Vrste hemijskih veza. Hemijska veza Hcl kakva hemijska veza
169338 0
Svaki atom ima određeni broj elektrona.
Ulazeći u hemijske reakcije, atomi doniraju, stječu ili socijaliziraju elektrone, dostižući najstabilniju elektroničku konfiguraciju. Najstabilnija je konfiguracija s najmanjom energijom (kao kod atoma plemenitih plinova). Ovaj obrazac naziva se "pravilom okteta" (slika 1).
Slika: jedan.
Ovo se pravilo odnosi na sve vrste veza... Elektroničke veze između atoma omogućavaju im stvaranje stabilnih struktura, od najjednostavnijih kristala do složenih biomolekula koje u konačnici tvore živi sistem. Od kristala se razlikuju kontinuiranim metabolizmom. Štoviše, mnoge hemijske reakcije odvijaju se prema mehanizmima elektronički prijenos, koji igraju bitnu ulogu u energetskim procesima u tijelu.
Hemijska veza je sila koja zajedno drži dva ili više atoma, iona, molekula ili bilo koju njihovu kombinaciju.
Priroda hemijske veze je univerzalna: to je elektrostatička sila privlačenja između negativno nabijenih elektrona i pozitivno nabijenih jezgara, određena konfiguracijom elektrona u spoljnoj ovojnici atoma. Nazvana je sposobnost atoma da stvara hemijske veze valencija, ili oksidaciono stanje... Pojam valencije povezan je sa valentni elektroni - elektroni koji tvore hemijske veze, odnosno oni koji se nalaze u orbitalama sa najvišom energijom. Sukladno tome, naziva se vanjska ljuska atoma koja sadrži ove orbitale valentna školjka... Trenutno nije dovoljno naznačiti prisustvo hemijske veze, već je potrebno razjasniti njen tip: jonski, kovalentni, dipol-dipol, metalni.
Prva vrsta komunikacije jejonski veza
Prema elektronskoj teoriji valencije Lewisa i Kossela, atomi mogu postići stabilnu elektroničku konfiguraciju na dva načina: prvo, gubljenjem elektrona, pretvaranjem u kationi, drugo, njihovo stjecanje, pretvaranje u anioni... Kao rezultat prenosa elektrona usled elektrostatičke sile privlačenja između jona sa nabojima suprotnog predznaka nastaje hemijska veza nazvana Kossel “ elektrovalent"(Sada se zove jonski).
U ovom slučaju, anioni i kationi čine stabilnu elektroničku konfiguraciju sa ispunjenom vanjskom elektronskom ljuskom. Tipične jonske veze nastaju od kationa T i II grupa periodičnog sistema i aniona nemetalnih elemenata VI i VII grupa (16 i 17 podgrupa, respektivno, halkogenii halogeni). Veze jonskih spojeva su nezasićene i neusmjerene, pa zadržavaju mogućnost elektrostatičke interakcije s drugim ionima. Na sl. Slike 2 i 3 pokazuju primjere jonskih veza koje odgovaraju Kosselovom modelu prijenosa elektrona.
Slika: 2
Slika: 3 Jonska veza u molekulu natrijum hlorida (NaCl)
Ovdje je prikladno podsjetiti se na neka svojstva koja objašnjavaju ponašanje supstanci u prirodi, posebno razmotriti koncept kiselinei osnova.
Vodene otopine svih ovih supstanci su elektroliti. Oni mijenjaju boju na različite načine indikatori... Mehanizam djelovanja indikatora otkrio je F.V. Ostwald. Pokazao je da su pokazatelji slabe kiseline ili baze, čija je boja različita u nerazdvojenim i odvojenim stanjima.
Baze su sposobne da neutrališu kiseline. Nisu sve baze topive u vodi (na primjer, neka organska jedinjenja koja ne sadrže OH-skupine su netopiva, posebno trietilamin N (C 2 H 5) 3); nazivaju se rastvorljive baze lužine.
Vodene otopine kiselina ulaze u karakteristične reakcije:
a) sa metalnim oksidima - uz stvaranje soli i vode;
b) sa metalima - sa stvaranjem soli i vodonika;
c) sa karbonatima - sa stvaranjem soli, CO 2 i H 2 O.
Osobine kiselina i baza opisane su u nekoliko teorija. U skladu s teorijom S.A. Arrhenius, kiselina je supstanca koja disocira stvarajući ione H +, dok baza stvara jone JE LI ON -. Ova teorija ne uzima u obzir postojanje organskih baza koje nemaju hidroksilne grupe.
Prema protonaprema teoriji Bronsteda i Lowryja, kiselina je supstanca koja sadrži molekule ili ione koji doniraju protone ( donatoriprotoni), a baza je supstanca koja se sastoji od molekula ili jona koji prihvaćaju protone ( akceptoriprotoni). Imajte na umu da u vodenim rastvorima joni vodonika postoje u hidratiziranom obliku, odnosno u obliku hidronijevih iona H 3 O +. Ova teorija opisuje reakcije ne samo sa vodom i hidroksidnim ionima, već i izvedene u odsustvu rastvarača ili sa ne-vodenim rastvaračem.
Na primjer, u reakciji između amonijaka NH 3 (slaba baza) i hlorovodonik u gasnoj fazi formiraju čvrsti amonijum-hlorid, a u ravnotežnoj smjesi dvije supstance uvijek postoje 4 čestice, od kojih su dvije kiseline, a druge dvije baze:
Ova ravnotežna smjesa sastoji se od dva konjugirana para kiselina i baza:
1) NH 4 + i NH 3
2) HCli Sl ‑
Ovdje se u svakom konjugiranom paru kiselina i baza razlikuju za jedan proton. Svaka kiselina ima bazu konjugiranu s njom. Jaka kiselina odgovara slaboj konjugovanoj bazi, a slaba kiselina odgovara jakoj konjugovanoj bazi.
Bronsted-Lowryjeva teorija omogućava nam da objasnimo jedinstvenost uloge vode za život biosfere. Voda, ovisno o supstanci koja s njom djeluje, može pokazivati \u200b\u200bsvojstva kiseline ili baze. Na primjer, u reakcijama s vodenim otopinama octene kiseline voda je baza, a s vodenim otopinama amonijaka kiselina.
1) CH 3 COOH + H 2 O ↔ H 3 O + + CH 3 COO -. Ovdje molekul octene kiseline donira proton molekuli vode;
2) NH 3 + H 2 O ↔ NH 4 + + JE LI ON -. Ovdje molekul amonijaka prihvaća proton iz molekule vode.
Dakle, voda može formirati dva konjugirana para:
1) H 2 O (kiselina) i JE LI ON - (konjugirana baza)
2) H 3 O + (kiselina) i H 2 O(konjugovana osnova).
U prvom slučaju voda daruje proton, au drugom ga prihvaća.
Ovo svojstvo se zove amfiprotoničnost... Nazvane su supstance koje mogu reagirati i kao kiseline i kao baze amfoterni... Takve se supstance često nalaze u živoj prirodi. Na primjer, aminokiseline su sposobne stvarati soli i s kiselinama i s bazama. Stoga peptidi lako formiraju koordinacijske spojeve sa prisutnim metalnim ionima.
Dakle, karakteristično svojstvo jonske veze je potpuno kretanje snopa veznih elektrona u jednu od jezgara. To znači da između jona postoji područje u kojem je gustina elektrona gotovo nula.
Druga vrsta komunikacije jekovalentni veza
Atomi mogu stvarati stabilne elektronske konfiguracije dijeleći elektrone.
Takva veza nastaje kada se par elektrona socijalizira jedan po jedan od svake atom. U ovom slučaju, socijalizirani elektroni veze jednako su raspoređeni između atoma. Primjeri kovalentnih veza uključuju homonuklearnodvoatomni molekuli H 2 , N 2 , F 2 Alotropi imaju isti tip veze. O 2 i ozon O 3 i polatomski molekul S 8, kao i heteronuklearni molekuli hlorovodonik Hcl, ugljen-dioksid CO 2, metan CH 4, etanol OD 2 H 5 JE LI ON, sumpor heksafluorid SF 6, acetilen OD 2 H 2 Svi ovi molekuli imaju zajedničke iste elektrone, a njihove veze su zasićene i usmjerene na isti način (slika 4).
Za biologe je važno da se kovalentni radijusi atoma u dvostrukim i trostrukim vezama smanje u poređenju sa jednostrukom vezom.
Slika: četiri. Kovalentna veza u molekulu Cl2.
Tipovi jonske i kovalentne veze dva su ograničavajuća slučaja mnogih postojećih vrsta hemijskih veza, a u praksi je većina veza posredna.
Spojevi dvaju elemenata smještenih na suprotnim krajevima jednog ili različitih perioda Mendelejeva sistema pretežno tvore jonske veze. Kako se elementi približavaju jedni drugima unutar perioda, jonski karakter njihovih spojeva opada, a kovalentni karakter raste. Na primjer, halogenidi i oksidi elemenata na lijevoj strani periodnog sustava tvore pretežno jonske veze ( NaCl, AgBr, BaSO 4, CaCO 3, KNO 3, CaO, NaOH), a isti spojevi elemenata s desne strane tablice su kovalentni ( H2O, CO2, NH3, NO2, CH4, fenol C 6 H 5 OH, glukoza C 6 H 12 O 6, etanol C 2 H 5 OH).
Kovalentna veza, pak, ima još jednu modifikaciju.
U polikatomskim ionima i u složenim biološkim molekulima oba elektrona mogu poticati samo jedanatom. To se zove donatorelektronički par. Nazvan je atom koji socijalizira ovaj par elektrona sa donorom akceptorelektronički par. Ova vrsta kovalentne veze se naziva koordinacija (donor-akceptor, ilidativ) komunikacija(sl. 5). Ova vrsta veze je najvažnija za biologiju i medicinu, jer se kemija najvažnijih d-elemenata za metabolizam uglavnom opisuje koordinacijskim vezama.
Sl. pet.
Po pravilu, u složenom spoju atom metala djeluje kao akceptor elektronskog para; naprotiv, u jonskim i kovalentnim vezama atom metala je donor elektrona.
Suština kovalentne veze i njene raznolikosti - koordinacijske veze - mogu se razjasniti upotrebom druge teorije kiselina i baza koju je predložio GN. Lewis. Nešto je proširio koncept pojmova "kiselina" i "baza" prema Bronsted-Lowry teoriji. Lewisova teorija objašnjava prirodu stvaranja složenih iona i učešće supstanci u reakcijama nukleofilne supstitucije, odnosno u stvaranju CS.
Prema Lewisu, kiselina je supstanca sposobna da stvori kovalentnu vezu prihvatanjem elektronskog para iz baze. Lewisova baza je supstanca koja ima usamljeni elektronski par, koji doniranjem elektrona tvori kovalentnu vezu sa Lewisic kiselinom.
Odnosno, Lewisova teorija proširuje spektar kiselinsko-baznih reakcija na reakcije u kojima protoni uopće ne sudjeluju. Štoviše, sam proton, prema ovoj teoriji, također je kiselina, jer je sposoban prihvatiti elektronski par.
Prema tome, prema ovoj teoriji, kationi su Lewisove kiseline, a anioni Lewisove baze. Primjer su sljedeće reakcije:
Gore je zabilježeno da je podjela supstanci na jonske i kovalentne relativna, jer se ne događa potpuni prijelaz elektrona iz atoma metala u akceptorske atome u kovalentnim molekulama. U spojevima sa jonskim vezama, svaki jon je u električnom polju jona suprotnog predznaka, pa se međusobno polariziraju, a ljuske su im deformirane.
Polarizabilnostodređena elektronskom strukturom, nabojem i veličinom jona; veći je za anione nego za kation. Najveća polarizibilnost među kationima je kod kationa s većim nabojem i manje veličine, na primjer, za Hg 2+, Cd 2+, Pb 2+, Al 3+, Tl 3+... Ima snažan polarizacijski efekat H +. Budući da je utjecaj polarizacije jona dvostran, to značajno mijenja svojstva spojeva koji nastaju od njih.
Treći tip veze jedipol-dipol veza
Pored navedenih vrsta komunikacije postoje i dipol-dipol intermolekularnointerakcije, takođe nazvane vanderwaals .
Snaga ovih interakcija ovisi o prirodi molekula.
Postoje tri vrste interakcija: trajni dipol - trajni dipol ( dipol-dipol atrakcija); trajni dipol - inducirani dipol ( indukcija atrakcija); trenutni dipol - inducirani dipol ( disperzivna gravitacija, ili londonske sile; sl. 6).
Slika: 6.
Samo molekuli sa polarnim kovalentnim vezama imaju dipol-dipolni moment ( HCl, NH3, SO2, H20, C6H5Cl), a čvrstoća veze je 1-2 debaya(1D \u003d 3,338 × 10 ‑30 metara kulona - cm × m).
U biohemiji se razlikuje druga vrsta veze - vodonik granična veza dipol-dipol atrakcija. Ova veza nastaje privlačenjem između atoma vodonika i malog elektronegativnog atoma, najčešće kiseonika, fluora i azota. S velikim atomima koji imaju sličnu elektronegativnost (na primjer, s klorom i sumporom), vodikova veza je mnogo slabija. Atom vodonika razlikuje se u jednoj bitnoj osobini: kada se elektroni koji se vežu povuku unazad, njegova jezgra - proton - bude izložena i prestaje da se elektronira pod ekranizaciju.
Stoga se atom pretvara u veliki dipol.
Vodonična veza, za razliku od van der Waalsove veze, ne nastaje samo tokom intermolekularnih interakcija, već i unutar jednog molekula - intramolekularnovodonična veza. Vodikove veze igraju važnu ulogu u biokemiji, na primjer, za stabilizaciju strukture proteina u obliku a-zavojnice ili za stvaranje dvostruke zavojnice DNA (slika 7).
Slika 7.
Vodikova i van der Waalsova veza su mnogo slabije od jonskih, kovalentnih i koordinacijskih veza. Energija intermolekularnih veza prikazana je u tabeli. jedan.
Tabela 1. Energija intermolekularnih sila
Bilješka: Stupanj intermolekularnih interakcija odražava vrijednosti entalpije topljenja i isparavanja (ključanja). Jonski spojevi zahtijevaju znatno više energije za odvajanje iona nego za odvajanje molekula. Entalpije topljenja jonskih jedinjenja mnogo su veće od molekula.
Četvrti tip veze jemetalna veza
Konačno, postoji još jedna vrsta intermolekularnih veza - metal: povezanost pozitivnih jona rešetke metala sa slobodnim elektronima. Ova vrsta veze se ne javlja u biološkim objektima.
Iz kratkog pregleda vrsta veza postaje jasan jedan detalj: važan parametar atoma ili metalnog iona - donora elektrona, kao i atoma - akceptora elektrona, je njegov veličina.
Ne ulazeći u detalje, napominjemo da se kovalentni radijusi atoma, jonski radijusi metala i van der Waalsovi radijusi molekula u interakciji povećavaju kako se njihov redni broj u grupama periodičnog sistema povećava. U ovom su slučaju vrijednosti radijusa jona najmanje, a van der Waalsovi radijusi najveći. Po pravilu, pri kretanju niz grupu, povećavaju se radijusi svih elemenata, i kovalentnih i van der Waalsovih.
Za biologe i ljekare najvažnije su koordiniranje(donor-akceptor) veze koje razmatra koordinaciona hemija.
Medicinska bioorganska. G.K. Baraškov
Zadatak broj 1
Sa predložene liste odaberite dva spoja u kojima je prisutna jonska hemijska veza.
- 1. Ca (ClO 2) 2
- 2. HClO 3
- 3. NH 4 Cl
- 4. HClO 4
- 5. Cl 2 O 7
Odgovor: 13
U pretežnoj većini slučajeva moguće je utvrditi prisustvo jonskog tipa veze u spoju činjenicom da su atomi tipičnog metala i atomi nemetala istovremeno uključeni u njegove strukturne jedinice.
Na osnovu toga utvrđujemo da u spoju postoji jonska veza pod brojem 1 - Ca (ClO 2) 2, budući da u njegovoj formuli možete vidjeti atome tipičnog metalnog kalcijuma i atome nemetala - kiseonika i klora.
Međutim, na ovoj listi više nema spojeva koji sadrže i atome metala i nemetale.
Među jedinjenjima navedenim u zadatku nalazi se amonijum-hlorid, u kojem se jonska veza ostvaruje između amonijum-kationa NH 4 + i hlorid-jona Cl -.
Zadatak broj 2
Iz ponuđenog popisa odaberite dva spoja u kojima je vrsta hemijske veze ista kao u molekulu fluora.
1) kiseonik
2) dušikov oksid (II)
3) vodonik-bromid
4) natrijum jodid
U polje za odgovor zapišite brojeve odabranih veza.
Odgovor: 15
Molekula fluora (F 2) sastoji se od dva atoma jednog hemijskog elementa nemetala, stoga je hemijska veza u ovoj molekuli kovalentna nepolarna.
Kovalentna nepolarna veza može se ostvariti samo između atoma istog hemijskog elementa nemetala.
Od predloženih opcija, samo kisik i dijamant imaju kovalentnu nepolarnu vezu. Molekula kisika je dvoatomna, sastoji se od atoma jednog hemijskog elementa nemetala. Dijamant ima atomsku strukturu iu svojoj strukturi je svaki atom ugljenika, koji je nemetal, povezan sa 4 druga atoma ugljenika.
Dušikov oksid (II) je supstanca koja se sastoji od molekula formiranih od atoma dva različita nemetala. Budući da su elektronegativnosti različitih atoma uvijek različite, ukupni elektronski par u molekuli pomaknut je prema elektronegativnijem elementu, u ovom slučaju kiseoniku. Dakle, veza u molekuli NO je kovalentna polarna.
Vodikov bromid se takođe sastoji od dvoatomskih molekula koji se sastoje od atoma vodonika i broma. Ukupni elektronski par koji stvara vezu H-Br pomaknut je prema elektronegativnijem atomu broma. Hemijska veza u molekuli HBr je takođe kovalentna polarna.
Natrijum jodid je jonska supstanca nastala metalnim kationom i jodid anionom. Veza u molekuli NaI nastaje uslijed prijelaza elektrona iz 3 s-orbitala atoma natrijuma (atom natrijuma pretvara se u kation) do nedovoljno ispunjenih 5 str-orbital jodnog atoma (jodni atom se pretvara u anion). Ova hemijska veza naziva se jonska.
Zadatak broj 3
S predložene liste odaberite dvije supstance između molekula kojih nastaju vodikove veze.
- 1.C 2 H 6
- 2.C 2 H 5 OH
- 3. H 2 O
- 4. CH 3 OCH 3
- 5. CH 3 COCH 3
U polje za odgovor zapišite brojeve odabranih veza.
Odgovor: 23
Objašnjenje:
Vodikove veze odvijaju se u supstancama molekularne strukture u kojima su prisutne kovalentne veze H-O, H-N, H-F. Oni. kovalentne veze atoma vodonika sa atomima tri hemijska elementa sa najvećom elektronegativnošću.
Dakle, očito postoje vodonične veze između molekula:
2) alkoholi
3) fenoli
4) karboksilne kiseline
5) amonijak
6) primarni i sekundarni amini
7) fluorovodonična kiselina
Zadatak broj 4
S popisa odaberite dva spoja sa jonskim hemijskim vezama.
- 1.PCl 3
- 2.CO 2
- 3. NaCl
- 4.H 2 S
- 5. MgO
U polje za odgovor zapišite brojeve odabranih veza.
Odgovor: 35
Objašnjenje:
U ogromnoj većini slučajeva moguće je izvesti zaključak o prisustvu jonskog tipa veze u spoju činjenicom da su atomi tipičnog metala i atomi nemetala istovremeno uključeni u strukturne jedinice supstanca.
Na osnovu toga utvrđujemo da u spoju pod brojem 3 (NaCl) i 5 (MgO) postoji jonska veza.
Bilješka*
Pored gornje osobine, prisustvo jonske veze u spoju može se reći ako njegova strukturna jedinica sadrži amonijum-kation (NH 4 +) ili njegove organske analoge - alkilamonijumove katione RNH 3 +, dialkilamonijum R 2 NH 2 +, trialkilamonijum R 3 NH + ili tetraalkilamonijum R 4 N +, gdje je R neki ugljikovodični radikal. Na primjer, jonski tip veze odvija se u spoju (CH 3) 4 NCl između kationa (CH 3) 4 + i kloridnog jona Cl -.
Zadatak broj 5
S predložene liste odaberite dvije supstance iste vrste strukture.
4) kuhinjska sol
U polje za odgovor zapišite brojeve odabranih veza.
Odgovor: 23
Zadatak broj 8
S predložene liste odaberite dvije supstance nemolekularne strukture.
2) kiseonik
3) beli fosfor
5) silicijum
U polje za odgovor zapišite brojeve odabranih veza.
Odgovor: 45
Zadatak broj 11
S predložene liste odaberite dvije supstance u molekulima kojih postoji dvostruka veza između atoma ugljika i kisika.
3) formaldehid
4) sirćetna kiselina
5) glicerin
U polje za odgovor zapišite brojeve odabranih veza.
Odgovor: 34
Zadatak broj 14
S predložene liste odaberite dvije supstance s jonskom vezom.
1) kiseonik
3) ugljen monoksid (IV)
4) natrijum hlorid
5) kalcijum-oksid
U polje za odgovor zapišite brojeve odabranih veza.
Odgovor: 45
Zadatak broj 15
S predložene liste odaberite dvije supstance s istom vrstom kristalne rešetke kao dijamant.
1) silicijum dioksid SiO 2
2) natrijum oksid Na 2 O
3) ugljen monoksid CO
4) bijeli fosfor P 4
5) silicijum Si
U polje za odgovor zapišite brojeve odabranih veza.
Odgovor: 15
Zadatak broj 20
S predložene liste odaberite dvije supstance u molekulima kojih postoji jedna trostruka veza.
- 1. HCOOH
- 2. HCOH
- 3.C 2 H 4
- 4.N 2
- 5.C 2 H 2
U polje za odgovor zapišite brojeve odabranih veza.
Odgovor: 45
Objašnjenje:
Da bismo pronašli tačan odgovor, nacrtajmo strukturne formule spojeva sa predstavljene liste:
Dakle, vidimo da postoji trostruka veza u molekulima azota i acetilena. Oni. tačni odgovori 45
Zadatak broj 21
S predložene liste odaberite dvije supstance u molekulima kojih postoji kovalentna nepolarna veza.
1. Zemnoalkalijski metali su5) na s– elemente
6) do p - elementi
7) do d - elementi
8) do f - elementi
2. Koliko elektrona sadrže atomi zemnoalkalnih metala na vanjskom energetskom nivou?
1) Jedan 2) dva 3) tri 4) četiri
3. U hemijskim reakcijama, atomi aluminijuma pokazuju
3) Oksidaciona svojstva 2) kisela svojstva
4) 3) reducirajuća svojstva 4) osnovna svojstva
4. Interakcija kalcijuma s klorom odnosi se na reakcije
1) Razgradnje 2) jedinjenja 3) supstitucije 4) razmjena
5. Molekularna težina natrijum bikarbonata je:
1) 84 2) 87 3) 85 4) 86
3. Koji je atom teži - gvožđe ili silicijum - i koliko puta?4. Odredite relativne molekulske težine jednostavnih supstanci: vodonik, kiseonik, klor, bakar, dijamant (ugljenik). Sjetite se koji se od njih sastoje od dvoatomskih molekula, a koji od atoma.
5. Izračunati relativne molekulske težine sljedećih spojeva ugljičnog dioksida CO2 sumporne kiseline H2SO4 šećer C12H22O11 etilni alkohol C2H6O mramor CaCPO3
6. U vodikovom peroksidu postoji jedan atom vodonika za jedan atom kisika. Odredite formulu za vodonik-peroksid ako znate da je njegova relativna molekulska masa 34. Koji je maseni odnos vodonika i kiseonika u ovom spoju?
7. Koliko je puta molekul ugljen-dioksida teži od molekula kisika?
Pomozite pozhzhzhzhzhaluysta, zadatak 8. razreda.