Тема 4. Взаимодействие атомов элементов - неметаллов между собой

                   Цель

  • Обобщить сведения о  типах химической связи. 
  • Повторить схемы образования веществ с неполярной связью.

                Основные термины: 

  • Неметаллы - это химические элементы, атомы которых принимают электроны на внешний уровень, превращаясь в отрицательные ионы 
  • Ионы- заряженные частицы, в которые превращается атом после отдачи или принятия электронов. 
  • Электроотрицательность - это способность атома химического элемента  притягивать к себе электроны другого атома. 
  • Химическая связь - это способ взаимодействия атомов, приводящий к образованию молекул.  

Как электроны "ковали" ковалентную связь

цепь Молекулы состоят из атомов, соединенных между собой. Но как соединенных - сцепленных, склеенных, скованных одной цепью? И кто тот слесарь, столяр или кузнец, который соединяет воедино атомы? Вы уже знаете, что в древности считалось в порядке вещей, что атомы соединяются крючками. Отсюда недалеко и до пуговиц с петельками. Если отбросить шутки, придется признать, что вопрос на самом деле непростой: ведь оболочка каждого из соединяемых в молекулу атомов состоит из электронов, заряженных одинаково по знаку, поэтому при попытке сблизить электронные облака неизбежно будет возникать сильное отталкивание. Но атомы все-таки соединяются! Причем - с помощью тех самых электронов, которые, казалось бы, только противодействуют соединению.

Вот как это происходит... Вспомним, что электроны в атоме мы обозначали по-разному - стрелкой, направленной вверх, и стрелкой, направленной вниз:

и
Оказывается, эти два электрона могут объединяться в электронную пару: ↑  ↓

и располагаться между ядрами двух атомов. Оба положительно заряженных ядра атомов будут притягиваться к отрицательной электронной паре, - а значит, и друг к другу:

Так образуется из двух отдельных атомов самая простая двухатомная молекула. Например, из двух атомов водорода Н получается молекула H2:

H + H = H2

Остается всего ничего: понять, отчего это вдруг двум электронам вздумалось объединиться в пару?

У древнегреческих философов на этот вопрос был однозначный ответ. Они считали, что, событиями в мире атомов правят, как и у людей, два чувства - любовь и вражда. Значит, взаимное отталкивание - это вражда, а соединение двух атомов - это дружба, любовь и, в конце концов, счастливый брак.

Наивные представления древности в наши дни приходится подкреплять какими-то вещественными, физическими объяснениями. Но не будем же мы предполагать, что два электрона - две стрелочки - ЦЕПЛЯЮТСЯ друг за друга своим оперением? Дело совсем в другом!

Каждый электрон, помимо электрического заряда, обладает магнитным моментом и ведет себя, как микроскопический магнит. Два электрона с разнонаправленными стрелками - это два таких микромагнита с противоположно ориентированными полюсами. Вот они и притягиваются друг к другу:

 Так или иначе, пара электронов образуется.


Возьмем тот же пример образования молекулы водорода из атомов. Две сферические (шарообразные) орбитали, два электронных облака перекрываются и входят одно в другое, вот так:

При этом образуется ковалентная связь.

Ковалентной называют такую химическую связь, которая образуется при помощи пары электронов.

 

Точно такая же молекула водорода может образоваться и по-другому, если взаимодействовать между собой будут катион водорода Н+ (у него нет ни одного электрона, а только пустая атомная орбиталь) и анион водорода Н, у которого имеется пара электронов:

H+ + H = H2

На энергетической диаграмме это выглядит так

 

Но если один из туристов отправляется в путь с пустым рюкзаком, а второй, очень запасливый и предусмотрительный, заготовил еды на двоих, то вместе они тоже пообедают вполне сытно... Применительно к образованию связи при взаимодействии катиона и аниона водорода - мы получим в этом случае уже другой - донорно-акцепторный механизм - образования ковалентной связи.

Донор - это тот, кто по доброте душевной что-либо отдает задаром, например, пару "электронных бутербродов". А акцептор - тот, кто принимает подарок


 Вы сможете просмотреть и прослушать ковалентную неполярную связь 

http://files.school-collection.edu.ru/dlrstore/bb14c738-aae7-11db-abbd-0800200c9a66/ch08_10_02.swf

А как обстоят дела с образованием ковалентной связи, если электронные облака исходных атомов не сферические (s-орбитали), а похожи на гантели (р-орбитали)? Давайте разберемся, как образуются молекулы фтора F2, серы S2 и азота N2.

После этого можно будет добиться взаимного перекрывания атомных орбиталей, похожих на гантели, если они расположены вдоль одной линии:

Два атома фтора как два человечка, протягивают друг другу руки, и дальше, взявшись за руки, продолжают свой путь уже в виде молекулы фтора F2, которая похожа на сдобную ватрушку:


В двух атомах серы S уже по два неспаренных электрона  Для образования электронных пар нужно, чтобы стрелочки, обозначающие эти электроны, приняли противоположное направление:

Перекрывание атомных орбиталей серы будет происходить не только как у фтора (вдоль линии):

но и боковыми частями гантели:

В этом случае ковалентная химическая связь становится прочнее, она двойная: ведь ее обеспечивают сразу две электронные пары - как будто два атома, два человечка затанцевали, взявшись обеими руками.

Еще крепче будет тройная ковалентная связь, которая образуется в молекуле азота N2. Два атома азота N имеют энергетические диаграммы, где есть по три неспаренных электрона:

Эти-то электроны и дадут нам целых три ковалентных связи, когда перекроются их атомные орбитали в пространстве - вот так:

 
 
- а еще так: - и  так:

Вспомним, как бывалые альпинисты идут на штурм горных вершин. Они привязывают к поясу страховочный трос - запасную веревку, которая помогает вытащить друга, если он оступился и начал падать на подъеме... Третья связь между атомами в молекуле похожа на такое надежное соединение дружных партнеров, соратников в покорении горных вершин.

"Друг мой - третья моя рука!" - скажет атом азота, оказавшись в молекуле N2. И будет совершенно прав: ведь прочность молекул азота удивляет даже самых опытных химиков.


 

          

Домашнее задание 

Задание 1.  “Выполни упражнение”. Из приведенного ряда веществ: О2, НCl, CH4, N2, H2S, F2, OF2, NaCl, H2, ССl4, СO2, KBr, выпишите соединения с :

                   а) ковалентной неполярной связью          б) ковалентной полярной связью.                   

 Составьте электронные и структурные формулы веществ. 

              Задание 2. Проверь свои знания. Какие утверждения верны.

  1.   В молекулах соединений: НСl, NH3 связь ковалентная полярная.
  2.   В молекулах соединений: Сl2, H2связь ковалентная неполярная.
  3.   В молекулах соединений Br2, O2 связь ковалентная полярная.
  4.   В молекулах соединений СO2, N2O связь ковалентная неполярная
  5.   Наиболее электроотрицательный элемент O.
  6.   В ходе образования химической связи общая электронная пара смещается в сторону наиболее  электроотрицательного элемента.

Интересно знать что ... 

Типичными неметаллами являются газы. Они не проявляют при нормальных условиях ни одного сходного с металлами свойства. Элемент хлор (Сl2). При нормальных условиях химический элемент хлор - это желтовато–зелёный газ с резким удушливим запахом. Хлор очень ядовит даже при такой малой концентрации как 0,001мг на 1 дм3 воздуха. Газ хлор в 2.5 раза тяжелее воздуха. Поэтому стелится по земле желтовато-зелёным туманом. При содержании хлора в воздухе 0,9 мл/л смерть наступает в течение пяти минут. В небольших количествах (человек чувствует газ хлор уже при концентрации его в воздухе 0,003 мл/л), хлор сильно раздражает слизистые оболочки дыхательных путей и вызывает кашель. Элемент хлор напрямую не взаимодействует с кислородом, азотом, углеродом и инертными газами. Окислительные свойства хлора проявляются в реакциях с простыми веществами (металлическим натрием Na, чистым железом Fe, фосфором P, серой S) и некоторыми сложными веществами. Химический элемент хлор содержится в земной коре по массе 0,017%. В некоторых горнах районах этот газ хлор покрывает основание грунта и потому приводит к гибели насекомых, мелких грызунов и микроорганизмов. Температура кипения хлора равна (- 33,6 °С), а температура плавления хлора(-100,98 °С). Элемент хлор относится к ряду галогенов (фтор F2, хлор Cl2, бром Br2, йод I2, астат At2 ), что придаёт ему некоторые особенности при химических реакциях. В реакциях с другими галогенами элемент хлор вытесняет любой из галогенов, стоящих после него (бром, йод и астат). Газ хлор отлично растворяется в холодной воде, 1 объём воды растворяет около 2 объёмов газа хлора с образованием двух кислот: соляной кислоты (HCl) и хлорноватистой (HClO), последняя не стойкая и распадается на атомарный кислород и соляную кислоту. Полученная кислота является одной из сильных кислот. Элемент хлор имеет прекрасное дезенфецирующее свойство. Он уничтожает практически все живые организмы в сфере своего влияния, что делает его полезным в медицине и домашнем хозяйстве (порошки, хлорка – тоже хлорная вода, соды с содержанием хлора). Сухой газ хлор такой способности не имеет. Раствор хлора в воде носит название «хлорной воды» которая имеет прекрасное свойство отбеливания материалов (особенно тканей). Раствор хлора «уничтожает» краску на одежде, поэтому если не хотите, чтобы ваша кофточка или рубашка покрылась белыми пятнами - не используйте такую воду при стирке цветного белья. Достаточно просто поместить влажную крашенную ткань в струю хлора, как вскоре она потеряет свой цвет и превратится в чисто-белую. Как хлорная вода влияет на волосы при купании например в бассейне - можно ознакомиться на странице Органические вещества. Состав шампуня.

Последнее изменение: Среда, 24 Февраль 2016, 00:41