Меню

Строение веществ Химическая связь



Тема 2.2. Химический состав клетки. — 10-11 класс, Пасечник (рабочая тетрадь).

1. Дайте определения понятий.
Клетка – элементарная единица живого, обладающая всеми признаками организма: способностью к размножению, росту, обмену веществ и энергией с окружающей средой, раздражимостью, постоянством химического сотсава.
Макроэлементы – элементы, количество которых в клетке составляет до 0.001% от массы тела. Примеры – кислород, углерод, азот, фосфор, водород, сера, железо, натрий, кальций и др.
Микроэлементы – элементы, количество которых в клетке составляет от 0.001% до 0.000001% от массы тела. Примеры – бор, медь, кобальт, цинк, йод и др.
Ультрамикроэлементы – элементы, содержание которых в клетке не превышает 0.000001% от массы тела. Примеры – золото, ртуть, цезий, селен и др.

2. Составьте схему «Вещества клетки».

veschestva-kletki

3. О чем говорит научный факт сходства элементарного химического состава живой и неживой природы?
Это указывает на общность живой и неживой природы.

Неорганические вещества. Роль воды и минеральных веществ в жизнедеятельности клетки.
1. Дайте определения понятий.
Неорганические вещества – это вода, минеральные соли, кислоты, анионы и катионы, присутствующие как в живых, так и в неживых организмах.
Вода – одно из самых распространенных неорганических веществ в природе, молекула которого состоит из двух атомов водорода и одного атом кислорода.

2. Нарисуйте схему «Строение воды».

stroenie-vody

3. Какие особенности строения молекул воды придают ей уникальные свойства, без которых невозможна жизнь?
Структура молекулы воды образована двумя атомами водорода и одним атомом кислорода, которые образуют диполь, то есть вода имеет две полярности «+»и»-«.Это способствует ее проницаемости через стенки мембраны, способностью растворять химические вещества. Кроме того, диполи воды связываются водородными связями друг с другом, что обеспечивает ее способность быть в различных агрегатных состояниях, а также — растворять или не растворять различные вещества.

4. Заполните таблицу «Роль воды и минеральных веществ в клетке».

rol-vody

5. Каково значение относительного постоянства внутренней среды клетки в обеспечении процессов ее жизнедеятельности?
Постоянство внутренней среды клетки называется гомеостазом. Нарушение гомеостаза влечёт к повреждению клетки или к её смерти, в клетке постоянно происходит пластический обмен и энергетический обмен, это две составляющие метаболизма, и нарушение этого процесса ведёт к повреждению или к гибели всего организма.

6. В чем состоит назначение буферных систем живых организмов и каков принцип их функционирования?
Буферные системы поддерживают определенное значение рН (показатель кислотности) среды в биологических жидкостях. Принцип функционирования заключается в том, что рН среды зависит от концентрации протонов в этой среде (Н+). Буферная система способна поглощать или отдавать протоны в зависимости от их поступления в среду извне или, напротив, удаления из среды, при этом рН не будет изменяться. Наличие буферных систем необходимо в живом организме, так как из-за изменения условий окружающей среды рН может сильно меняться, а большинство ферментов работает только при определенном значении рН.
Примеры буферных систем:
карбонатно-гидрокарбонатная (смесь Na2СО3 и NaHCO3)
фосфатная (смесь K2HPO4 и KH2PO4).

Органические вещества. Роль углеводов, липидов и белков в жизнедеятельности клетки.
1. Дайте определения понятий.
Органические вещества – это вещества, в состав которых обязательно входит углерод; они входят в состав живых организмов и образуются только при их участии.
Белки – высокомолекулярные органические вещества, состоящие из альфа-аминокислот, соединённых в цепочку пептидной связью.
Липиды – обширная группа природных органических соединений, включающая жиры и жироподобные вещества. Молекулы простых липидов состоят из спирта и жирных кислот, сложных — из спирта, высокомолекулярных жирных кислот и других компонентов.
Углеводы – это органические вещества, в своем составе имеющие карбонильную и несколько гидроксильных групп и иначе называемые сахарами.

2. Впишите в таблицу недостающую информацию «Строение и функции органических веществ клетки».

stroenie-i-funkcii-oraganicheskih-veschestv-kletki

3. Что понимают под денатурацией белка?
Денатурация белка – это утрата белком своей природной структуры.

Нуклеиновые кислоты, АТФ и другие органические соединения клетки.
1. Дайте определения понятий.
Нуклеиновые кислоты – это биополимеры, состоящие из мономеров – нуклеотидов.
АТФ – это соединение, состоящее из азотистого основания аденина, углевода рибозы и трех остатков фосфорной кислоты.
Нуклеотид – это мономер нуклеиновой кислоты, который состоит из фосфатной группы, пятиуглеродного сахара (пентозы) и азотистого основания.
Макроэргическая связь – это связь между остатками фосфорной кислоты в АТФ.
Комплементарность – это пространственное взаимное соответствие нуклеотидов.

2. Докажите, что нуклеиновые кислоты являются биополимерами.
Нуклеиновые кислоты состоят из большого количества повторяющихся нуклеотидов и имеют массу 10.000 до нескольких миллионов углеродных единиц.

3. Охарактеризуйте особенности строения молекулы нуклеотида.
Нуклеотид представляет собой соединение из трех компонентов: остатка фосфорной кислоты, пятиуглеродного сахара (рибозы), и одного из азотистых соединений (аденин, гуанин, цитозин, тимин или урацил).

4. Какое строение имеет молекула ДНК?
ДНК – двойная спираль, состоящая из множества нуклеотидов, которые последовательно соединяются между собой за счет ковалентных связей между дезоксирибозой одного и остатком фосфорной кислоты другого нуклеотида. Азотистые основания, которые располагаются по одну сторону от остова одной цепи, связаны Н-связями с азотистыми основаниями второй цепи по принципу комплементарности.

5. Применив принцип комплементарности, постройте вторую цепочку ДНК.
Т-А-Т-Ц-А-Г-А-Ц-Ц-Т-А-Ц
А-Т-А-Г-Т-Ц-Т-Г-Г-А-Т-Г.

6. Каковы основные функции ДНК в клетке?
При помощи четырех типов нуклеотидов в ДНК записана вся важная информация в клетке об организме, которая передается последующим поколениям.

7. Чем молекула РНК отличается от молекулы ДНК?
РНК представляет собой одинарную цепь меньшего, чем ДНК, размера. В нуклеотидах находится сахар рибоза, а не дезоксирибоза, как в ДНК. Азотистым основанием, вместо тимина, является урацил.

8. Что общего в строении молекул ДНК и РНК?
И РНК, и ДНК являются биополимерами, состоящими из нуклеотидов. В нуклеотидах общим в строении является наличие остатка фосфорной кислоты и оснований аденина, гуанина, цитозина.

9. Заполните таблицу «Типы РНК и их функции в клетке».

tipy-rnk

10. Что такое АТФ? Какова его роль в клетке?
АТФ – аденозинтрифосфат, макроэргическое соединение. Его функции – универсальный хранитель и переносчик энергии в клетке.

11. Каково строение молекулы АТФ?
АТФ состоит из трех остатков фосфорной кислоты, рибозы и аденина.

12. Что представляют собой витамины? На какие две большие группы их разделяют?
Витамины – биологически активные органические соединения, играющие важную роль в процессах обмена веществ. Их разделяют на водорастворимые (С, В1, В2 и др.) и жирорастворимые (А, Е и др.).

13. Заполните таблицу «Витамины и их роль в организме человека».

Источник

—>Коллеги — педагогический журнал Казахстана —>

КРАТКОСРОЧНЫЙ ПЛАН
Тема урока: Взаимосвязь между типами связей, видами кристаллических решеток и свойствами веществ.
Цели обучения, которые помогает достичь данный урок:8.1.4.3 -объяснять зависимость свойств веществ от типа решетки
Цель урока
Все учащиеся:
объясняют зависимость свойств веществ от типа кристаллических решеток;
Большинство учащихся:
сравнивают физические свойства вещества на основании способов и /или/ форм соединения частиц в кристаллической решётке.
Некоторые учащиеся:
по физическим свойствам вещества прогнозируют тип кристаллической решётки /или возможную формулу/
Критерии Оценки:
Объясняет зависимость свойств веществ от типа кристаллических решеток;
Сравнивает физические свойства вещества на основании способов и /или/ форм соединения частиц в кристаллической решётке.
По физическим свойствам вещества прогнозирует тип кристаллической решётки /или возможную формулу/

Ход урока
Наш урок я хочу начать словами.
Исследование создает новое знание.
Н. Армстронг
А теперь поприветствуйте дуг друга как в Индии /приветствие аджали/, как в Иране /протягивают одну руку друг другу, а другую прижимают к сердцу/, как в Кении масаи /прыжки на месте/, как американцы, как казахи.
Разбивка на группы. Приём «Молекулы». Учащиеся движутся хаотично. По команде собираются в группы по 2, по 3, по 4 и т.п. пока не будут собраны в рабочие группы.

Стадия вызова.
В городе Вещество обитают самые разные жители. Они, как и в других городах, занимаются разными делами. И как в любом городе здесь есть и добропорядочные граждане и нарушители спокойствия.
Нас вызвали в город Вещество в качестве следователей.
Но расследование будет необычным.
Наша работа будет называться «Дело о Мистере Х»
Также нам будет помогать в расследовании один местный житель. Будет приносить нам некоторые подсказки.
За каждый правильный шаг в следствии вы будете получать фишки. В конце урока мы подсчитаем количество фишек полученных вами и присвоим вам «звание»
Как и в каждом расследовании необходимо знать, какие связи в городе.
Сегодня мы продолжим изучать строение веществ.
Какой раздел химии мы изучали с вами на последних уроках?
Предполагаемый ответ: типы химических связей.

Читайте также:  Рыбалка в Удмуртии 2021 клев рыбы прогноз календарь рыбака лунный 3 5 7 10 зима лето весна осень

На предыдущих занятиях мы познакомились почему и как атомы собираются в молекулы.

Какие агрегатные состояния вещества нам известны?
Предполагаемый ответ: твердое, жидкое, газообразное.

А как расположены атомы и молекулы в различных агрегатных состояниях?
Предполагаемый ответ: в твердом веществе частицы расположены близко, в жидком – расстояние между ними больше, в газообразном – очень большие

Стало известно, что Мистер Х живет в квартале Твёрдых веществ.

А сегодня мы познакомимся каким образом удерживаются частицы вещества в твердых веществах.
Целеполагание. Выведение темы и цели урока.
Актуализация знаний

Чтобы приступить к основной работе проведем «предварительное следствие»-«О химических связях»

Задание 1. О химических связях
Цель: актуализировать знания о типах химических связей
Метод «Экспрес – портрет»
Каждой группе предлагается один из терминов /ковалентная неполярная, ковалентная полярная связь, ионная связь, металлическая связь/.
Необходимо из предложенных карточек выбрать соответствующее понятие, вырезать и наклеить на лист.
Тип связи → участвующие элементы → электроотрицательность → примеры.

Лист с ответом вывешивается на доску. Проверяется другими группами.
За работу без ошибки – 2 жетона, 1 ошибка – 1 жетон, 2 -3 ошибки – без жетона.

Операционный этап.
Продолжим наше следствие. Проведем предварительную экспертизу материалов дела.
В квартале Твёрдые вещества города Вещество фигурируют два клана. Один из них возглавляет Мистер Х. Только отличить представителей кланов друг от друга затруднительно.
Чтобы продолжить дело надо научиться их распознавать.
Перед вами лежат «Улики» из разных кланов. Научитесь их разделять.
Задание 2. «Предварительная экспертиза».
Даются образцы: пластилин, парафин, поваренная соль, медный купорос. Необходимо ответить на вопрос «Что общего между ними?». Разделить эти вещества на 2 группы. Назовите эти группы.

Предполагаемый ответ:
Все эти вещества – твёрдые. Две группы: аморфные вещества /пластилин , парафин/ и кристаллические вещества /поваренная соль, медный купорос/

По окончании работы группы озвучивают свой ответ с места.
За работу без ошибки – 2 жетона, 1 ошибка – 1 жетон, 2 -3 ошибки – без жетона.

Альтернатива
Задание 2. Составление кластера «Твердые вещества».
Цель: научиться различать кристаллические и аморфные вещества
А по каким признакам можно распознать эти вещества?

Предполагаемый ответ: аморфные не имеют постоянной формы и температуры плавления, кристаллические вещества имеют постоянную форму и температуру плавления.
По окончании работы группы предоставляют кластер

Взаимопроверка работ групп по слайду.
За работу без ошибки – 2 жетона, 1 ошибка – 1 жетон, 2 -3 ошибки – без жетона.

Задание 3. Следственные действия
Приём «Лоскутное одеяло». Лист бумаги делится на сегменты. Каждый член группы записывает свое объяснение. Если какой-то сектор не заполнен, его просто заполняют штрихами. «Лоскутное одеяло» передается соседней группе для проверки

Почему же аморфные и кристаллические вещества отличаются по свойствам?

Демонстрация модели кристаллического и аморфного вещества

Вывод: в аморфных веществах частицы расположены хаотично, в кристаллических веществах частицы расположены упорядочено – имеют кристаллическую решётку.

Взаимопроверка работ групп по слайду
За работу без ошибки – 2 жетона, 1 ошибка – 1 жетон, 2 -3 ошибки – без жетона.

Новое сообщение. Мистер Х принадлежит к клану КРИСТАЛЛИЧЕСКИЕ ВЕЩЕСТВА.
Чтобы найти в большом городе разыскиваемого Мистера Х нам необходимо выяснить особые признаки этого клана
Продолжим нашу работу. Как и в любом следствии необходимо изучать документы, чтобы понимать с чем имеешь дело.

Задание 3.«Работа с документами»
Работа с текстом учебника. Найти определение.
Что такое кристаллическая решётка?

Мы очень хорошо поработали, но надо быть и в хорошей физической форме.
Физминутка.
Перед вами Периодическая система химических элементов. Покажите:
Период /руки в стороны), группа – руки вверх, В этой части ПС в основном неметаллы / руки вверх и влево/, в этой части ПС в основном металлы /наклон влево, вниз руками/ и т.п.

«Оперативная сводка»
Оперативникам города Вещество удалось задержать сообщников Мистера Х. Они провели первый допрос на месте задержания. Но по дороге к нам задержанным удалось скрыться.
Оперативные работники составили фотороботы и предоставили записи о задержанных.
Нам необходимо заполнить стенд «Внимание! Розыск!»
Кличка Паспортные данные Фоторобот Особые навыки Словесный портрет Принадлежит к клану

Задание 4. Составление таблицы «Кристаллические вещества»
Цель: объяснять зависимость свойств веществ от типа кристаллических решеток
Метод «Экспрес – портрет»
Каждая группа получает флипчарт с готовой таблицей.
Используя, текст учебника/стр 142-143/, информацию на листочках, картинки заполнить таблицу:
Название вещества Химическая формула Рисунок Физические свойства(tпл/электропроводность) Частицы в узлах Тип химической связи Тип кристаллической решётки

Каждая группа получает одно вещество для исследования.
1 группа. Кислород.
2 группа. Поваренная соль.
3 группа. Алмаз.
4 группа. Сухой лёд.
5 группа. Графит.
5 группа. Железо. /альтернатива/

По окончании выполнения задания флипчарты вывешиваются на доску друг под другом. Каждая группа защищает свою работу. Ошибки исправляются при помощи других групп.
За работу без ошибки – 2 жетона, 1 ошибка – 1 жетон, 2 -3 ошибки – без жетона.

Достигли цели 1

Задание 5. Экспертиза кристаллических решёток.
Цель:сравнивать физические свойства вещества на основании способов и /или/ форм соединения частиц в кристаллической решётке
Задания написаны на листах. Обсудить вопрос и дать ответ
• Какова взаимосвязь кристаллической решетки и химической связи?
• Какие характеристики положены в основу классификации кристаллических решёток?
• Какие характерные физические свойства присущи атомной кристаллической решётке?
• Какие характерные физические свойства присущи молекулярной кристаллической решётке?
• Какие характерные физические свойства присущи ионной кристаллической решётке?
• Какие характерные физические свойства присущи металлической кристаллической решётке?

Выводы показываются на слайдах.
За правильный ответ группе дается 1 жетон.

Достигли цели 2

Пришло еще одно сообщение.
Его все называют Кристалл. Он бесцветный и прозрачный. Имеет температуру плавления 00С. Хотя при стандартных условиях он проживает в квартале Жидкостей. Поэтому его было очень трудно вычислить.

Задание 6. «Опознание личности»
Цель: по физическим свойствам вещества прогнозировать тип кристаллической решётки /или возможную формулу/

Определите тип кристаллической решётки по данным: бесцветный, прозрачный, температура плавления 00С. Назовите вещество.
Ответы учащихся
А теперь давайте посмотрим на нашего Мистера Х /это вода/

Просмотр видео «Модель молекул воды, в паре, жидкости и льде»
За определение кристаллической решётки и название вещества – 1 жетон.

Оказывается нашего Мистера Х не зря называют Кристалл. Это слово происходит от греч. κρύσταλλος первоначально «лёд».

За правильный ответ группе дается 1 жетон.

Достигли цели 3

Закрепление
Выполнение дифференцированных формативных заданий с целью закрепления новых знаний. Каждый учащийся выбирает уровень и выполняет задание самостоятельно.

1. Атомная кристаллическая решётка у:
А) кислорода
В) графита
C) воды
Д) водорода

2. Ионная кристаллическая решетка обычно образуется у веществ, образованных атомами:
А) одинаковых неметаллов
В) разных неметаллов
С) металлом и неметаллом
Д) металла

3. Вещества с ионной кристаллической решёткой НЕ обладают свойством
А) летучесть
В) растворимость в воде
С) электропроводность
Д) твёрдость

4. Вещества, имеющие молекулярную кристаллическую решётку обычно:
А) тугоплавки и растворимы в воде
В) легкоплавки и летучи
С) пластичные и хорошо проводят электрический ток
Д) легкоплавкие и не проводят электрический ток

Дескрипторы:
• знает типы кристаллических решеток;
• знает способ образования кристаллических решёток;
• объясняет влияние кристаллической решётки на свойства вещества

Оба простых вещества являются неметаллами. Но кристаллический йод плавится под давление уже при 1130С, а алмаз остаётся твёрдым до 36520С.
Впишите в 2 столбик еще одно отличительное свойство этих веществ, а в 3 столбик причину такого различия в таблицу.
Вещество Физическое свойство Причина различия
I2

Дескрипторы:
• Знает влияние кристаллической решётки на свойства вещества
• Сравнивает физические свойства вещества на основании способа соединения частиц в кристаллической решётке

Читайте также:  Кризис первого года жизни ребенка

1.Если кристаллы вещества хорошо растворимы в воде, имеют высокую температуру плавления и проводят электрический ток, то его кристаллическая решётка _____________.
Приведите один пример такого вещества. ____________

2. Если вещество не имеет фиксированной точки плавления и четко выраженной формы, это — ________________________________.
Приведите один пример такого вещества. ____________

Дескрипторы:
• по физическим свойствам вещества прогнозируют тип кристаллической решётки /или возможную формулу/
• по физическим свойствам вещества прогнозируют структуру твёрдого вещества /или возможную формулу/

Cамооценивание.
Учащиеся рисуют стрелку на стикере:
Вверх – нет ошибок
В сторону – допущены недочеты, одна ошибка
Вниз – допущено 2 и более ошибок.

Метод «Твой звёздный час».
Учащиеся подсчитывают жетоны, присваивается звание и вручается отличительный знак
Следователь – стажёр — 5-6 жетонов
Следователь – эксперт – 7-8 жетонов
СУПЕРследователь – 9-10 жетонов

Дифференцированное домашнее задание с комментарием:
1.Прочитать §38 и ответить на вопрос 1-2.
2. Почему графит отличается по свойствам от алмаза.
3.Составьте кластер по теме «Агрегатное состояние ___/например воды/» с описание структуры и физических свойств

Источник

Строение веществ. Химическая связь

  • Образовательные: обобщать и систематизировать знания учащихся о видах химической связи, о типах кристаллических решеток с точки зрения строения атома, о степени окисления, о составлении окислительно-восстановительных реакций методом электронного баланса.
  • Развивающие: способствовать проявлению творческих способностей учащихся, умению одновременно самостоятельно и в коллективе работать над поставленными задачами; умению устанавливать взаимосвязь состава, строения и свойств изучаемых веществ, развивать умений применять знания на практике, умений пользоваться лабораторным оборудованием, развивать общеучебных умений анализировать, выделять главное в изучаемом учебном материале, делать выводы.
  • Воспитательные: развивать работать в коллективе, воли и самостоятельности, сформировать у учащихся способность к адекватному самоконтролю и самооценке.

Тип урока: Систематизация и обобщение изученного материала.

Вид урока: Комбинированный урок.

Средства обучения: мультимедийный проектор, компьютер, набор для составления шаростержневых моделей молекул, плакаты с изображениями кристаллических решетек и химических связей различных веществ, таблица Д.И. Менделеева, технологическая карта для каждого ученика, различные кристаллические решетки, мех, эбонитовая палочка, измерительный цилиндр, пробирки.

Реактивы: вода, этиловый спирт, бензол.

  1. Организационный момент. (Здесь учитель называет тему урока, разъясняет цели урока и правила конкурса, проверяет готовность к уроку) 4 мин.
  2. Разминка. «Один из трех» 4 мин.
  3. Повторение, закрепление, обобщение и систематизация знаний 25 мин.
  4. Проверка знаний 8 мин.
  5. Подведение итогов 2 мин.
  6. Домашнее задание 2 мин.

Источник

Характеристики химических связей. Зависимость свойств веществ от их состава и строения

Теория к заданию 4 из ЕГЭ по химии

Ковалентная химическая связь, ее разновидности и механизмы образования. Характеристика ковалентной связи (полярность и энергия связи). Ионная связь. Металлическая связь. Водородная связь

Учение о химической связи составляет основу всей теоретической химии.

Под химической связью понимают такое взаимодействие атомов, которое связывает их в молекулы, ионы, радикалы, кристаллы.

Различают четыре типа химических связей: ионную, ковалентную, металлическую и водородную.

Деление химических связей на типы носит условный характер, по скольку все они характеризуются определенным единством.

Ионную связь можно рассматривать как предельный случай ковалентной полярной связи.

Металлическая связь совмещает ковалентное взаимодействие атомов с помощью обобществленных электронов и электростатическое притяжение между этими электронами и ионами металлов.

В веществах часто отсутствуют предельные случаи химической связи (или чистые химические связи).

Например, фторид лития $LiF$ относят к ионным соединениям. Фактически же в нем связь на $80%$ ионная и на $20%$ ковалентная. Правильнее поэтому, очевидно, говорить о степени полярности (ионности) химической связи.

В ряду галогеноводородов $HF—HCl—HBr—HI—HАt$ степень полярности связи уменьшается, ибо уменьшается разность в значениях электроотрицательности атомов галогена и водорода, и в астатоводороде связь становится почти неполярной $(ЭО(Н) = 2.1; ЭО(At) = 2.2)$.

Различные типы связей могут содержаться в одних и тех же веществах, например:

  1. в основаниях: между атомами кислорода и водорода в гидроксогруппах связь полярная ковалентная, а между металлом и гидроксогруппой — ионная;
  2. в солях кислородсодержащих кислот: между атомом неметалла и кислородом кислотного остатка — ковалентная полярная, а между металлом и кислотным остатком — ионная;
  3. в солях аммония, метиламмония и т. д.: между атомами азота и водорода — ковалентная полярная, а между ионами аммония или метиламмония и кислотным остатком — ионная;
  4. в пероксидах металлов (например, $Na_2O_2$) связь между атомами кислорода ковалентная неполярная, а между металлом и кислородом — ионная и т.д.

Различные типы связей могут переходить одна в другую:

— при электролитической диссоциации в воде ковалентных соединений ковалентная полярная связь переходит в ионную;

— при испарении металлов металлическая связь превращается в ковалентную неполярную и т.д.

Причиной единства всех типов и видов химических связей служит их одинаковая химическая природа — электронно-ядерное взаимодействие. Образование химической связи в любом случае представляет собой результат электронно-ядерного взаимодействия атомов, сопровождающегося выделением энергии.

Способы образования ковалентной связи. Характеристики ковалентной связи: длина и энергия связи

Ковалентная химическая связь — это связь, возникающая между атомами за счет образования общих электронных пар.

Механизм образования такой связи может быть обменным и донорно-акцепторным.

I. Обменный механизм действует, когда атомы образуют общие электронные пары за счет объединения неспаренных электронов.

Связь возникает благодаря образованию общей электронной пары $s$-электронами атомов водорода (перекрыванию $s$-орбиталей):

2) $HCl$ — хлороводород:

Связь возникает за счет образования общей электронной пары из $s-$ и $p-$электронов (перекрывания $s-p-$орбиталей):

3) $Cl_2$: в молекуле хлора ковалентная связь образуется за счет непарных $p-$электронов (перекрывание $p-p-$орбиталей):

4) $N_2$: в молекуле азота между атомами образуются три общие электронные пары:

II. Донорно-акцепторный механизм образования ковалентной связи рассмотрим на примере иона аммония $NH_4^+$.

Донор имеет электронную пару, акцептор — свободную орбиталь, которую эта пара может занять. В ионе аммония все четыре связи с атомами водорода ковалентные: три образовались благодаря созданию общих электронных пар атомом азота и атомами водорода по обменному механизму, одна — по донорно-акцепторному механизму.

Ковалентные связи можно классифицировать по способу перекрывания электронных орбиталей, а также по смещению их к одному из связанных атомов.

Химические связи, образующиеся в результате перекрывания электронных орбиталей вдоль линии связи, называются $σ$-связями (сигма-связями). Сигма-связь очень прочная.

$p-$Орбитали могут перекрываться в двух областях, образуя ковалентную связь за счет бокового перекрывания:

Химические связи, образующиеся в результате «бокового» перекрывания электронных орбиталей вне линии связи, т.е. в двух областях, называются $π$-связями (пи-связями).

По степени смещенности общих электронных пар к одному из связанных ими атомов ковалентная связь может быть полярной и неполярной.

Ковалентную химическую связь, образующуюся между атомами с одинаковой электроотрицательностью, называют неполярной. Электронные пары не смещены ни к одному из атомов, т.к. атомы имеют одинаковую ЭО — свойство оттягивать к себе валентные электроны от других атомов. Например:

т.е. посредством ковалентной неполярной связи образованы молекулы простых веществ-неметаллов. Ковалентную химическую связь между атомами элементов, электроотрицательности которых различаются, называют полярной.

Длина и энергия ковалентной связи.

Характерные свойства ковалентной связи — ее длина и энергия. Длина связи — это расстояние между ядрами атомов. Химическая связь тем прочнее, чем меньше ее длина. Однако мерой прочности связи является энергия связи, которая определяется количеством энергии, необходимой для разрыва связи. Обычно она измеряется в кДж/моль. Так, согласно опытным данным, длины связи молекул $H_2, Cl_2$ и $N_2$ соответственно составляют $0.074, 0.198$ и $0.109$ нм, а энергии связи соответственно равны $436, 242$ и $946$ кДж/моль.

Ионы. Ионная связь

Представим себе, что «встречаются» два атома: атом металла I группы и атом неметалла VII группы. У атома металла на внешнем энергетическом уровне находится единственный электрон, а атому неметалла как раз не хватает именно одного электрона, чтобы его внешний уровень оказался завершенным.

Первый атом легко отдаст второму свой далекий от ядра и слабо связанный с ним электрон, а второй предоставит ему свободное место на своем внешнем электронном уровне.

Тогда атом, лишенный одного своего отрицательного заряда, станет положительно заряженной частицей, а второй превратится в отрицательно заряженную частицу благодаря полученному электрону. Такие частицы называются ионами.

Читайте также:  Коэффициент линейного расширения α

Химическая связь, возникающая между ионами, называется ионной.

Рассмотрим образование этой связи на примере хорошо всем знакомого соединения хлорида натрия (поваренная соль):

Процесс превращения атомов в ионы изображен на схеме:

Такое превращение атомов в ионы происходит всегда при взаимодействии атомов типичных металлов и типичных неметаллов.

Рассмотрим алгоритм (последовательность) рассуждений при записи образования ионной связи, например между атомами кальция и хлора:

  1. Кальций — это элемент главной подгруппы II группы, металл. Его атому легче отдать два внешних электрона, чем принять недостающие шесть:$↙<атом>-2e↖<->→Ca^<2+>↙<ион>$.
  2. Хлор — это элемент главной подгруппы VII группы, неметалл. Его атому легче принять один электрон, которого ему не хватает до завершения внешнего уровня, чем отдать семь электронов с внешнего уровня:$↙<атом>+1e↖<->→Cl^<->↙<ион>$.
  3. Сначала найдем наименьшее общее кратное между зарядами образовавшихся ионов, оно равно $2 (2 · 1)$. Затем определим, сколько атомов кальция нужно взять, чтобы они отдали два электрона, т.е. надо взять один атом $Са$, и сколько атомов хлора надо взять, чтобы они могли принять два электрона, т.е. нужно взять два атома $Cl$.
  4. Схематично образование ионной связи между атомами кальция и хлора можно записать так:

Цифры, показывающие число атомов или молекул, называются коэффициентами, а цифры, показывающие число атомов или ионов в молекуле, называют индексами.

Металлическая связь

Ознакомимся с тем, как взаимодействуют между собой атомы элементов-металлов. Металлы обычно существуют не в виде изолированных атомов, а в форме куска, слитка или металлического изделия. Что удерживает атомы металла в едином объеме?

Атомы большинства металлов на внешнем уровне содержат небольшое число электронов — $1, 2, 3$. Эти электроны легко отрываются, и атомы при этом превращаются в положительные ионы. Оторвавшиеся электроны перемещаются от одного иона к другому, связывая их в единое целое. Соединяясь с ионами, эти электроны образуют временно атомы, потом снова отрываются и соединяются уже с другим ионом и т.д. Следовательно, в объеме металла атомы непрерывно превращаются в ионы и наоборот.

Связь в металлах между ионами посредством обобществленных электронов называется металлической.

На рисунке схематически изображено строение фрагмента металла натрия.

При этом небольшое число обобществленных электронов связывает большое число ионов и атомов.

Металлическая связь имеет некоторое сходство с ковалентной, поскольку основана на обобществлении внеш них электронов. Однако при ковалентной связи обобществлены внешние непарные электроны только двух соседних атомов, в то время как при металлической связи в обобществлении этих электронов принимают участие все атомы. Именно поэтому кристаллы с ковалентной связью хрупки, а с металлической, как правило, пластичны, электропроводны и имеют металлический блеск.

Металлическая связь характерна как для чистых металлов, так и для смесей различных металлов — сплавов, находящихся в твердом и жидком состояниях.

Водородная связь

Химическую связь между положительно поляризованными атомами водорода одной молекулы (или ее части) и отрицательно поляризованными атомами сильно электроотрицательных элементов, имеющих неподеленные электронные пары ($F, O, N$ и реже $S$ и $Cl$), другой молекулы (или ее части) называют водородной.

Механизм образования водородной связи имеет частично электростатический, частично донорно- акцепторный характер.

Примеры межмолекулярной водородной связи:

При наличии такой связи даже низкомолекулярные вещества могут быть при обычных условиях жидкостями (спирт, вода) или легко сжижающимися газами (аммиак, фтороводород).

Вещества с водородной связью имеют молекулярные кристаллические решетки.

Вещества молекулярного и немолекулярного строения. Тип кристаллической решетки. Зависимость свойств веществ от их состава и строения

Молекулярное и немолекулярное строение веществ

В химические взаимодействия вступают не отдельные атомы или молекулы, а вещества. Вещество при заданных условиях может находиться в одном из трех агрегатных состояний: твердом, жидком или газообразном. Свойства вещества зависят также от характера химической связи между образующими его частицами — молекулами, атомами или ионами. По типу связи различают вещества молекулярного и немолекулярного строения.

Вещества, состоящие из молекул, называются молекулярными веществами. Связи между молекулами в таких веществах очень слабые, намного слабее, чем между атомами внутри молекулы, и уже при сравнительно низких температурах они разрываются — вещество превращается в жидкость и далее в газ (возгонка йода). Температуры плавления и кипения веществ, состоящих из молекул, повышаются с увеличением молекулярной массы.

К молекулярным веществам относятся вещества с атомной структурой ($C, Si, Li, Na, K, Cu, Fe, W$), среди них есть металлы и неметаллы.

Рассмотрим физические свойства щелочных металлов. Относительно малая прочность связи между атомами обуславливает низкую механическую прочность: щелочные металлы мягкие, легко режутся ножом.

Большие размеры атомов приводят к малой плотности щелочных металлов: литий, натрий и калий даже легче воды. В группе щелочных металлов температуры кипения и плавления понижаются с увеличением порядкового номера элемента, т.к. размеры атомов увеличиваются, и ослабевают связи.

К веществам немолекулярного строения относятся ионные соединения. Таким строением обладает большинство соединений металлов с неметаллами: все соли ($NaCl, K_2SO_4$), некоторые гидриды ($LiH$) и оксиды ($CaO, MgO, FeO$), основания ($NaOH, KOH$). Ионные (немолекулярные) вещества имеют высокие температуры плавления и кипения.

Кристаллические решетки

Вещество, как известно, может существовать в трех агрегатных состояниях: газообразном, жидком и твердом.

Твердые вещества: аморфные и кристаллические.

Рассмотрим, как влияют особенности химических связей на свойства твердых веществ. Твердые вещества делятся на кристаллические и аморфные.

Аморфные вещества не имеют четкой температуры плавления — при нагревании они постепенно размягчаются и переходят в текучее состояние. В аморфном состоянии, например, находятся пластилин и различные смолы.

Кристаллические вещества характеризуются правильным расположением тех частиц, из которых они состоят: атомов, молекул и ионов — в строго определенных точках пространства. При соединении этих точек прямыми линиями образуется пространственный каркас, называемый кристаллической решеткой. Точки, в которых размещены частицы кристалла, называют узлами решетки.

В зависимости от типа частиц, расположенных в узлах кристаллической решетки, и характера связи между ними различают четыре типа кристаллических решеток: ионные, атомные, молекулярные и металлические.

Ионные кристаллические решетки.

Ионными называют кристаллические решетки, в узлах которых находятся ионы. Их образуют вещества с ионной связью, которой могут быть связаны как простые ионы $Na^<+>, Cl^<–>$, так и сложные $SO_4^<2−>, ОН^–$. Следовательно, ионными кристаллическими решетками обладают соли, некоторые оксиды и гидроксиды металлов. Например, кристалл хлорида натрия состоит из чередующихся положительных ионов $Na^+$ и отрицательных $Cl^–$, образующих решетку в форме куба. Связи между ионами в таком кристалле очень устойчивы. Поэтому вещества с ионной решеткой отличаются сравнительно высокой твердостью и прочностью, они тугоплавки и нелетучи.

Атомные кристаллические решетки.

Атомными называют кристаллические решетки, в узлах которых находятся отдельные атомы. В таких решетках атомы соединены между собой очень прочными ковалентными связями. Примером веществ с таким типом кристаллических решеток может служить алмаз — одно из аллотропных видоизменений углерода.

Большинство веществ с атомной кристаллической решеткой имеют очень высокие температуры плавления (например, у алмаза она выше $3500°С$), они прочны и тверды, практически нерастворимы.

Молекулярные кристаллические решетки.

Молекулярными называют кристаллические решетки, в узлах которых располагаются молекулы. Химические связи в этих молекулах могут быть и полярными ($HCl, H_2O$), и неполярными ($N_2, O_2$). Несмотря на то, что атомы внутри молекул связаны очень прочными ковалентными связями, между самими молекулами действуют слабые силы межмолекулярного притяжения. Поэтому вещества с молекулярными кристаллическими решетками имеют малую твердость, низкие температуры плавления, летучи. Большинство твердых органических соединений имеют молекулярные кристаллические решетки (нафталин, глюкоза, сахар).

Металлические кристаллические решетки.

Вещества с металлической связью имеют металлические кристаллические решетки. В узлах таких решеток находятся атомы и ионы (то атомы, то ионы, в которые легко превращаются атомы металла, отдавая свои внешние электроны «в общее пользование»). Такое внутреннее строение металлов определяет их характерные физические свойства: ковкость, пластичность, электро- и теплопроводность, характерный металлический блеск.

Источник