7.Количественные характеристики атома: радиус, энергия ионизации, электроотрицательность. Понятие «степень окисления» элементов в соединениях. Как она зависит от величины электроотрицательности?

Радиусом атома- называется расстояние между атомным ядром и самой дальней из стабильных орбит электронов в электронной оболочке этого атома

Энергия ионизации атома - та энергия, что требуется для разрыва связей в атоме водорода, была определена экспериментально. Она равна 13,6 эВ (электронвольт).

Под электроотрицательностью (ЭО) понимают относительную способность атомов притягивать электроны при связывании с другими атомами. Электроотрицательность характеризует способность атома к поляризации химических связей.

Степень окисления количественно характеризуется состояние атома в соединении. Иногда ее называют окислительным числом. При определении этого понятия условно предполагают, что в простейших ковалентных соединениях значение положительной степени окисления элемента соответствует числу оттянутых от атома связывающих электронных пар, а значение отрицательной степени окисления - числом притянутых электронных пар. Таким образом, при определении степени окисления принято считать, что, соединения состоят только из положительно и отрицательно заряженных ионов.

СТЕПЕНЬ ОКИСЛЕНИЯ - это условный заряд атома в соединении, который возник бы, если бы связи в этом соединении были бы ионными, а электроны смещены к наиболее электроотрицательному элементу.

В подгруппах электроотрицательность атомов уменьшается сверху вниз, поскольку увеличивается радиус атомов.

Так, наружному энергетическому уровню галогенов соответствует электронная конфигурация s2p5, что свидетельствует об их высокой электроотрицательности, минимальных радиусах атомов, высоких энергиях ионизации и т.акономерности, связанные с окислительно-восстановительными свойствами. Изменения электроотрицательности элементов.

1)Перечисленные выше причины объясняют, почему СЛЕВА НАПРАВО УСИЛИВАЮТСЯ ОКИСЛИТЕЛЬНЫЕ свойства, а при движении СВЕРХУ ВНИЗ - ВОССТАНОВИТЕЛЬНЫЕ свойства элементов.

Последняя закономерность распространяется даже на такие необычные элементы, как инертные газы. У "тяжелых" благородных газов криптона и ксенона, которые находятся в нижней части группы, удается "отобрать" электроны и получить их соединения с сильными окислителями (фтором и кислородом), а для "легких" гелия, неона и аргона это осуществить не удается.

2)По той же причине, что и окислительные свойства элементов, их ЭЛЕКТРООТРИЦАТЕЛЬНОСТЬ ВОЗРАСТАЕТ тоже СЛЕВА НАПРАВО, достигая максимума у галогенов. Не последнюю роль в этом играет степень завершенности валентной оболочки, ее близость к октету.

3)При перемещении СВЕРХУ ВНИЗ по группам ЭЛЕКТРООТРИЦАТЕЛЬНОСТЬ УМЕНЬШАЕТСЯ. Это связано с возрастанием числа электронных оболочек, на последней из которых электроны притягиваются к ядру все слабее и слабее.

9.Почему и как образуется химическая связь? Каковы основные принципы образования химической связи? Энергетическая кривая иона H2⁺. Типы связи.

Химическая связь - это взаимное сцепление атомов в молекуле и кристаллической решётке в результате действия между атомами электрических сил притяжения.

Химическая связь – это совокупность сил, действующих между атомами или группой атомов. Химическая связь осуществляется валентными электронами. По современным представлениям химическая связь имеет электронную природу, но осуществляется она по-разному. Поэтому различают три основных типа химической связи: ковалентную, ионную, металлическую. Между молекулами возникает водородная связь, и происходят вандерваальсовые взаимодействия.

К основным характеристикам химической связи относятся:

● длина связи – это межъядерное расстояние между химически связанными атомами. Она зависит от природы взаимодействующих атомов и от кратности связи. С увеличением кратности длина связи уменьшается, а, следовательно, увеличивается ее прочность;

● кратность связи – определяется числом электронных пар, связывающих два атома. С увеличением кратности энергия связи возрастает;

● угол связи – угол между воображаемыми прямыми проходящими через ядра двух химически взаимосвязанных соседних атомов;

● энергия связи Есв – это энергия, которая выделяется при образовании данной связи и затрачивается на ее разрыв, кДж/моль.

1)Атомы элементов стремятся завершить внешний электронный слой до 8 электронов (водород до 2)

Когда два атома соединяются в молекулу, то их неспаренные электроны стремятся образовать пары с противоположными спинами, потому что в этом состоянии система двух атомов имеет меньший запас энергии, чем в случае, когда спины одинаковы. Следовательно, валентность как способность элемента к образованию химических связей определяется числом неспаренных электронов.

2) Химическая связь – это сила, соединяющая два или несколько взаимодействующих атомов в молекулы или другие частицы.

Причиной образования химических связей является стремление атомов металлов и неметаллов путём взаимодействия с другими атомами достичь более устойчивой электронной структуры, подобной структуре инертных газов.

Ковалентная связь – это химическая связь, осуществляемая с помощью общих электронных пар, например, при образовании молекулы водорода неспаренные электроны атомов водорода образуют одну общую электронную пару, т.е. одну химическую связь:Н · + · Н ® Н ·· Н.

а) Ковалентная связь называется неполярной, если общая электронная пара в равной степени принадлежит обоим атомам. Ковалентная неполярная связь возникает между атомами, электроотрицательности которых одинаковы (между атомами одного и того же неметалла),т.е. в простых веществах. Например, в молекулах кислорода, азота, хлора, брома связь ковалентная неполярная.Cl · + · Cl ® Cl ·· Cl

б) Ковалентная связь называется полярной, если общая электронная пара смещена к одному из элементов. Ковалентная полярная связь возникает между атомами, электроотрицательности которых отличаются, но не сильно, т.е. в сложных веществах между атомами неметаллов. Например, в молекулах воды, хлороводорода, аммиака, серной кислоты связь ковалентная полярная.

Н · + · О · + · Н ® Н ·· О ·· Н

H · + · Cl ® H ·· Cl

Ионная связь – это связь между ионами, осуществляется за счёт притяжения разноимённо заряженных ионов. Например, хлорид калия:

К · – 1? ® К+

K+ [?Cl?]-

?Cl · + 1? ® [?Cl?]-

Ионная связь возникает между атомами типичных металлов (главная подгруппа первой и второй группы) и атомами типичных неметаллов (главная подгруппа седьмой группы и кислород), например: фторид калия, бромид натрия, оксид кальция.

Сходство различных видов связи заключается в их единой природе:

а) при образовании химической связи между атомами взаимодействуют их внешние электронные слои, что приводит к изменению этих электронных слоёв;

б) образование химической связи сопровождается возникновением более устойчивых систем (молекул, атомных, ионных и молекулярных кристаллов) с меньшей энергией, чем отдельные атомы.

Водородная связь – связь, обусловленная положительно поляризованным водородом в молекуле и электроотрицательным атомом другой или той же молекулы.

Металлическая связь – связь, обусловленная электростатическим взаимодействием между обобществленными делокализованными валентными электронами и положительно заряженными катионами в узлах кристаллической решетки.

Основные характеристики ковалентной связи:

Энергия химической связи (Exc) – определяет прочность связи. Данная энергия необходима для превращения одного моля газообразного (молекулярного) вещества в отдельные газообразные атомы. Энергия ковалентной связи имеет порядок 10-1000 кДж/моль.

Длина химической связи (Lxc) – расстояние между ядрами химически связанных атомов. Чем короче длина химической связи, тем связь прочнее. Длина химической связи имеет порядок 0,1-0,3 нм.

Полярность химической связи – неравномерное распределение электронной плотности между атомами в молекуле из-за разной электроотрицательности. В неполярных молекулах центры тяжести положительных и отрицательных зарядов совпадают. Полярные молекулы являются диполями.

Поляризуемость – способность электронной плотности становится полярной в результате действия на молекулу внешнего электрического поля – в частности поля других молекул, вступающих в реакцию.

Направленность – определенное направление химической связи, которое возникает в результате перекрывания электронных облаков. Направленность определяется строением молекулы.

Механизм возникновения ковалентной связи:

Обменный – механизм возникновения ковалентной связи путем обобществления неспаренных электронов других атомов.

Донорно-акцепторный – механизм возникновения ковалентной связи, при котором один атом, имеющий неподеленную электронную пару (донор), предоставляет ее свободную орбиталь другого атома (акцептор).

К межмолекулярным взаимодействиям относятся: ориентационные – диполь-диполь; индукционные – диполь-не диполь и дисперсионные – за счет микродиполей.

Различие – в степени поляризации связи (степени смещения связывающих электронных пар):

а) в соединении с ковалентной неполярной связью электроотрицательности атомов одинаковы, поэтому связывающие электронные пары в равной степени принадлежат обоим атомам;

б) в соединении с ковалентной полярной связью электроотрицательности атомов отличаются, но не сильно, поэтому связывающие электронные пары принадлежат обоим атомам, но в большей степени смещены к более электроотрицательному атому;

в) в соединении с ионной связью связывающие электроны полностью принадлежат более электроотрицательному атому.