Полярность химической связи. Полярность молекул. Дипольный момент.

Рисунок 3.1 Сложение дипольных элементов в молекулах NH3 и NF3

Полярность молекулы определяется разностью электроотрицательностей атомов, образующих двухцентровую связь, геометрией молекулы, а так же наличием не поделённых электронных пар, так как часть электронной плотности в молекуле может быть локализована не в направлении связей. Полярность связи выражается через ее ионную составляющую, то есть через смещение электронной пары к более электроотрицательному атому. Полярность связи может быть выражена через ее дипольный момент μ, равный произведению элементарного заряда на длину диполя ^*) μ = e ∙ l. Полярность молекулы выражается через ее дипольный момент, который равен векторной сумме всех дипольных моментов связей молекулы.

^*) Диполь – система из двух равных, но противоположных по знаку зарядов, находящихся на единичном расстоянии друг от друга. Дипольный момент измеряется в кулон-метрах (Кл∙м) или в дебаях (D); 1D = 0,333∙10^–29 Кл∙м.

2. Вытеснительный ряд Н.Н.Бекетова. Взаимодействие металлов с растворами солей.

Электрохимический ряд активности (ряд напряжений, ряд стандартных электродных потенциалов) металлов — последовательность, в которой металлы расположены в порядке увеличения их стандартных электрохимических потенциалов φ⁰, отвечающих полуреакции восстановления катиона металла Meⁿ⁺: Meⁿ⁺ + nē → Me

Li→Rb→K→Ba→Sr→Ca→Na→Mg→Al→Mn→Zn→Cr→Fe→Cd→Co→Ni→Sn→Pb→H→Sb→Bi→Cu→Hg→Ag→Pd→Pt→Au

Ряд напряжений характеризует сравнительную активность металлов в окислительно-восстановительных реакциях в водных растворах.

Последовательность металлов по их способности вытеснять друг друга, давно известная химикам, была в 1860-е и последующие годы особенно основательно и всесторонне изучена и дополнена Н. Н. Бекетовым. Уже в 1859 году он сделал в Париже сообщение на тему «Исследование над явлениями вытеснения одних элементов другими». В эту работу Бекетов включил целый ряд обобщений о зависимости между взаимным вытеснением элементов и их атомным весом, связывая эти процессы с «первоначальными химическими свойствами элементов – тем, что называется химическим сродством». Открытие Бекетовом вытеснения металлов из растворов их солей водородом под давлением и изучение восстановительной активности алюминия, магния и цинка при высоких температурах (металлотермия) позволило ему выдвинуть гипотезу о связи способности одних элементов вытеснять из соединений с их плотностью: более лёгкие простые вещества способны вытеснять более тяжёлые («вытеснительный ряд Бекетова»).

Соли взаимодействуют с металлами — более активные металлы, расположенные левее в электрохимическом ряду напряжений**, вытесняют из солей менее активные металлы. Например, железо вытесняет медь из раствора хлорида меди (II):

Fe + CuCl2 = FeCl2 + Cu↓

3.Вычислите эквиваленты и эквивалентные массы Ag₂O, CaHPO₄, (CuOH)₂CO₃, H₃BO₃.

-------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

ЭКЗАМЕНАЦИОННЫЙ БИЛЕТ № 30

Направленность химической связи. Гибридизация атомных орбиталей. Строение простейших молекул.

Химическая связь направлена туда, где обеспечивается наибольшее перекрывание электронных облаков.

Гибридизация орбиталей — гипотетический процесс смешения разных (s, p, d) орбиталей центрального атома многоатомной молекулы с возникновением того же числа орбиталей, эквивалентных по своим характеристикам.

+ то что в тетради!!!

Действие кислот на металлы.

Коррозия металла в кислотах – это его разрушение при взаимодействии с концентрированными или разведенными кислотами. Часто такие разрушения встречаются на химических производствах и других сферах деятельности человека. То, как себя поведет металлический предмет при контакте с кислотой, зависит от его способности пассивироваться. Процесс коррозии металлов в кислотах проходит с выделением водорода.

Соляная кислота является очень агрессивной по отношению к металлам. Даже коррозионно-стойкие стали подвергаются разрушению, когда концентрация кислоты выше среднего. Если же раствор достаточно сильно разбавлен, такие стали коррозии не подвергаются. Самой сильной среди органических кислот является уксусная. В яблочной, бензойной, винной, стеариновой кислотах даже при больших температурах (выше 100°С) коррозионно-стойкие стали отличаются высокой устойчивостью. При контакте металлов с муравьиной кислотой образуются питтинги (особенно при увеличении температуры). При концентрации серной кислоты около 50 – 55% поверхность железа и аллюминия переходит в пассивное состояние. Т.е. оно пассивирует – образуется тонкий слой соединения, препятствующего каррозии. Далее с повышением температуры и концентрации серной кислоты поверхности этих металлов становятся активными (наблюдается коррозияв серной кислоте). С азотной кислотой взаимодействуют железо и хром - так же пассивируют, а при нагревании растворяются.

3. Вычислите эквивалент и эквивалентную массу ортофосфорной кислоты в реакциях обмена с едким натром, в результате которых образуются нормальная и кислые соли.

---------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

ЭКЗАМЕНАЦИОННЫЙ БИЛЕТ № 31

1. Ионная связь. Механизм образования ионной связи. Свойства ионной связи. Достоинства и недостатки теории ионной связи.

Ионная связь –возникает между разноимённо заряженными частицами – ионами в результате действия электростатических сил притяжения.

Механизм образования ионной связи можно рассмотреть на примере реакции между натрием и хлором. Атом щелочного металла легко теряет электрон, а атом галогена - приобретает. В результате этого возникает катион натрия и хлорид-ион. Они образуют соединение за счет электростатического притяжения между ними

Взаимодействие между катионами и анионами не зависит от направления, поэтому о ионной связи говорят как о ненаправленной. Каждый катион может притягивать любое число анионов, и наоборот. Вот почему ионная связь является ненасыщенной. Число взаимодействий между ионами в твердом состоянии ограничивается лишь размерами кристалла. Поэтому "молекулой" ионного соединения следует считать весь кристалл.

Для возникновения ионной связи необходимо, чтобы сумма значений энергии ионизации Ei (для образования катиона) и сродства к электрону Ae (для образования аниона) должна быть энергетически выгодной. Это ограничивает образование ионной связи атомами активных металлов (элементы IA- и IIA-групп, некоторые элементы IIIA-группы и некоторые переходные элементы) и активных неметаллов (галогены, халькогены, азот).

Идеальной ионной связи практически не существует. Даже в тех соединениях, которые обычно относят к ионным, не происходит полного перехода электронов от одного атома к другому; электроны частично остаются в общем пользовании. Так, связь во фториде лития на 80% ионная, а на 20% - ковалентная. Поэтому правильнее говорить о степени ионности (полярности) ковалентной химической связи. Считают, что при разности электроотрицательностей элементов 2,1 связь является на 50% ионной. При большей разности соединение можно считать ионным.

Ионной моделью химической связи широко пользуются для описания свойств многих веществ, в первую очередь, соединений щелочных и щелочноземельных металлов с неметаллами. Это обусловлено простотой описания таких соединений: считают, что они построены из несжимаемых заряженных сфер, отвечающих катионам и анионам. При этом ионы стремятся расположиться таким образом, чтобы силы притяжения между ними были максимальными, а силы отталкивания - минимальными.

Свойства ионной связи

Так как ион может притягивать к себе ионы противоположного знака в любом направлении, ионная связь в отличие от ковалентной отличается ненаправленностью.

Взаимодействие друг с другом двух ионов противоположного знака не может привести к полной взаимной компенсации их силовых полей. Поэтому они могут притягивать и другие ионы противоположного знака, то есть ионная связь отличается ненасыщенностью.

2. Действие щелочей на металлы.

Щелочами металлы окисляться не могут, так как ионы щелочных металлов – одни из самых слабых окислителей в водных растворах. Однако в присутствии щелочей окисляющее действие воды может значительно возрастать. При окислении металлов водой образуется гидроксид и водород. Если характер оксида и гидроксида амфотерный, то они будут растворяться в щелочном растворе. В результате пассивные в чистой воде металлы могут энергично взаимодействовать с растворами щелочей.

Такое поведение характерно для следующей группы металлов:

Be, Al, Ga, Zn, Sn, Pb, Cr

На поверхности этих металлов присутствуют естественные оксидные пленки, нерастворимые в воде. При обычных условиях и даже при нагревании они защищают металл от контакта с ионами H+ и, следовательно, от возможности окисления.

Оксидные пленки этих металлов обладают амфотерными свойствами (способны реагировать как с кислотами, так и с щелочами) и химически растворяются щелочами:

Al2O3 + 2 NaOH → 2NaAlO2 + H2O

После растворения амфотерного оксида в щелочи металл реагирует с водой по схеме взаимодействия активного металла. При этом происходит образование амфотерного гидроксида:

2 Al + 6 H2O → 2 Al(OH)3↓ + 3 H2↑ (1)

Но на этом процесс не останавливается, далее следует взаимодействие амфотерного гидроксида со щелочью:

2 Al(OH)3 + 2 NaOH → 2 Na[Al(OH)4] (2)

Образуется гидроксокомплекс, в котором число гидроксильных групп OH- соответствует координационному числу (КЧ) иона металла. Для алюминия КЧ=4.

Суммарный процесс [(1)+(2)] взаимодействия алюминия с раствором щелочи можно выразить следующим уравнением:

2 Al + 6 H2O + 2 NaOH → 2 Na[Al(OH)4] + 3 H2

Таким образом, роль окислителя выполняют ионы водорода H+ из воды. Щелочь создает условия протекания этого процесса химически, растворяя сначала оксидную пленку, а затем и амфотерный гидроксид

3. Из 1,4 г кальция получили 2,52 г его сульфида. Определите эквивалентную массу металла.

---------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

ЭКЗАМЕНАЦИОННЫЙ БИЛЕТ № 32