Keemiliste sidemete tüübid.

ühtne teooria keemiline side ei eksisteeri, tinglikult jaguneb keemiline side kovalentseks (universaalne sideme tüüp), ioonseks (kovalentse sideme erijuhtum), metalliliseks ja vesinikuks.

kovalentne side

Kovalentse sideme moodustumine on võimalik kolme mehhanismi abil: vahetus, doonor-aktseptor ja daativ (Lewis).

Vastavalt vahetusmehhanism kovalentse sideme teke toimub ühiste sotsialiseerumise tõttu elektronide paarid. Sellisel juhul kipub iga aatom omandama inertgaasi kesta, s.t. saada täielik väline energiatase. Vahetustüüpi keemilise sideme teket kujutatakse Lewise valemite abil, milles aatomi iga valentselektron on tähistatud punktidega (joonis 1).

Riis. 1 Kovalentse sideme moodustumine HCl molekulis vahetusmehhanismi abil

Aatomi ehituse teooria ja kvantmehaanika arenedes on kovalentse sideme teke kujutatud elektrooniliste orbitaalide kattumisena (joonis 2).

Riis. 2. Kovalentse sideme teke elektronpilvede kattumise tõttu

Mida suurem on aatomiorbitaalide kattumine, seda tugevam on side, seda lühem on sideme pikkus ja seda suurem on selle energia. Kovalentse sideme saab moodustada erinevate orbitaalide kattumisel. S-s, s-p orbitaalide, aga ka d-d, p-p, d-p orbitaalide külgsagaratega kattumise tulemusena tekib sidemete teke. 2 aatomi tuumasid ühendava joonega risti moodustub side. Üks ja üks side on võimeline moodustama mitmekordse (kaksik)kovalentse sideme, mis on iseloomulik orgaaniline aine alkeenide, alkadieenide jt klass. Üks ja kaks sidet moodustavad mitmekordse (kolmekordse) kovalentse sideme, mis on iseloomulik alküünide (atsetüleenide) klassi orgaanilistele ainetele.

Kovalentse sideme moodustumine doonor-aktseptor mehhanism vaatleme ammooniumkatiooni näidet:

NH3 + H+ = NH4+

7 N 1s 2 2s 2 2p 3

Lämmastikuaatomil on vaba üksik elektronpaar (elektronid, mis ei osale molekulis keemiliste sidemete moodustamises) ja vesinikkatioonil on vaba orbitaal, seega on nad vastavalt elektronide doonor ja aktseptor.

Vaatleme kovalentse sideme moodustumise datiivset mehhanismi kloori molekuli näitel.

17 Cl 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 5

Klooriaatomil on nii vaba üksik elektronpaar kui ka vabad orbitaalid, mistõttu võib sellel olla nii doonori kui ka aktseptori omadused. Seetõttu toimib kloorimolekuli moodustumisel üks klooriaatom doonori ja teine ​​aktseptorina.

Peamine kovalentse sideme omadused on: küllastumine (küllastunud sidemed tekivad siis, kui aatom seob enda külge nii palju elektrone, kui tema valentsusvõimed seda võimaldavad; küllastumata sidemed tekivad siis, kui seotud elektronide arv on väiksem kui aatomi valentsvõimekus); suunavus (see väärtus on seotud molekuli geomeetria ja "valentsnurga" mõistega - sidemete vahelise nurgaga).

Iooniline side

Puhta ioonse sidemega ühendeid pole olemas, kuigi selle all mõistetakse sellist keemiliselt seotud aatomite olekut, milles luuakse aatomi stabiilne elektrooniline keskkond koos elektronide kogutiheduse täieliku üleminekuga elektronegatiivsema elemendi aatomile. . Iooniline side on võimalik ainult elektronnegatiivsete ja elektropositiivsete elementide aatomite vahel, mis on vastupidiselt laetud ioonide - katioonide ja anioonide - olekus.

MÄÄRATLUS

Ion nimetatakse elektriliselt laetud osakesteks, mis tekivad elektroni eraldumisel või aatomi külge kinnitumisel.

Elektroni ülekandmisel kipuvad metallide ja mittemetallide aatomid moodustama oma tuuma ümber elektronkihi stabiilse konfiguratsiooni. Mittemetalli aatom loob oma tuuma ümber järgneva inertgaasi kesta ja metalliaatom eelmise inertgaasi kesta (joonis 3).

Riis. 3. Ioonse sideme moodustamine naatriumkloriidi molekuli näitel

Molekulid, milles ioonne side eksisteerib puhtal kujul, leidub aine auruolekus. Ioonne side on väga tugev, sellega seoses on selle sidemega ainetel kõrge sulamistemperatuur. Erinevalt kovalentsetest sidemetest ei iseloomusta ioonseid sidemeid suunatavus ja küllastus, kuna ioonide tekitatud elektriväli mõjub sfäärilise sümmeetria tõttu kõigile ioonidele võrdselt.

metallist side

Metalliline side realiseerub ainult metallides – see on interaktsioon, mis hoiab metalliaatomeid ühes võres. Sideme moodustumisel osalevad ainult metalliaatomite valentselektronid, mis kuuluvad kogu selle ruumalasse. Metallides eralduvad elektronid pidevalt aatomitest, mis liiguvad kogu metalli massis. Metalli aatomid, millel puuduvad elektronid, muutuvad positiivselt laetud ioonideks, mis kipuvad liikuvaid elektrone enda poole võtma. See pidev protsess moodustab metalli sees nn "elektrongaasi", mis seob kindlalt kõik metalliaatomid kokku (joonis 4).

Metallside on tugev, seetõttu iseloomustab metalle kõrge sulamistemperatuur ja "elektrongaasi" olemasolu annab metallidele vormitavuse ja elastsuse.

vesinikside

Vesinikside on spetsiifiline molekulidevaheline interaktsioon, kuna selle esinemine ja tugevus sõltuvad aine keemilisest olemusest. See moodustub molekulide vahel, milles vesinikuaatom on seotud kõrge elektronegatiivsusega (O, N, S) aatomiga. Vesiniksideme tekkimine sõltub kahest põhjusest: esiteks, elektronegatiivse aatomiga seotud vesinikuaatomil ei ole elektrone ja seda saab kergesti sisestada teiste aatomite elektronpilvedesse, ja teiseks, kuna vesiniku aatomil on valents s-orbitaal. aatom on võimeline vastu võtma elektronegatiivse aatomi üksikuid elektronpaare ja moodustama sellega doonor-aktseptormehhanismi kaudu sideme.

valik 1

1. Valige keemilised elemendid-metallid ja kirjutage üles nende sümbolid: fosfor, kaltsium, boor, liitium, magneesium, lämmastik.

2. Määrake keemiline element aatomi elektroonilise vooluringiga

3. Määrake sideme tüüp ainetes: kloriid naatrium NaCl, vesinik H2, vesinikkloriid HCl.

4. Joonistage ühele ülesandes 3 näidatud ainele sidemete moodustumise skeem.

2. variant

1. Valige mittemetallist keemilised elemendid ja kirjutage üles nende sümbolid: naatrium, vesinik, väävel, hapnik, alumiinium, süsinik.

2. Kirjutage üles süsinikuaatomi elektronstruktuuri skeem.

3. Määrake sideme tüüp ainetes: naatriumfluoriid NaF, kloor Cl₂, vesinikfluoriid HF.

4. Joonistage sidemete moodustumise skeem kahele ülesandes märgitud 3-st ainest.

3. võimalus

1. Järjesta keemiliste elementide märgid: Br, F, I, Cl mittemetalliliste omaduste suurenemise järjekorda. Selgitage vastust.

2. Täida aatomi elektronstruktuuri diagramm
Määrake keemiline element, prootonite ja neutronite arv selle aatomi tuumas.

3. Määrake keemiliste sidemete liigid ja kirjutage üles ainete tekkeskeemid: magneesiumkloriid MgCl2, fluor F2, vesiniksulfiid H2S.

4. võimalus

1. Järjesta keemiliste elementide märgid: Li, K, Na, Mg metalliliste omaduste suurenemise järjekorda. Selgitage vastust.

2. Aatomi elektroonilise skeemi järgi määrata keemiline element, prootonite ja neutronite arv selle tuumas.

3. Määrake keemilise sideme tüüp ja kirjutage üles nende tekkimise skeemid ainetele: kaltsiumkloriid CaCl₂, lämmastik N2, vesi H2O.

Saa vastusest kinni.
1. a) S2 molekulis on side kovalentne mittepolaarne, kuna selle moodustavad sama elemendi aatomid. Ühenduse moodustamise skeem on järgmine:
Väävel on VI rühma peamise alarühma element. Selle aatomitel on
6 elektroni väliskestas. Paarimata elektronid on:
8-6 = 2.

Tähistage väliseid elektrone

või
S=S
b) K2O molekulis on side ioonne, sest selle moodustavad elementide aatomid
metallist ja mittemetallist katted.
Kaalium on põhialarühma I rühma element, metall. tema aatomile


Hapnik on VI rühma peamise alarühma element, mittemetall. Tema
aatomil on lihtsam vastu võtta 2 elektroni, millest taseme saavutamiseks ei piisa, kui anda 6 elektroni:


ioonid, on see võrdne 2(2∙1). Et kaaliumiaatomid loobuksid 2 elektronist, peavad nad võtma 2, et hapnikuaatomid saaksid vastu võtta 2 elektroni, on vaja ainult 1 aatomit:

c) H2S molekulis on side kovalentne polaarne, sest ta on haritud
erineva EO-ga elementide aatomid. Ühenduse moodustamise skeem on järgmine:
Väävel on VI rühma peamise alarühma element. Selle aatomid on
6 elektroni väliskesta kohta. Seal on paardumata elektronid: 8-6=2.
Vesinik on 1. rühma peamise alarühma element. Selle aatomid sisaldavad
1 elektron väliskesta kohta. 1 elektron on paaritu (vesinikuaatomi puhul on kahe elektroni tase täielik).

Tähistame väliseid elektrone:

või

Ühised elektronpaarid nihutatakse väävliaatomi poole, kuna need on rohkem elektrifitseeritud
kolm-negatiivne

1. a) N2 molekulis on side kovalentne mittepolaarne, sest selle moodustavad sama elemendi aatomid. Ühenduse moodustamise skeem on järgmine:

5 elektroni väliskestas. Paarimata elektronid: 8-5 = 3.
Tähistame väliseid elektrone:

või

või

b) Li3N molekulis on side ioonne, sest selle moodustavad elementide aatomid
metallist ja mittemetallist katted.
Liitium on I rühma peamise alarühma element, metall. tema aatomile
lihtsam on annetada 1 elektron kui võtta vastu 7 puuduvat:

Lämmastik on V rühma peamise alarühma element, mittemetall. tema aatomile
lihtsam on vastu võtta 3 elektroni, millest ei piisa välise tasandi lõpetamiseks, kui annetada viis elektroni välistasandilt:

Leiame vähim ühiskordaja moodustunud laengute vahel
Xia ioonid, võrdub 3 (3 1). Et liitiumiaatomid saaksid loovutada 3 elektroni, on vaja 3 aatomit, lämmastikuaatomite vastuvõtmiseks 3 elektroni on vaja ainult ühte aatomit:

c) NCI3 molekulis on side kovalentne polaarne, sest ta on haritud
mittemetalliliste elementide aatomid koos erinevaid tähendusi EO. Ühenduse moodustamise skeem on järgmine:
Lämmastik on V rühma peamise alarühma element. Selle aatomid on
5 elektroni väliskesta kohta. Seal on paardumata elektronid: 8-5=3.
Kloor on VII rühma peamise alarühma element. Selle aatomid sisaldavad
lõikavad väliskestalt 7 elektroni. 1 elektron jääb paarituks.

Tähistame väliseid elektrone:

Ühised elektronpaarid nihutatakse lämmastikuaatomi poole, kuna need on rohkem elektrifitseeritud
kolmekordne negatiivne:

keemiline side

Kõik interaktsioonid, mis viivad keemiliste osakeste (aatomid, molekulid, ioonid jne) aineteks assotsieerumiseni, jagunevad keemilisteks sidemeteks ja molekulidevahelisteks sidemeteks (molekulidevahelised interaktsioonid).

keemilised sidemed- sidemed otse aatomite vahel. Seal on ioonseid, kovalentseid ja metallilisi sidemeid.

Molekulidevahelised sidemed- molekulidevahelised sidemed. Need on vesinikside, ioon-dipool side (selle sideme tekkimise tõttu tekib näiteks ioonide hüdratatsioonikiht), dipool-dipool side (selle sideme moodustumise tõttu moodustuvad molekulid polaarsed ained kombineeritakse näiteks vedelas atsetoonis) jne.

Iooniline side- keemiline side, mis tekib vastupidiselt laetud ioonide elektrostaatilise külgetõmbe tõttu. Binaarsetes ühendites (kahe elemendi ühendid) tekib see siis, kui seotud aatomite suurused erinevad üksteisest suuresti: mõned aatomid on suured, teised väikesed - see tähendab, et mõned aatomid annavad kergesti elektrone, teised aga kalduvad aktsepteerige neid (tavaliselt on need elementide aatomid, mis moodustavad tüüpilisi metalle, ja elementide aatomid, mis moodustavad tüüpilisi mittemetalle); ka selliste aatomite elektronegatiivsus on väga erinev.
Ioonne side on suunatu ja mitteküllastutav.

kovalentne side- keemiline side, mis tekib ühise elektronpaari moodustumise tõttu. Kovalentne side moodustub sama või lähedase raadiusega väikeste aatomite vahel. Vajalik tingimus on paaritute elektronide olemasolu mõlemas seotud aatomis (vahetusmehhanism) või jagamata paar ühes aatomis ja vaba orbitaal teises (doonor-aktseptormehhanism):

a)	H + H H:H	H-H	H2	(üks jagatud elektronpaar; H on ühevalentne);
b)		NN	N 2	(kolm ühist elektronide paari; N on kolmevalentne);
sisse)		H-F	HF	(üks ühine elektronpaar; H ja F on ühevalentsed);
G)			NH4+	(neli jagatud elektronide paari; N on neljavalentne)

Vastavalt tavaliste elektronpaaride arvule jagunevad kovalentsed sidemed
• lihtne (üksik)- üks paar elektrone
• kahekordne- kaks paari elektrone
• kolmekordne- kolm paari elektrone.

Topelt- ja kolmiksidemeid nimetatakse mitmiksidemeteks.

Vastavalt elektrontiheduse jaotusele seotud aatomite vahel jaguneb kovalentne side mittepolaarne ja polaarne. Mittepolaarne side tekib identsete aatomite vahel, polaarne side erinevate vahel.

Elektronegatiivsus– aines oleva aatomi võime mõõdu järgi meelitada ligi ühiseid elektronpaare.
Polaarsete sidemete elektronpaarid on kallutatud elektronegatiivsemate elementide poole. Elektronpaaride nihkumist nimetatakse sideme polarisatsiooniks. Polarisatsiooni käigus tekkivaid osa(liig)laenguid tähistatakse + ja -ga, näiteks: .

Vastavalt elektronipilvede ("orbitaalide") kattumise olemusele jaguneb kovalentne side -sidemeks ja -sidemeks.
- Side tekib elektronpilvede otsese kattumise tõttu (mööda aatomite tuumasid ühendavat sirgjoont), - side - külgmise kattumise tõttu (mõlemal pool tasandit, milles asuvad aatomituumad).

Kovalentne side on suunatud ja küllastatav, samuti polariseeritav.
Kovalentsete sidemete vastastikuse suuna selgitamiseks ja ennustamiseks kasutatakse hübridisatsioonimudelit.

Aatomiorbitaalide ja elektronpilvede hübridiseerumine- aatomiorbitaalide kavandatav joondamine energias ja elektronpilvede kuju aatomi poolt kovalentsete sidemete moodustumisel.
Kolm levinumat hübridisatsiooni tüüpi on: sp-, sp 2 ja sp 3 - hübridisatsioon. Näiteks:
sp-hübridisatsioon - C 2 H 2, BeH 2, CO 2 molekulides (lineaarne struktuur);
sp 2-hübridisatsioon - C 2 H 4, C 6 H 6, BF 3 molekulides (lame kolmnurkne kuju);
sp 3-hübridisatsioon - CCl 4, SiH 4, CH 4 molekulides (tetraeedriline vorm); NH3 (püramiidi kuju); H 2 O (nurga kuju).

metallist ühendus- keemiline side, mis on tekkinud metallikristalli kõigi seotud aatomite valentselektronide sotsialiseerumise tõttu. Selle tulemusena moodustub kristallist üksik elektronipilv, mis elektripinge mõjul kergesti nihkub – siit ka metallide kõrge elektrijuhtivus.
Metallside tekib siis, kui seotud aatomid on suured ja kipuvad seetõttu loovutama elektrone. Metallilise sidemega lihtained - metallid (Na, Ba, Al, Cu, Au jne), kompleksained - intermetallilised ühendid (AlCr 2, Ca 2 Cu, Cu 5 Zn 8 jne).
Metallilisel sidemel puudub küllastussuunalisus. Säilitatakse ka metallisulamites.

vesinikside- molekulidevaheline side, mis on moodustunud suure elektronegatiivse aatomi elektronpaari osalise vastuvõtmise tõttu suure positiivse osalaenguga vesinikuaatomi poolt. See tekib siis, kui ühes molekulis on üksiku elektronpaari ja kõrge elektronegatiivsusega (F, O, N) aatom, teises aga vesinikuaatom, mis on seotud ühega neist aatomitest tugevalt polaarse sidemega. Molekulidevaheliste vesiniksidemete näited:

H—O—H ··· OH 2, H–O–H ··· NH 3, H–O–H ··· F–H, H–F ··· H–F.

Intramolekulaarsed vesiniksidemed eksisteerivad polüpeptiidmolekulides, nukleiinhapped, valgud jne.

Mis tahes sideme tugevuse mõõt on sideme energia.
Sideme energia on energia, mis on vajalik antud keemilise sideme katkestamiseks ühes moolis aines. Mõõtühik on 1 kJ/mol.

Ioonsete ja kovalentsete sidemete energiad on samas suurusjärgus, vesiniksideme energia suurusjärgu võrra väiksem.

Kovalentse sideme energia oleneb seotud aatomite suurusest (sideme pikkusest) ja sideme paljususest. Mida väiksemad on aatomid ja mida suurem on sideme paljusus, seda suurem on selle energia.

Ioonse sideme energia sõltub ioonide suurusest ja nende laengutest. Mida väiksemad on ioonid ja mida suurem on nende laeng, seda suurem on sidumisenergia.

Aine struktuur

Struktuuri tüübi järgi jagunevad kõik ained molekulaarne ja mittemolekulaarne. Orgaaniliste ainete hulgas on ülekaalus molekulaarsed ained, anorgaaniliste ainete hulgas aga mittemolekulaarsed ained.

Keemilise sideme tüübi järgi jagunevad ained kovalentsete sidemetega aineteks, ioonsidemetega aineteks (ioonsed ained) ja metalliliste sidemetega aineteks (metallid).

Kovalentsete sidemetega ained võivad olla molekulaarsed või mittemolekulaarsed. See mõjutab oluliselt nende füüsikalisi omadusi.

Molekulaarsed ained koosnevad molekulidest, mis on omavahel ühendatud nõrkade molekulidevaheliste sidemetega, nende hulka kuuluvad: H 2, O 2, N 2, Cl 2, Br 2, S 8, P 4 ja teised lihtsad ained; CO 2, SO 2, N 2 O 5, H 2 O, HCl, HF, NH 3, CH 4, C 2 H 5 OH, orgaanilised polümeerid ja paljud teised ained. Need ained ei ole kõrge tugevuse, on madalad temperatuurid sulamine ja keemine, mitte juhtida elektrit, mõned neist lahustuvad vees või muudes lahustites.

Mittemolekulaarsed ained, millel on kovalentsed sidemed või aatomained (teemant, grafiit, Si, SiO 2, SiC jt) moodustavad väga tugevaid kristalle (erandiks on kihiline grafiit), nad ei lahustu vees ja muudes lahustites, on kõrged temperatuurid sulamine ja keemine, enamik neist ei juhi elektrivoolu (välja arvatud grafiit, millel on elektrijuhtivus, ja pooljuhid - räni, germaanium jne)

Kõik ioonsed ained on loomulikult mittemolekulaarsed. Need on tahked tulekindlad ained, mille lahused ja sulad juhivad elektrivoolu. Paljud neist on vees lahustuvad. Tuleb märkida, et ioonsetes ainetes, mille kristallid koosnevad kompleksioonidest, on ka kovalentseid sidemeid, näiteks: (Na +) 2 (SO 4 2-), (K +) 3 (PO 4 3-) , (NH 4 + )(NO 3-) jne. Kompleksioone moodustavad aatomid on seotud kovalentsete sidemetega.

Metallid (metallilise sidemega ained) oma füüsikaliste omaduste poolest väga mitmekesised. Nende hulgas on vedelad (Hg), väga pehmed (Na, K) ja väga kõvad metallid (W, Nb).

iseloomulik füüsikalised omadused metallid on nende kõrge elektrijuhtivus (erinevalt pooljuhtidest väheneb temperatuuri tõustes), kõrge soojusmahtuvus ja plastilisus (puhtad metallid).

Tahkes olekus koosnevad peaaegu kõik ained kristallidest. Vastavalt struktuuri tüübile ja keemilise sideme tüübile jagunevad kristallid ("kristallvõred") aatomi(kovalentse sidemega mittemolekulaarsete ainete kristallid), iooniline(ioonsete ainete kristallid), molekulaarne(kovalentse sidemega molekulaarsete ainete kristallid) ja metallist(metallilise sidemega ainete kristallid).

Ülesanded ja testid teemal "Teema 10. "Keemiline side. Aine struktuur."

• Keemiliste sidemete tüübid - Aine struktuur 8–9 klass

  Tunnid: 2 Ülesanded: 9 Kontrolltööd: 1