Если Вам нужно дополнительный материал на эту тему, или Вы не нашли то, что искали, рекомендуем воспользоваться поиском по нашей базе работ:
Водородная связь
Что будем делать с полученным материалом:
Если этот материал оказался полезным ля Вас, Вы можете сохранить его на свою страничку в социальных сетях:
Тихановская, Г.А.
Химия:учеб. пособие / Г.А. Тихановская, Л.М. Воропай, В.В. Кочетова. – Вологда: ВоГТУ, 2013. - 105 с.
Учебное пособие по курсу «Химия» пред
Основные химические понятия
Химический элемент – вид атомов, характеризующихся одинаковым зарядом ядра.
Атом– наименьшая частица элемента, обладающая его химическими свойствами и нед
СТРОЕНИЕ АТОМА И ПЕРИОДИЧЕСКИЙ ЗАКОН Д.И.МЕНДЕЛЕЕВА
Ядерная модель атома была создана на основе экспериментальных данных по рассеянию α-частиц металлической фольгой (Э. Резерфорд, 1911). Однако эта модель не укладывалась в рамки классической фи
Этапы на пути создания квантовой механики
Принцип неопределенности утверждает принципиальную невозможность одновременного определения с одинаковой степенью точности импульса электрона (р=mv) и его положения в пространстве.
Математ
Элементы квантово-механической теории атома
Основное уравнение квантовой механики – волновое уравнение Шредингера (1926), решениями которого являются так называемые волновые функции φ (пси), характеризующие состояние электрона в атоме.
Некоторые свойства свободных и связанных атомов
Количественным выражением тенденции атома к изменению конфигурации внешнего электронного слоя за счет отдачи или присоединения электронов являются: энергия ионизации (ЕИ) или ионизационн
Ковалентная связь. Метод валентных связей
Метод валентных связей (ВС) рассматривает химическую связь как результат притяжения ядер двух атомов к одной или нескольким общим для них электронным парам. Такая двухэлектронная и двуцентровая (дв
Ионная связь
При полном смещении межъядерной электронной плотности к атому с большей электроотрицательностью длина диполя становится равной длине связи (ℓ=α), и атомы превращаются в положительно и от
Металлическая связь
Существенные сведения относительно природы химической связи в металлах модно получить на основании двух характерных особенностей по сравнению с ковалентными и ионными соединениями. Металлы, во-перв
Энергетика химических превращений
Химическое превращение есть качественный скачок, при котором исчезают одни вещества и образуются другие. Происходящая при этом перестройка электронных структур атомов, ионов и молекул сопровождаетс
Энтропия
Большинство процессов представляет собой два одновременно происходящих явления: передачу энергии и изменение в упорядоченности расположения частиц друг относительно друга.
Частицам (молеку
Химическая кинетика
Пример 1. При взаимодействии кристаллов хлорида фосфора (V) с парами воды образуется жидкий РОС13 и хлороводород. Реакция сопровождается выделением 111,4 кДж теплоты. На
Скорость химической реакции
Изучение скоростей реакции позволяет выяснить истинный механизм протекания сложных химических превращений. Это в свою очередь создает перспективы для нахождения путей управления химическим процессо
Катализ
Одним из наиболее распространенных в химической практике методов ускорения химических реакций является катализ. В присутствии катализаторов изменяется путь, по которому проходит суммарная реакция,
Константа химического равновесия
Большинство химических реакций обратимы, т.е. протекают одновременно в противоположных направлениях. В тех случаях, когда прямая и обратная реакции идут с одинаковой скоростью, наступает химическое
Принцип Ле Шателье
Состояние химического равновесия сохраняется при данных неизменных условиях любое время. При изменении же условий состояние равновесия нарушается, так как при этом скорости противоположных процессо
ДИСПЕРСНЫЕ СИСТЕМЫ
Дисперсная система – это система из двух (или более) веществ, одно из которых (называемое дисперсной фазой) равномерно распределено в другом (называемом дисперсионной средой).
Различают не
Способы выражения концентрации растворов
Для количественной характеристики растворов используют понятие концентрации:
Концентрация – величина, выражающая относительное содержание данного компонента в системе (смеси, растворе).
Свойства разбавленных растворов
Осмос. Закон Вант-Гоффа. Если между растворителем и раствором поместить полупроницаемую (проницаемую для молекул растворителя) перегородку, то возникает явление осмоса.
Давление пара растворителя над раствором (первый закон Рауля).
Важной физико-химической характеристикой растворов является давление пара, определяющее состояние равновесия между конденсированной и газообразной фазами. Чем выше давление пар, тем больше равновес
Температуры кипения и замерзания растворов (второй закон Рауля).
Понижение давления пара над раствором обуславливает изменение температур кипения и замерзания растворов по отношению к чистому растворителю. Жидкость кипит, когда давление ее насыщенного пара стано
Растворы электролитов
Соли, кислоты, основания в водном растворе диссоциируют, образуя ионы противоположных зарядов. Вследствие этого растворы проводят электрический ток и называются электролитами. Таким образом, электр
Равновесие в гетерогенных системах, произведение растворимости
Примером гетерогенной системы может служить насыщенный раствор труднорастворимого соединения, находящегося в равновесии с твердой фазой. К труднорастворимым веществам относятся многие электроли
Физико-химические свойства растворов электролитов.
Примеры решения задач.
Пример 1. Вычисление кажущейся степени диссоциации сильного электролита.
Вычислить степень диссоциации 0,2 М раствора муравьиной кислоты HC
ГИДРОЛИЗ СОЛЕЙ
Под гидролизом понимают реакции обменного взаимодействия вещества с водой. Гидролиз является частным случаем сольволиза – обменного разложения растворенного вещества и растворителя. Процесс гидроли
ЖЕСТКОСТЬ ВОДЫ
В природной воде содержатся различные по растворимости соли. Если в воде содержится большое количество солей кальция или магния, то такая вода называется жесткой в отличие от мягкой воды, в
ОКИСЛИТЕЛЬНО-ВОССТАНОВИТЕЛЬНЫЕ ПРОЦЕССЫ
Окислительно-восстановительными называют реакции, сопровождаю-щиеся изменением степени окисления атомов, входящих в состав реагирующих веществ. Под степенью окисления (п) понимают условный заряд ат
Электродные потенциалы и электродвижущие силы
Если металлическую пластинку опустить в воду, то катионы металла на ее поверхности гидратируются полярными молекулами воды и переходят в жидкость. При этом электроны, в избытке остающиеся в металле
Электролиз
Пример 1.Какая масса меди выделится на катоде при электролизе раствора CuSO4 в течение 1 ч. при силе тока 4А?
Решение. Согласно законам Фарадея
Кристаллические решетки
Зонке (1879 г.), Чермак, Шенфлис, Федоров (1891 г.) и другие показали геометрически, что все кристаллические формы можно представить как результат распределения точек (мельчайших вещественных част
Диаграммы состояния металлических систем
При изучении свойств сплавов очень большое значение имеют диаграммы состояния, характеризующие состояние сплавов различного состава при разных температурах. Такие диаграммы показывают термодинамич
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Глинка, Н. Л. Общая химия / Н. Л. Глинка; под ред. А. И. Ермакова . - Изд. 30-е, испр. . - М. : Интеграл-Пресс , 2006 . - 727 с.
2. Глинка, Н. Л. Задачи и упражнения по общей химии : уч
Новости и инфо для студентов