Строение вещества (стр. 2 )

Ионная связь образуется атомами, электроотрицательности которых резко отличаются, или ∆ЭО >2,1.

(Чаще всего такая связь образуется между атомом типичного металла и атомом типичного неметалла).

∆ ЭО – разность электроотрицательностей по шкале Полинга (см. Приложение 2), взятая по модулю.

∆ ЭО определяет полярность связи: чем больше ∆ ЭО, тем более полярная связь.

В случае ковалентной неполярной связи двухэлектронное связующее облако равномерно (симметрично ) распределяется между атомами.

В случае ковалентной полярной связи двухэлектронное связующее облако смещается

в сторону атома, имеющего наибольшее значение ЭО.

В случае ионной связи двухэлектронное связующее облако почти полностью принадлежит атому, имеющему наибольшее значение ЭО.

Если в образовании связи участвуют по одному электрону каждого атома, то образуется одинарная связь, это сигма (σ ) - связь;

Если в образовании связи участвуют по два электрона, то образуется двойная связь, это одна и одна сигма (σ ) и одна пи (π) - связь;

Если в образовании связи участвуют по три электрона, тройная связь, это одна сигма (σ ) и две пи (π) - связи.

Квантовые числа

Для полного описания состояния каждого электрона в атоме в квантово-волновой механике используется система четырех параметров n,l,ml ,ms , называемых квантовыми числами. Квантовые числа - величины безразмерные.

1) n – главное квантовое число определяет общую энергию электрона на данной орбитали и указывает, насколько данное электронное облако удалено от ядра: чем больше значение n, тем слабее связан электрон с ядром.

n соответствует (равно) номеру уровня, на котором находится электрон;

2) l – побочное (орбитальное) квантовое число характеризует различное энергетическое состояние электронов в пределах данного уровня, а также форму электронного облака, пространственную область его наиболее вероятного нахождения. Возможное число подуровней в каждом энергетическом уровне равно значению главного квантового числа:

n = 1, то число подуровней = 1, s - подуровень;

n = 2, то число подуровней = 2, s - и p - подуровни;

n = 3, то число подуровней = 3, s-, p -, d-подуровни;

n = 4, то число подуровней = 4, s -, p - , d -, f - подуровни.

l соответствует (равно) номеру подуровня, на котором находится электрон,

если электрон находится на s-подуровне, то для этого электрона l=0

если электрон находится на p-подуровне, то для этого электрона l=1

если электрон находится на d-подуровне, то для этого электрона l=2

если электрон находится на f-подуровне, то для этого электрона l=3

3) ml – магнитное (азимутальное) квантовое число характеризует направление орбитального момента количества движения электрона и определяет ориентацию атомных орбиталей в магнитном поле атома, а также число атомных орбиталей на энергетическом подуровне.

Возможное число атомных орбиталей на подуровне равно 2l + 1 и принимает целочисленные значения от -l до + l, включая и ноль,

ml соответствует (равно) номеру орбитали, на которой находится электрон:

s-подуровень имеет одну орбиталь: ml =0

p-подуровень имеет три орбитали: ml = -1 0 +1

d-подуровнь имеет пять орбиталей: ml = -2 -1 0 +1 +2

4) ms – спиновое квантовое число характеризует собственный момент количества движения электрона (вокруг своей оси), получивший название спин

ms может принимать только два значения:

если ↑, то ms = + 1/2 , если ↓, то ms = - 1/2

При заполнении подуровня с несколькими атомными орбиталями сначала заполняют все орбитали электронами с одним спином (или все ↑, или все ↓) в соответствии с правилом Гунда (или Хунда) и только затем добавляют на каждую орбиталь по второму электрону с противоположным спином (принцип Паули).

Механизм образования ковалентной связи

Ковалентная связь — это та химическая связь, которая осуществляется путем образования общих электронных пар, в одинаковой степени принадлежащих обоим атомам.

1)  обменный механизм: если каждый атом представляет в совместное пользование (на образование общей электронной пары) по одному неспаренному электрону;

2)  по донорно-акцепторный механизм: если для образования связи один из атом представляет неподеленную пару электронов (спаренные электроны - ↑↓), то этом атом выступает в роли донора, а другой атом предоставляет свободную орбиталь

для размещения этих электронов, то этом атом выступает в роли акцептора .

Гибридизацией называется гипотетический процесс смешения различного типа, но близких по энергии атомных орбиталей центрального атома с возникновением того же числа новых ( гибридных ) орбиталей, одинаковых по энергии и форме. Гибридизация атомных орбиталей происходит при возникновении ковалентной связи между атомами.

Тип гибридизации атомных орбиталей зависит от типа исходных атомных орбиталей и от числа, образуемых центральным атомом двойных связей, т. к. пи(π) - связи не участвуют в гибридизации: в гибридизации принимают участие несвязывающие орбитали(на которых находятся спаренные электроны) и связывающие орбитали(на которых находятся неспаренные электроны), идущие на образование сигма связей. Число неспаренных электронов равно числу связей, которое образует центральный атом в молекуле или во фрагменте молекулы. Если в молекуле два центральных атома, то тип гибридизации определяется для фрагмента молекулы, соответствующего одному центральному атому.

Геометрическая форма молекулы зависит от типа гибридизации и от числа гибридных орбиталей центрального атома, образующих (связывающие электронные пары) и необразующих (несвязывающие электронные пары) связи.(Можно воспользоваться Приложением1 и определить форму молекулы по типу гибридизации и составу молекулы: А- центральный атом, В — переферийные атомы ).

Полярность молекулы, имеющей полярные связи гипотетически можно определить исходя из числа связей, которое образует центральный атом в молекуле или во фрагменте молекулы, и вида периферийных атомов:

Молекула неполярна (μ=0), если: 1- число связей центрального атома равно номеру

группы

2- центральный атом образует связи с атомами

одного вида.

Молекула полярна (μ≠0), если 1-ое или 2-ое или оба условия неполярности не выполняет(-ют)ся.

Тип межмолекулярного взаимодействия зависит от полярности молекулы:

- если молекула неполярна (μ=0), то к конденсации в большей степени приводит

дисперсионное взаимодействие;

- если молекула полярна(μ≠0), то к конденсации в большей степени приводит

ориентационное взаимодействие.

Образец ответов.

1. Сероводород(H2S): 1) H—S ---H

2)В молекуле две одинарные связи: 2 сигма-связи.

3)Связи ковалентные полярные (т. к. образованы атомами разных неметаллов),

∆ ЭО = |ЭОS – ЭОН | = |2,5 – 2,1| = 0,4 < 2,1

Двухэлектронное связующее облако связи смещается в сторону атома серы, т. к. она имеет наибольшее значение ЭО.

4) а)Центральный атом в данной молекуле – сера:1s2 2s2 2p6 3s2 3p4 или для валентного уровня:

…3s2 │ 3p4 │ 3d0 │ в ее нормальном состоянии

(2 неспаренных электрона)

б) Валентными электронами являются электроны внешнего уровня 3s2 3p4 . Набор квантовых чисел представлен в таблице:

Валентные	3s2	3p4
электроны	↑	↓	↑ ↓	↑	↑
квантовые числа	n	3	3	3	3	3	3
l	0	0	1	1	1	1
ml	0	0	-1	-1	0	+1
ms	+1/2	-1/2	+1/2	-1/2	+1/2	+1/2

в) Для перехода в возбужденное состояние необходимо, чтобы на валентном уровне были свободные орбитали и имелись спаренные валентные электроны. Атом серы имеет 3d свободные орбитали и две пары спаренных валентных электронов, следовательно, возможны два возбужденных состояния:

…3s2│ 3p3 │ 3d1 │ в ее 1-ом возбужденном состоянии

(4 неспаренных электрона)

…3s2│ 3p3 │ 3d2 │ в ее 2-ом возбужденном состоянии:

(6 неспаренных электронов)