Гибридизация орбиталей.
Гибридизация орбиталей - это изменение формы некоторых орбиталей при образовании ковалентной связи для достижения более эффективного перекрывания орбиталей.
1. sp3- Гибридизация. Одна s- орбиталь и три p- орбитали превращаются в четыре одинаковые "гибридные" орбитали, угол между осями которых равен 109°28'.
--®
[pic]
Молекулы, в которых осуществляется sp3- гибридизация, имеют тетраэдрическую геометрию (CH4, NH3).
2. sp2- Гибридизация. Одна s- орбиталь и две p- орбитали превращаются в три одинаковые "гибридные" орбитали, угол между осями которых равен 120°.
--®
[pic]
Если связь образуется при перекрывании орбиталей по линии, соединяющей ядра атомов, она называется s- связью. Если орбитали перекрываются вне линии, соединяющей ядра, то образуется p- связь. Три sp2- орбитали могут образовывать три s- связи (BF3, AlCl3). Еще одна связь (p- связь) может образоваться, если на p- орбитали, не участвующей в гибридизации, находится электрон (этилен C2H4).
Молекулы, в которых осуществляется sp2- гибридизация, имеют плоскую геометрию.
3. sp- Гибридизация. Одна s- орбиталь и одна p- орбиталь превращаются в две одинаковые "гибридные" орбитали, угол между осями которых равен 180°.
--®
[pic]
Две sp- орбитали могут образовывать две s- связи (BeH2, ZnCl2). Еще две p- связи могут образоваться, если на двух p- орбиталях, не участвующих в гибридизации, находятся электроны (ацетилен C2H2).
Молекулы, в которых осуществляется sp- гибридизация, имеют линейную геометрию.
5. Обобщение и систематизация.
Задача 1. Определите, как изменяется прочность соединений в ряду: HF, НСl, НВr, HI.
Решение. У этих двухатомных молекул прочность связи зависит от длины связи. А поскольку радиус атома при переходе от фтора к иоду возрастает, то длина связи Н - галоген в этом направлении возрастает, т.е. прочность соединений при переходе от фтора к иоду уменьшается.
Задача 2. Сколько электронов и протонов содержат следующие молекулы и ионы: а) AlH4- ; б) NF3?
Решение
а) Число протонов в атоме элемента равно порядковому номеру элемента, поэтому атом алюминия содержит 13 протонов, атом водорода - один протон. Всего в ионе содержится 17 протонов. Заряд иона равен -1, поэтому число электронов на единицу превышает число протонов и равно 18.
б) Атом азота содержит 7 протонов, атом фтора - 9 протонов. Всего в молекуле NF3 содержится 7+3•9 = 34 протона. Заряд молекулы равен 0, поэтому число электронов равно числу протонов.
Ответ. а) 17 протонов, 18 электронов; б) 34 протона, 34 электрона.
Задача 3. Каковы валентность и степень окисления азота: а) в азотной кислоте; б) в хлориде аммония?
Решение.
а) Структурную формулу азотной кислоты иногда изображают с пятивалентным азотом следующим образом:
O
//
H - O - N
\\
O
В действительности, пятивалентный азот не существует, поскольку для этого атом азота должен иметь пять неспаренных электронов.
Распаривание 2s-электронов азота требует очень большой затраты энергии и практически не происходит. Атом азота в азотной кислоте имеет валентность IV. Три ковалентные связи N-О образованы за счет неспаренных электронов, и одна - за счет неподеленной пары электронов азота. Структурную формулу азотной кислоты можно писать так:
O
/
H - O - N
\\
O
где стрелочка обозначает донорно-акцепторную связь. Степень окисления водорода равна +1, кислорода -2, а сумма степеней окисления атомов в молекуле равна 0, поэтому на долю атома азота приходится условный заряд +5.
б) Валентность азота в ионе равна IV. Три ковалентные связи N-Н образованы за счет неспаренных электронов азота, и одна - за счет неподеленной пары электронов.
Степень окисления водорода равна +1, а сумма степеней окисления атомов в ионе равна заряду иона (-1), поэтому на долю атома азота приходится условный заряд -3.
Ответ. а) валентность IV, степень окисления +5. б) валентность IV, степень окисления -3.
Задача 4. Определите степени окисления элементов в следующих соединениях: К2MnО4; Ba(ClO3)2; F2O; Ca(NO2)2; H2SiF6; H2O2; Cr2(SO4)3.
Решение. Используем следующие правила определения степеней окисления: 1) сумма степеней окисления атомов в молекуле равна 0; 2) степень окисления Н равна +1 в соединениях с неметаллами; 3) степень окисления О равна -2, кроме соединений со фтором и перекисных соединений; 4) степень окисления F фтора равна -1; 5) степень окисления металла равна заряду иона металла. Используя эти правила, находим:
1) K2MnO4: K+1, Mn+6, O-2;
2) Ba(ClO3)2: Ba+2, Cl+5, O-2;
3) F2O: F-1, O+2;
4) Ca(NO2)2: Ca+2, N+3, O-2;
5) H2SiF2: H+1, Si+4, F-1;
6) H2O2: H+1, O-1;
7) Cr2(SO4)3: Cr+3, S+6, O-2.
Задача 5. Приведите структурную формулу 3-аминобензойной кислоты. Укажите характер химических связей, валентности и степени окисления элементов.
Решение. Все связи в молекуле 3-аминобензойной кислоты - ковалентные полярные, кроме связей С-С в бензольном кольце, которые являются ковалентными неполярными:
Валентности элементов равны: С - IV, О - II, Н - I, N - III. Степени окисления: Н+1, О-2, N-3. Степени окисления атомов углерода различны. Атомы С в бензольном кольце при связях С-Н имеют степень окисления -1 (т.к. углерод - более электроотрицательный элемент, чем водород), атом С при связи С-N имеет степень окисления +1 (азот более электроотрицателен, чем углерод), атом С при связи С-С - степень окисления 0 (связь между одинаковыми атомами). Наконец, атом С в группе СООН связан тремя связями с более электроотрицательными атомами О и имеет степень окисления +3.
[pic]
6. Закрепление нового материала:
Решение заданий:
1. Определите тип химической связи и постройте схемы образования в веществах: Са, СаF2, F2, OF2.
Ответ:
[pic]
2. Назовите химические элементы, распределение электронов на энергетических уровнях которых изображены следующими рядами чисел:
а) 2,8,1; б) 2,8,7; в) 2,8,8; г) 2,8,8,2. Приведите примеры соединений, в состав которых входят эти химические элементы, а между атомами устанавливается химическая связь: а) ковалентная; б) ионная; в) металлическая.
Ответ: а) Na
б) Cl
в) Са
Ковалентная связь образуется между атомами неметаллов Сl2 ;
Ионная связь образуется между атомами металлов и неметеллов NaCl, CaCl2 ;
Металлическая связь характерна только для металлов Na, Ca.
3. Объясните, в каком из соединений — воде или сероводороде
а) ковалентная связь более полярна,
б) в каком соединении образуются водородные связи?
Ответ: более полярная связь в молекуле воды, так как электроотрицательность кислорода больше, чем серы (это видно по положению в ПСХЭ). Следовательно, на водороде в молекуле воды частично положительный заряд больше, чем таковой же на водороде в молекуле сероводорода и частично отрицательный заряд на атоме кислорода больше, чем на атоме серы. Исходя из этого, водородная связь образуется между молекулами воды, но не образуется между молекулами сероводорода.
Соответственно это сказывается и на свойствах этих веществ, вода – жидкость, а сероводорд - газ.
Тестирование.
1 вариант
Выберите один правильный ответ.
1. Атомы каких элементов могут отдавать электроны, превращаясь в положительно заряженные ионы:
а) С б) Li в) Ва г) Р
2. Вещества с ионной связью:
a) SO2 б) КС1 в) ВаС12 г) NH3. Выберите правильный ответ.
3. Вещества с молекулярной кристаллической решеткой:
a)HF б)Н2 B)LiF г) ВаС12. Выберите правильный ответ.
4. Большая температура плавления у: a) LiF б) HI в) I2 г) HCi .
Выберите правильный ответ.
5. Степень окисления углерода +4 имеется в соединении:
a) Na2CO3 б) СН4 в) С02 г) SiC.
2 вариант
Выберите один правильный ответ.
1. Атомы каких элементов могут принимать электроны, превращаясь в отрицательно заряженные ионы:
а)Са 6)Na в)Br r)F?
2. Вещества с полярной ковалентной связью:
а) Р2О5 б) KF в) BaF2 r)H2S. Выберите правильный ответ.
3. Вещества с ионной кристаллической решеткой:
a)KF 6)CsCl в) HI г)С12. Выберите правильный ответ.
4. Большая температура плавления у:
a)KF б)НВг в)Вг2 г)Н2О. Выберите правильный ответ.
5. В каком соединении степень окисления углерода равна -4:
а) СО2 б) СС14 в) СН4 г) Н2СО3.
Химическая связь. Единая природа химической связи.
Тест 1
1. Между одинаковыми неметаллами образуется связь
1) ионная 2)водородная
3) ковалентная неполярная 4) ковалентная полярная
2. Ионная связь имеется в соединении
1) Н2S04 2) СuS04 3) СС14 4) HОН
3. Ионной связи нет в соединении
1) Н202 2) Na20 3) NH4С1 4) NаОН
4. В молекуле СО имеются только
1) G-связи 2) П-связи
3) одна G- и одна П-связь 4) одна G- и две П-связи
5. Укажите неполярную молекулу с полярными ковалентными связями
1) НСТ 2) ВF3 3) С12 4) H2О2
Тест 2
1. Между разными неметаллами образуется связь
1) ковалентная неполярная 2) ионная
3) водородная 4) ковалентная полярная
2. Полярная ковалентная связь имеется в молекуле
1) С02 2) КI 3) F2 4) Н2
3. Водородная связь образуется между молекулами
1) НСНО 2) С2Н5ОН 3) СН3ОСН3 4) СН3СОСН3
4. Между атомами S и О в молекуле S02 имеются только
1) G-связь 2) П-связь
3) одна G- и одна П-связь 4) одна G- и две П-связи
5. Укажите неполярную молекулу с полярными ковалентными связями
1) ВеF2 2) Н2 3) СО 4) СН2С12
Тест 3
1. Между неактивными металлами и неактивными неметаллами образуется связь
1) ковалентная полярная 2) ионная
3) металлическая 4) ковалентная неполярная
2. Металлическая связь имеется в соединении
1) FеО 2) FеС13 3) Fе 4) Fе(ОН)3
Полярной ковалентной связи нет в соединении
1) Н2S04 2) Nа2S04 3) Nа2S03 4) Na2S
В молекуле ВF3 имеются только
1) П-связи 2) G-связи
3) одна G - и одна П-связь 4) одна G - и две П-связи
5. Укажите неполярную молекулу с полярными ковалентными связями
1) СО 2) F2 3) СН4 4) Н28
Тест 4
1. Между активными металлами и активными неметаллами образуется связь
1) ковалентная полярная 2) ионная
3) металлическая 4) ковалентная неполярная
Неполярная ковалентная связь имеется в молекуле
1) НС1 2) NаС1 3) SiF4 4) 02
Водородная связь не образуется между молекулами
1) Н20 2) НF 3) Н2S 4) НСООН
В молекуле Н202 имеются только
1) G-связи 2) П-связи
3) одна G- и одна П-связь 4) одна G- и две П-связи
5. Укажите неполярную молекулу с полярными ковалентными связями
1)02 2)НС1 3)S02 4)С02
Ответы: 1) 32142
2) 41231
3) 13423
4) 24314
Свойства ковалентной химической связи. Гибридизация орбиталей и геометрия молекул
Тест 1
1. Определите гибридизацию центрального атома в молекуле ВF3
1) sр 2) sр2 3) sр3 4) d2sр3
2. Расположение sp3-гибридных орбиталей
1) линейное 2) тригональное
3) тетраэдрическое 4) октаэдрическое
3. Угол между sр-гибридными орбиталями равен
1)180° 2)120° 3) 109°28' 4)90°
4. Соединение, орбитали всех атомов углерода которого
находятся в sр2-гибридизации
1) пропен 2) бутен-1 3) этен 4) бутен-2
5. Какую геометрическую форму имеет молекула Н20?
1) линейную 2) треугольную
3) угловую 4)тетраэдрическую
Тест 2
1. Определите гибридизацию центрального атома в молекуле CO2
1) s p 2) sр2 3) sр3 4) sр3d2
2. Расположение sр2-гибридных орбиталей
1) линейное 2) тригональное
3) тетраэдрическое 4) октаэдрическое
3. Угол между sр3-гибридными орбиталями равен
1) 180° 2) 120° 3) 109°28' 4) 90°
4. Соединение, орбитади всех атомов углерода которого находятся в sр2-гибридизации
1) хлоропрен 2) изопрен
3) этанаяь 4) пентадиен-1,3
5. Какую геометрическую форму имеет молекула NF3?
1) тетраэдрическую 2) угловую
3) треугольную 4) пирамидальную
Ответы: 1) 23133
2) 12314
7.Заключительная часть:
-оценка работы студента,
-замечания.
8. Домашнее задание:
Изготовить кристаллическую решётку алмаза, воспользовавшись данными справочников или энциклопедий.
Подготовить творческую работу (тест, кроссворд, головоломку, “Крестики – нолики”, химическую сказку и др.) по темам “Химическая связь” и “Кристаллические решётки”.
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) S8; б) SO2; в) H2S; г) SF6.
4. Какие частицы образуют кристалл нитрата натрия?
а) Атомы Na, N, O; б) ионы Na+, N5+, O2–;
в) молекулы NaNO3; г) ионы Na+, NO3–.
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) CO2, NO;
в) CH3Cl, CH3K; г) SO2, NO2.
8. В каком ряду молекулы расположены в порядке увеличения полярности связей?
а) HBr, HCl, HF; б) NH3, PH3, AsH3;
в) H2Se, H2S, H2O; г) CO2, CS2, CSe2.
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
