Загиб руки за спину рычагом наружу. Ознакомление и разучивание болевых приемов (рычаг руки внутрь, узел руки наверху, удушение сзади)
Одной молекулы и атомами водорода другой, типа Н-Х (Х - это F, O, N, Cl, Br, I) за счет сил электростатического притяжения.
Связь между водородом и одним из этих атомов характеризуется достаточной полярностью, поскольку связующее электронное облако смещено в сторону более электроотрицательного атома. Водород в данном случае расположен на положительном конце диполя. Два и более таких диполя взаимодействуют между собой так, что ядро атома водорода одной молекулы (положительный конец диполя) притягивается неподеленной электронной парой второй молекулы. Данная связь проявляется в газах, жидкостях и твердых телах.
Она относительно прочна. Наличие водородной связи обусловливает повышение устойчивости молекул вещества, а также повышению их температуры кипения и плавления. Образование водородных связей играет важную роль как в химических, так и в биологических системах.
Водородная связь бывает внутри- и межмолекулярной (рис. 14), молекулы карбоновых кислот в неполярных растворителях димеризуются за счет двух межмолекулярных водородных связей.
а | б |
Рис. 14. Образование водородной связи: а - внутримолекулярной; б - межмолекулярной.
Существование веществ в различных агрегатных состояниях свидетельствует о том, что между частицами (атомы, ионы, молекулы) имеет место взаимодействие, обусловленное ван-дер-ваальсовыми силами притяжения. Наиболее важной и отличительной чертой этих сил является их универсальность, так как они действуют без исключения между всеми атомами и молекулами.
Водородные связи влияют на физические (т.кип. и т.пл., летучесть, вязкость, спектральные характеристики) и химические (кислотно-основные) свойства соединений.
Межмолекулярные водородные связи обусловливают ассоциацию молекул, что приводит к повышению температур кипения и плавления вещества. Например, этиловый спирт C 2 H 5 OH, способный к ассоциации, кипит при +78,3°С, а диметиловый эфир СН 3 ОСН 3 , не образующий водородных связей, лишь при 24°С (молекулярная формула обоих веществ С 2 Н 6 О).
Образование Н-связей с молекулами растворителя способствует улучшению растворимости. Так, метиловый и этиловый спирты (CH 3 OH, С 2 Н 5 ОН), образуя Н-связи с молекулами воды, неограниченно в ней растворяются.
Внутримолекулярная водородная связь образуется при благоприятном пространственном расположении в молекуле соответствующих групп атомов и специфически влияет на свойства. Например, Н-связь внутри молекул салициловой кислоты повышает ее кислотность.
Водородные связи и их влияние на свойства вещества
Также в настоящее время есть мнение, что водородная химическая связь бывает слабой и сильной.
Они отличаются друг от друга по энергии и длине связи (расстояние между атомами):
1. Водородные связи слабые. Энергия - 10-30 кДж/моль, длина связи - 30. Все вещества, перечисленные выше, являются примерами нормальной или слабой водородной связи.
2. Водородные связи сильные. Энергия - 400 кДж/моль, длина - 23-24.
Промежуточный характер межу межмолекулярным взаимодействием и ковалентной связью имеет водородная связь. Если водород соединен с сильно электроотрицательным элементом (F, O, N) он может образовывать еще одну дополнительную связь – водородную. Хотя энергия водородной связи мала (8-40 кДж/моль), эту связь следует считать разновидностью ковалентной связи, т.к. она обладает свойствами направленности и насыщаемости. Механизм образования водородной связи сводится в электростатическому и донорно-акцепторным взаимодействиям (донор электронной пары – атом электроотрицательного элемента; акцептор – протон (Н +).
Рассмотрим возникновение водородной связи в молекуле фтороводорода. В ней электронная пара смещена к атому фтора, т.е. атом водорода поляризован положительно, а фтор – отрицательно. Благодаря тому, что фтор сильно электроотрицателен, электронная пара практически полностью смещена к нему и ион водорода приобретает пустую, вакантную орбиталь, которая с неподеленной парой фтора образует донорно-акцепторную связь. Водородную связь принято обозначать точками. Обращаю внимание, что водородная связь это связь между молекулами , а не атомами в молекуле.
Благодаря водородным связям фтороводородная кислота, в отличие от соляной, является слабой кислотой и образует соли типа KHF 2 . Водородная связь играет большую роль в процессах растворения, т.к. растворимость зависит и от способности вещества образовывать водородные связи с растворителем (водой).
Водородная связь в молекуле воды
Пример. Серная кислота и фтороводород растворяется в воде неограниченно, а хлороводород обладает ограниченной растворимостью, что не позволяет получать соляную кислоту с концентрацией выше 37%. Объяснить это различие.
Решение . Серная кислота содержит связь О–Н, фтороводород Н–F , которые способны образовывать водородные связи с водой, которая тоже имеет связь О–Н, и растворение происходит практически неограниченно.
Виды химической связи
К основным характеристикам химической связи, дающим информацию о структуре молекулы и ее прочности, относятся валентный угол, длина, полярность и энергия связи.
Длиной связи называют расстояние между центрами атомов, образующих данную связь (межъядерное расстояние). Ее определяют экспериментально при помощи различных физико-химических методов. Длина связи обусловлена размером реагирующих атомов и степенью перекрывания их электронных облаков, которая зависит от типа химической связи. Надо обратить внимание, что длина связи всегда меньше суммы радиусов элементов, т.к. происходит перекрывание атомных орбиталей, а не их касание.
Длина связи от этана к ацетилену уменьшается, т.к. увеличивается кратность (порядок) связи от одинарной к тройной. Чем больше кратность связи, тем меньше длина связи.
В ряду галогеноводородов длина связи Н‑Г имеет следующие значения (в пм, 1 пм = 10 -12 м):
Другой характеристикой химической связи, отражающей геометрическое строение, является валентный угол.
Он зависит от природы атомов и характера химической связи.
Количество энергии, выделяющейся при образовании химической связи, называется энергией связи. Эта величина является характеристикой прочности связи. Ее выражают в кДж/моль образующегося вещества.
Полярные
молекулы являются диполями
,
т.е. системами, состоящими из двух равных
по величине, но противоположных по
знаку зарядов (q+
и q‑),
находящихся на расстоянии l
(длина диполя) друг от друга. Полярность
молекулы оценивается значением
электрического момента диполя =
.
Электрический момент диполя представляет
собой векторную сумму моментов всех
связей и несвязывающих электронных
пар в молекуле. Результат сложения
зависит от структуры молекулы. Молекула
СО 2
имеет линейное строение и, несмотря на
полярность связи С=О, вследствие взаимной
компенсации электрических моментов
диполя, молекула СО 2
неполярна (=0).
В угловой молекуле воды полярные связи
О-Н располагаются под углом 104,5,
взаимной компенсации не происходит и
молекула воды полярна (=0,6110 -29
Клм).
Водородные связи обнаружены во многих химических соединениях. Они возникают, как правило, между атомами фтора, азота и кислорода (наиболее электроотрицательные элементы), реже - при участии атомов хлора, серы и других неметаллов. Прочные водородные связи образуются в таких жидких веществах, как вода, фтороводород, кислородсодержащие неорганические кислоты, карбоновые кислоты, фенолы, спирты, аммиак, амины. При кристаллизации водородные связи в этих веществах обычно сохраняются. Поэтому их кристаллические структуры имеют вид цепей (метанол), плоских двухмерных слоев (борная кислота), пространственных трехмерных сеток (лед).
Если водородная связь объединяет части одной молекулы, то говорят о внутримолекулярной водородной связи. Это особенно характерно для многих органических соединений (рис. 42). Если же водородная связь образуется между атомом водорода одной молекулы и атомом неметалла другой молекулы (межмолекулярная водородная связь), то молекулы образуют довольно прочные пары, цепочки, кольца. Так, муравьиная кислота и в жидком и в газообразном состоянии существует в виде димеров:
а газообразный фтороводород содержат полимерные молекулы, включающие до четырех частиц HF. Прочные связи между молекулами можно найти в воде, жидком аммиаке, спиртах. Необходимые для образования водородных связей атомы кислорода и азота содержат все углеводы, белки, нуклеиновые кислоты. Известно, например, что глюкоза, фруктоза и сахароза прекрасно растворимы в воде. Не последнюю роль в этом играют водородные связи, образующиеся в растворе между молекулами воды и многочисленными OH-группами углеводов.
15) Металлическая связь.
- Металлы объединяют свойства, имеющие общий характер и отличающиеся от свойств других веществ. Такими свойствами являются сравнительно высокие температуры плавления, способность к отражению света, высокая тепло- и электропроводность. Эти особенности обязаны существованию в металлах особого вида связи - металлической связи.Металлическая связь - связь между положительными ионами в кристаллах металлов, осуществляемая за счет притяжения электронов, свободно перемещающихся по кристаллу. В соответствии с положением в периодической системе атомы металлов имеют небольшое число валентных электронов. Эти электроны достаточно слабо связаны со своими ядрами и могут легко отрываться от них. В результате в кристаллической решетке металла появляются положительно заряженные ионы и свободные электроны. Поэтому в кристаллической решетке металлов существует большая свобода перемещения электронов: одни из атомов будут терять свои электроны, а образующиеся ионы могут принимать эти электроны из «электронного газа». Как следствие, металл представляет собой ряд положительных ионов, локализованных в определенных положениях кристаллической решетки, и большое количество электронов, сравнительно свободно перемещающихся в поле положительных центров. В этом состоит важное отличие металлических связей от ковалентных, которые имеют строгую направленность в пространстве. Металлическая связь отличается от ковалентной также и по прочности: ее энергия в 3-4 раза меньше энергии ковалентной связи. Энергия связи - энергия, необходимая для разрыва химической связи во всех молекулах, составляющих один моль вещества. Энергии ковалентных и ионных связей обычно велики и составляют величины порядка 100-800 кДж/моль.
Атомы А и В – разные:
Признак водородной связи: расстояние между ядром Н и ядром атома В меньше, чем это расстояние при вандерваальсовом взаимодействии. Наиболее прочные связи с элементами II периода: - Н... F- > -Н... O= > -Н... N≡
Энергия водородной связи имеет промежуточное значение между энергией ковалентной связи и вандерваальсовыми силами.
Возникновение водородных связей приводит к ассоциации молекул: к образованию димеров, тримеров и других полимерных структур, зигзагообразных структур (НF) n , спиральных структур белков, кристаллического строения льда, кольцевой димерной структуры низших карбоновых кислот и др. Межмолекулярные Н-связи изменяют свойства веществ: повышают вязкость, диэлектрическую постоянную, температуру кипения и плавления, теплоту плавления и парообразования вещества: Н 2 О, НF и NН 3 - аномально высокие Т кип и Т пл.
ПРИМЕР. Чем Вы объясните более высокую температуру кипения NH 3 по сравнению с PH 3 ?
Обе молекулы – полярны. Между молекулами РН 3 – вандерваальсовы взаимодействия, а в системе, состоящей из молекул NH 3 кроме вандерваальсовых взаимодействий присутствуют межмолекулярные водородные связи, следовательно, для фазового перехода NH 3 нужно приложить больше энергии и Т кип NH 3 выше.
Свойства твердых тел
Состояния вещества – твердое, жидкое, газообразное.
Твердое вещество:
– аморфное: нет определенной Т пл - существует интервал размягчения (смола, стекло, пластилин)
Кристаллическое: определенная Т пл (NaCl, графит, металлы)
Частицы твердого кристаллического тела: атомы, молекулы, ионы.
Положения частиц в кристалле – узлы. Трехмерное расположение узлов – кристалл. Простейшая часть кристалла – элементарная ячейка.
Виды кристаллов и их свойства
Молекулярный.
1.1. В узлах – атомы, связанные дисперсионными силами (Ar, Ne…). Непрочные, легко переходят из конденсированного в газообразное состояние, Т кип. низкая, плохие тепло- и электропроводность.
1.2. В узлах – молекулы, связанные вандерваальсовыми и водородными силами (H 2 , O 2 , CO 2 , CH 4 , NH 3 , H 2 O , HF, органические вещества). Многие летучи и при обычных Т – газы. Твердость, плотность невелики. Кристаллы с полярными молекулами более прочны, чем с неполярными. Твердость и прочность еще более увеличивается с появлением водородных связей. Диэлектрики. Низкие температуры плавления. Плохая растворимость в воде.
Примеры веществ: лед, «сухой лед» (оксид углерода (IV), твердые галогены, твердые галогеноводороды.
Ионный
В узлах – ионы, связанные ионной связью (соли щелочных, щелочноземельных металлов, некоторые оксиды щелочных металлов). Е ион.кр. тем больше, чем больше произведение зарядов ионов и чем меньше расстояние между ионами в узлах кристалла. Твердые, но хрупкие. Т плавл. высокая. Плохие тепло- и электропроводность. Диэлектрики, но растворы и расплавы электропроводны.
ПРИМЕР
Температура плавления какого из веществ больше - KF или KBr (при одинаковом типе элементарной ячейки)?
Так как R Br >R F то E крис.реш. KBr < E крис.реш. KF и Т плав.К Br < T Плав. KF
Атомно-ковалентный
В узлах – атомы, связанные ковалентной химической связью (С алмаз, Ge, Si, Sn белое …., SiC, SiO 2, ZnS, Al 2 N 3 …). Очень твердые с высокой Т плав. Электропроводность разная: от диэлектрика алмаза, полупроводников Ge, Si до проводника С (угля).
У алмаза:sp 3 - гибридизация. Тетраэдр, вписанный в куб. Нет подвижных ℮ - диэлектрик.
Ge: идеальный кристалл с sp 3 - гибридизацией АО только при 0 К, а при Т – разрыв связей, появляются свободные электроны → полупроводник.
Графит: sp 2 - гибридизация АО в слоях, между слоями вандерваальсовы взаимодействия. Свободный четвертый электрон каждого атома вступает в π-связь с соседними атомами, обеспечивая электропроводимость и теплопроводность.
Металлический
В узлах находятся положительные ионы металлов, связанные с обобществленными электронами металлической химической связью. Природа МС обуславливает металлические свойства: высокая электропроводность (Cu, Ag, Au, Al, Fe…) и теплопроводность (Ag, Cu…), ковкость (возможность придать форму) и пластичность (деформация без разрушения), металлический блеск (M һ ν ↔ M *). Плотность, твердость – от невысокой у щелочных до очень высокой у d-металлов (Mo, W), что объясняют разной степенью упаковки атомов в решетке (она тем больше, чем больше К.Ч, атомная масса и меньше радиус атома). Температура плавления разная. Высокие значения Т плав у d-металлов обусловлены более высокой Е крист по сравнению с Е крист у s- p-металлов из-за наличия большего количества валентных электронов и дополнительных к металлическим локализованных ковалентных связей. Кроме того, чем больше атомная масса, тем больше Т плав
Примеры веществ: металлы, сплавы
ПРИМЕР
Какова природа сил взаимодействия между частицами в кристаллах Li и Мо? Какие физико – химические свойства характерны для этого типа кристаллов? У какого из этих веществ больше энергия кристаллической решетки и выше температура плавления?
Li – S-металл, с металлическим типом кристалла (атомы связанны металлической связью). Мо – d–металл, со смешанным типом кристалла (атомы из-за наличия большего количества валентных электронов связаны дополнительными к металлическим локализованными ковалентными связями).
Поэтому Мо имеет большую Е кр.реш, чем у Li, поэтому его труднее разрушить и его Т плавл выше.
Характеристики некоторых веществ в твердом кристаллическом состоянии
Типы кристаллических решеток
Характе-ристики | Тип решетки | |||
атомно-ковал. | ионная | молекулярная | металлическая | |
Вид частиц в узлах | Атомы | Ионы | Молекулы | Атом (ион) металла |
Характер хим.связи между частицами | Ковалентная | Ионная | Силы межмолекулярного взаимодействия | Металлическая связь |
Прочность связи | Очень прочная | Прочная | Слабая | Разной прочности |
Отличи- тельные свойства веществ | Твердые, тугоплавкие, нелетучие, нерастворимы в воде | Твердые, тугоплавкие, нелетучие, растворимы в воде (многие) | Хрупкие, легкоплавкие, при обычных условиях часто – жидкие или газы | Металл. блеск, хорошие электро-и теплопроводность, ковкость, пластичность |
Примеры веществ | Кремний, алмаз | NaCl, CaCl 2 , основания | Йод, лед, «сухой лед» | Медь, железо, золото |