2.8. Основные параметры молекул

Информацию о строении вещества можно получить, исследуя его физические и химические свойства. С помощью физических методов определяют основные параметры молекул: межъядерные расстояния (т.е. расстояния между центрами атомов) и валентные углы (углы между связями).

Межъядерное расстояние между химически связанными атомами называется длиной связи. Например, в молекуле воды длина связи О−Н (расстояние между ядрами водорода и кислорода) равна 0,96 , а угол между связями О−Н, направленными от атома кислорода, равен 104,5°.

Важнейшей характеристикой химической связи является энергия связи Е, определяющая ее прочность. Мерой прочности связи может служить количество энергии, затрачиваемое на ее разрыв.

Длина и энергия связи, валентные углы непосредственно зависят от характера распределения электронной плотности в молекулах.

2.9. Примеры решения типовых задач

Пример 1. Определите тип химической связи в молекулах NaBr, HBr, Br₂.

Решение. Тип химической связи в молекуле можно определить, сравнивая значения электроотрицательностей (ЭО) атомов, входящих в ее состав (см. табл. 1.1).

Молекулы, образованные атомами, имеющими одинаковую ЭО, являются электросимметричными, химическая связь в них – ковалентная неполярная (Br₂).

Если электроотрицательности атомов отличаются друг от друга (как в данном случае, в молекуле NaBr − ЭО_Na =0,9, ЭО_Br =2,8; в молекуле HBr − ЭО_H=2,1, ЭО_Br=2,8), то связь в молекуле – ковалентная полярная.

С увеличением разности между ЭО атомов растет степень ионности связи в молекуле. Разность ЭО, равная 1,7, соответствует 50%-ному ионному характеру связей, поэтому связи с разностью больше 1,7 могут считаться ионными.

В молекуле NaBr – разность ЭО равна 1,9; следовательно, химическая связь в ней – ионная.

В молекуле HBr разность ЭО равна 0,7 и соответственно, связь – ковалентная полярная.

Пример 2. Приведите орбитальную схему перекрывания электронных облаков в молекуле BH₃.

Решение. Перекрывание sp² -гибридных орбиталей атома бора с 1s-АО трех атомов водорода приводит к образованию треугольной (тригональной) молекулы гидрида бора BH₃.

Ввалентный угол H–B–H в молекуле BH₃ равен 120° (рис. 2.15).

Рис. 2.15. Пространственная конфигурация молекулы BH₃

Пример 3. Укажите тип гибридизации и валентные углы в молекуле BeCl₂.

Решение. В молекуле ВеСl₂ обе химические связи равноценны несмотря на то, что в их образовании участвуют различные орбитали (s и p) центрального атома (электронная формула атома Be в возбужденном состоянии 1s²2s¹2p¹). Это объясняется гибридизацией s- и p-орбиталей, приводящей к образованию двух гибридных sp-орбиталей.

Перекрывание 2−х sp-гибридных орбиталей атома бериллия с 3p-атомными орбиталями 2−х атомов хлора приводит к образованию линейной молекулы хлорида бериллия ВеСl₂.

Валентный угол Cl–Be–Cl в молекуле ВеСl₂ равен 180°.

3. Основы химической термодинамики

Химическая термодинамика – наука о превращениях одних форм энергии в другие (при протекании химической реакции за счет теплового, хаотического движения молекул, атомов, ионов).

Химическая термодинамика изучает:

- энергетические эффекты, сопровождающие химические реакции;

- возможность, направление и предел самопроизвольного протекания химического процесса в данных условиях;

- условия равновесия в химических реакциях.