- Умный справочник
- Химия
- Задание 4. Химические связи и кристаллические решетки
Задание 4. Химические связи и кристаллические решетки
Типы химических связей
Чтобы два атома соединились в молекулу и между ними образовалась химическая связь, нужно, чтобы 1 неспаренный электрон одного атома связался с 1 неспаренным электроном другого атома. В результате образуется общая для двух атомов электронная пара.
В зависимости от элементов, образующих химическую связь, выделяют следующие типы химических связей:
- Ионная связь. Между металлом и неметаллом → NaCl, FeS, BaCl₂
- Ковалентная неполярная связь. Между 2 одинаковыми неметаллами → H₂, O₂, Cl₂
- Ковалентная полярная связь. Между 2 разными неметаллами → HCl, SF₆, PCl₃
- Металлическая связь. В металлах → Zn, Au, Fe
Приятного изучения статьи! Если хочешь подготовиться на 90+, то обязательно посмотри вот эти способы подготовки (жми, чтобы перейти на сайт и узнать подробнее) 💜
В одной молекуле могут быть разные типы связей между разными атомами. Например, K₂SO₄. Связи K-O ионные, связи S-O и S=O ковалентные полярные.
Нужно запомнить, что между NH₄⁺ и другими ионами ионная связь. Например, в NH₄Cl, NH₄OH, (NH₄)₂SO₄.
В молекуле CH₃COOH связь С–С ковалентная полярная, потому что атомы кислорода в группе –COOH имеют высокую электроотрицательность и перетягивают в свою сторону общую пару электронов в связи C–C. Этот факт часто встречается в авторских заданиях, но в ЕГЭ не попадался.
Ионная, ковалентная и металлическая связь — внутримолекулярные связи. Из межмолекулярных связей надо знать только водородную.
Водородная связь образуется между атомом водорода одной молекулы и более электроотрицательным атомом другой молекулы.
НО! Несмотря на то, что у С электроотрицательность больше, чем у H, водородная связь C-H не образуется. В ЕГЭ водородная связь образуется только между H и O, F или N. То есть, исходная молекула должна содержать группы: О-H, N-H или F-H.
В молекуле №1 нет и не может быть водородных связей. В молекуле №2 есть O, то есть можно задумать о наличии водородных связей, но все H тут связаны с C, поэтому водородных связей нет. В молекуле №3 есть O, а также H, который связан с O → в молекуле есть водородные связи.
Все разобранные выше типы связей относятся к связям с обменным механизмом образования, то есть для образования связи нужно по электрону от каждого атома. Еще одним механизмом образования связей является донорно-акцепторный механизм. В нем есть атом-донор, который делится с атомом-акцептором своей неподеленной электронной парой, в результате чего и образуется новая связь. Донорно-акцепторная связь есть в NH₄⁺, CO, NO₃⁻, O₃ и комплексных соединениях.
Черным выделены связи с обменным механизмом образования, а красным с донорно-акцепторным
Кристаллические решетки
В ЕГЭ есть только 1 тип межмолекулярных связей — водородные. Но на самом деле все немного сложнее.
Вода, как вещество, представляет собой не отдельные молекулы H₂O, а более-менее упорядоченную структуру, в узлах которой расположены молекулы H₂O. На рисунке узлы обозначены черными шариками.
Так же и с другими веществами, но в узлах будут уже не молекулы, а ионы или атомы.
Металлическая кристаллическая решетка. Ожидаемо, что металлическая кристаллическая решетка у металлов :) В узлах этой решетки металлы. Свойства веществ с данным типом решетки: пластичность, высокая электро- и теплопроводность, ковкость.
Атомарная кристаллическая решетка. В узлах — атомы. Относятся: C (алмаз и графит), Si, SiO₂, SiC. Свойства: высокая температура плавления, нерастворимы в воде, малая электропроводность расплава, высокая твердость.
Еще атомарную кристаллическую решетку имеют BN, B, красный P. Но эти вещества в ЕГЭ не попадались.
Белый фосфор состоит из молекул P₄ и имеет молекулярную кристаллическую решетку. Он попадался в ЕГЭ, не перепутай.
Ионная кристаллическая решетка. В узлах — ионы. Относятся: все вещества с ионной связью. Например: NaCl, NH₄Cl, BaSO₄. Свойства: твердые, хрупкие, высокая температура плавления, растворы проводят электрический ток.
В аминокислотах карбоксильная группа взаимодействует с аминогруппой в пределах самой молекулы, таким образом аминокислоты существуют в виде ионов (цвиттер-ионов) и имеют ионную кристаллическую решетку. Но в ЕГЭ это не попадалось.
H₂N–CH₂–COOH ⇄ ⁺H₃N–CH₂–COO⁻.
Молекулярная кристаллическая решетка. В узлах — молекулы. Относятся: все вещества с ковалентной связью, кроме SiO₂, SiC. Свойства: легкоплавкие, летучие, небольшая твердость.
Углерод может образовывать сферы, напоминающие по строению футбольный мяч – фуллерены. У них будет не атомарная кристаллическая решетка (как обычно у углерода), а молекулярная. Но в ЕГЭ такое не попадалось.
Вещества могут быть молекулярного или немолекулярного строения. Вещества с молекулярным строением имеют молекулярную кристаллическую решетку, а вещества с немолекулярным типом строения — оставшиеся виды кристаллических решеток.
Но кроме чистой теории надо еще думать логически. Например, благородный газ аргон из-за валентности 0 не образует молекул Ar₂, поэтому тип его строения — немолекулярный.
Кристаллическая решетка Al₂O₃ это спорный момент (либо ионная, либо атомарная). В ЕГЭ спорные моменты не включаются.
σ- и π- связи
σ-связь (сигма-связь) — базовая связь между двумя атомами. То есть одинарная связь всегда σ-связь.
Если между атомами образуется двойная связь, то она содержит 1 базовую σ-связь и 1 дополнительную π-связь.
Если между атомами образуется тройная связь, то она содержит 1 базовую σ-связь и 2 дополнительные π-связи.
Если в задании спрашивается о количесте связей в молекуле, то надо рассматривать все связи!
Так, в этене (CH₂=CH₂) не 1 σ- и 1 π-связь, а 5 σ- связей и 1 π-связь, потому что надо учитывать еще и связи C-H.