ЧАСТЬ 1

1. Металлы (М) располагаются в I-III группах, или в нижней части IV-VI групп. Только из металлов состоят В группы.

2. У атомов металлов 1—3 электрона во внешнем электронном слое и сравнительно большой радиус атома. Атомы металлов имеют тенденцию к отдаче внешних электронов.

3. Простые вещества — металлы состоят из элементов, связанных металлической химической связью, которую можно отобразить общей схемой:

4. Все М — твёрдые вещества , кроме Hg . Самые мягкие металлы IA группы, самый твердый —Cr.

5. М обладают тепло- и электропроводностью и имеют металлический блеск.

6. Олово обладает свойством образовывать два простых вещества - белое и серое, т. е. свойством аллотропии.

7. Дополните таблицу "Свойства и применение некоторых металлов".

ЧАСТЬ 2

1. Выберите названия простых веществ — металлов. Из букв, соответствующих правильным ответам, вы составите название металла, которое в переводе с греческого означает «камень»: литий.

2) магний Л

3) кальций И

5) медь Т

7) золото И

8) ртуть Й

2. Неверны следующие утверждения, характеризующие металлы:


5) непластичные и нековкие

3. Выберите четыре самых электропроводных металла (цифры расположите в порядке убывания электропроводности) из перечня:


1) серебро 

2) золото

3) алюминий

4) железо

5) марганец 

6) калий 

7) натрий

Ответ: 1, 2, 3, 7.

4. Составьте схемы образования металлической химической связи для веществ с формулами:

5. Проанализируйте рисунок «Металлическая кристаллическая решётка».

Сделайте вывод о причинах пластичности, тепло- и электропроводности металлов.
Каждый атом металла окружен восемью соседними атомами. Оторвавшиеся внешние электроны свободно движутся от одного образовавшегося иона к другому, соединяя ионный остов металла в гигантскую молекулу. Высокая теплопроводность, электрическая проводимость металлов обусловлены наличием в их кристаллических решетках подвижных электронов, перемещающихся под действием электрического поля. Большинство металлов пластичны из-за смещения слоев атомов металлов без разрыва связи между ними.

6. Заполните таблицу «Металлы». Данные для таблицы найдите с помощью дополнительных источников информации, в том числе Интернета.

7. С помощью Интернета и других источников информации подготовьте небольшое сообщение на тему «Ртуть в жизни человека» по следующему плану:


1) знания о ртути в древности и в Средние века;

2) токсичность ртути и меры безопасности при работе с ней;

3) применение ртути в современной промышленности.

1) Ртуть входила в число 7 металлов, её считают прародительницей всех металлов, использовали не только саму ртуть, но и её сплав киноварь. 

2) Она очень токсична, испаряется при комнатной температуре, и при вдыхании отравляет человека. Накапливаясь в организме, она поражает внутренние органы, дыхательные пути, кроветворные органы и головной мозг.

3) Ртуть используют очень широко. В химической промышленности в качестве катода при получении гидроксида натрия, как катализатор при получении многих органических соединений, при растворении урановых блоков (в атомной энергетике). Этот элемент применяется при изготовлении ламп дневного света, кварцевых ламп, манометров, термометров и других научных приборов.

При формировании кристаллических решеток твердых тел из атомов различных веществ валентные электроны, расположенные на внешних орбитах атомов, различным образом взаимодействуют друг с другом и, как следствие, ведут себя по-разному (см. Зонная теория проводимости твердых тел и Теория молекулярных орбиталей). Таким образом, свобода валентных электронов перемещаться внутри вещества обусловливается его молекулярно-кристаллической структурой. В целом же, по электропроводящим свойствам все вещества можно (с некоторой долей условности) подразделить на три категории, каждая из которых обладает ярко выраженными характеристиками поведения валентных электронов под воздействием внешнего электрического поля.

Проводники

В некоторых веществах валентные электроны свободно перемещаются между атомами. Прежде всего, к этой категории относятся металлы, в которых электроны внешних оболочек буквально находятся в «общей собственности» атомов кристаллической решетки (см. Химические связи и Электронная теория проводимости). Если подать на такое вещество электрическое напряжение (например, подключить к двум его концам полюса аккумуляторной батареи), электроны начнут беспрепятственное упорядоченное движение в направлении южного полюса разности потенциалов , создавая, тем самым, электрический ток. Токопроводящие вещества подобного рода принято называть проводниками. Самые распространенные в технике проводники — это, конечно же, металлы, прежде всего медь и алюминий, обладающие минимальным электрическим сопротивлением и достаточно широко распространенные в земной природе. Именно из них, в основном, изготавливаются и высоковольтные электрические кабели, и бытовая электропроводка. Имеются и другие виды материалов, обладающих хорошей электропроводностью, — это, в частности, солевые, щелочные и кислотные растворы, а также плазма и некоторые виды длинных органических молекул.

В этой связи важно помнить, что электропроводность может быть обусловлена наличием в веществе не только свободных электронов, но и свободных положительно и отрицательно заряженных ионов химических соединений. В частности, даже в обычной водопроводной воде растворено столько всевозможных солей, разлагающихся при растворении на отрицательно заряженные катионы и положительно заряженные анионы , что вода (даже пресная) является весьма хорошим проводником, и об этом нельзя забывать, работая с электрооборудованием в условиях повышенной влажности — иначе можно получить весьма ощутимый удар током.

Изоляторы

Во многих других веществах (в частности, в стекле, фарфоре, пластмассах) электроны прочно привязаны к атомам или молекулам и не способны к свободному перемещению под воздействием приложенного извне электрического напряжения. Такие материалы называются изоляторами.

Чаще всего в современной технике в качестве электроизоляторов используются различные пластмассы. По сути, любой пластик состоит из полимерных молекул — то есть очень длинных цепочек органических (водородно-углеродных) соединений, — которые, к тому же, образуют сложные и весьма прочные взаимные переплетения. Проще всего структуры полимера представить себе в виде тарелки перепутавшейся и слипшейся длинной и тонкой лапши. В таких материалах электроны прочно привязаны к своим сверхдлинным молекулам и не способны покинуть их под воздействием внешнего напряжения. Хорошими изоляционными свойствами обладают и аморфные вещества, такие как стекло, фарфор или резина, не имеющие жесткой кристаллической структуры. Они также нередко используются в качестве электроизоляторов.

И проводники, и изоляторы играют важную роль в нашей техногенной цивилизации, использующей электричество в качестве основного средства передачи энергии на расстоянии. По проводникам электроэнергия поступает от электростанций в наши дома и на всевозможные производственные предприятия, а изоляторы обеспечивают нашу безопасность, ограждая от губительных последствий прямого контакта человеческого организма с высоким электрическим напряжением.

Полупроводники

Наконец, имеется малочисленная категория химических элементов, занимающих промежуточное положение между металлами и изоляторами (самые известные из них — кремний и германий). В кристаллических решетках этих веществ все валентные электроны, на первый взгляд, связаны химическими связями, и свободных электронов для обеспечения электрической проводимости, казалось бы, оставаться не должно. Однако на деле ситуация выглядит несколько иначе, поскольку часть электронов оказывается выбитой со своих внешних орбит в результате теплового движения по причине недостаточной энергии их связи с атомами. В результате при температуре выше абсолютного нуля они все-таки обладают определенной электропроводностью под воздействием внешнего напряжения. Коэффициент проводимости у них достаточно низкий (тот же кремний проводит электрический ток в миллионы раз хуже меди), но какой-то ток, пусть и незначительный, они все-таки проводят. Такие вещества называют полупроводниками .

Как выяснилось в результате исследований, электрическая проводимость в полупроводниках, однако, обусловлена не только движением свободных электронов (так называемой n-проводимостью за счет направленного движения отрицательно заряженных частиц). Имеется и второй механизм электропроводности — при этом весьма необычный. При высвобождении электрона из кристаллической решетки полупроводника за счет теплового движения на его месте образуется так называемая дырка — положительно заряженная ячейка кристаллической структуры, которая может в любой момент оказаться занятой отрицательно заряженным электроном, перескочившим в нее с внешней орбиты соседнего атома, где, в свою очередь, образуется новая положительно заряженная дырка. Такой процесс может продолжаться сколь угодно долго — и выглядеть со стороны (в макроскопическом масштабе) всё будет так, что электрический ток под внешним напряжением обусловлен не движением электронов (которые всего лишь перескакивают с внешней орбиты одного атома на внешнюю орбиту соседнего атома), а направленной миграцией положительно заряженной дырки (дефицита электрона) в направлении отрицательного полюса приложенной разности потенциалов. В итоге в полупроводниках наблюдается и второй тип проводимости (так называемая дырочная или p -проводимость ), обусловленная, конечно же, также движением отрицательно заряженных электронов, но, с точки зрения макроскопических свойств вещества, представляющаяся направленным током положительно заряженных дырок к отрицательному полюсу.

Явление дырочной проводимости проще всего проиллюстрировать на примере дорожной пробки. По мере продвижения вперед машины, застрявшей в ней, на ее месте образуется свободное пространство, которое тут же занимает следующая машина, место которой сразу же занимает третья машина и т. д. Этот процесс можно представить себе двояко: можно описывать редкое продвижение отдельных машин из числа стоящих в длинной пробке; проще, однако, характеризовать ситуацию с точки зрения эпизодического продвижения в противоположном направлении немногочисленных пустот между застрявшими в пробке машинами. Именно руководствуясь подобной аналогией, физики и говорят о дырочной проводимости, условно принимая за данность, что электрический ток проводится не благодаря движению многочисленных, но редко трогающихся с места отрицательно заряженных электронов, а благодаря движению в противоположном направлении положительно заряженных пустот на внешних орбитах атомов полупроводников, которые они условились называть «дырками». Таким образом, дуализм электронно-дырочной проводимости носит чисто условный характер, поскольку с физической точки зрения ток в полупроводниках, в любом случае, обусловлен исключительно направленным движением электронов.

Полупроводники нашли широкое практическое применение в современной радиоэлектронике и компьютерных технологиях именно благодаря тому, что их проводящие свойства легко и точно контролируются посредством изменения внешних условий.

Вариант 1.

А.1.

3. Тип химической связи в простом веществе литии:
Г. Металлическая.

Г. Стронций.

5. Радиус атомов элементов 3-го периода с увеличением заряда ядра от щелочного металла к галогену:
Г. Уменьшается.

6. Атом алюминия отличается от иона алюминия:
Б. Радиусом частицы.

А. Калий.

8 . С разбавленной серной кислотой не взаимодействует:
В. Платина.

9. Гидроксид бериллия взаимодействует с веществом, формула которого:
А. КОН (р-р).

10. Ряд, в котором все вещества реагируют с цинком:
А. НСl, NaOH, H2SО4.

Х CuO
Y CuSO4
Z Cu(OH)2

13. Как, используя любые реактивы (вещества) и барий, получить оксид, основание, соль? Составьте уравнения реакций в молекулярном виде.
13. 2Ba + O2 = 2BaO
Ba + 2H2O = Ba(OH)2 + H2
Ba + Cl2 = BaCl2

14. Расположите металлы: железо, олово, вольфрам, свинец в порядке увеличения относительной твердости (рис. 1).
свинец – олово – железо – вольфрам

15. Рассчитайте массу металла, который можно получить из 144 г оксида железа (II).
n (FeO)= 144г/ 72г/моль = 2 моль
n (Fe) = 2 моль
m (Fe) = 2моль*56г/моль = 112г

Вариант 2.

ЧАСТЬ А. Тестовые задания с выбором ответа

2. Число электронов на внешнем электронном слое у атомов щелочных металлов:
А. 1.

3. Вид химической связи в простом веществе натрии:
Г. Металлическая.

4. Простое вещество с наиболее ярко выраженными металлическими свойствами:
Г. Индий.

В. Увеличивается.

6. Атом кальция отличается от иона кальция:
Б. Числом электронов на внешнем энергетическом уровне.

7. Наиболее энергично реагирует с водой:
А. Барий.

В. Серебро.

9. Гидроксид алюминия взаимодействует с веществом, формула которого:
Б. NaOH(p-p).

10. Ряд, в котором все вещества реагируют с железом:
Б. Cl2, CuC12, НС1.

ЧАСТЬ Б. Задания со свободным ответом

12. Определите вещества X, Y, Z, запишите их химические формулы.
X ZnO
Y ZnCl2
Z Zn(OH)2

13. Как, используя любые реактивы (вещества) и литий, получить оксид, основание, соль? Составьте уравнения реакций в молекулярном виде.
4Li + O2 = 2Li2O
2Li + 2H2O = 2LiOH + H2
2Li + Cl2 = 2LiCl

14. Расположите металлы: алюминий, свинец, золото, медь в порядке увеличения относительной электропроводности (рис. 2).
Свинец, алюминий, золото, медь.

15. Рассчитайте массу металла, который можно получить из 80 г оксида железа (III).
n(Fe2O3) = 80г/160г/моль = 0.5моль
n (Fe) = 2n (Fe2O3) = 1моль
m (Fe) = 1моль*56г/моль = 56г

Вариант 3.

ЧАСТЬ А. Тестовые задания с выбором ответа

2. Номер периода в Периодической системе Д. И. Менделеева, в котором нет химических элементов-металлов:
А. 1.

3. Вид химической связи в простом веществе кальции:
Г. Металлическая.

4. Простое вещество с наиболее ярко выраженными металлическими свойствами:
Г.Натрий.

5. Радиус атомов элементов 2-го периода с увеличением заряда ядра от щелочного металла к галогену:
Г. Уменьшается.

6. Атом магния отличается от иона магния:
Б. Зарядом частицы.

7. Наиболее энергично реагирует с водой:
Г. Рубидий.

8. С разбавленной серной кислотой не взаимодействует:
Г. Ртуть.

9. Гидроксид бериллия не взаимодействует с веществом, формула которого:
Б. NaCl (р-р)

10. Ряд, в котором все вещества реагируют с кальцием:
Б. С12, Н2О, H2SО4.

ЧАСТЬ Б. Задания со свободным ответом

11. Предложите три способа получения сульфата железа (III). Ответ подтвердите уравнениями реакций.
Fe + H2SO4 = FeSO4 + H2
FeO + H2SO4 = FeSO4 + H2O
Fe + CuSO4 = FeSO4 + Cu

12. Определите вещества X, Y, Z, запишите их химические формулы.
X Fe2O3
Y FeCl3
Z Fe(OH)3

13. Как, используя любые реактивы (вещества) и алюминий, получить оксид, амфотерный гидроксид? Составьте уравнения реакций в молекулярном виде.
4Al + 3O2 = 2Al2O3
2Al + 6H2O = 2Al(OH)3 + 3H2

14. Расположите металлы: медь, золото, алюминий, свинец в порядке увеличения плотности (рис. 3).
алюминий, медь, свинец, золото

15. Рассчитайте массу металла, полученного из 160 г оксида меди (II).
n(CuO) = 160г/80г/моль = 2моль
n (Cu) = n (CuO) = 2моль
m (Cu) = 2моль*64г/моль = 128г

Вариант 4.

ЧАСТЬ А. Тестовые задания с выбором ответа

2. Номер группы в Периодической системе Д. И. Менделеева, состоящей только из химических элементов-металлов:
Б. II.

3. Вид химической связи в простом веществе магнии:
Г. Металлическая.

4. Простое вещество с наиболее ярко выраженными металлическими свойствами:
Г. Рубидий.

5. Радиус атомов элементов главной подгруппы с увеличением заряда ядра:
В. Увеличивается.

6. Атом и ион натрия отличаются:
Б. Радиусом частицы.

7. Наиболее энергично реагирует с водой:
Б. Калий.

8. С соляной кислотой не взаимодействует:
В. Медь.

9. Гидроксид алюминия не взаимодействует с веществом, формула которого:
В. KNО3(p-p).

10. Ряд, в котором все вещества реагируют с магнием:
Б. С12, О2, НС1.

ЧАСТЬ Б. Задания со свободным ответом

11. Предложите три способа получения оксида алюминия. Ответ подтвердите уравнениями реакций.
2Al(OH)3 = Al2O3 + 3H2O
4Al + 3O2 = 2Al2O3
2Al + Cr2О3 = Al2О3 + 2Cr

12. Определите вещества X, Y, Z, запишите их химические формулы.
X CaO
Y Ca(OH)2
Z CaCO3

13. Как, используя любые реактивы (вещества), получить из цинка оксид, основание, соль? Составьте уравнения реакций в молекулярном виде.
2Zn + O2 = 2ZnO
Zn + 2H2O = Zn(OH)2 + H2
Zn + Cl2 = ZnCl2

14. Расположите металлы: алюминий, вольфрам, олово, ртуть в порядке уменьшения температуры плавления (рис. 4).
вольфрам, алюминий, олово, ртуть

15. Рассчитайте массу металла, который можно получить алюминотермией из 34 г оксида хрома (II).
n(CrO) = 34г/68г/моль = 0,5моль
n (Cr) = n (CrO) = 0,5моль
m (Cr) = 0,5моль*52г/моль = 26г

Все вещества по способности проводить электрический ток условно делят на проводники и диэлектрики.Промежуточное положение между ними занимают полупроводники.Под проводниками понимают вещества,в которых имеются свободные носители зарядов,способные перемещаться под действием электрического поля.Проводниками являются металлы,растворы или расплавы солей,кислот и щелочей. Металлы,благодаря своим уникальным свойствам электропроводимости,имеют большое распространение в электротехнике.Для передачи электроэнергии используют в основном медные и алюминиевые провода,в исключительных случаях-серебряные.С 2001г. электропроводку положено выполнять только медными проводами.Алюминиевые провода пока применяют из-за их дешевизны,а также в тех случаях,когда их использование вполне оправданно и не представляет опасности.Алюминиевые провода разрешены для питания стационарных потребителей с известной заранее,гарантированной мощностью,например,насосов,кондиционеров,вентиляторов,бытовых розеток с нагрузкой до 1 кВт,а также для наружной электропроводки (воздушных линий,подземных кабелей и т.п.).В жилищах допустимы только провода на основе меди. Металлы в твердом состоянии имеют кристаллическое строение.Частицы в кристаллах расположены в определенном порядке,образуя пространственную (кристаллическую) решетку.В узлах кристаллической решетки находятся положительные ионы,а в пространстве между ними движутся свободные электроны,которые не связаны с ядрами своих атомов.Поток свободных электронов называют электронным газом.В обычных условиях металл электрически нейтрален,т.к. общий отрицательный заряд всех свободных электронов по обсолютному значению равен положительному заряду всех ионов решетки.Носителями свободных зарядов в металлах являются электроны.Их концентрация достаточно велика.Эти электроны учавствуют в беспорядочном тепловом движении.Под влиянием электрического поля свободные электроны начинают упорядоченное передвижение по проводнику.Тот факт,что электроны в металлах служат носителями электрического тока,доказал на простом опыте немецкий физик Карл Рикке еще в 1899 г.Он взял три цилиндра одинакового радиуса: медный,алюминиевый и медный,расположил их друг за другом,прижал торцами и включил в трамвайную линию,а потом в течение более года прпускал через них электрический ток.После этого он исследовал места контакта металлических цилиндров и не обнаружил в меди атомов алюминия,а в алюминии-атомов меди,т.е. диффузии не было.Из этого он сделал вывод,что при прохождении по проводнику электрического тока ионы остаются неподвижными,а перемещаются лишь свободные электроны,которые одинаковы у всех веществ и не связаны с различием их физико-химических свойств. Итак,электрический ток в металлических проводниках представляет собой упорядоченное движение свободных электронов под действием электрического поля.Скорость этого движения невелика-несколько миллиметров в секунду,а иногда и еще меньше.Но,как только в проводни ке возникает электрическое поле,оно с огромной скоростью,близкой к скорости света в вакууме (300 000 к/с),распространяется по всей длине проводника.Однолвременно с распростронением электрического поля все электроны начинают двигаться в одном направлении по всей длине проводника.Так,например,при замыкании цепи электрической лампы в упорядоченное движение приходят и электроны,имеющиеся в спирали лампы. Когда говорят о скорости распространения электрического тока в проводнике,то имеют в виду скорость распространения по проводнику электрического поля.Электрический сигнал,посланный,например,по проводам из Москвы во Владивосток (расстояние примерно 8000 км),приходит туда примерно через 0,03 с. Диэлектриками или изоляторами называют вещества,в которых нет свободных носителей зарядов,и по этому они не проводят электрический ток.Такие вещества относят к идеальным диэлектрикам.Например,стекло,фарфор,фаянс и мрамор-хорошие изоляторы в холодном состоянии.Кристаллы этих материалов имеют ионную структуру,т.е. состоят из положительно и отрицательно заряженных ионов.Их электрические заряды связаны в кристаллической решетке и не являются свободными,что делает эти материалы диэлектриками. В реальных условиях диэлектрики проводят электрический ток,не очень слабо.Для обеспечения их проводимости следует приложить очень высокое напряжение.Прводимость диэлектриков меньше,чем у проводников.Это связано с тем,что в обычных условиях заряды в диэлектриках связаны в устойчивые молекулы и они не в состоянии,как в проводниках,легко отрываться и становиться свободными.Электрический ток,проходящий через диэлектрики,пропорционален напряженности электрического поля.При некотором критическом значении напряженности электрического поля наступает электрический пробой.Величина называется электрической прочностью диэлектрика и измеряется в В/см.Многие диэлектрики благодаря их высокой электрической прочности используют главным образом как электроизоляционные материалы. Полупроводники при низких напряжениях электрический ток не проводят,а при увеличении напряжения становятся электропроводными.В отличие от проводников (металлов) их проводимость с повышением температуры возрастает.Это особенно заметно,например,у транзисторных радиоприемников,которые плохо работают в жаркую погоду.Для полупроводников характерна сильная зависимость электропроводности от внешних воздействий.Полупроводники широко применяют в различных электротехнических устройствах,поскольку их электропроводностью можно управлять.

И.В.ТРИГУБЧАК

Пособие-репетитор по химии

ЗАНЯТИЕ 6
10-й класс (первый год обучения)

Продолжение. Начало см. в № 22/2005; 1, 2, 3, 5/2006

Химическая связь. Строение вещества

План

1. Химическая связь:
ковалентная (неполярная, полярная; одинарная, двойная, тройная);
ионная; металлическая; водородная; силы межмолекулярного взаимодействия.

2. Кристаллические решетки (молекулярная, ионная, атомная, металлическая).

Разные вещества имеют различное строение. Из всех известных на сегодняшний день веществ только инертные газы существуют в виде свободных (изолированных) атомов, что обусловлено высокой устойчивостью их электронных структур. Все другие вещества (а их в настоящее время известно более 10 млн) состоят из связанных атомов.

Химическая связь – это силы взаимодействия между атомами или группами атомов, приводящие к образованию молекул, ионов, свободных радикалов, а также ионных, атомных и металлических кристаллических решеток . По своей природе химическая связь – это электростатические силы. Главную роль при образовании химической связи между атомами играют их валентные электроны , т. е. электроны внешнего уровня, наименее прочно связанные с ядром. При переходе от атомного состояния к молекулярному происходит выделение энергии, связанное с заполнением электронами свободных орбиталей внешнего электронного уровня до определенного устойчивого состояния.

Существуют различные виды химической связи.

Ковалентная связь – это химическая связь, осуществляемая за счет обобществления электронных пар . Теорию ковалентной связи предложил в 1916 г. американский ученый Гилберт Льюис. За счет ковалентной связи образуется большинство молекул, молекулярных ионов, свободных радикалов и атомных кристаллических решеток. Ковалентная связь характеризуется длиной (расстояние между атомами), направленностью (определенная пространственная ориентация электронных облаков при образовании химической связи), насыщаемостью (способность атомов образовывать определенное число ковалентных связей), энергией (количество энергии, которое необходимо затратить для разрыва химической связи).

Ковалентная связь может быть неполярной и полярной . Неполярная ковалентная связь возникает между атомами с одинаковой электроотрицательностью (ЭО) (H 2 , O 2 , N 2 и т. д.). В этом случае центр общей электронной плотности находится на одинаковом расстоянии от ядер обоих атомов. По числу общих электронных пар (т.е. по кратности) различают одинарные, двойные и тройные ковалентные связи. Если между двумя атомами образуется только одна общая электронная пара, то такая ковалентная связь называется одинарной. Если между двумя атомами возникают две или три общие электронные пары, образуются кратные связи – двойные и тройные. Двойная связь состоит из одной -связи и одной -связи. Тройная связь состоит из одной -связи и двух -связей.

Ковалентные связи, при образовании которых область перекрывания электронных облаков находится на линии, соединяющей ядра атомов, называются -связями . Ковалентные связи, при образовании которых область перекрывания электронных облаков находится по обе стороны от линии, соединяющей ядра атомов, называются -связями .

В образовании -связей могут участвовать s - и s- электроны (Н 2), s - и p -электроны (HCl), р - и
р -электроны (Cl 2). Кроме того, -связи могут образовываться за счет перекрывания «чистых» и гибридных орбиталей. В образовании -связей могут участвовать только р - и d -электроны.

Ниже линиями показаны химические связи в молекулах водорода, кислорода и азота:

где пары точек (:) – спаренные электроны; «крестики» (х) – неспаренные электроны.

Если ковалентная связь образуется между атомами с различной ЭО, то центр общей электронной плотности смещен в сторону атома с большей ЭО. В этом случае имеет место ковалентная полярная связь . Двухатомная молекула, связанная ковалентной полярной связью, представляет собой диполь – электронейтральную систему, в которой центры положительного и отрицательного зарядов находятся на определенном расстоянии друг от друга.

Графический вид химических связей в молекулах хлороводорода и воды следующий:

где стрелками показано смещение общей электронной плотности.

Полярная и неполярная ковалентные связи образованы по обменному механизму. Кроме того, существуют донорно-акцепторные ковалентные связи. Механизм образования их другой. В этом случае один атом (донор) предоставляет неподеленную пару электронов, которая становится общей электронной парой между ним и другим атомом (акцептором). Акцептор при образовании такой связи предоставляет свободную электронную орбиталь.

Донорно-акцепторный механизм образования ковалентной связи проиллюстрирован на примере образования иона аммония:

Таким образом, в ионе аммония все четыре связи являются ковалентными. Три из них образованы по обменному механизму, одна – по донорно-акцепторному. Все четыре связи равноценны, что обусловлено sp 3 -гибридизацией орбиталей атома азота. Валентность азота в ионе аммония равна IV, т.к. он образует четыре связи. Следовательно, если элемент образует связи и по обменному, и по донорно-акцепторному механизмам, то его валентность больше числа неспаренных электронов и определяется общим числом орбиталей на внешнем электронном слое. Для азота, в частности, высшая валентность равна четырем.

Ионная связь – химическая связь между ионами, осуществляемая за счет сил электростатического притяжения . Ионная связь образуется между атомами, имеющими большую разность ЭО (> 1,7); другими словами, это связь между типичными металлами и типичными неметаллами. Теория ионной связи была предложена в 1916 г. немецким ученым Вальтером Косселем. Отдавая свои электроны, атомы металлов превращаются в положительно заряженные ионы – катионы ; атомы неметаллов, принимая электроны, превращаются в отрицательно заряженные ионы – анионы . Между образовавшимися ионами возникает электростатическое притяжение, которое называется ионной связью. Ионная связь характеризуется ненаправленностью и ненасыщаемостью; для ионных соединений понятие «молекула» не имеет смысла. В кристаллической решетке ионных соединений вокруг каждого иона располагается определенное число ионов с противоположным зарядом. Для соединений NaCl и FeS характерна кубическая кристаллическая решетка.

Ниже показано образование ионной связи на примере хлорида натрия:

Ионная связь является крайним случаем полярной ковалентной связи. Резкой границы между ними не существует, тип связи между атомами определяется по разнице электроотрицательности элементов.

При образовании простых веществ – металлов – атомы достаточно легко отдают электроны внешнего электронного уровня. Таким образом, в кристаллах металлов часть их атомов находится в ионизированном состоянии. В узлах кристаллической решетки находятся положительно заряженные ионы и атомы металлов, а между ними – электроны, которые могут свободно перемещаться по всей кристаллической решетке. Эти электроны становятся общими для всех атомов и ионов металла и называются «электронным газом». Связь между всеми положительно заряженными ионами металлов и свободными электронами в кристаллической решетке металлов называется металлической связью .

Наличием металлической связи обусловлены физические свойства металлов и сплавов: твердость, электропроводность, теплопроводность, ковкость, пластичность, металлический блеск. Свободные электроны могут переносить теплоту и электричество, поэтому они являются причиной главных физических свойств, отличающих металлы от неметаллов, – высокой электро- и теплопроводности.

Водородная связь возникает между молекулами, в состав которых входит водород и атомы с высокой ЭО (кислород, фтор, азот). Ковалентные связи H–O, H–F, H–N являются сильно полярными, за счет чего на атоме водорода скапливается избыточный положительный заряд, а на противоположных полюсах – избыточный отрицательный заряд. Между разноименно заряженными полюсами возникают силы электростатического притяжения – водородные связи. Водородные связи могут быть как межмолекулярными, так и внутримолекулярными. Энергия водородной связи примерно в десять раз меньше энергии обычной ковалентной связи, но тем не менее водородные связи играют большую роль во многих физико-химических и биологических процессах. В частности, молекулы ДНК представляют собой двойные спирали, в которых две цепи нуклеотидов связаны между собой водородными связями.

Таблица

Межмолекулярные водородные связи между молекулами воды и фтороводорода можно изобразить (точками) следующим образом:

Вещества с водородной связью имеют молекулярные кристаллические решетки. Наличие водородной связи приводит к образованию ассоциатов молекул и, как следствие, к повышению температур плавления и кипения.

Кроме перечисленных основных видов химической связи существуют также универсальные силы взаимодействия между любыми молекулами, которые не приводят к разрыву или образованию новых химических связей. Эти взаимодействия называются вандерваальсовыми силами. Они обусловливают притяжение молекул данного вещества (или различных веществ) друг к другу в жидком и твердом агрегатном состояниях.

Различные виды химической связи обусловливают существование различных типов кристаллических решеток (табл.).

Вещества, состоящие из молекул, имеют молекулярное строение . К таким веществам относятся все газы, жидкости, а также твердые вещества с молекулярной кристаллической решеткой, например йод. Твердые вещества с атомной, ионной или металлической решеткой имеют немолекулярное строение , в них нет молекул.

Тест по теме «Химическая связь. Строение вещества»

1. Сколько электронов участвует в образовании химических связей в молекуле аммиака?

а) 2; б) 6; в) 8; г) 10.

2. Для твердых веществ с ионной кристаллической решеткой характерна низкая:

а) температура плавления; б) энергия связи;

в) растворимость в воде; г) летучесть.

3. Расположите приведенные ниже вещества в порядке возрастания полярности ковалентных связей. В ответе укажите последовательность букв.

а) S 8 ; б) SO 2 ; в) H 2 S; г) SF 6 .

4. Какие частицы образуют кристалл нитрата натрия?

а) Атомы Na, N, O; б) ионы Na + , N 5+ , O 2– ;

в) молекулы NaNO 3 ; г) ионы Na + , NO 3 – .

5. Укажите вещества, которые в твердом состоянии имеют атомные кристаллические решетки:

а) алмаз; б) хлор;

в) оксид кремния(IV); г) оксид кальция.

6. Укажите молекулу с наибольшей энергией связи:

а) фтороводород; б) хлороводород;

в) бромоводород; г) йодоводород.

7. Выберите пары веществ, все связи в которых ковалентные:

а) NaCl, HCl; б) CO 2 , NO;

в) CH 3 Cl, CH 3 K; г) SO 2 , NO 2 .

8. В каком ряду молекулы расположены в порядке увеличения полярности связей?

а) HBr, HCl, HF; б) NH 3 , PH 3 , AsH 3 ;

в) H 2 Se, H 2 S, H 2 O; г) CO 2 , CS 2 , CSe 2 .

9. Вещество, в молекулах которого имеются кратные связи, – это:

а) углекислый газ; б) хлор;

в) вода; г) этанол.

10. На какое физическое свойство образование межмолекулярных водородных связей не оказывает влияния?

а) электропроводность;

б) плотность;

в) температура кипения;

г) температура плавления.

Ключ к тесту

Задачи на газы и газовые смеси

Уровень А

1. Газообразный оксид серы при температуре 60 °С и давлении 90 кПа имеет плотность 2,08 г/л. Определить формулу оксида.

Ответ . SO 2 .

2. Найти объемные доли водорода и гелия в смеси, относительная плотность которой по воздуху равна 0,1.

Ответ . 55% и 45%.

3. Сожгли 50 л смеси сероводорода и кислорода с относительной плотностью по водороду 16,2. Полученное вещество пропустили через 25 мл 25%-го раствора гидроксида натрия (плотность раствора равна 1280 кг/м 3). Определить массу получившейся кислой соли.

Ответ . 20,8 г.

4. Термически разложили смесь нитрата натрия и карбоната кальция. Полученные газы (объемом 11,2 л) в смеси имели относительную плотность по водороду 16,5. Определить массу исходной смеси.

Ответ . 82 г.

5. При каком молярном соотношении аргона и азота можно получить газовую смесь с плотностью, равной плотности воздуха?

В исходной смеси содержатся Ar и N 2 .

По условию задачи (смеси) = (возд.).

M(возд.) = M (смеси) = 29 г/моль.

Воспользовавшись обычным соотношением:

получим следующее выражение:

Пусть (смеси) = 1 моль. Тогда (Ar) = х моль, (N 2) = (1 – х ) моль.

Ответ . (Ar) : (N 2) = 1: 11.

6. Плотность газовой смеси, состоящей из азота и кислорода, равна 1,35 г/л. Найти объемные доли газов в смеси в %.

Ответ . 44% и 56%.

7. Объем смеси, содержащей водород и хлор, равен 50 мл. После образования хлороводорода осталось 10 мл хлора. Найти состав исходной смеси в % по объему.

Ответ . 40% и 60%.

Ответ . 3%.

9. При добавлении какого газа к смеси равных объемов метана и углекислого газа плотность ее по водороду: а) увеличится; б) уменьшится? Привести по два примера в каждом случае.

Ответ .
M (смеси СН 4 и СО 2) = 30 г/моль; а) Cl 2 и О 2 ; б) N 2 и Н 2 .

10. Имеется смесь аммиака и кислорода. При добавлении какого газа к этой смеси ее плотность:
а) увеличится; б) уменьшится? Привести по два примера в каждом случае.

Ответ .
17 < M r (смеси NH 3 + O 2) < 32; а) Cl 2 и C 4 H 10 ; б) H 2 и Нe.

11. Какова масса 1 л смеси угарного и углекислого газов, если содержание первого газа составляет 35% по объему?

Ответ . 1,7 г.

12. 1 л смеси угарного и углекислого газов при н.у. имеет массу 1,43 г. Определить состав смеси в % по объему.

Ответ . 74,8% и 25,2%.

Уровень Б

1. Определить относительную плотность воздуха по азоту, если весь кислород, содержащийся в воздухе, превращен в озон (считать, что воздух содержит только азот и кислород).

Ответ . 1,03.

2. При введении весьма распространенного газа А в стеклянный сосуд, содержащий газ В, который имеет такую же плотность, что и газ А, в сосуде остается лишь мокрый песок. Определить газы. Написать уравнения лабораторных способов их получения.

Ответ . А – О 2 , В – SiH 4 .
2NaNO 3 2NaNO 2 + O 2 ,
Mg 2 Si + 4H 2 O = 2Mg(OH) 2 + SiH 4 .

3. В газовой смеси, состоящей из сернистого газа и кислорода, с относительной плотностью по водороду 24 часть сернистого газа прореагировала, и образовалась газовая смесь с относительной плотностью по водороду на 25% больше относительной плотности исходной смеси. Рассчитать состав равновесной смеси в % по объему.

Ответ . 50% SO 3 , 12,5% SO 2 , 37,5% O 2 .

4. Плотность озонированного кислорода по озону 0,75. Сколько литров озонированного кислорода потребуется для сгорания 20 л метана (н.у.)?

Ответ . 35,5 л.

5. Имеется два сосуда, заполненных смесями газов: а) водород и хлор; б) водород и кислород. Изменится ли давление в сосудах при пропускании через эти смеси электрической искры?

Ответ . а) Не изменится; б) уменьшится.

(CaSO 3) = 1 моль,

тогда y = (Ca(НСO 3) 2) = 5 моль.

В образующейся газовой смеси присутствуют SO 2 и СO 2 .

Ответ . D возд (смеси) = 1,58.

7. Объем смеси угарного газа и кислорода равен 200 мл (н.у.). После сгорания всего угарного газа и приведения к н.у. объем смеси уменьшился до 150 мл. Во сколько раз уменьшится объем газовой смеси после пропускания ее через 50 г 2%-го раствора гидроксида калия?

Ответ . В 3 раза.