Sơ đồ hình thành các chất có các loại liên kết khác nhau. Các loại liên kết hóa học

Các loại liên kết hóa học.
Liên kết ion

lớp 8

Là người đăng ký của bạn trong nhiều năm, tôi luôn làm quen với các ấn phẩm phát triển bài học, hoạt động ngoại khóa và tài liệu giảng dạy. Từ nhiều ấn phẩm, tôi có thể thu thập được những ý tưởng thú vị, trên cơ sở đó tôi phát triển bài học của riêng mình.

Có cơ hội độc lập xác định trình tự nghiên cứu tài liệu trong một môn hóa học, sau khi nghiên cứu chủ đề “Định luật tuần hoàn và hệ thống tuần hoàn các nguyên tố hóa học của D.I. Mendeleev dựa trên cấu trúc của nguyên tử”, tôi thấy việc nghiên cứu tài liệu là cần thiết. về chủ đề “Cấu trúc của vật chất”. Việc xem xét chủ đề “Cấu trúc của vật chất” ở lớp 8 cho phép bạn nghiên cứu các chủ đề tiếp theo của khóa học ở mức độ sâu hơn, chẳng hạn như “Halogen”, “Kim loại kiềm”, v.v.

Tôi lưu ý các bạn về việc xây dựng bài học về chủ đề “Liên kết ion”. Bài học được cấu trúc sao cho học sinh sau khi lặp lại những tài liệu đã học trước đó sẽ nắm vững thành công những tài liệu mới.

Tôi hy vọng rằng việc phát triển bài học sẽ có ích cho các đồng nghiệp của tôi - giáo viên hóa học, làm cho bài học trở nên thú vị và tổ chức cho các em hoạt động sáng tạo độc lập. Mục tiêu bài học. giáo dục:

nhắc lại, sửa lỗi và củng cố kiến ​​thức về chủ đề “Cấu trúc của nguyên tử”; củng cố các khái niệm về “độ âm điện”, “liên kết cộng hóa trị có cực” và “liên kết cộng hóa trị không phân cực”; giới thiệu các khái niệm “ion”, “liên kết ion”; nghiên cứu một loại liên kết hóa học mới - liên kết ion, bản chất và điều kiện hình thành của nó;

rèn luyện kỹ năng so sánh sơ đồ cấu tạo của các nguyên tử và ion trung hòa. giáo dục:

phát triển kỹ năng vẽ sơ đồ điện tử để hình thành liên kết hóa học, các hợp chất có liên kết ion và xác định số lượng electron trong ion; phát triển kỹ năng xác định loại liên kết dựa trên phân tích thành phần của hợp chất hóa học. Thiết bị.

Bảng tuần hoàn các nguyên tố hóa học, các thẻ có công thức các chất (H 2 O, Br 2, CO 2, O 3, HCl, HNO 3, P 4, CS 2, H 2 SO 4, S 8), tài liệu phát tay, thẻ tín hiệu màu với các số: đỏ – 1, xanh lam – 2, tím – 3.

Loại bài học.

Kết hợp (80 phút) Hôm nay bạn và tôi phải chinh phục một trong những đỉnh cao quan trọng nhất của khoa học hóa học - đỉnh cao “Liên kết hóa học”. Để bắt đầu đi lên, bạn cần chuẩn bị cho việc đó, thu thập ba lô để đựng tất cả những kiến ​​\u200b\u200bthức cần thiết. Đầu tiên, hãy xem bạn tự làm điều đó như thế nào.

Chúng tôi thu thập ba lô của chúng tôi. Học sinh được yêu cầu hoàn thành công việc độc lập sau đó là tự kiểm tra. Công việc độc lập giải quyết vấn đề cập nhật kiến ​​thức và đóng vai trò chẩn đoán đầu vào (xác định mức độ sẵn sàng của học sinh để học tiếp về chủ đề này).

Học sinh nhận bài trên thẻ. Hai học sinh có trình độ tốt ngồi bàn riêng, làm bài bằng bút viết trên tờ A4. Khi hoàn thành, họ dán chúng lên bảng. Hai học sinh đã chuẩn bị tốt nhận xét về bài làm đã làm và trả lời các câu hỏi làm rõ của giáo viên và các bạn trong lớp. Phần còn lại của lớp kiểm tra bài làm của mình một cách độc lập khi nhận xét.

Những học sinh hoàn thành tác phẩm và nhận xét về nó sẽ nhận được điểm.

Làm việc độc lập

Nhiệm vụ 1. Sử dụng công thức điện tử, xác định vị trí của nguyên tố trong bảng tuần hoàn và đặt tên cho nó.

Phương án I. 1 S 2 2S 2 2P 6 3S 2 3P 4 .

Phương án II. 1 S 2 2S 1 .

Nhiệm vụ 2. Dựa vào vị trí các nguyên tố trong bảng tuần hoàn, so sánh độ âm điện của chúng và đặt dấu giữa chúng<, >, =.

Lựa chọn I.

1) EO (Br) * EO (Li);

2) EO (Al) * EO (Cl);

3) EO (S) * EO (O).

Phương án II.

1) EO (Mg) * EO (F);

2) EO (C) * EO (O);

3) EO (I) * EO (Cl).

Nhiệm vụ 3. Xác định số electron ở lớp ngoài cùng trong nguyên tử.

Biến thể I. Cl, K, P.

Phương án II. Ca, S, F.

Nhiệm vụ 4. Xác định xem mỗi nguyên tử còn thiếu bao nhiêu electron trước khi hoàn thành cấp độ bên ngoài.

Tùy chọn I. C, S, Cl.

Phương án II. Ô, P, tôi.

Nhiệm vụ 5. Kết thúc câu.

Phương án I. Liên kết cộng hóa trị không phân cực được hình thành giữa ……………. .

Phương án II. Liên kết cộng hóa trị có cực được hình thành giữa ………..

Đáp án bài làm độc lập

Nhiệm vụ 1.

Phương án I. Công thức điện tử 1 S 2 2S 2 2P 6 3S 2 3P 4 tương ứng với một nguyên tử lưu huỳnh. Nguyên tố này thuộc chu kỳ 3, nhóm VI.

Phương án II. Công thức điện tử 1 S 2 2S 1 tương ứng với một nguyên tử lithium. Nguyên tố này thuộc chu kì 2 nhóm I.

Nhiệm vụ 2.

Lựa chọn I.

1) EO (Br) > EO (Li);

2) EO (Al)< ЭО (Cl);

3) EO (S)< ЭО (O).

Phương án II.

1) EO (Mg)< ЭО (F);

2) EO (C)< ЭО (O);

3) EO (Tôi)< ЭО (Сl).

Nhiệm vụ 3.

Biến thể I. Cl – 7, K – 1, P – 5.

Phương án II. Ca – 2, S – 6, F – 7.

Nhiệm vụ 4.

Lựa chọn I. C – 4, S – 2, Cl – 1.

Phương án II. O – 2, P – 3, I – 1.

Nhiệm vụ 5.

Lựa chọn I. Liên kết cộng hóa trị không phân cực được hình thành giữa các nguyên tử có cùng độ âm điện, ví dụ giữa các nguyên tử của cùng một nguyên tố hóa học phi kim loại.

Phương án II. Liên kết cộng hóa trị có cực được hình thành giữa các nguyên tử có độ âm điện khác nhau đôi chút giữa các nguyên tử khác nhau của các nguyên tố hóa học phi kim loại.

Kết hợp (80 phút) Nhiệm vụ đã hoàn thành tốt đẹp nhưng một số bạn vẫn mắc lỗi. Chúng ta hãy xem lại các khái niệm cơ bản một lần nữa và kiểm tra kỹ năng vẽ các mạch điện tử để hình thành liên kết cộng hóa trị để ba lô của chúng ta được lắp ráp chính xác.

Nhóm thứ nhất. Học sinh đã hoàn thành bài làm độc lập không có sai sót (dựa trên kết quả tự kiểm tra) thực hiện bài kiểm tra để đánh giá.

Mục tiêu. Vận dụng kiến ​​thức vào tình huống mới.

Công việc thử nghiệm

Lựa chọn I.

1. Lập công thức các chất gồm hai nguyên tố, công thức điện tử của nguyên tử đó là: a) 1 S 2 2S 2 2P 3; b) 1 S 1.

2. Cho biết loại liên kết hóa học trong các phân tử này và vẽ sơ đồ điện tử về sự hình thành của nó.

Dựa vào vị trí các nguyên tố trong bảng tuần hoàn, hãy sắp xếp chúng theo thứ tự độ âm điện tăng dần của nguyên tử chúng:

Phương án II.

1. a) S, Cl, O, K; b) F, P, Ca, N. S 2 2S 2 2P 6 3S 2 3P Lập công thức các chất có thể gồm hai nguyên tố, công thức điện tử của nguyên tử đó là: a) 1 S 4;

2. b) 1

1. Cho biết loại liên kết hóa học trong các phân tử này và vẽ sơ đồ điện tử về sự hình thành của nó. Dựa vào vị trí các nguyên tố trong bảng tuần hoàn, hãy sắp xếp chúng theo thứ tự độ âm điện nguyên tử tăng dần: a) Cl, I, Li, Al; b) C, N, Si, Ba.

Nhóm thứ 2.

Học sinh mắc lỗi sẽ bịa ra một câu chuyện bằng cách điền vào chỗ trống những từ và cụm từ gợi ý. Trong trường hợp khó khăn, hãy sử dụng sách giáo khoa hoặc ghi chú vào vở.

Mục tiêu. Nhắc lại, sửa lỗi và củng cố kiến ​​thức.

Câu chuyện sáo rỗng

Trong bảng tuần hoàn, các nguyên tố được sắp xếp thành các nhóm và chu kỳ. Tổng số electron trong nguyên tử là ………. Số kỳ tương ứng với....... . Số nhóm cho thấy ………. . Lớp ngoài hoàn chỉnh có chứa ............. .

Độ âm điện là khả năng của các nguyên tử thu hút các electron từ các nguyên tử khác. Trong các khoảng thời gian từ trái sang phải, độ âm điện là ..........., trong các nhóm con chính từ trên xuống dưới - ............

1) Liên kết cộng hóa trị không phân cực được hình thành giữa ……..….. . Liên kết cộng hóa trị có cực được hình thành giữa.............

2) số electron ở lớp ngoài cùng của các nguyên tố thuộc nhóm con chính,

3) tăng lên,

4) số thứ tự của phần tử,

5) tám electron,

6) giảm,

7) số mức năng lượng,

8) giữa các nguyên tử khác nhau của các nguyên tố hóa học phi kim loại.

Nhóm 1 nộp bài cho giáo viên kiểm tra; điểm sẽ được công bố vào buổi học tiếp theo.

Nhóm 2 kiểm tra bài làm của mình trong khi nghe câu trả lời của một học sinh. Giải thích được cung cấp nếu cần thiết.

Đáp án bài kiểm tra

nhóm thứ nhất

Lựa chọn I.

1. Công thức điện tử tương ứng với: a) 1 S 2 2S 2 2P 3 – nguyên tử nitơ; b) 1 S 1 – nguyên tử hydro.

2. Các nguyên tố này tạo thành các hợp chất sau - N 2, H 2, NH 3. Trong phân tử N 2, H 2 là liên kết cộng hóa trị không phân cực; Trong phân tử NH 3 có liên kết cộng hoá trị phân cực.

Phương án II.

1. Dựa vào vị trí các nguyên tố trong bảng tuần hoàn, độ âm điện tăng dần theo thứ tự sau: a) K, S, Cl, O; b) Ca, P, N, F. S 2 2S 2 2P 6 3S 2 3P Công thức điện tử tương ứng với a) 1 S 4 – nguyên tử lưu huỳnh; b) 1

1 – nguyên tử hydro.

Các nguyên tố này tạo thành các hợp chất sau: S 2 , H 2 , H 2 S. Trong phân tử S 2 , H 2 là liên kết cộng hóa trị không phân cực; trong phân tử H 2 S có liên kết cộng hóa trị có cực.

Mạch giáo dục điện tử.

2. S2*:

H2S:

Dựa vào vị trí các nguyên tố trong bảng tuần hoàn, độ âm điện tăng dần theo thứ tự sau: a) Li, Al, I, Cl; b) Ba, Si, C, N. nhóm thứ 2 Trong bảng tuần hoàn, các nguyên tố được sắp xếp thành các nhóm và chu kỳ. Tổng số electron trong nguyên tử là số sê-ri phần tử. Số kỳ tương ứng số mức năng lượng. Số nhóm hiển thị số electron ở lớp ngoài của các nguyên tố thuộc phân nhóm chính.

Lớp ngoài hoàn thiện có chứa tám electron.Độ âm điện là khả năng của các nguyên tử thu hút các electron từ các nguyên tử khác. Trong các khoảng thời gian từ trái sang phải độ âm điện tăng lên,.

trong các nhóm nhỏ chính từ trên xuống dưới – giảm Liên kết cộng hóa trị không phân cực được hình thành giữa các nguyên tử của cùng một nguyên tố hóa học phi kim loại.

Kết hợp (80 phút) Liên kết cộng hóa trị có cực được hình thành

giữa các nguyên tử khác nhau của các nguyên tố hóa học phi kim loại.

Vì vậy, ba lô của chúng tôi đã được đóng gói, chúng tôi bắt đầu đi lên. Tuy nhiên, những trở ngại đang chờ đợi chúng ta trên đường đi. Và trở ngại đầu tiên chính là “thác nước” chất. Trên bảng có hình ảnh một thác nước. Những tấm thẻ có công thức hóa học được gắn vào thác: H 2 O, Br 2, CO 2, O 3, HCl, HNO 3, P 4, CS 2, H 2 SO 4, S 8.

Phương án I. Viết các chất có liên kết cộng hóa trị phân cực vào vở.

Phương án II. Viết các chất có liên kết cộng hóa trị không phân cực.

Việc kiểm tra được thực hiện trực tiếp.

Trả lời. Các chất có liên kết cộng hóa trị phân cực - H 2 O, CO 2, HCl, HNO 3, CS 2, H 2 SO 4.

Các chất có liên kết cộng hóa trị không phân cực - Br 2, O 3, P 4, S 8.

Kết hợp (80 phút) Tuyệt vời, chúng ta đã vượt qua thác nước thành công nhưng một chướng ngại vật mới đang chờ chúng ta ở phía trước. Một “tắc nghẽn” mạch điện tử đã hình thành trên một con đường núi hẹp.

Vì vậy, ba lô của chúng tôi đã được đóng gói, chúng tôi bắt đầu đi lên. Tuy nhiên, những trở ngại đang chờ đợi chúng ta trên đường đi. Và trở ngại đầu tiên chính là “thác nước” chất. Xác định sơ đồ nào phản ánh đúng cơ chế hình thành liên kết hóa học.

Phương án I. CỦA 2

Phương án II. BCl 3

Các mạch điện tử được viết ở mặt sau của bảng. Mỗi học sinh có ba thẻ tín hiệu màu có ghi số. Học sinh giơ thẻ có số câu trả lời đúng. Nếu có lỗi xảy ra, công việc khắc phục sẽ được thực hiện.

Giáo viên. Làm tốt lắm, chúng tôi đã đi được dọc theo một con đường núi hẹp và tiếp tục leo lên.

Chú ý! Một hang động hiện ra phía trước. Những người leo núi tò mò đã phát hiện ra một phát hiện thú vị trong đó - một chiếc rương nhỏ và một lá thư bí ẩn.

Chúng ta chỉ có thể tiếp tục cuộc hành trình khi đoán được trong chiếc quan tài này có gì. Thôi, chúng ta hãy dừng lại nghỉ ngơi và đọc lá thư.

Trên bàn giáo viên có một chiếc “quan tài” được niêm phong bằng dấu sáp. Bên cạnh anh là một lá thư được gấp lại. Học sinh được yêu cầu đọc lá thư.

Kết hợp (80 phút) Học sinh (đọc nội dung bức thư).

Từ chất được giấu trong chiếc hộp này, bạn có thể lấy được kim loại có thể dễ dàng cắt bằng dao, vò nát như nhựa dẻo và chỉ được bảo quản dưới một lớp dầu hỏa.

Kết hợp (80 phút) Từ đó, bạn cũng có thể thu được một loại khí màu vàng xanh gây ngạt thở và độc hại, dùng để khử trùng nước. Nhưng chúng ta thường sử dụng chất này một cách khác nhau. Nó ở trong mọi nhà, trên mọi bàn ăn. Người xưa nói rằng vàng quý hơn vàng, vì vàng có thể sống nhưng không thể sống thiếu vàng. Theo phong tục của người Nga, những vị khách thân yêu được chào đón bằng chất này, qua đó cầu chúc sức khỏe, còn làm đổ nó có nghĩa là mất sức khỏe, thất bại.

Bức thư đang nói về chất liệu bí ẩn nào? Từ đó thu được những chất gì? Vì chúng ta đang nghiên cứu chủ đề “Liên kết hóa học” nên cần tìm hiểu xem nó được hình thành như thế nào giữa các nguyên tử trong natri clorua và nên phân loại nó thành loại nào.

Học tài liệu mới

Kết hợp (80 phút) Làm tốt. Mục đích bài học của chúng ta là làm quen với một loại liên kết hóa học mới - ion, tìm hiểu bản chất và điều kiện hình thành của nó. Chúng ta sẽ học cách xây dựng các mạch điện tử để hình thành các hợp chất có liên kết hóa học thuộc loại ion và xác định tổng số electron trong các ion.

Chủ đề của bài học và công thức muối ăn được ghi vào vở.

Kết hợp (80 phút) Chúng ta hãy xem xét sự hình thành liên kết ion bằng natri clorua làm ví dụ. Chúng ta hãy viết một phương trình phản ánh sự tương tác của các nguyên tử natri và clo:

Hãy tự vẽ sơ đồ cấu trúc của các nguyên tử natri và clo vào vở. Xác định số lượng electron ghép đôi và chưa ghép cặp ở cấp độ cuối cùng trong nguyên tử.

Na +11 1 S 2 2S 2 2P 6 3S 1 ;

Cl +17 1 S 2 2S 2 2P 6 3S 2 3P 5 .

Các nguyên tử natri và clo đều có một electron chưa ghép cặp. Khi các nguyên tử này đến gần một khoảng cách nhất định, các đám mây điện tử của các electron chưa ghép cặp chồng lên nhau và một đám mây điện tử chung cho hai nguyên tử được hình thành. Nhưng vì độ âm điện của clo lớn hơn nhiều so với natri nên cặp electron dùng chung hoàn toàn chuyển sang nguyên tử clo. Do sự chuyển electron từ nguyên tử natri sang nguyên tử clo, các hạt tích điện trái dấu xuất hiện: nguyên tử clo thu được điện tích âm và nguyên tử natri thu được điện tích dương.

(Giới thiệu khái niệm “ion”, “liên kết ion”, định nghĩa được ghi vào vở.)

Các hạt được hình thành do sự dịch chuyển electron từ nguyên tử này sang nguyên tử khác gọi là hạt ion.

Na 0 – 1 e-> Na 1+ , Cl 0 + 1 e-> Cl 1– .

Điện tích của ion được xác định bởi số lượng electron được cho hoặc nhận. Ion tích điện âm được đặt trong dấu ngoặc vuông.

Liên kết hóa học xảy ra giữa các ion do tương tác tĩnh điện được gọi là ion.

Chúng ta hãy xem cấu trúc của các ion natri và clo và xác định tổng số electron trong mỗi ion:

Na 1+ +11 , 1 S 2 2S 2 2P 6 3S 0 (10 electron);

Cl 1– +17, 1 S 2 2S 2 2P 6 3S 2 3P 6 (18 electron).

Hãy kiểm tra những cái chính của chúng tôi kết luận.

Ion là các hạt tích điện mà nguyên tử trở thành do mất hoặc thu thêm electron.

Liên kết hình thành do tương tác tĩnh điện giữa các ion được gọi là liên kết ion.

Liên kết ion xảy ra giữa nguyên tử kim loại và phi kim, độ âm điện của nó rất khác nhau (nhiều hơn hai đơn vị). Liên kết ion là trường hợp cực đoan của liên kết cộng hóa trị có cực.

Trên đường đi, nền tảng kiến ​​thức của chúng tôi đã mở rộng. Hãy tiếp tục tiến về phía trên. Nhưng đột nhiên một trở ngại mới xuất hiện. Phía trước là những “bụi” công thức hóa học dày đặc, qua đó bạn có thể vượt qua nếu loại bỏ các chất có loại liên kết hóa học ion.

Công thức được viết trên bảng:

CCl 4, Na 2 SO 4, I 2, LiBr, F 2, CaCl 2, KI, Na 2 S, Mg(NO 3) 2, SO 2, Cl 2, BaO, I 2, N 2, MgS.

Học sinh được yêu cầu viết các hợp chất có liên kết ion vào vở.

Kiểm tra phía trước. Một học sinh đọc công thức đã ghi vào vở, các học sinh còn lại kiểm tra. Giáo viên giải thích về các chất gồm ba nguyên tố hóa học và có hai loại liên kết.

Trả lời. Na 2 SO 4, LiBr, CaCl 2, KI, Na 2 S, Mg(NO 3) 2, BaO, MgS.

Kết hợp (80 phút) Chúng tôi đã tìm được đường xuyên qua những bụi cây rậm rạp, chúng tôi đã tiến rất gần đến mục tiêu của mình.

Hãy tập hợp tất cả kiến ​​thức của chúng ta và vươn lên dẫn đầu.

Dưới sự hướng dẫn của giáo viên, khả năng vẽ sơ đồ hình thành liên kết ion, xác định điện tích của các ion và số electron trong ion được củng cố bằng ví dụ về các hợp chất: a) KF; b) Na 2 S; c) BeO.

Tiếp theo, học sinh độc lập làm công việc tương tự, chọn hai công thức bất kỳ trong số các công thức được đề xuất: a) LiBr; b) CaCl 2; c) MgS; d) Mg 3 N 2 *.

Ba học sinh cùng làm việc trên bảng.

Giáo viên. Nhiệm vụ có dấu hoa thị (*) không được giải thích hoặc kiểm tra trong bài học này; phần giải thích sẽ được đưa ra tại cuộc họp câu lạc bộ hóa học.

Kết quả được kiểm tra phía trước.

Công việc thử nghiệm

1. Cố định vật liệu

Chúng ta đã đi được một chặng đường khó khăn nhưng thú vị, đỉnh cao của “Liên kết hóa học” đã bị chinh phục. Tôi xin chúc mừng bạn, bạn đã nỗ lực rất nhiều để đạt được nó, thể hiện sự hiểu biết của mình, thể hiện sự tháo vát, thân thiện, giúp đỡ lẫn nhau trong lúc khó khăn. Và bây giờ là lúc để quay trở lại.

Học sinh được yêu cầu hoàn thành một bài kiểm tra. Mục đích: kiểm soát hoạt động của kiến ​​thức.

2. Kết quả thực hiện sẽ được sử dụng khi lập kế hoạch cho công việc cải huấn cá nhân với học sinh.

Xác định số electron ở lớp ngoài cùng trong nguyên tử.

Tùy chọn I. F, B, Ca.

3. Phương án II. Se, Al, C.

Cho biết số electron mà nguyên tử sẽ chấp nhận để hoàn thành cấp độ bên ngoài của nó.

Phương án I. S, P, Si.

4. Phương án II. F, N, O.

Phương án I. a) KBr; b) AlCl3.

Phương án II. a) MgI 2; b) NaBr.

Điền vào bảng.

Bàn

nguyên tử Số lượng electron ion Số lượng electron
… …………… … …………
… …………… … …………
… …………… … …………
… …………… … …………

5*. Phân tích bản vẽ và điền vào các công thức còn thiếu.

Đáp án bài tập kiểm tra

Nhiệm vụ 1.

Biến thể I. F – 7, B – 3, Ca – 2.

Phương án II. Se – 6, Al – 3, C – 4.

Nhiệm vụ 2.

Phương án I. S – 2, P – 3, Si – 4.

Phương án II. F – 1, N – 3, O – 2.

Nhiệm vụ 3.

Lựa chọn I. Trong các hợp chất: CH 4 – liên kết hóa học có cực, K 2 O – liên kết ion, F 2 – liên kết cộng hóa trị không phân cực.

Phương án II. Trong các hợp chất: PCl 3 là liên kết cộng hóa trị phân cực, O 3 là liên kết cộng hóa trị không phân cực, Al 2 O 3 là liên kết ion.

Nhiệm vụ 4.

Lựa chọn I.

a) Đối với KBr:

K 0 – 1 e-> K 1+ , Br 0 + 1 e-> Br 1– .

b) Đối với AlCl3:

Al 0 – 3 e-> Al 3+, Cl 0 + 1 e-> Cl 1– .

nguyên tử Số lượng electron ion Số lượng electron
Al 0 13 Al 3+ 10
Cl 0 17 Cl 1– 18
K 0 19 K 1+ 18
Anh 0 35 Br 1– 36

Phương án II.

a) Đối với MgF 2:

Mg 0 – 2 e-> Mg 2+ , F 0 + 1 e-> F 1– .

b) Đối với NaBr:

Na 0 – 1 e-> Na 1+ , Br 0 + 1 e-> Br 1– .

nguyên tử Số lượng electron ion Số lượng electron
Mg 0 12 Mg 2+ 10
tôi 0 53 Tôi 1– 54
Na 0 11 Na 1+ 10
Anh 0 35 Br 1– 36

Nhiệm vụ 5* (thảo luận tại cuộc họp của giới hóa học).

Câu trả lời có thể như sau: KCl, KH, Na 2 O, NaCl (có thể có các hợp chất kim loại khác với các phi kim được nêu ở phần giữa của hình, tức là các hợp chất có liên kết ion).

Tóm tắt.

Chấm điểm.

Bài tập về nhà. Guzey L.S. Hoá học. Câu hỏi. Nhiệm vụ. Bài tập. lớp 8–9. § 18.3, ví dụ.

1, 2, 3 – bằng văn bản. * Phân tử diatomic S2 được hình thành khi đun nóng hơi lưu huỳnh ở nhiệt độ cao. –

Ghi chú biên tập.

Không có lý thuyết thống nhất về liên kết hóa học; liên kết hóa học thường được chia thành cộng hóa trị (một loại liên kết phổ quát), ion (trường hợp đặc biệt của liên kết cộng hóa trị), kim loại và hydro.

Liên kết cộng hóa trị

Sự hình thành liên kết cộng hóa trị có thể thực hiện được bằng ba cơ chế: trao đổi, chất cho-chấp và tặng cách (Lewis). Theo cơ chế trao đổi chất

Sự hình thành liên kết cộng hóa trị xảy ra do sự dùng chung các cặp electron chung. Trong trường hợp này, mỗi nguyên tử có xu hướng thu được lớp vỏ khí trơ, tức là đạt được mức năng lượng bên ngoài hoàn chỉnh. Sự hình thành liên kết hóa học theo loại trao đổi được mô tả bằng công thức Lewis, trong đó mỗi electron hóa trị của nguyên tử được biểu thị bằng các dấu chấm (Hình 1).

Cơm. 1 Sự hình thành liên kết cộng hóa trị trong phân tử HCl theo cơ chế trao đổi

Với sự phát triển của lý thuyết cấu trúc nguyên tử và cơ học lượng tử, sự hình thành liên kết cộng hóa trị được thể hiện dưới dạng sự chồng chéo của các quỹ đạo điện tử (Hình 2).

Sự chồng chéo của các quỹ đạo nguyên tử càng lớn thì liên kết càng mạnh, độ dài liên kết càng ngắn và năng lượng liên kết càng lớn. Một liên kết cộng hóa trị có thể được hình thành bằng cách chồng các quỹ đạo khác nhau. Do sự chồng chéo của các quỹ đạo s-s, sp, cũng như các quỹ đạo d-d, p-p, d-p với các thùy bên, sự hình thành liên kết xảy ra. Liên kết được hình thành vuông góc với đường nối hạt nhân của 2 nguyên tử. Liên kết một và một có khả năng hình thành liên kết cộng hóa trị bội (đôi), đặc trưng của các chất hữu cơ thuộc nhóm anken, alkadien, v.v.. Liên kết một và hai tạo thành liên kết cộng hóa trị bội (ba), đặc trưng của các chất hữu cơ thuộc lớp của ankin (axetylen).

Sự hình thành liên kết cộng hoá trị bằng cơ chế cho - nhận Hãy xem ví dụ về cation amoni:

NH 3 + H + = NH 4 +

7 N 1s 2 2s 2 2p 3

Nguyên tử nitơ có một cặp electron đơn độc tự do (các electron không tham gia vào việc hình thành liên kết hóa học trong phân tử) và cation hydro có quỹ đạo tự do, vì vậy chúng lần lượt là chất cho và chất nhận electron.

Chúng ta hãy xem xét cơ chế hình thành liên kết cộng hóa trị bằng ví dụ về phân tử clo.

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

Nguyên tử clo có cả cặp electron tự do và các quỹ đạo trống, do đó, nó có thể thể hiện các tính chất của cả chất cho và chất nhận. Do đó, khi một phân tử clo được hình thành, một nguyên tử clo đóng vai trò là chất cho và chất còn lại là chất nhận.

Chủ yếu đặc điểm của liên kết cộng hóa trị là: độ bão hòa (liên kết bão hòa được hình thành khi một nguyên tử gắn càng nhiều electron vào chính nó trong khả năng hóa trị của nó cho phép; liên kết không bão hòa được hình thành khi số lượng electron gắn vào nhỏ hơn khả năng hóa trị của nguyên tử); tính định hướng (giá trị này liên quan đến hình dạng của phân tử và khái niệm “góc liên kết” - góc giữa các liên kết).

Liên kết ion

Không có hợp chất nào có liên kết ion thuần túy, mặc dù đây được hiểu là trạng thái liên kết hóa học của các nguyên tử trong đó môi trường điện tử ổn định của nguyên tử được tạo ra khi tổng mật độ electron được chuyển hoàn toàn sang nguyên tử của một nguyên tố có độ âm điện lớn hơn. Liên kết ion chỉ có thể xảy ra giữa các nguyên tử của các nguyên tố âm điện và dương điện ở trạng thái các ion tích điện trái dấu - cation và anion.

SỰ ĐỊNH NGHĨA

ion là các hạt tích điện được hình thành bằng cách loại bỏ hoặc thêm một electron vào nguyên tử.

Khi chuyển một electron, các nguyên tử kim loại và phi kim có xu hướng hình thành cấu hình lớp vỏ electron ổn định xung quanh hạt nhân của chúng. Một nguyên tử phi kim tạo ra lớp vỏ khí trơ tiếp theo xung quanh lõi của nó và một nguyên tử kim loại tạo ra lớp vỏ khí trơ trước đó (Hình 3).

Cơm. 3. Sự hình thành liên kết ion bằng ví dụ về phân tử natri clorua

Các phân tử tồn tại liên kết ion ở dạng nguyên chất được tìm thấy ở trạng thái hơi của chất. Liên kết ion rất mạnh nên các chất có liên kết này có nhiệt độ nóng chảy cao. Không giống như liên kết cộng hóa trị, liên kết ion không được đặc trưng bởi tính định hướng và độ bão hòa, vì điện trường do các ion tạo ra tác dụng như nhau lên tất cả các ion do tính đối xứng hình cầu.

Kết nối kim loại

Liên kết kim loại chỉ được thực hiện ở kim loại - đây là tương tác giữ các nguyên tử kim loại trong một mạng đơn. Chỉ các electron hóa trị của các nguyên tử kim loại thuộc toàn bộ thể tích của nó mới tham gia vào quá trình hình thành liên kết. Trong kim loại, các electron liên tục bị tách ra khỏi nguyên tử và di chuyển khắp toàn bộ khối lượng kim loại. Các nguyên tử kim loại, bị thiếu electron, biến thành các ion tích điện dương, có xu hướng nhận các electron chuyển động. Quá trình liên tục này tạo thành cái gọi là “khí điện tử” bên trong kim loại, chất này liên kết chặt chẽ tất cả các nguyên tử kim loại với nhau (Hình 4).

Liên kết kim loại rất mạnh, do đó kim loại được đặc trưng bởi điểm nóng chảy cao và sự hiện diện của “khí điện tử” mang lại cho kim loại tính dẻo và độ dẻo.

liên kết hydro

Liên kết hydro là một tương tác đặc hiệu giữa các phân tử, bởi vì sự xuất hiện và sức mạnh của nó phụ thuộc vào bản chất hóa học của chất. Nó được hình thành giữa các phân tử trong đó một nguyên tử hydro liên kết với một nguyên tử có độ âm điện cao (O, N, S). Sự xuất hiện của liên kết hydro phụ thuộc vào hai lý do: thứ nhất, nguyên tử hydro liên kết với nguyên tử có độ âm điện không có electron và có thể dễ dàng kết hợp vào đám mây electron của các nguyên tử khác, và thứ hai, có quỹ đạo hóa trị s, nguyên tử hydro có thể chấp nhận một cặp electron đơn độc của một nguyên tử có độ âm điện và hình thành liên kết với nó thông qua cơ chế cho-chấp.

Lớp vỏ bên ngoài của tất cả các nguyên tố, ngoại trừ khí hiếm, đều KHÔNG HOÀN THÀNH và trong quá trình tương tác hóa học, chúng HOÀN THÀNH.

Liên kết hóa học được hình thành bởi các electron của lớp vỏ electron bên ngoài, nhưng nó được thực hiện theo những cách khác nhau.


Có ba loại liên kết hóa học chính:

Liên kết cộng hóa trị và các dạng của nó: liên kết cộng hóa trị có cực và không phân cực;

Liên kết ion;

Kết nối kim loại.


Liên kết ion

Liên kết hóa học ion là liên kết được hình thành do lực hút tĩnh điện của cation với anion.


Liên kết ion xảy ra giữa các nguyên tử có giá trị độ âm điện khác nhau rõ rệt nên cặp electron tạo thành liên kết bị lệch mạnh về phía một trong các nguyên tử nên có thể coi nó thuộc về nguyên tử của nguyên tố này.


Độ âm điện là khả năng các nguyên tử của các nguyên tố hóa học thu hút các electron của chính chúng và của người khác.


Bản chất của liên kết ion, cấu trúc và tính chất của các hợp chất ion được giải thích từ quan điểm của lý thuyết tĩnh điện về liên kết hóa học.

Sự hình thành các cation: M 0 - n e - = M n+

Sự hình thành các anion: HeM 0 + n e - = HeM n-

Ví dụ: 2Na 0 + Cl 2 0 = 2Na + Cl -


Khi natri kim loại cháy trong clo, do phản ứng oxi hóa khử, các cation của nguyên tố natri có độ âm điện mạnh được hình thành.


Kết luận: liên kết hóa học ion được hình thành giữa các nguyên tử kim loại và phi kim có độ âm điện khác nhau rất nhiều.


Ví dụ: CaF 2 KCl Na 2 O MgBr 2, v.v.

Liên kết cộng hóa trị không phân cực và có cực

Liên kết cộng hóa trị là liên kết của các nguyên tử sử dụng các cặp electron chung (được chia sẻ giữa chúng).

Liên kết cộng hóa trị không phân cực

Chúng ta hãy xem xét sự xuất hiện của liên kết cộng hóa trị không phân cực bằng ví dụ về sự hình thành phân tử hydro từ hai nguyên tử hydro. Quá trình này đã là một phản ứng hóa học điển hình, bởi vì từ một chất (hydro nguyên tử) một chất khác được hình thành - hydro phân tử. Một dấu hiệu bên ngoài về “lợi ích” đầy năng lượng của quá trình này là sự giải phóng một lượng nhiệt lớn.


Lớp vỏ electron của các nguyên tử hydro (với một electron s cho mỗi nguyên tử) hợp nhất thành một đám mây điện tử chung (quỹ đạo phân tử), trong đó cả hai electron đều “phục vụ” hạt nhân, bất kể đó là hạt nhân “của chúng ta” hay “ngoại lai”. Lớp vỏ electron mới tương tự như lớp vỏ electron hoàn chỉnh của khí trơ helium của hai electron: 1s 2.


Trong thực tế, các phương pháp đơn giản hơn được sử dụng. Ví dụ, nhà hóa học người Mỹ J. Lewis vào năm 1916 đã đề xuất ký hiệu các electron bằng các dấu chấm bên cạnh ký hiệu của các nguyên tố. Một dấu chấm đại diện cho một electron. Trong trường hợp này, sự hình thành phân tử hydro từ các nguyên tử được viết như sau:



Chúng ta hãy xem xét sự liên kết của hai nguyên tử clo 17 Cl (điện tích hạt nhân Z = 17) thành một phân tử hai nguyên tử theo quan điểm cấu trúc của vỏ electron của clo.


Mức điện tử bên ngoài của clo chứa s 2 + p 5 = 7 electron. Vì các electron ở cấp độ thấp hơn không tham gia vào các tương tác hóa học nên chúng ta sẽ chỉ biểu thị các electron ở cấp độ thứ ba bên ngoài bằng các dấu chấm. Các electron bên ngoài này (7 mảnh) có thể được sắp xếp dưới dạng ba cặp electron và một electron chưa ghép cặp.


Sau khi kết hợp các electron chưa ghép cặp của hai nguyên tử thành một phân tử, thu được cặp electron mới:


Trong trường hợp này, mỗi nguyên tử clo được bao quanh bởi một OCTET electron. Điều này có thể dễ dàng nhận thấy bằng cách khoanh tròn bất kỳ nguyên tử clo nào.



Liên kết cộng hóa trị chỉ được hình thành bởi một cặp electron nằm giữa các nguyên tử. Nó được gọi là một cặp chia đôi. Các cặp electron còn lại được gọi là cặp electron đơn độc. Họ lấp đầy vỏ và không tham gia ràng buộc.


Các nguyên tử hình thành liên kết hóa học bằng cách chia sẻ đủ số electron để có được cấu hình điện tử tương tự như cấu hình điện tử hoàn chỉnh của các nguyên tử của các nguyên tố quý.


Theo lý thuyết Lewis và quy tắc bát tử, việc liên lạc giữa các nguyên tử có thể được thực hiện không nhất thiết phải bởi một, mà bởi hai hoặc thậm chí ba cặp phân chia, nếu quy tắc bát tử yêu cầu. Trái phiếu như vậy được gọi là gấp đôi và gấp ba.


Ví dụ, oxy có thể tạo thành một phân tử hai nguyên tử với một octet electron từ mỗi nguyên tử chỉ khi có hai cặp chung được đặt giữa các nguyên tử:



Các nguyên tử nitơ (2s 2 2p 3 ở lớp vỏ cuối cùng) cũng được liên kết thành một phân tử hai nguyên tử, nhưng để tổ chức một octet electron, chúng cần sắp xếp ba cặp chung giữa chúng:



Kết luận: liên kết cộng hóa trị không phân cực xảy ra giữa các nguyên tử có cùng độ âm điện, nghĩa là giữa các nguyên tử của cùng một nguyên tố hóa học - phi kim.

Ví dụ: trong phân tử H 2 Cl 2 N 2 P 4 Br 2 là liên kết cộng hóa trị không phân cực.

Không có lý thuyết thống nhất về liên kết hóa học; liên kết hóa học thường được chia thành cộng hóa trị (một loại liên kết phổ quát), ion (trường hợp đặc biệt của liên kết cộng hóa trị), kim loại và hydro.

Liên kết cộng hóa trị có cực là liên kết trung gian giữa liên kết cộng hóa trị thuần túy và liên kết ion. Giống như ion, nó chỉ có thể phát sinh giữa hai nguyên tử khác loại.


Ví dụ, hãy xem xét sự hình thành nước trong phản ứng giữa các nguyên tử hydro (Z = 1) và oxy (Z = 8). Để làm điều này, trước tiên thuận tiện là viết các công thức điện tử cho lớp vỏ ngoài của hydro (1s 1) và oxy (...2s 2 2p 4).



Hóa ra để làm được điều này, cần phải lấy chính xác hai nguyên tử hydro trên một nguyên tử oxy. Tuy nhiên, bản chất là tính chất nhận của nguyên tử oxy cao hơn tính chất nhận của nguyên tử hydro (lý do cho điều này sẽ được thảo luận sau). Do đó, các cặp electron liên kết trong công thức Lewis cho nước hơi dịch chuyển về phía hạt nhân của nguyên tử oxy. Liên kết trong phân tử nước là liên kết cộng hóa trị có cực và một phần điện tích dương và âm xuất hiện trên các nguyên tử.


Kết luận: liên kết cộng hóa trị có cực xảy ra giữa các nguyên tử có độ âm điện khác nhau, nghĩa là giữa các nguyên tử của các nguyên tố hóa học khác nhau - phi kim loại.


Ví dụ: trong phân tử HCl, H 2 S, NH 3, P 2 O 5, CH 4 - là liên kết cộng hóa trị có cực.

Công thức cấu tạo

Hiện nay, người ta thường mô tả các cặp electron (nghĩa là liên kết hóa học) giữa các nguyên tử bằng dấu gạch ngang. Mỗi dấu gạch ngang là một cặp electron dùng chung. Trong trường hợp này, các phân tử quen thuộc với chúng ta trông như thế này:



Công thức có dấu gạch ngang giữa các nguyên tử được gọi là công thức cấu trúc. Các cặp electron đơn độc thường không được thể hiện trong công thức cấu trúc.


Các công thức cấu trúc rất tốt để mô tả các phân tử: chúng cho thấy rõ ràng các nguyên tử được kết nối với nhau như thế nào, theo thứ tự nào, bằng liên kết nào.


Một cặp electron liên kết trong công thức Lewis giống như một dấu gạch ngang trong công thức cấu trúc.


Liên kết đôi và ba có một tên chung - nhiều liên kết. Phân tử nitơ cũng được cho là có bậc liên kết là ba. Trong phân tử oxy, bậc liên kết là hai. Thứ tự liên kết trong phân tử hydro và clo là như nhau. Hydro và clo không còn có liên kết bội mà là liên kết đơn giản.


Thứ tự liên kết là số lượng các cặp chia sẻ được chia sẻ giữa hai nguyên tử liên kết. Thứ tự kết nối cao hơn ba không xảy ra.

Liên kết hoá học.

    xác định liên kết hóa học;

    các loại liên kết hóa học;

    phương pháp liên kết hóa trị;

    đặc điểm cơ bản của liên kết cộng hóa trị;

    cơ chế hình thành liên kết cộng hóa trị;

    hợp chất phức tạp;

    phương pháp quỹ đạo phân tử;

    tương tác giữa các phân tử.

ĐỊNH NGHĨA LIÊN KẾT HÓA HỌC

Liên kết hóa học gọi là sự tương tác giữa các nguyên tử, dẫn đến sự hình thành các phân tử hoặc ion và sự giữ chặt của các nguyên tử ở gần nhau.

Liên kết hóa học có tính chất điện tử, nghĩa là nó được thực hiện do sự tương tác của các electron hóa trị. Tùy thuộc vào sự phân bố của các electron hóa trị trong phân tử, các loại liên kết sau được phân biệt: ion, cộng hóa trị, kim loại, v.v. Liên kết ion có thể được coi là trường hợp cực đoan của liên kết cộng hóa trị giữa các nguyên tử có bản chất khác nhau rõ rệt.

CÁC LOẠI LIÊN KẾT HÓA CHẤT

Liên kết ion.

Những điều khoản cơ bản của lý thuyết hiện đại về liên kết ion.

    Liên kết ion được hình thành trong quá trình tương tác của các nguyên tố có sự khác biệt rõ rệt với nhau về tính chất, nghĩa là giữa kim loại và phi kim loại.

    Sự hình thành liên kết hóa học được giải thích là do mong muốn của các nguyên tử đạt được lớp vỏ ngoài tám electron ổn định (s 2 p 6).

Ca: 1s 2 2s 2 p 6 3s 2 p 6 4s 2

Ca 2+ : 1s 2 2s 2 p 6 3 giây 2 P 6

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

Cl – : 1s 2 2s 2 p 6 3 giây 2 P 6

    Các ion tích điện trái dấu được giữ gần nhau do lực hút tĩnh điện.

    Liên kết ion không có tính định hướng.

    Không có liên kết ion thuần túy. Vì năng lượng ion hóa lớn hơn năng lượng ái lực của electron nên sự chuyển electron hoàn toàn không xảy ra ngay cả trong trường hợp cặp nguyên tử có độ âm điện chênh lệch lớn. Do đó, chúng ta có thể nói về tỷ lệ ion của liên kết. Độ ion cao nhất của liên kết xảy ra trong florua và clorua của các nguyên tố s.

Như vậy, trong các tinh thể RbCl, KCl, NaCl và NaF lần lượt là 99, 98, 90 và 97%.

Liên kết cộng hóa trị.

    Những điều khoản cơ bản của lý thuyết hiện đại về liên kết cộng hóa trị.

    Một liên kết cộng hóa trị được hình thành giữa các nguyên tố có tính chất tương tự nhau, nghĩa là phi kim.

    Mỗi nguyên tố cung cấp 1 electron để hình thành liên kết và spin của các electron phải phản song song. Nếu liên kết cộng hóa trị được hình thành bởi các nguyên tử của cùng một nguyên tố thì liên kết này không có cực, nghĩa là cặp electron chung không bị dịch chuyển so với bất kỳ nguyên tử nào..

    Khi liên kết cộng hóa trị được hình thành, các đám mây electron của các nguyên tử tương tác chồng lên nhau; kết quả là một vùng có mật độ electron tăng lên xuất hiện trong không gian giữa các nguyên tử, thu hút các hạt nhân tích điện dương của các nguyên tử tương tác và giữ chúng ở gần nhau. Kết quả là năng lượng của hệ giảm đi (Hình 14). Tuy nhiên, khi các nguyên tử ở rất gần nhau thì lực đẩy của hạt nhân tăng lên. Do đó, có một khoảng cách tối ưu giữa các lõi ( độ dài liên kết,tôi sv), tại đó hệ thống có năng lượng tối thiểu. Ở trạng thái này, năng lượng được giải phóng, gọi là năng lượng liên kết - E St.

Cơm. 14. Sự phụ thuộc năng lượng của hệ gồm hai nguyên tử hydro có spin song song (1) và phản song song (2) vào khoảng cách giữa các hạt nhân (E là năng lượng của hệ, E là năng lượng liên kết, r là khoảng cách giữa hạt nhân, tôi- chiều dài truyền thông).

Để mô tả liên kết cộng hóa trị, hai phương pháp được sử dụng: phương pháp liên kết hóa trị (VB) và phương pháp quỹ đạo phân tử (MMO).

PHƯƠNG PHÁP LIÊN KẾT HÓA TRỊ.

Phương pháp BC dựa trên các quy định sau:

1. Liên kết hóa học cộng hóa trị được hình thành bởi hai electron có spin ngược nhau và cặp electron này thuộc về hai nguyên tử. Sự kết hợp của các liên kết hai electron như vậy, phản ánh cấu trúc điện tử của phân tử, được gọi là sơ đồ hóa trị.

2. Liên kết cộng hóa trị càng mạnh thì các đám mây electron tương tác càng chồng lên nhau.

Để mô tả trực quan các sơ đồ hóa trị, phương pháp sau thường được sử dụng: các electron nằm ở lớp điện tử bên ngoài được biểu thị bằng các chấm nằm xung quanh ký hiệu hóa học của nguyên tử. Các electron chung của hai nguyên tử được thể hiện bằng các dấu chấm đặt giữa các ký hiệu hóa học của chúng; liên kết đôi hoặc liên kết ba được biểu thị bằng hai hoặc ba cặp điểm chung tương ứng:

N: 1s 2 2 giây 2 P 3 ;

C: 1s 2 2 giây 2 P 4

Từ sơ đồ trên, rõ ràng mỗi cặp electron nối hai nguyên tử tương ứng với một đường mô tả liên kết cộng hóa trị trong các công thức cấu trúc:

Số cặp electron chung nối một nguyên tử của một nguyên tố nhất định với các nguyên tử khác, hay nói cách khác là số liên kết cộng hóa trị được hình thành bởi một nguyên tử, được gọi là cộng hóa trị theo phương pháp BC. Do đó, cộng hóa trị của hydro là 1, của nitơ là 3.

Theo phương pháp xếp chồng các đám mây điện tử, các kết nối có hai loại:  - kết nối và  - kết nối.

 - liên kết xảy ra khi hai đám mây electron chồng lên nhau dọc theo trục nối hạt nhân nguyên tử.

Cơm. 15. Sơ đồ hình thành liên kết  -.

 - liên kết được hình thành khi các đám mây electron chồng lên nhau ở hai bên đường nối hạt nhân của các nguyên tử tương tác.

Cơm. 16. Sơ đồ hình thành liên kết  -.

ĐẶC ĐIỂM CƠ BẢN CỦA LIÊN KẾT CỘNG HÓA TRỊ.

1. Độ dài liên kết, ℓ. Đây là khoảng cách tối thiểu giữa hạt nhân của các nguyên tử tương tác, tương ứng với trạng thái ổn định nhất của hệ.

2. Năng lượng liên kết, E min - đây là lượng năng lượng cần phải tiêu tốn để phá vỡ liên kết hóa học và loại bỏ các nguyên tử vượt quá giới hạn tương tác.

3. Mômen kết nối lưỡng cực, ,=qℓ. Momen lưỡng cực đóng vai trò là thước đo định lượng về độ phân cực của phân tử. Đối với các phân tử không phân cực, mômen lưỡng cực bằng 0, đối với các phân tử không phân cực thì không bằng 0. Mômen lưỡng cực của phân tử đa nguyên tử bằng tổng vectơ các lưỡng cực của các liên kết riêng lẻ:

4. Liên kết cộng hóa trị được đặc trưng bởi tính định hướng. Hướng của liên kết cộng hóa trị được xác định bởi nhu cầu về sự chồng chéo tối đa trong không gian của các đám mây điện tử của các nguyên tử tương tác, dẫn đến sự hình thành các liên kết mạnh nhất.

Vì các liên kết  này được định hướng chặt chẽ trong không gian nên tùy thuộc vào thành phần của phân tử, chúng có thể tạo một góc nhất định với nhau - góc như vậy được gọi là góc hóa trị.

Các phân tử diatomic có cấu trúc tuyến tính. Các phân tử đa nguyên tử có cấu hình phức tạp hơn. Chúng ta hãy xem xét hình dạng của các phân tử khác nhau bằng ví dụ về sự hình thành hydrua.

1. Nhóm VI, phân nhóm chính (trừ oxy), H 2 S, H 2 Se, H 2 Te.

S1s 2 2s 2 r 6 3s 2 r 4

Đối với hydro, một electron có s-AO tham gia vào quá trình hình thành liên kết, đối với lưu huỳnh – 3py y và 3p z. Phân tử H2S có cấu trúc phẳng với góc giữa các liên kết là 90 0. .

Hình 17. Cấu trúc của phân tử H 2 E

2. Hyđrua của các nguyên tố nhóm V, phân nhóm chính: PH 3, AsH 3, SbH 3.

P 1s 2 2s 2 р 6 3s 2 р 3 .

Tham gia hình thành liên kết là: đối với hydro s-AO, đối với phốt pho - py, p x và p z AO.

Phân tử PH 3 có dạng hình chóp tam giác (ở đáy có hình tam giác).

Hình 18. Cấu trúc của phân tử EN 3

5. Độ bão hòa liên kết cộng hóa trị là số lượng liên kết cộng hóa trị mà một nguyên tử có thể hình thành. Nó bị hạn chế vì nguyên tố có số electron hóa trị hạn chế. Số lượng liên kết cộng hóa trị tối đa mà một nguyên tử nhất định có thể hình thành ở trạng thái cơ bản hoặc trạng thái kích thích được gọi là cộng hóa trị.

Ví dụ: hydro là hóa trị một, oxy là hóa trị hai, nitơ là hóa trị ba, v.v.

Một số nguyên tử có thể tăng cộng hóa trị của chúng ở trạng thái kích thích bằng cách phân ly các electron ghép đôi.

Ví dụ. Hãy là 0 1s 2 2 giây 2

Một nguyên tử berili ở trạng thái kích thích có một electron hóa trị trên 2p-AO và một electron trên 2s-AO, nghĩa là cộng hóa trị Be 0 = 0 và cộng hóa trị Be* = 2. Trong quá trình tương tác, xảy ra hiện tượng lai hóa các quỹ đạo.

Lai tạo- đây là sự cân bằng năng lượng của các AO khác nhau do sự trộn lẫn trước khi tương tác hóa học. Lai tạo là một kỹ thuật có điều kiện cho phép dự đoán cấu trúc của phân tử bằng cách sử dụng kết hợp các AO. Những AO có năng lượng gần nhau có thể tham gia lai tạo.

Mỗi kiểu lai tương ứng với một hình dạng hình học nhất định của phân tử.

Trong trường hợp hydrua của các nguyên tố Nhóm II của phân nhóm chính, hai quỹ đạo lai sp giống hệt nhau tham gia vào quá trình hình thành liên kết. Kiểu kết nối này được gọi là lai sp.

Hình 19. Phân tử BeH 2 .sp-Hybridization.

Các quỹ đạo lai sp có hình dạng không đối xứng; các phần kéo dài của AO hướng về phía hydro với góc liên kết 180 o. Vì vậy, phân tử BeH 2 có cấu trúc tuyến tính (Hình 1).

Chúng ta hãy xem xét cấu trúc của các phân tử hydrua của các nguyên tố thuộc nhóm III của phân nhóm chính bằng ví dụ về sự hình thành phân tử BH 3.

B 0 1s 2 2 giây 2 P 1

Cộng hóa trị B 0 = 1, cộng hóa trị B* = 3.

Ba quỹ đạo lai sp tham gia vào quá trình hình thành liên kết, được hình thành do sự phân phối lại mật độ electron của s-AO và hai p-AO. Kiểu kết nối này được gọi là sp 2 - lai hóa. Góc liên kết ở trạng thái lai hóa sp 2 là 120 0 nên phân tử BH 3 có cấu trúc tam giác phẳng.

Hình 20. phân tử BH3. sp 2 -Hybridization.

Sử dụng ví dụ về sự hình thành phân tử CH 4, chúng ta hãy xem xét cấu trúc của các phân tử hydrua của các nguyên tố thuộc nhóm IV của phân nhóm chính.

C 0 1s 2 2 giây 2 P 2

Cộng hóa trị C0 = 2, cộng hóa trị C* = 4.

Trong carbon, bốn quỹ đạo lai sp tham gia vào quá trình hình thành liên kết hóa học, được hình thành do sự phân phối lại mật độ electron giữa s-AO và ba p-AO. Phân tử CH4 có dạng tứ diện, góc liên kết bằng 109°28`.

Cơm. 21. Phân tử CH 4 .sp 3 - Lai hóa.

Ngoại lệ đối với quy tắc chung là các phân tử H 2 O và NH 3.

Trong phân tử nước, góc giữa các liên kết là 104,5 độ. Không giống như hydrua của các nguyên tố khác trong nhóm này, nước có các tính chất đặc biệt: nó có tính phân cực và nghịch từ. Tất cả điều này được giải thích là do loại liên kết trong phân tử nước là sp 3. Tức là có 4 obitan lai sp tham gia vào quá trình hình thành liên kết hóa học. Hai quỹ đạo mỗi quỹ đạo chứa một electron, những quỹ đạo này tương tác với hydro và hai quỹ đạo còn lại chứa một cặp electron. Sự hiện diện của hai quỹ đạo này giải thích các tính chất độc đáo của nước.

Trong phân tử amoniac, góc giữa các liên kết xấp xỉ 107,3 ​​o, nghĩa là hình dạng của phân tử amoniac là tứ diện, loại liên kết là sp 3. Bốn quỹ đạo lai sp 3 tham gia vào quá trình hình thành liên kết trên phân tử nitơ. Ba quỹ đạo chứa một electron, mỗi quỹ đạo này liên kết với hydro; AO thứ tư chứa một cặp electron đơn độc, xác định tính duy nhất của phân tử amoniac.

CƠ CHẾ HÌNH THÀNH LIÊN KẾT CỘNG HÓA TRỊ.

MBC cho phép người ta phân biệt ba cơ chế hình thành liên kết cộng hóa trị: trao đổi, chất cho-chấp và tính chất lặn.

Cơ chế trao đổi. Nó bao gồm những trường hợp hình thành liên kết hóa học khi mỗi nguyên tử trong số hai nguyên tử liên kết phân bổ một electron để chia sẻ, như thể trao đổi chúng. Để liên kết hạt nhân của hai nguyên tử, các electron phải ở trong khoảng trống giữa hạt nhân. Vùng này trong phân tử được gọi là vùng liên kết (vùng mà cặp electron có nhiều khả năng cư trú nhất trong phân tử). Để xảy ra sự trao đổi electron chưa ghép cặp giữa các nguyên tử, các quỹ đạo nguyên tử phải chồng lên nhau (Hình 10,11). Đây là hoạt động của cơ chế trao đổi để hình thành liên kết hóa học cộng hóa trị. Các quỹ đạo nguyên tử chỉ có thể chồng lên nhau nếu chúng có cùng tính chất đối xứng so với trục hạt nhân (Hình 10, 11, 22).

Cơm. 22. Sự chồng chéo của AO không dẫn đến sự hình thành liên kết hóa học.

Cơ chế cho-chấp nhận và cơ chế lặn.

Cơ chế cho-chấp liên quan đến việc chuyển một cặp electron đơn độc từ một nguyên tử sang quỹ đạo nguyên tử trống của một nguyên tử khác. Ví dụ: sự hình thành ion - :

P-AO trống trong nguyên tử boron trong phân tử BF 3 nhận một cặp electron từ ion florua (chất cho). Trong anion thu được, bốn liên kết cộng hóa trị B-F có độ dài và năng lượng bằng nhau. Trong phân tử ban đầu, cả ba liên kết B-F đều được hình thành theo cơ chế trao đổi.

Các nguyên tử có lớp vỏ ngoài chỉ gồm các electron s hoặc p có thể là chất cho hoặc chất nhận một cặp electron đơn độc. Các nguyên tử có electron hóa trị nằm phía trên d-AO có thể đồng thời đóng vai trò vừa là chất cho vừa là chất nhận. Để phân biệt giữa hai cơ chế này, các khái niệm về cơ chế hình thành liên kết đã được đưa ra.

Ví dụ đơn giản nhất về cơ chế lặn là sự tương tác của hai nguyên tử clo.

Hai nguyên tử clo trong phân tử clo tạo thành liên kết cộng hóa trị theo cơ chế trao đổi, kết hợp các electron 3p chưa ghép cặp của chúng. Ngoài ra, nguyên tử Cl-1 chuyển cặp electron đơn độc 3p 5 - AO sang nguyên tử Cl-2 sang vùng 3d-AO trống, còn nguyên tử Cl-2 chuyển cặp electron tương tự sang vùng 3d-AO trống của nguyên tử Cl-1 đồng thời thực hiện chức năng nhận và cho. Đây là cơ chế lặn. Hoạt động của cơ chế lặn làm tăng độ bền liên kết nên phân tử clo mạnh hơn phân tử flo.

KẾT NỐI PHỨC HỢP.

Theo nguyên tắc của cơ chế cho-chấp, một loại hợp chất hóa học phức tạp rất lớn được hình thành - các hợp chất phức tạp.

Hợp chất phức là hợp chất chứa các ion phức tạp có khả năng tồn tại cả ở dạng tinh thể và trong dung dịch, bao gồm ion trung tâm hoặc nguyên tử liên kết với các ion tích điện âm hoặc phân tử trung tính bằng liên kết cộng hóa trị được hình thành theo cơ chế cho - nhận.

Cấu trúc của các hợp chất phức tạp theo Werner.

Các hợp chất phức tạp bao gồm một quả cầu bên trong (ion phức) và một quả cầu bên ngoài. Sự kết nối giữa các ion của quả cầu bên trong xảy ra thông qua cơ chế cho-chấp. Chất nhận được gọi là tác nhân tạo phức; chúng thường có thể là các ion kim loại dương (trừ kim loại nhóm IA) có quỹ đạo trống. Khả năng hình thành phức chất tăng lên khi điện tích của ion tăng và kích thước của nó giảm.

Các nhà tài trợ cặp điện tử được gọi là phối tử hoặc phần bổ sung. Phối tử là các phân tử trung tính hoặc các ion tích điện âm. Số lượng phối tử được xác định bởi số phối trí của tác nhân tạo phức, thường bằng hai lần hóa trị của ion tạo phức. Các phối tử có thể là monodentant hoặc polydentant. Độ nhạy của phối tử được xác định bởi số lượng vị trí phối hợp mà phối tử đó chiếm giữ trong phạm vi phối hợp của tác nhân tạo phức. Ví dụ: F - là phối tử một răng, S 2 O 3 2- là phối tử hai răng. Điện tích của quả cầu bên trong bằng tổng đại số điện tích của các ion cấu thành nó. Nếu quả cầu bên trong có điện tích âm thì đó là phức hợp anion; nếu nó mang điện tích dương thì đó là phức hợp cation. Các phức cation được gọi theo tên của ion tạo phức trong tiếng Nga; trong các phức anion, chất tạo phức được gọi bằng tiếng Latin với việc thêm hậu tố - Tại.

Sự kết nối giữa các quả cầu bên ngoài và bên trong trong một hợp chất phức tạp là ion.

    Ví dụ: K 2 – kali tetrahydroxozincate, phức anion.

    2- - quả cầu bên trong

    2K+ - hình cầu bên ngoài

    Zn 2+ - chất tạo phức

    OH – - phối tử

    số phối trí – 4

sự kết nối giữa các quả cầu bên ngoài và bên trong là ion:

    K 2 = 2K + + 2- .

Liên kết giữa ion Zn 2+ và nhóm hydroxyl là liên kết cộng hóa trị, được hình thành theo cơ chế cho - nhận: OH - cho, Zn 2+ - nhận.

Zn 0: … 3d 10 4s 2

Zn 2+ : … 3d 10 4s 0 p 0 d 0:

Các loại hợp chất phức tạp

1. Hợp chất amoniac là phối tử của phân tử amoniac.

Cl 2 – tetraammin đồng (II) clorua. Các hợp chất amoniac được tạo ra do tác dụng của amoniac với các hợp chất có chứa chất tạo phức.

2. Hợp chất Hydroxo - OH - phối tử.

Na – natri tetrahydroxyaluminate. Các phức hydroxo thu được do tác dụng của kiềm dư trên các hydroxit kim loại, có đặc tính lưỡng tính.

3. Phức hợp nước là phối tử của các phân tử nước.

Cl 3 – hexaaquachrome (III) clorua.

Phức hợp nước thu được bằng cách cho muối khan phản ứng với nước.

4. Phức axit - phối tử của anion axit - Cl - , F - , CN - , SO 3 2- , I – , NO 2 – , C 2 O 4 – v.v.

K 4 – kali hexacyanoferrat (II). Được điều chế bằng cách cho lượng dư muối chứa phối tử phản ứng với muối chứa chất tạo phức.
, mặc dù vào cuối thế kỷ 19, sự tồn tại của ion hydro phân tử khá mạnh đã được thiết lập
: Năng lượng phá vỡ liên kết ở đây là 2,65 eV. Tuy nhiên, không có cặp electron nào có thể được hình thành trong trường hợp này, vì thành phần của ion
chỉ có một electron được bao gồm.

Phương pháp quỹ đạo phân tử (MMO) cho phép người ta giải thích một số mâu thuẫn không thể giải thích được bằng phương pháp liên kết hóa trị.

Những điều khoản cơ bản của MMO.

    Khi hai quỹ đạo nguyên tử tương tác với nhau, hai quỹ đạo phân tử được hình thành.

    Theo đó, khi các quỹ đạo n nguyên tử tương tác, các quỹ đạo n phân tử được hình thành.

    Các electron trong phân tử đều thuộc về tất cả các hạt nhân của phân tử. Trong số hai quỹ đạo phân tử được hình thành, một quỹ đạo có năng lượng thấp hơn quỹ đạo ban đầu,đây là quỹ đạo phân tử liên kết , cái kia có năng lượng cao hơn cái ban đầu, cái này.

    quỹ đạo phân tử phản liên kết

    MMO sử dụng sơ đồ năng lượng không theo tỷ lệ.

    Khi lấp đầy các mức năng lượng bằng electron, các quy tắc tương tự được sử dụng như đối với quỹ đạo nguyên tử:

    nguyên lý năng lượng tối thiểu, tức là các cấp độ phụ có năng lượng thấp hơn sẽ được lấp đầy trước;

    Nguyên lý Pauli: ở mỗi mức năng lượng phụ không thể có nhiều hơn hai electron có spin phản song song;

    Quy tắc Hund: việc lấp đầy các mức năng lượng phụ xảy ra sao cho tổng spin là tối đa. Sự đa dạng của giao tiếp. Truyền thông đa dạng

trong MMO được xác định theo công thức:

, khi K p = 0 thì không có liên kết nào được hình thành.

Ví dụ.

1. Phân tử H2 có tồn tại được không?

Cơm. 23. Sơ đồ hình thành phân tử hydro H2.

Kết luận: phân tử H2 sẽ tồn tại vì bội số liên kết Kp > 0.

2. Phân tử He 2 có tồn tại được không?

Cơm. 24. Sơ đồ hình thành phân tử helium He 2.

Kết luận: phân tử He 2 sẽ không tồn tại vì độ bội liên kết Kp = 0.

3. Hạt H 2+ có tồn tại được không?

Cơm. 25. Sơ đồ hình thành hạt H 2+.

Hạt H2+ có thể tồn tại vì độ bội liên kết Kp > 0.

4. Phân tử O2 có tồn tại được không?

Cơm. 26. Sơ đồ hình thành phân tử O 2.

Phân tử O 2 tồn tại. Từ Hình 26 cho thấy phân tử oxy có hai electron chưa ghép cặp. Do có hai electron này nên phân tử oxy có tính thuận từ.

Do đó, phương pháp quỹ đạo phân tử giải thích tính chất từ ​​của phân tử.

TƯƠNG TÁC LIÊN PHÂN TỬ. Tất cả các tương tác giữa các phân tử có thể được chia thành hai nhóm: phổ quát Và. Những cái phổ quát xuất hiện trong tất cả các phân tử mà không có ngoại lệ. Những tương tác này thường được gọi liên kết hoặc lực van der Waals. Mặc dù các lực này yếu (năng lượng không vượt quá 8 kJ/mol), nhưng chúng là nguyên nhân khiến hầu hết các chất chuyển từ trạng thái khí sang trạng thái lỏng, sự hấp phụ của khí trên bề mặt chất rắn và các hiện tượng khác. Bản chất của các lực này là tĩnh điện.

Các lực tương tác chính:

1). Tương tác lưỡng cực – lưỡng cực (định hướng) tồn tại giữa các phân tử phân cực.

Momen lưỡng cực càng lớn thì khoảng cách giữa các phân tử càng nhỏ và nhiệt độ càng thấp thì tương tác định hướng càng lớn. Do đó, năng lượng của tương tác này càng lớn thì nhiệt độ mà chất đó phải được đun nóng để sôi càng cao.

2). Tương tác quy nạp xảy ra nếu có sự tiếp xúc giữa các phân tử phân cực và không phân cực trong một chất. Một lưỡng cực được tạo ra trong một phân tử không phân cực là kết quả của sự tương tác với một phân tử phân cực.

Cl  + - Cl  - … Al  + Cl  - 3

Năng lượng của tương tác này tăng lên khi độ phân cực phân tử tăng lên, nghĩa là khả năng các phân tử hình thành lưỡng cực dưới tác động của điện trường. Năng lượng của tương tác cảm ứng nhỏ hơn đáng kể so với năng lượng của tương tác lưỡng cực-lưỡng cực.

3). Tương tác phân tán- đây là sự tương tác của các phân tử không phân cực do các lưỡng cực tức thời phát sinh do sự dao động mật độ electron trong nguyên tử.

Trong một loạt các chất cùng loại, tương tác phân tán tăng lên khi kích thước của các nguyên tử tạo nên phân tử của các chất này tăng lên.

4) Lực đẩyđược gây ra bởi sự tương tác giữa các đám mây điện tử của các phân tử và xuất hiện khi chúng tiến lại gần hơn.

Các tương tác giữa các phân tử cụ thể bao gồm tất cả các loại tương tác có tính chất cho-chấp, nghĩa là liên quan đến việc chuyển electron từ phân tử này sang phân tử khác. Liên kết liên phân tử được hình thành trong trường hợp này có tất cả các đặc điểm đặc trưng của liên kết cộng hóa trị: độ bão hòa và tính định hướng.

Liên kết hóa học được hình thành bởi hydro phân cực dương là một phần của nhóm hoặc phân tử có cực và nguyên tử có độ âm điện của phân tử khác hoặc cùng phân tử được gọi là liên kết hydro. Ví dụ, các phân tử nước có thể được biểu diễn như sau:

Các đường liền nét là liên kết cộng hóa trị có cực bên trong các phân tử nước giữa các nguyên tử hydro và oxy; Lý do hình thành liên kết hydro là do các nguyên tử hydro thực tế không có vỏ electron: các electron duy nhất của chúng được dịch chuyển sang các nguyên tử oxy trong phân tử của chúng. Điều này cho phép các proton, không giống như các cation khác, tiếp cận hạt nhân nguyên tử oxy của các phân tử lân cận mà không gặp phải lực đẩy từ vỏ electron của nguyên tử oxy.

Liên kết hydro được đặc trưng bởi năng lượng liên kết từ 10 đến 40 kJ/mol. Tuy nhiên, năng lượng này đủ để gây ra sự liên kết của các phân tử, những thứ kia. sự liên kết của chúng thành các chất nhị trùng hoặc polyme, trong một số trường hợp không chỉ tồn tại ở trạng thái lỏng của chất mà còn được bảo toàn khi nó chuyển sang dạng hơi.

Ví dụ, hydro florua trong pha khí tồn tại ở dạng dimer.

Trong các phân tử hữu cơ phức tạp, có cả liên kết hydro liên phân tử và liên kết hydro nội phân tử.

Các phân tử có liên kết hydro nội phân tử không thể hình thành liên kết hydro liên phân tử. Do đó, các chất có liên kết như vậy không tạo thành liên kết, dễ bay hơi hơn và có độ nhớt, điểm nóng chảy và điểm sôi thấp hơn so với các đồng phân của chúng có khả năng hình thành liên kết hydro liên phân tử.

Mỗi nguyên tử có một số electron nhất định.

Khi tham gia phản ứng hóa học, các nguyên tử cho, nhận hoặc chia sẻ electron, đạt được cấu hình điện tử ổn định nhất. Cấu hình có năng lượng thấp nhất (như trong các nguyên tử khí hiếm) hóa ra lại ổn định nhất. Mẫu này được gọi là “quy tắc bát tử” (Hình 1).

Cơm. 1.

Quy tắc này áp dụng cho tất cả mọi người các loại kết nối. Các kết nối điện tử giữa các nguyên tử cho phép chúng hình thành các cấu trúc ổn định, từ các tinh thể đơn giản nhất đến các phân tử sinh học phức tạp mà cuối cùng hình thành nên các hệ thống sống. Chúng khác với tinh thể ở sự trao đổi chất liên tục. Đồng thời, nhiều phản ứng hóa học diễn ra theo cơ chế chuyển khoản điện tử, đóng vai trò quan trọng trong các quá trình năng lượng trong cơ thể.

Liên kết hóa học là lực giữ hai hoặc nhiều nguyên tử, ion, phân tử hoặc bất kỳ sự kết hợp nào của chúng lại với nhau.

Bản chất của liên kết hóa học là phổ quát: nó là lực hút tĩnh điện giữa các electron mang điện tích âm và hạt nhân mang điện tích dương, được xác định bởi cấu hình của các electron ở lớp vỏ ngoài của nguyên tử. Khả năng của một nguyên tử hình thành liên kết hóa học được gọi là hóa trị, hoặc trạng thái oxy hóa. Khái niệm về electron hóa trị- các electron hình thành liên kết hóa học, nghĩa là nằm ở các quỹ đạo có năng lượng cao nhất. Theo đó, lớp vỏ ngoài của nguyên tử chứa các obitan này được gọi là vỏ hóa trị. Hiện nay, việc chỉ ra sự có mặt của liên kết hóa học là chưa đủ mà cần làm rõ loại liên kết đó: ion, cộng hóa trị, lưỡng cực-lưỡng cực, kim loại.

Kiểu kết nối đầu tiên làion sự liên quan

Theo lý thuyết hóa trị điện tử của Lewis và Kossel, các nguyên tử có thể đạt được cấu hình điện tử ổn định theo hai cách: thứ nhất, bằng cách mất electron, trở thành cation, thứ hai, có được chúng, biến thành anion. Là kết quả của sự chuyển điện tử, do lực hút tĩnh điện giữa các ion có điện tích trái dấu hình thành nên một liên kết hóa học được Kossel gọi là “ điện hóa"(bây giờ gọi là ion).

Trong trường hợp này, các anion và cation tạo thành cấu hình điện tử ổn định với lớp vỏ electron bên ngoài được lấp đầy. Liên kết ion điển hình được hình thành từ các nhóm cation T và II của hệ thống tuần hoàn và các anion của các nguyên tố phi kim loại thuộc nhóm VI và VII (lần lượt là 16 và 17 nhóm con, chalcogen Và halogen). Liên kết của các hợp chất ion là không bão hòa và không định hướng nên chúng vẫn giữ được khả năng tương tác tĩnh điện với các ion khác. Trong hình. Hình 2 và 3 cho thấy các ví dụ về liên kết ion tương ứng với mô hình chuyển điện tử Kossel.

Cơm. 2.

Cơm. 3. Liên kết ion trong phân tử muối ăn (NaCl)

Ở đây cần nhắc lại một số tính chất giải thích hành vi của các chất trong tự nhiên, cụ thể là xem xét ý tưởng về axit Và lý do.

Dung dịch nước của tất cả các chất này là chất điện giải. Chúng đổi màu khác nhau chỉ số. Cơ chế hoạt động của các chỉ số được phát hiện bởi F.V. Ostwald. Ông đã chỉ ra rằng chất chỉ thị là axit hoặc bazơ yếu, màu sắc của chúng khác nhau ở trạng thái không phân ly và phân ly.

Bazơ có thể trung hòa axit. Không phải tất cả các bazơ đều tan trong nước (ví dụ, một số hợp chất hữu cơ không chứa nhóm OH thì không tan, cụ thể là trietylamin N(C 2 H 5) 3); bazơ hòa tan được gọi là chất kiềm.

Dung dịch axit có phản ứng đặc trưng:

a) với oxit kim loại - với sự hình thành muối và nước;

b) với kim loại - với sự hình thành muối và hydro;

c) với cacbonat - với sự hình thành muối, CO 2 và N 2 Ô.

Các tính chất của axit và bazơ được mô tả bằng một số lý thuyết. Theo lý thuyết của S.A. Arrhenius, axit là chất phân ly tạo thành ion N+ , còn bazơ tạo thành ion ANH TA- . Lý thuyết này không tính đến sự tồn tại của các bazơ hữu cơ không có nhóm hydroxyl.

Phù hợp với proton Theo lý thuyết của Brønsted và Lowry, axit là chất có chứa các phân tử hoặc ion cho proton ( nhà tài trợ proton), và bazơ là chất gồm có các phân tử hoặc ion nhận proton ( người chấp nhận proton). Lưu ý rằng trong dung dịch nước, ion hydro tồn tại ở dạng hydrat hóa, nghĩa là ở dạng ion hydronium H3O+ . Lý thuyết này mô tả các phản ứng không chỉ với nước và ion hydroxit mà còn với các phản ứng được thực hiện trong điều kiện không có dung môi hoặc với dung môi không chứa nước.

Ví dụ, trong phản ứng giữa amoniac N.H. 3 (bazơ yếu) và hydro clorua ở pha khí, amoni clorua rắn được hình thành và trong hỗn hợp cân bằng của hai chất luôn có 4 hạt, trong đó có hai hạt là axit và hai hạt còn lại là bazơ:

Hỗn hợp cân bằng này bao gồm hai cặp axit và bazơ liên hợp:

1)N.H. 4+ và N.H. 3

2) HCl Và Cl ‑

Ở đây, trong mỗi cặp liên hợp, axit và bazơ khác nhau một proton. Mỗi axit đều có một bazơ liên hợp. Axit mạnh có bazơ liên hợp yếu, axit yếu có bazơ liên hợp mạnh.

Lý thuyết Brønsted-Lowry giúp giải thích vai trò đặc biệt của nước đối với sự sống của sinh quyển. Nước, tùy thuộc vào chất tương tác với nó, có thể biểu hiện các tính chất của axit hoặc bazơ. Ví dụ, trong phản ứng với dung dịch axit axetic, nước là bazơ và trong phản ứng với dung dịch amoniac, nước là axit.

1) CH3 COOH + H2O ↔ H3O + + CH 3 COO- . Ở đây, phân tử axit axetic nhường proton cho phân tử nước;

2) NH 3 + H2O ↔ NH 4 + + ANH TA- . Ở đây, phân tử amoniac nhận proton từ phân tử nước.

Do đó, nước có thể tạo thành hai cặp liên hợp:

1) H2O(axit) và ANH TA- (bazơ liên hợp)

2) H 3 O+ (axit) và H2O(cơ sở liên hợp).

Trong trường hợp đầu tiên, nước cho một proton và trong trường hợp thứ hai, nó nhận proton.

Thuộc tính này được gọi là thuyết lưỡng tính. Những chất có thể phản ứng được cả axit và bazơ gọi là lưỡng tính. Những chất như vậy thường được tìm thấy trong thiên nhiên sống. Ví dụ, axit amin có thể tạo thành muối với cả axit và bazơ. Do đó, peptide dễ dàng hình thành các hợp chất phối hợp với các ion kim loại có mặt.

Vì vậy, một tính chất đặc trưng của liên kết ion là sự chuyển động hoàn toàn của các electron liên kết đến một trong các hạt nhân. Điều này có nghĩa là giữa các ion có một vùng có mật độ electron gần như bằng không.

Kiểu kết nối thứ hai làcộng hóa trị sự liên quan

Các nguyên tử có thể hình thành cấu hình điện tử ổn định bằng cách chia sẻ các electron.

Liên kết như vậy được hình thành khi một cặp electron được chia sẻ cùng một lúc từ mọi người nguyên tử. Trong trường hợp này, các electron liên kết chung được phân bố đều giữa các nguyên tử. Ví dụ về liên kết cộng hóa trị bao gồm đồng nhân hai nguyên tử phân tử H 2 , N 2 , F 2. Kiểu kết nối tương tự được tìm thấy trong dạng thù hình Ô 2 và ôzôn Ô 3 và đối với phân tử đa nguyên tử S 8 và cả phân tử dị nhân hydro clorua HCl, khí cacbonic CO 2, khí mêtan CH 4, etanol VỚI 2 N 5 ANH TA, lưu huỳnh hexaflorua SF 6, axetylen VỚI 2 N 2. Tất cả các phân tử này có chung các electron và các liên kết của chúng bão hòa và được định hướng theo cùng một cách (Hình 4).

Điều quan trọng đối với các nhà sinh học là liên kết đôi và liên kết ba có bán kính nguyên tử cộng hóa trị giảm so với liên kết đơn.

Cơm. 4. Liên kết cộng hóa trị trong phân tử Cl2.

Các loại liên kết ion và cộng hóa trị là hai trường hợp đặc biệt của nhiều loại liên kết hóa học hiện có và trong thực tế hầu hết các liên kết đều là liên kết trung gian.

Các hợp chất của hai nguyên tố nằm ở hai đầu đối diện của cùng chu kỳ hoặc khác chu kỳ của hệ thống tuần hoàn chủ yếu hình thành liên kết ion. Khi các nguyên tố di chuyển lại gần nhau hơn trong một khoảng thời gian, tính chất ion của các hợp chất của chúng giảm đi và tính chất cộng hóa trị tăng lên. Ví dụ, các halogenua và oxit của các nguyên tố ở phía bên trái của bảng tuần hoàn chủ yếu hình thành liên kết ion ( NaCl, AgBr, BaSO 4, CaCO 3, KNO 3, CaO, NaOH) và các hợp chất tương tự của các nguyên tố ở phía bên phải của bảng là cộng hóa trị ( H 2 O, CO 2, NH 3, NO 2, CH 4, phenol C6H5OH, glucozơ C 6 H 12 O 6, etanol C 2 H 5 OH).

Ngược lại, liên kết cộng hóa trị có thêm một sửa đổi.

Trong các ion đa nguyên tử và trong các phân tử sinh học phức tạp, cả hai electron chỉ có thể đến từ một nguyên tử. Nó được gọi là nhà tài trợ cặp electron. Nguyên tử dùng chung cặp electron này với chất cho được gọi là người chấp nhận cặp electron. Loại liên kết cộng hóa trị này được gọi là phối hợp (nhà tài trợ-chấp nhận, hoặctặng cách) giao tiếp(Hình 5). Loại liên kết này quan trọng nhất đối với sinh học và y học, vì tính chất hóa học của các nguyên tố d quan trọng nhất đối với quá trình trao đổi chất được mô tả phần lớn bằng các liên kết phối hợp.

Quả sung. 5.

Theo quy luật, trong một hợp chất phức tạp, nguyên tử kim loại đóng vai trò là chất nhận cặp electron; ngược lại, trong liên kết ion và cộng hóa trị, nguyên tử kim loại là chất cho điện tử.

Bản chất của liên kết cộng hóa trị và sự đa dạng của nó - liên kết phối trí - có thể được làm rõ nhờ sự trợ giúp của một lý thuyết khác về axit và bazơ do GN đề xuất. Lewis. Ông phần nào mở rộng khái niệm ngữ nghĩa của các thuật ngữ “axit” và “bazơ” theo lý thuyết Brønsted-Lowry. Lý thuyết của Lewis giải thích bản chất của sự hình thành các ion phức tạp và sự tham gia của các chất trong phản ứng thay thế nucleophilic, nghĩa là trong sự hình thành CS.

Theo Lewis, axit là chất có khả năng hình thành liên kết cộng hóa trị bằng cách nhận một cặp electron từ bazơ. Bazơ Lewis là chất có một cặp electron đơn độc, bằng cách cho electron sẽ tạo thành liên kết cộng hóa trị với axit Lewis.

Nghĩa là, lý thuyết của Lewis mở rộng phạm vi phản ứng axit-bazơ sang cả các phản ứng trong đó proton không tham gia chút nào. Hơn nữa, theo lý thuyết này, bản thân proton cũng là một axit, vì nó có khả năng nhận một cặp electron.

Do đó, theo lý thuyết này, các cation là axit Lewis và anion là bazơ Lewis. Một ví dụ sẽ là các phản ứng sau:

Ở trên đã lưu ý rằng sự phân chia các chất thành ion và cộng hóa trị là tương đối, vì sự chuyển electron hoàn toàn từ nguyên tử kim loại sang nguyên tử nhận không xảy ra trong các phân tử cộng hóa trị. Trong các hợp chất có liên kết ion, mỗi ion nằm trong điện trường của các ion trái dấu nên chúng phân cực lẫn nhau và vỏ của chúng bị biến dạng.

Tính phân cựcđược xác định bởi cấu trúc điện tử, điện tích và kích thước của ion; đối với anion thì cao hơn so với cation. Độ phân cực cao nhất trong số các cation là đối với các cation có điện tích lớn hơn và kích thước nhỏ hơn, ví dụ, Hg 2+, Cd 2+, Pb 2+, Al 3+, Tl 3+. Có tác dụng phân cực mạnh N+ . Vì ảnh hưởng của sự phân cực ion là hai chiều nên nó làm thay đổi đáng kể tính chất của các hợp chất mà chúng tạo thành.

Loại kết nối thứ ba làlưỡng cực-lưỡng cực sự liên quan

Ngoài các loại giao tiếp được liệt kê, còn có các loại giao tiếp lưỡng cực-lưỡng cực. liên phân tử tương tác hay còn gọi là van der Waals .

Sức mạnh của những tương tác này phụ thuộc vào bản chất của các phân tử.

Có ba loại tương tác: lưỡng cực vĩnh viễn - lưỡng cực vĩnh viễn ( lưỡng cực-lưỡng cực sự thu hút); lưỡng cực vĩnh viễn - lưỡng cực cảm ứng ( cảm ứng sự thu hút); lưỡng cực tức thời - lưỡng cực cảm ứng ( phân tán sự hấp dẫn, hoặc lực lượng Luân Đôn; cơm. 6).

Cơm. 6.

Chỉ các phân tử có liên kết cộng hóa trị có cực mới có mômen lưỡng cực-lưỡng cực ( HCl, NH 3, SO 2, H 2 O, C 6 H 5 Cl) và độ bền liên kết là 1-2 Debaya(1D = 3,338 × 10‑30 coulomb mét - C × m).

Trong hóa sinh, có một loại kết nối khác - hydro kết nối đó là một trường hợp hạn chế lưỡng cực-lưỡng cực sự thu hút. Liên kết này được hình thành bởi lực hút giữa nguyên tử hydro và một nguyên tử nhỏ có độ âm điện, thường là oxy, flo và nitơ. Với các nguyên tử lớn có độ âm điện tương tự (như clo và lưu huỳnh), liên kết hydro yếu hơn nhiều. Nguyên tử hydro được phân biệt ở một đặc điểm quan trọng: khi các electron liên kết bị kéo ra xa, hạt nhân của nó - proton - lộ ra và không còn được các electron che chắn nữa.

Do đó, nguyên tử biến thành một lưỡng cực lớn.

Liên kết hydro, không giống như liên kết van der Waals, được hình thành không chỉ trong quá trình tương tác giữa các phân tử mà còn trong một phân tử - nội phân tử liên kết hydro. Liên kết hydro đóng một vai trò quan trọng trong hóa sinh, ví dụ, để ổn định cấu trúc của protein ở dạng chuỗi xoắn ốc hoặc để hình thành chuỗi xoắn kép DNA (Hình 7).

Hình 7.

Liên kết hydro và van der Waals yếu hơn nhiều so với liên kết ion, cộng hóa trị và phối hợp. Năng lượng của liên kết liên phân tử được chỉ ra trong bảng. 1.

Bảng 1. Năng lượng của lực liên phân tử

Ghi chú: Mức độ tương tác giữa các phân tử được thể hiện qua entanpy của sự nóng chảy và bay hơi (sôi). Các hợp chất ion cần nhiều năng lượng hơn để tách các ion hơn là để tách các phân tử. Entanpi nóng chảy của các hợp chất ion cao hơn nhiều so với các hợp chất phân tử.

Loại kết nối thứ tư làkết nối kim loại

Cuối cùng, có một loại liên kết liên phân tử khác - kim loại: sự liên kết giữa các ion dương của mạng kim loại với các electron tự do. Kiểu kết nối này không xảy ra trong các đối tượng sinh học.

Từ việc xem xét ngắn gọn về các loại liên kết, một chi tiết trở nên rõ ràng: một thông số quan trọng của nguyên tử hoặc ion kim loại - chất cho điện tử, cũng như nguyên tử - chất nhận điện tử, là kích cỡ.

Không đi sâu vào chi tiết, chúng tôi lưu ý rằng bán kính cộng hóa trị của các nguyên tử, bán kính ion của kim loại và bán kính van der Waals của các phân tử tương tác tăng khi số nguyên tử của chúng tăng theo các nhóm trong bảng tuần hoàn. Trong trường hợp này, giá trị của bán kính ion là nhỏ nhất và bán kính van der Waals là lớn nhất. Theo quy luật, khi di chuyển xuống nhóm, bán kính của tất cả các nguyên tố đều tăng, cả cộng hóa trị và van der Waals.

Điều quan trọng nhất đối với các nhà sinh học và bác sĩ là phối hợp(người cho-chấp nhận) liên kết được xem xét bằng hóa học phối hợp.

Hữu cơ sinh học y tế. G.K. Barashkov