Свийте ръката зад гърба с лоста навън. Запознаване и изучаване на болезнени техники (лост на ръката навътре, възел на ръката отгоре, удушаване отзад)

Една молекула и водородни атоми на друга, тип H-X (X е F, O, N, Cl, Br, I) поради силите на електростатично привличане.

Връзката между водорода и един от тези атоми се характеризира с достатъчна полярност, тъй като свързващият електронен облак е изместен към по-електроотрицателния атом. Водородът в този случай се намира в положителния край на дипола. Два или повече такива дипола взаимодействат помежду си, така че ядрото на водородния атом на една молекула (положителният край на дипола) се привлича от несподелената електронна двойка на втората молекула. Тази връзка се проявява в газове, течности и твърди вещества.

Тя е относително издръжлива. Наличието на водородна връзка причинява повишаване на стабилността на молекулите на дадено вещество, както и повишаване на техните точки на кипене и топене. Образуването на водородни връзки играе важна роля както в химичните, така и в биологичните системи.

Водородната връзка може да бъде вътрешно- и междумолекулна (фиг. 14), молекулите на карбоксилната киселина в неполярни разтворители се димеризират поради две междумолекулни водородни връзки.

а	b

Ориз. 14. Образуване на водородна връзка: а- вътрешномолекулна; b- междумолекулни.

Съществуването на вещества в различни агрегатни състояния показва, че между частиците (атоми, йони, молекули) има взаимодействие, дължащо се на ван дер Ваалсови сили на привличане. Най-важната и отличителна черта на тези сили е тяхната универсалност, тъй като те действат без изключение между всички атоми и молекули.

Водородните връзки влияят върху физичните (bp и sop, летливост, вискозитет, спектрални характеристики) и химичните (киселинно-основни) свойства на съединенията.

Междумолекулни водородни връзки предизвикват свързването на молекули, което води до повишаване на точките на кипене и топене на веществото. Например етилов алкохол C 2 H 5 OH, способен да се асоциира, кипи при +78,3 ° C и диметилов етер CH 3 OCH 3, който не образува водородни връзки, само при 24 ° C (молекулната формула на двете вещества е C2H6O).

Образуването на Н-връзки с молекулите на разтворителя подобрява разтворимостта. И така, метиловите и етиловите алкохоли (CH 3 OH, C 2 H 5 OH), образувайки Н-връзки с водни молекули, се разтварят в него за неопределено време.

Вътремолекулна водородна връзка се образува при благоприятно пространствено разположение в молекулата на съответните групи атоми и специфично влияе на свойствата. Например Н-връзката в молекулите на салициловата киселина повишава нейната киселинност.

Водородните връзки и тяхното влияние върху свойствата на материята

Също така понастоящем се смята, че водородната химична връзка може да бъде слаба и силна.

Те се различават един от друг по енергия и дължина на връзката (разстоянието между атомите):

1. Водородните връзки са слаби. Енергия - 10-30 kJ / mol, дължина на връзката - 30. Всички изброени по-горе вещества са примери за нормална или слаба водородна връзка.

2. Водородните връзки са силни. Енергия - 400 kJ / mol, дължина - 23-24.

Водородната връзка има междинен характер между междумолекулното взаимодействие и ковалентната връзка. Ако водородът е свързан със силно електроотрицателен елемент (F, O, N), той може да образува още една допълнителна връзка - водородна. Въпреки че енергията на водородната връзка е ниска (8–40 kJ/mol), тази връзка трябва да се счита за вид ковалентна връзка, тъй като има свойствата на насоченост и наситеност. Механизмът за образуване на водородна връзка се свежда до електростатични и донорно-акцепторни взаимодействия (донор на електронна двойка е атом на електроотрицателен елемент; акцептор е протон (Н +).

Помислете за възникването на водородна връзка в молекула на флуороводород. При него електронната двойка е изместена към флуорния атом, т.е. водородният атом е положително поляризиран, а флуорният атом е отрицателно поляризиран. Поради факта, че флуорът е силно електроотрицателен, електронната двойка е почти напълно изместена към него и водородният йон придобива празна, свободна орбитала, която образува донорно-акцепторна връзка с несподелената флуорна двойка. Водородните връзки обикновено се означават с точки. Имайте предвид, че водородната връзка е връзка между молекули, а не атомите в молекулата.

Поради водородните връзки флуороводородната киселина, за разлика от солната киселина, е слаба киселина и образува соли от типа KHF 2. Водородната връзка играе важна роля в процесите на разтваряне, тъй като Разтворимостта също зависи от способността на веществото да образува водородни връзки с разтворител (вода).

Водородна връзка във водна молекула

Пример.Сярната киселина и флуороводородът се разтварят във вода за неопределено време, а хлороводородът има ограничена разтворимост, което не позволява получаването на солна киселина с концентрация над 37%. Обяснете тази разлика.

Решение. Сярната киселина съдържа O–H връзка, H–F флуороводород, които са способни да образуват водородни връзки с вода, която също има O–H връзка, и разтварянето става почти неограничено.

Видове химична връзка

Основните характеристики на химическата връзка, които предоставят информация за структурата на молекулата и нейната сила, включват ъгъл на връзката, дължина, полярност и енергия на връзката.

Дължина на комуникациятанаречено разстояние между центровете на атомите, които образуват тази връзка (междуядрено разстояние). Определя се експериментално с помощта на различни физикохимични методи. Дължината на връзката се определя от размера на реагиращите атоми и степента на припокриване на техните електронни облаци, което зависи от вида на химичната връзка. Трябва да се отбележи, че дължината на връзката винаги е по-малка от сумата на радиусите на елементите, тъй като продължава припокриванеатомни орбитали, без да ги докосва.

Дължината на връзката от етан към ацетилен намалява като кратността (редът) на връзката се увеличава от единична до тройна. Колкото по-голяма е множествеността на връзката, толкова по-къса е дължината на връзката.

В серията водородни халиди дължината на H-H връзката има следните стойности (в pm, 1 pm = 10 -12 m):

Друга характеристика на химичната връзка, отразяваща геометричната структура, е валентен ъгъл.

Зависи от природата на атомите и природата на химичната връзка.

Количеството енергия, освободено по време на образуването на химична връзка, се нарича енергия на свързване. Тази стойност е характеристика на здравината на връзката. Изразява се в kJ / mol от образуваното вещество.

Полярните молекули са диполи, т.е. системи, състоящи се от два еднакви по големина, но противоположни по знак заряда (q+ и q-), разположени на разстояние l (дължина на дипола) един от друг. Полярността на молекулата се оценява от стойността на електричния момент на дипола =
. Електрическият момент на дипол е векторната сума на моментите на всички връзки и несвързващи електронни двойки в молекулата. Резултатът от добавянето зависи от структурата на молекулата. Молекулата CO 2 има линейна структура и въпреки полярността на връзката C=O, поради взаимното компенсиране на електричните моменти на дипола, молекулата CO 2 е неполярна (=0). В ъгловата водна молекула полярните O-H връзки са разположени под ъгъл 104,5, не се получава взаимна компенсация и водната молекула е полярна (=0,6110 -29 Cm).

Водородните връзки се срещат в много химични съединения. Те възникват, като правило, между атомите на флуор, азот и кислород (най-електроотрицателните елементи), по-рядко - с участието на атоми на хлор, сяра и други неметали. Силни водородни връзки се образуват в такива течни вещества като вода, флуороводород, кислородсъдържащи неорганични киселини, карбоксилни киселини, феноли, алкохоли, амоняк, амини. По време на кристализацията водородните връзки в тези вещества обикновено се запазват. Поради това техните кристални структури имат формата на вериги (метанол), плоски двумерни слоеве (борна киселина), триизмерни пространствени решетки (лед).

Ако водородната връзка обединява части от една молекула, тогава те говорят за вътрешномолекулна водородна връзка. Това е особено характерно за много органични съединения (фиг. 42). Ако се образува водородна връзка между водородния атом на една молекула и неметалния атом на друга молекула (междумолекулна водородна връзка), тогава молекулите образуват доста силни двойки, вериги, пръстени. Така мравчената киселина съществува както в течно, така и в газообразно състояние под формата на димери:

и газообразен флуороводород съдържат полимерни молекули, включително до четири частици HF. Силни връзки между молекулите могат да бъдат намерени във вода, течен амоняк, алкохоли. Кислородните и азотните атоми, необходими за образуването на водородни връзки, съдържат всички въглехидрати, протеини, нуклеинови киселини. Известно е например, че глюкозата, фруктозата и захарозата са идеално разтворими във вода. Важна роля в това играят водородните връзки, образувани в разтвора между водните молекули и множество ОН групи въглехидрати.

15) Метална връзка.

- Металите съчетават свойства, които са често срещани в природата и се различават от свойствата на други вещества. Такива свойства са относително високи точки на топене, способност за отразяване на светлина и висока топлинна и електрическа проводимост. Тези особености се дължат на съществуването в металите на специален вид връзка - метална връзка. метална връзка- комуникация между положителни йони в метални кристали, осъществявана поради привличането на електрони, свободно движещи се през кристала. В съответствие с позицията в периодичната система металните атоми имат малък брой валентни електрони. Тези електрони са доста слабо свързани с ядрата си и могат лесно да се откъснат от тях. В резултат на това в кристалната решетка на метала се появяват положително заредени йони и свободни електрони. Следователно в кристалната решетка на металите има по-голяма свобода на движение на електроните: някои от атомите ще загубят своите електрони и получените йони могат да вземат тези електрони от "електронния газ". В резултат на това металът е серия от положителни йони, локализирани в определени позиции на кристалната решетка, и голям брой електрони, които се движат относително свободно в полето на положителните центрове. Това е важна разлика между металните връзки и ковалентните връзки, които имат строга ориентация в пространството. Металната връзка се различава от ковалентната връзка и по сила: нейната енергия е 3-4 пъти по-малка от енергията на ковалентната връзка. Енергия на връзката - енергията, необходима за разкъсване на химична връзка във всички молекули, които изграждат един мол вещество. Енергиите на ковалентните и йонните връзки обикновено са високи и са от порядъка на 100-800 kJ/mol.

Атомите A и B са различни:

Знак за водородна връзка: разстоянието между ядрото H и ядрото на атома B е по-малко от това разстояние по време на взаимодействието на Ван дер Ваалс. Най-силни връзки с елементите от II период: - Н... F-> -Н... O=> -Н... N≡

Енергията на водородната връзка е междинна между енергията на ковалентната връзка и силите на Ван дер Ваалс.

Появата на водородни връзки води до асоцииране на молекули: до образуване на димери, тримери и други полимерни структури, зигзагообразни структури (HF) n, спирални структури на протеини, кристална структура на лед, пръстенна димерна структура на нисши карбоксилни киселини и др. Междумолекулните Н-връзки променят свойствата на веществата: повишават вискозитета, диелектричната константа, точката на кипене и топене, топлината на топене и изпаряването на веществото: H 2 O, HF и NH 3 - необичайно високи T bp и T pl.

ПРИМЕР. Как си обяснявате по-високата точка на кипене на NH3 в сравнение с PH3?

И двете молекули са полярни. Има ван дер Ваалсови взаимодействия между PH 3 молекули и в система, състояща се от NH 3 молекули, в допълнение към ван дер Ваалсови взаимодействия, присъстват междумолекулни водородни връзки, следователно за фазовия преход на NH 3 трябва да се приложи повече енергия и Tbp на NH3 е по-висока.

Свойства на твърдите тела

Състояния на материята – твърдо, течно, газообразно.

Твърдо:

– аморфен: няма определен T pl - има интервал на омекване (смола, стъкло, пластилин)

Кристална: определена Tm (NaCl, графит, метали)

Частици от твърдо кристално тяло: атоми, молекули, йони.

Позициите на частиците в кристала са възли. Триизмерното разположение на възлите е кристал. Най-простата част от кристала е единичната клетка.

Видове кристали и техните свойства

Молекулярна.

1.1. Във възлите има атоми, свързани от дисперсионни сили (Ar, Ne…). Чуплив, лесно преминава от кондензирано в газообразно състояние, T bp. ниска, лоша топло- и електрическа проводимост.

1.2. Във възлите има молекули, свързани от ван дер Ваалс и водородни сили (H 2 , O 2 , CO 2 , CH 4 , NH 3 , H 2 O , HF, органични вещества). Много от тях са летливи и при обикновени Т - газове. Твърдостта, плътността са ниски. Кристалите с полярни молекули са по-силни от тези с неполярни. Твърдостта и здравината се увеличават още повече с появата на водородни връзки. Диелектрици. Ниски точки на топене. Слаба разтворимост във вода.

Примери за вещества: лед, "сух лед" (въглероден окис (IV), твърди халогени, твърди водородни халиди.

Йонни

Във възлите има йони, свързани с йонни връзки (соли на алкални, алкалоземни метали, някои оксиди на алкални метали). E ion.cr. колкото по-голямо, толкова по-голямо е произведението на зарядите на йоните и толкова по-малко е разстоянието между йоните във възлите на кристала. Твърди, но чупливи. Т се стопява. Високо. Лоша топло- и електрическа проводимост. Диелектрици, но разтворите и стопилките са електропроводими.

ПРИМЕР

Точката на топене на кое от веществата е по-висока - KF или KBr (с еднакъв тип елементарна клетка)?

Тъй като R Br >R F, тогава E е критично решение. KBr < E Cris.res. КФ и Т ет.К Бр< T Плав. KF

Атомен ковалентен

Във възлите има атоми, свързани с ковалентна химична връзка (C диамант, Ge, Si, Sn бял ...., SiC, SiO 2, ZnS, Al 2 N 3 ...). Много твърд с висока Т на топене. Електрическата проводимост е различна: от диелектрика на диаманта, полупроводниците Ge, Si до проводника C (въглища).

В диамант: sp 3 - хибридизация. Тетраедър, вписан в куб. Без движение ℮ - диелектрик.

Ge: идеален кристал с sp 3 - АО хибридизация само при 0 К, а при Т - разкъсване на връзката се появяват свободни електрони → полупроводник.

Графит: sp 2 - АО хибридизация в слоеве, ван дер ваалсови взаимодействия между слоевете. Свободният четвърти електрон на всеки атом влиза в π-връзка със съседните атоми, осигурявайки електрическа и топлопроводимост.

Метал

Възлите съдържат положителни метални йони, свързани със социализираните електрони чрез метална химическа връзка. Естеството на MS определя металните свойства: висока електрическа проводимост (Cu, Ag, Au, Al, Fe…) и топлопроводимост (Ag, Cu…), ковкост (способност за оформяне) и пластичност (деформация без счупване), метален блясък (M һ ν ↔ M*). Плътност, твърдост - от ниска за алкални до много висока за d-метали (Mo, W), което се обяснява с различната степен на опаковане на атомите в решетката (тя е толкова по-голяма, колкото по-големи са K.N., атомната маса и по-малък от радиуса на атома). Точката на топене е различна. Високите стойности на T melt за d-метали се дължат на по-висок E crist в сравнение с E crist за s-p-метали поради наличието на по-голям брой валентни електрони и локализирани ковалентни връзки в допълнение към металните. В допълнение, колкото по-голяма е атомната маса, толкова по-голяма е Т стопилката

Примери за вещества: метали, сплави

ПРИМЕР

Каква е природата на силите на взаимодействие между частиците в кристалите Li и Mo? Какви физични и химични свойства са характерни за този тип кристали? Кое от тези вещества има по-висока енергия на кристалната решетка и по-висока точка на топене?

Li - S-метал, с метален тип кристал (атомите са свързани с метална връзка). Mo - d-метал, със смесен тип кристал (атомите поради наличието на по-голям брой валентни електрони са свързани с допълнителни локализирани ковалентни връзки към металните).

Следователно Mo има по-голям E cr.res от Li, така че е по-трудно да се разруши и неговата T на топене е по-висока.

Характеристики на някои вещества в твърдо кристално състояние

Видове кристални решетки

Характеристики	Решетъчен тип
атомно изкован.	йонни	молекулярно	метален
Вид частици във възли	атоми	йони	молекули	Метален атом (йон)
Естеството на химичната връзка между частиците	ковалентен	Йонни	Сили на междумолекулно взаимодействие	метална връзка
Сила на връзката	Много издръжлив	издръжлив	слаб	различна сила
Отличителни свойства на веществата	Твърдо, огнеупорно, нелетливо, неразтворимо във вода	Твърдо, огнеупорно, нелетливо, разтворимо във вода (много)	Крехък, топим, при нормални условия често течен или газообразен	Метал. гланц, добра електро- и топлопроводимост, пластичност, пластичност
Примери за вещества	силиций, диамант	NaCl, CaCl2, основи	Йод, лед, "сух лед"	Мед, желязо, злато