Химическая связь и химические свойства элементов

В наиболее общем виде образование химической связи происходит путем спаривания двух электронов, принадлежащих различным атомам. При этом возникает общая электронная пара (молекулярная орбиталь - МО), которая связывает эти атомы. Если МО имеет симметричное распределение электронной плотности, возникающая связь называется КОВАЛЕНТНОЙ НЕПОЛЯРНОЙ (молекулы Н₂, N₂, О₂, I₂ и т.п.).

При смещении электронной плотности к ядру одного из атомов образуется КОВАЛЕНТНАЯ ПОЛЯРНАЯ связь (НСl, Н₂0, С0₂ и др.). При значительном смещении электронной плотности связь называют ИОННОЙ (NaCl, КВг, СаО и др.).

Способность атома смещать к себе электронную плотность МО оценивается величиной его электроотрицательности (ЭО)

,

где I - энергия ионизации атома, кДж/моль;

Е - сродство атома к электрону, кДж/моль.

ЧЕМ БОЛЬШЕ РАЗНОСТЬ ЭО АТОМОВ ВЗАИМОДЕЙСТВУЮЩИХ ЭЛЕМЕНТОВ, ТЕМ СИЛЬНЕЕ СМЕЩЕНИЕ ЭЛЕКТРОННОЙ ПЛОТНОСТИ К АТОМУ БОЛЕЕ ЭЛЕКТРООТРИЦАТЕЛЬНОГО ЭЛЕМЕНТА, ТЕМ ВЫШЕ ПОЛЯРНОСТЬ СВЯЗИ. С ДРУГОЙ СТОРОНЫ, ЧЕМ ВЫШЕ ПОЛЯРНОСТЬ СВЯЗИ, ТЕМ БОЛЕЕ СПОСОБНА ДАННАЯ ХИМИЧЕСКАЯ СВЯЗЬ К ЭЛЕКТРОЛИТИЧЕСКОЙ ДИССОЦИАЦИИ В РАСТВОРАХ.

Для качественной оценки образующейся связи используют не абсолютные значения ЭО, а относительные (ОЭО). Если ЭО лития - 536 кДж/моль - принять за единицу, получают шкалу ОЭО элементов (приложение, табл. 1)

ПРИМЕР 6

Написать электронную формулу для атома элемента N 17 в нормальном и возбужденных состояниях. Указать возможные степени окисления, написать формулы оксидов и гидроксидов для низшей и высшей степеней окисления. По значениям ОЭО рассчитать полярность связей и определить возможный тип диссоциации (кислотный или основный) этих гидроксидов в водных растворах.

РЕШЕНИЕ

Элемент N 17 - это элемент третьего периода - хлор. Его электронная формула в нормальном состоянии

1s²2s²2p⁶3s²3p⁵.

Поглощая энергию извне, атом хлора может переходить в возбужденное состояние, при этом валентные электроны в пределах одного слоя распределяются по одному в АО (ячейках)

нормальное состояние

возбужденное состояние

Таким образом, в возбужденном состоянии атом хлора имеет семь не спаренных электронов на внешнем уровне и может иметь степени окисления: +1+2+3+4+5+6+7. Низший оксид: Cl₂O, высший - Cl₂O₇. Их гидроксиды: HOCl, HClO₄.

Все гидроксиды имеют одинаковый фрагмент молекулы Н-О-Э, в данном случае Н-¹О-²Cl.

Используя значение ОЭО (см. приложение, табл.1), рассчитаем условия полярности связей 1 и 2

∆ОЭО(1)=ОЭО (О) – ОЭО (Н)= 3,5-2,1 = 1,4;

∆ОЭО(2)=ОЭО (О) – ОЭО (Cl)= 3,5-3,0 = 0,5.

Связь 1 более полярна (∆ОЭО(1) > ∆ОЭО(2)), следовательно, она с большей вероятностью будет разрываться в водных растворах и диссоциация гидроксидов будет происходить следующим образом: HСlO=H⁺+ClО^-; HClO₄= H⁺+ClO₄^-. Это кислоты.

Помимо значений ОЭО, тип электролитической диссоциации химической связи зависит от степени окисления элемента. Чем она выше, тем сильнее проявляются кислотные свойства гидроксида, поэтому HClO₄ диссоциирует сильнее, чем HСlO.