Методические рекомендации для студентов по выполнению самостоятельных работ по химии (стр. 3 )

Структурная формула молекулы водорода Н—Н.

Азот — это элемент главной подгруппы V группы. Его атомы имеют по пять электронов на внешнем уровне. Чтобы определить число неспаренных электронов, воспользуемся фор­мулой:

S - N = число неспаренных электронов,

где N — номер группы химического элемента.

Следовательно, атомы азота будут иметь (8 - 5 = 3) три не­спаренных электрона.

Если атомы связаны между собой одной общей электронной парой, то такая ковалентная связь называется одинарной, если двумя — двойной, если тремя — тройной.

При взаимодействии двух атомов одного и того же элемен­та-неметалла между ними образуется ковалентная химическая связь с помощью общих электронных пар. Эта ковалентная связь называется неполярной, так как общие электронные пары при­надлежат обоим атомам в одинаковой степени и ни на одном из них не будет избытка или недостатка отрицательного заряда, который несут электроны.

Однако если ковалентная связь образуется между атомами раз­ных элементов-неметаллов, то картина будет несколько иной. Рассмотрим, например, образование молекулы хлороводорода НС1 из атомов водорода и хлора.

Атом водорода имеет на единственном уровне один элект­рон, и до его завершения ему не хватает еще одного электрона. Аналогично, у атома хлора на внешнем уровне — семь элект­ронов, и ему также недостает до завершения одного электрона.

Атомы водорода и хлора объединяют свои непарные элект­роны и образуют одну общую электронную пару, то есть всту­пают в ковалентную связь, структурная формула Н—С1:

Так как ковалентная связь образуется между атомами раз­личных элементов-неметаллов, то общая электронная пара будет принадлежать взаимодействующим атомам уже не в равной степени. Для того чтобы качественно определить, какому из этих атомов общая электронная пара будет принадлежать в боль­шей мере, пользуются понятием электроотрицательности.

Электроотрицательность (ЭО) — это способность атомов химического элемента оттягивать к себе общие электронные пары, участвующие в образовании химической связи.

ЭО можно охарактеризовать как меру неметалличности хи­мических элементов. В порядке уменьшения ЭО химические элементы располагаются в следующий ряд:

Самый электроотрицательный элемент в таблице ­делеева — фтор. Это, так сказать, «золотой призер» электроотрицательности. «Серебряным призером» является кислород, а «бронзовым» — азот.

Величина ЭО элемента зависит от его положения в Периоди­ческой системе химических элементов: в каждом периоде она обычно возрастает слева направо, а в каждой подгруппе – снизу вверх.

Пользуясь рядом ЭО, можно определить, куда смещаются общие электронные пары. Они всегда смещены к атомам эле­мента с более высокой ЭО. Например, в молекуле НСl общая электронная пара смещена к атому хлора, так как его ЭО боль­ше, чем у водорода. В результате в молекуле возникают два полюса — положительный и отрицательный. Поэтому такую ковалентную связь называют полярной.

Смещение общих электронных пар в случае ковалентной полярной связи иногда обозначают стрелками, а частичный за­ряд — греческой буквой δ («дельта»):

Металлическая связь

Как взаимодействуют между собой атомы элементов-металлов. Металлы обычно существуют не в виде изолирован­ных атомов, а в форме куска, слитка или металлического изде­лия. Что удерживает атомы металла в едином объеме?

Атомы большинства металлов на внешнем уровне содержат небольшое число электронов — 1, 2, 3. Эти электроны легко отрываются, и атомы при этом превращаются в положитель­ные ионы. Оторвавшиеся электроны перемещаются от одного иона к другому, связывая их в единое целое.

Разобраться, какой электрон принадлежал какому атому, просто невозможно. Все оторвавшиеся электроны стали общими. Соединяясь с ионами, эти электроны образуют временно атомы, потом снова отрываются и соединяются уже с другим ионом и т. д. Бесконечно происходит процесс, который схематично мож­но изобразить так:

Следовательно, в объеме металла атомы непрерывно пре­вращаются в ионы и наоборот.

Связь в металлах между ионами посредством обобществленных электронов называется металлической.

Схема металлической связи

Водородная связь

Если ионная, ковалентная, металлическая химические связи явля­ются внутримолекулярными, то особый вид межмолекулярного взаи­модействия представляет водородная связь.

Название этого типа связи показывает, что в ее образовании при­нимает участие атом водорода.

Атом водорода образует водородную связь лишь с атомами опреде­ленных элементов, к которым относятся атомы F, Cl, О, S, N. Эти ато­мы сильно стягивают на себя общую электронную пару, что вызывает появление у них эффективного отрицательного заряда и приводит к превращению атома водорода в протон, почти лишенный электрона.

В обычной воде за счет водородной связи существуют ассоцииро­ванные молекулы состава (Н2О)n, где n - 2, 3, 4, 5,...; простые молеку­лы Н2О существуют в парообразном состоянии:

Существование ассоциатов у воды и является причиной различных аномалий воды.

Водородной связью называется химическая связь, образованная атомом водорода, связанного с атомом другого элемента, кото­рый обладает большим значением электроотрицательности.

Задание:  Определите вид связи в соединениях
H2S, LiCl, H2, CuCl2, KBr, Br2, H2O.  Изобразите механизм образования связи.

Алгоритм составления химических уравнений

Последовательность действий

Примеры

1.Напишите формулы веществ, вступающих в реакцию, через знак « +» и поставьте знак « =». 2. Запишите после знака« =» формулы продуктов реакции ( по типам реакций) Тоже через знак « +». 3.Проверьте правильность написания формул, пользуясь алгоритмом составления формул соединений. 4. Подбираем коэффициенты одним из способов: а) сравниваем число атомов каждого элемента в левой и правой частях уравнения. Рациональнее начинать с того, атомов которого больше. б) если при сравнении левой и правой частей уравнения у одного и того же элемента обнаруживаются разные индексы, используется метод поиска НОК (наименьшего общего кратного). 5. Если в реакцию вступают соли, кислоты, основания, то при подборе коэффициентов считают группы атомов. 6. Проверяем правильность составления уравнения по общей сумме атомов каждого элемента (и групп атомов: кислотных остатков, ОН – групп) в левой и правой частях уравнения. Рациональнее начать с атомов кислорода.

Fe2O3  + AI = AI2O3  +  Fe (реакция замещения) Fe2 O3+ AI = AI2O3  +  Fe Fe2 O3  + 2AI = AI2O3  +  2Fe Р + О2= Р2 О5 Начинаем с О, т. к. его атомов больше. НОК = 10, делим его на 2 и 5. Получаем Р  +5 О2= 2Р2 О5 Аналогично поступаем с Р. Итог:  4 Р  +5 О2= 2Р2 О5 Na2SO4 + BaCI2 =  NaCI + BaSO4 (реакцияобмена) Результат: Na2SO4 + BaCI2= 2NaCI + BaSO4

Задание:  Допишите уравнения возможных реакций
  t˚
Al (OH)3→
KOH + SO2→
Zn (OH)2 + HNO3→
S + H2O→
Cu + HCl→
Cr + H2SO4→
Na + H2O→
Na2O + H2O→
Zn (OH)2 + SO3→

Гидролиз солей

Гидролиз солей – это взаимодействие ионов соли с водой с образованием малодиссоциирующих частиц.

Гидролиз, дословно, - это разложение водой. Соли в растворе находятся в виде ионов, движущей силой реакции является образование малодиссоциирующих частиц (общее правило для многих реакций в растворах).

Соль состоит из остатка основания и кислоты.  Кислоты и основания различаются по силе. Всегда ли ионы способны образовывать с водой малодиссоциирующие частицы? Катионы сильного основания и анионы сильной кислоты таких частиц образовать не могут, следовательно, в реакцию гидролиза не вступают. В реакции гидролиза также не вступают нерастворимые в воде соли.

Какие типы гидролиза возможны? Поскольку соль состоит из катиона и аниона, то возможно три типа гидролиза:

гидролиз по катиону (в реакцию с водой вступает только катион); гидролиз по аниону (в реакцию с водой вступает только анион); совместный гидролиз (в реакцию с водой вступает и катион, и анион);

Молекула воды полярна, условно можно представить ее состоящей из положительно заряженного иона водорода и отрицательно заряженной гидроксильной группы.
Какую же часть молекулы воды присоединит к себе катион и анион? Катион заряжен положительно, поэтому от молекулы воды он присоединит  гидроксильную группу. Анион же заряжен отрицательно, поэтому он забирает от молекулы воды ион водорода.

Алгоритм составления  уравнений  реакций гидролиза солей

Задание: Составьте уравнения реакций гидролиза карбоната калия

Последовательность действий:        

1. Запишите химическую формулу соли        K2CO3

2. Определите, каким по силе основанием и кислотой образована данная соль. Определите возможность протекания гидролиза, согласно правилу: гидролизу в водных растворах подвергаются соли, содержащие остатки слабых кислот и (или) слабых оснований.