Лекция 6 Шагалов Владимир Владимирович ХИМИЧЕСКАЯ СВЯЗЬ

Шагалов Владимир Владимирович 2 Химическая связь – это любое взаимодействие между частицами, при котором выделяется больше 20 к Дж энергии

Шагалов Владимир Владимирович г. Вальтер Генрих Гейтлер и Фриц Лондон, применив квантово-механические расчеты, вычислили Е и длину связи в молекуле Н 2 (4,477 Эв и Å) Молекула водорода образуется из атомов с выделением 432,1 к Дж теплоты: Н + Н = Н ,1 к Дж/моль. Это значение теплового эффекта соответствует энергии химической связи Н–Н. Такое количество энергии затрачивается на разрыв 1 моль связей. Энергия химической связи в молекуле водорода равна 432,1 к Дж/моль: Н 2 = 2Н – 432,1 к Дж/моль, т. е. численно равна энергии, выделяемой при образовании той же связи.

Шагалов Владимир Владимирович 4 Виды химической связи Ковалентная Ионная Металлическая Водородная Межмолекулярные силы (силы Ван-дер-Ваальса) Основные виды связи Дополнительные

Шагалов Владимир Владимирович 5 Характеристики химической связи Длина химической связи ( св. ) – это межъядерное расстояние в молекулах или кристаллах Орбитальные радиусы элементов (r a ) и длина одноэлектронной химической связи (d) Неполярная ковалентная связь Полярная ковалентная связь

Шагалов Владимир Владимирович 6 Характеристики химической связи Энергия связи (Е св ) – это Е, которая выделяется при образовании хим. св. или затрачивается на её разрыв Валентный угол – это угол между связями, которые образует атом в молекуле

Шагалов Владимир Владимирович 7 Характеристики химической связи Полярность связи – это смещение ē плотности к более электроотрицательному атому Не полярные молекулы Полярные молекулы Фтористый водород Метан Трифторид бора Вода

Шагалов Владимир Владимирович 8 Магнитные свойства По характеру поведения в магнитном поле вещества разделяются на диамагнитные и парамагнитные Парамагнетики - намагничиваются во внешнем магнитном поле в направлении внешнего магнитного поля и имеют положительную магнитную восприимчивость Диамагнетики - намагничивающиеся против направления внешнего магнитного поля. В отсутствие внешнего магнитного поля диамагнетики немагнитны

Шагалов Владимир Владимирович 9 Механизмы образования ковалентной связи Различают три механизма образования ковалентной связи: Обменный Донорно-акцепторный Дативный

Шагалов Владимир Владимирович 10 Обменный механизм Заключается в предоставлении атомами неспаренных ē для образования химических связи Образование молекулы О 2 : О: 2s 2 2p 4 O: 2S 2 2p 4

Шагалов Владимир Владимирович 11 Типы перекрывания АО -тип перекрывания: область общей ē плотности лежит на линии связи ядер атомов -тип: область общей ē плотности перпендикулярна линии связи ядер атомов

Шагалов Владимир Владимирович 12 Донорно-акцепторный механизм Химическая связь образуется за счёт ē пары одного атома и вакантной АО другого атома: Образ. молекулы СО: С: 2S 2 2p 2 О: 2S 2 2p 4

Шагалов Владимир Владимирович 13 Свойства ковалентной связи Ковалентная связь имеет 3 основных свойства: полярность, насыщаемость, направленность. Полярная ковалентная связь образуется при взаимодействии атомов различных химических элементов: HF, NO, BN … Неполярная ковалентная связь образуется при взаимодействии атомов одинаковых химических элементов: H 2, F 2, N 2, O 2 …

Шагалов Владимир Владимирович 14 Насыщаемость ковалентной связи Насыщаемость связи заключается в стремлении атомов полностью реализовать свои валентные возможности

Шагалов Владимир Владимирович 15 Направленность ковалентной связи Геом-кое строение молекул и ионов объясняется теорией гибридизации АО. Гибридизация – это выравнивание АО по форме и Е.

Шагалов Владимир Владимирович 16 Теория Гиллеспи (Метод ОЭПВО) ОЭПВО – отталкивание ē пар валентных орбиталей. Теория описывает строение молекул (ионов), атомы которых имеют неподелённые (несвязывающие) ē пары. Связывающей называется такая пара ē, которые образуют связь между двумя атомами. Несвязывающая пара ē принадлежит только одному ц. а. и не принимает участия в образовании химической связи, но влияет на форму молекулы (иона).

Шагалов Владимир Владимирович 17 Недостатки метода ВС Метод ВС не объясняет: существование молекулярных ионов Н 2 +, О 2 - … магнитные свойства молекул изменение Е связи при отрыве ē от молекулы существование электронодефицитных молекул, например В 2 Н 6

Шагалов Владимир Владимирович 18 Метод МО ЛКАО Поведение ē в молекуле описывается молекулярной волновой функцией (ψ МО ), которую можно представить как линейную комбинацию атомных волновых функций (ψ АО )

Э НЕРГЕТИЧЕСКИЕ ДИАГРАММЫ МО Е Е АОМОАО 1s 1s Ψ св МО Ψ * МО Заполнение ē МО происходит в соответствии с 3 основными принципами (min энергии, Паули и правилом Гунда) Шагалов Владимир Владимирович 19

Шагалов Владимир Владимирович 20 Симметрия МО зависит от способа перекрывания АО Сложение атомных ψ s функций + _ SS ++ X + св X + _ *

PxPx PxPx + _ + _ _ + X X + _ + _ + __ * св Сложение и вычитание атомных ψр x функций Шагалов Владимир Владимирович 21

С ЛОЖЕНИЕ И ВЫЧИТАНИЕ АТОМНЫХ ΨР У ( ΨР Z ) ФУНКЦИЙ + _ + _ PyPy PyPy _ + X X + + _ _ + _ * св Шагалов Владимир Владимирович 22

Для молекул, образ. атомами начала II периода (до N): Для молекул, образ. атомами конца II периода (после N):

Шагалов Владимир Владимирович 24 Выводы из диаграммы МО Кратность связи Магнитные свойства

Шагалов Владимир Владимирович 25 Ионная связь Ионная связь образуется за счёт электростатического взаимодействия между ионами противоположного знака. Ионная связь не направлена и ненасыщаема: Ненаправленность связана с тем, что электростатическое поле иона обладает сферической симметрией.

Шагалов Владимир Владимирович 26 Ионная связь Ненасыщаемость – это способность иона данного знака притягивать к себе переменное количество ионов противоположного знака

Шагалов Владимир Владимирович 27 Металлическая связь Характерные свойства металлов: электро- и теплопроводность пластичность металлический блеск ковкость образование кристаллических структур с высокими координационными числами (8-12)

Шагалов Владимир Владимирович 28 Водородная связь Н-связь возникает в молекулах или между молекулами, в состав которых входит атом водорода и наиболее электроотрицательный атом (F,O,N) - фтороводород - вода водородная связь между молекулами воды

Шагалов Владимир Владимирович 29 Водородная связь Внутримолекулярная Н-связь возникает между функциональными группами внутри одной молекулы

Шагалов Владимир Владимирович 30 Силы Ван-дер-Ваальса Связи между молекулами, обусловленные электростатическим взаимодействием, называются силами Ван-дер-Ваальса. Различают 3 типа сил: Ориентационное взаимодействие возникает между полярными молекулами (а) Индукционное взаимодействие возникает между полярными и неполярными молекулами. Дисперсионное взаимодействие возникает между неполярными молекулами.

Шагалов Владимир Владимирович 31 Уравнение состояния реального газа Учитывая силы межмолекулярного взаимодействия, Ван-дер-Ваальс предложил ввести поправочные коэффициенты в уравнение Менделеева-Клапейрона: (Р+ а/V 2 )·(V – b) = RT, где: а/V 2 – поправочный коэффициент, учитывающий силы Ван-дер-Ваальса или внутреннее давление га з а; b – собственный объём молекул газа.