Строение вещества (стр. 2 )

Основные понятия.

Ковалентная неполярная связь образуется одинаковыми атомами неметаллов или, если атомы, образующие связь, имеют одинаковые значения электроотрицательности  (ЭО) или ∆ ЭО =0.

  Ковалентная полярная связь образуется атомами, электроотрицательности которых различаются не слишком сильно, или ∆ ЭО < 2,1.( Чаще всего такую связь образуют атомы разных неметаллов, но возможна ковалентная полярная связь и между металлом и неметаллом, например — AlCl, т. к.∆ ЭО = 3-1,5 = 1,5 < 2,1 ).

  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 (у ) - связь;

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

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

обменный механизм: если каждый атом представляет в совместное пользование (на образование общей электронной пары) по одному неспаренному электрону; 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(р) - 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 (м=0), если: 1- число связей центрального атома равно номеру

  группы

  2-  центральный атом образует связи с атомами

  одного вида.

  Молекула полярна (м≠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 (м=0), то к конденсации в большей степени приводит

  дисперсионное взаимодействие;

  - если молекула полярна(м≠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: