Разработка урока в 9 классе по теме « Основные типы химической связи. Понятие о химической связи.»
[ Cкачайте файл, чтобы посмотреть ссылку ]
Знать: что такое химическая связь, её виды, особенности каждой из них.
Уметь: объяснить образование каждого вида связи с точки зрения единой природы химической связи, на основе электронного строения атома, определить каждый вид химической связи в веществах, решать задачи на ядерные реакции.
Ход урока.
Оглавление темы и цели урока.
Актуализация знаний.
Проверочная работа, по 2 вариантам.
«Строение атома»
Вариант 1.
Сколько электронов в ионе Fe 2+
Составьте электронную конфигурацию соответствующую иону Р5+
Сколько протонов, электронов и нейтронов в элементе № 38, 67, 73.
Сколько электронов максимально может находится на четвертом уровне.
Что такое изотопы.
Дать определение понятия «электронное облако»
Распределите электроны по квантовым ячейкам для элемента № 25.
«Строение атома»
Вариант 2.
Сколько электронов в ионе Сu 2+
Составьте электронную конфигурацию соответствующую иону Сl3+
Сколько протонов, электронов и нейтронов в элементе № 35, 59, 81.
Сколько электронов максимально может находится на третьем уровне.
Дать определение понятия «химический элемент»
Что такое р-элементы
Распределите электроны по квантовым ячейкам для элемента № 28.
Под химической связью понимают такое взаимодействие атомов, которое соединяет их в молекулы, ионы, радикалы, кристаллы.
Образование между частицами химических связей приводит к уменьшению общего запаса энергии системы по сравнению с суммой энергий несвязанных атомов.
В образовании химической связи могут принимать участие:
1) неспаренные электроны атома;
2) пара валентных электронов, находящихся на одной орбитали;
3) вакантная орбиталь
МЕТАЛЛИЧЕСКАЯ СВЯЗЬ
Рассмотрение различных типов химических связей начнем с простых веществ, а именно с металлов. Несмотря на многообразие металлов и сплавов, все они обладают одинаковым и специфическим видом химической связи, которую так и называют – металлической.
С точки зрения строения атома большинство металлов характеризуется небольшим числом электронов на внешнем энергетическом уровне, т.е. число вакантных орбиталей у них значительно больше числа валентных электронов.
Все металлы в твердом состоянии имеют металлическую кристаллическую решетку. При её образовании атомы сближаются до такой степени, что их вакантные орбитали начинают перекрываться. Валентный электрон при этом может относительно свободно перемещаться с орбитали своего атома на свободную и близкую по энергии орбиталь соседних атомов. Потеряв электрон, исходный атом теряет свою электронейтральность и превращается в катион:
М0 – ne- Мn+.
Атом катион
Связь в металлах и сплавах, обусловленная взаимодействием относительно свободных электронов с катионами в узлах кристаллической решетки, называют металлической.
При внесении металла в электрическое поле движение электронов из хаотического становится направленным, что и обусловливает электропроводность металлов.
Металлическая связь характеризуется ненаправленностью. Это означает, что в кристалле невозможно выделить пару атомов, связанных только друг с другом. Каждый атом в равной мере связан со всеми своими соседями по узлам кристаллической решетки. Вторая характеристика металлической связи – ненасыщенность. Понятие валентности по отношению к металлам в простых веществах неприменимо.
Особый тип связи в металлах и сплавах определяет все их общие свойства: электропроводность, теплопроводность, пластичность, металлический блеск.
ИОННАЯ СВЯЗЬ
В соединениях металлов с неметаллами атомы металла избавляются от валентных электронов, обнажая внутренний заполненный электронный слой, превращаясь при этом в катионы:
М0 – ne- = Мn+.
Атомы неметаллов Э присоединяют электроны металлов, достраивая свою электронную оболочку до устойчивого октета:
Э0 + me- = Эm -.
Атомы неметалла при этом превращаются в анионы. Между ионами возникает электростатическое притяжение, которое и обусловливает химическую связь в веществе.
Химическая связь между катионами и анионами, обусловленная их взаимным притяжением, называется ионной.
Принято считать ионной химическую связь между атомами элементов, разность электроотрицательности которых больше или равна двум (по шкале Л. Полинга). Например, в оксиде натрия связь ионная (3,44 – 0,93 = 2,51), а в бромиде алюминия - ковалентная полярная (2,74-1,47=1,27).
Вещества с ионным типом связи в твердом состоянии имеют кристаллическую структуру. В узлах кристаллической решетки находятся катионы и анионы, поэтому такую решетку также называют ионной. Вещества с ионной кристаллической решеткой обычно нелетучи, тугоплавки, хрупки, многие растворимы в полярных растворителях (вода, спирты).
Ионная связь, как и металлическая, характеризуется ненаправленностью. Ионная связь также характеризуется ненасыщенностью, каждый ион будет электростатически связан со всеми окружающими его ионами противоположного заряда, сила такого взаимодействия зависит от расстояния между ними и их заряда.
Ионная связь является достаточно прочной. Энергия ионной кристаллической решетки для большинства соединений составляет 600-750кДж/моль. Однако соединений с ионным типом связи весьма ограниченное количество. Это соли, щелочи, оксиды металлов IА и IIА (с кальция) подгрупп Периодической системы.
КОВАЛЕНТНАЯ СВЯЗЬ
Химическую связь между атомами, возникающую путем обобществления электронов с образованием общих электронных пар, называют ковалентной.
Образование общей электронной пары может происходить двумя способами.
При сближении двух атомов, имеющих неспаренные электроны, происходит взаимное проникновение соответствующих электронных орбиталей, их перекрывание. В месте перекрывания образуется так называемая электронная плотность, т.е. область пространства, где вероятность нахождения электрона значительно увеличивается. Область перекрывания условно считают общей электронной парой двух атомов. Такой механизм образования ковалентной связи называют обменным.
Ковалентную связь, образующуюся между атомами с одинаковой электроотрицательностью, называют неполярной.
Ковалентную химическую связь между атомами с различной электроотрицательностью, называют полярной.
Атомы способны образовывать также две или три общие электронные пары, например в молекулах азота или оксида углерода (IV).
Второй возможный механизм возникновения общей электронной пары рассмотрим на классическом примере образования катиона аммония. В молекуле аммиака каждый атом завершил свою электронную оболочку до конфигурации благородного газа: азот приобрел восемь (октет) электронов, атомы водорода получили в пользование по два электрона. При этом у азота имеется неподеленная пара электронов, за счет которой он может образовать четвертую химическую связь с частицей, обладающей вакантной орбиталью. В качестве такой частицы может выступить катион водорода Н+. При этом механизм возникновения четвертой связи N-Н иной. Атом азота, предоставивший для образования связи пару электронов, называют донором, а катион водорода, предоставляющий пустую орбиталь, - акцептором. Получившаяся при этом более сложная частица несет положительный заряд и называется катионом аммония. Такой механизм образования ковалентной связи называют донорно-акцепторным. Все четыре связи N-Н в катионе аммония абсолютно равноценны, невозможно различить, какая из них образована по донорно-акцепторному, а какие – по обменному механизму.
Поскольку в большинстве случаев валентные возможности атома исчерпываются при образовании октета (дублета) электронов, ковалентная связь характеризуется насыщаемостью.
В отличие от ионной и металлической связи, для ковалентной можно точно определить, какие именно атомы связаны друг с другом, как они взаимно расположены в пространстве. Следовательно, ковалентная связь обладает направленностью.
Вещества с ковалентным типом связи в твердом состоянии образуют кристаллические решетки двух типов: атомные и молекулярные.
Единая природа химической связи
Деление химической связи на типы носит условный характер.
Металлическая связь, обусловленная притяжением электронов и ионов металлов, носит некоторые признаки ковалентной, если принять во внимание перекрывание электронных орбиталей атомов. В образовании водородной связи, помимо электростатического притяжения, не последнюю роль играет донорно- акцепторный характер взаимодействия положительно поляризованного атома водорода с неподеленной электронной парой электроотрицательного неметалла.
Резкую границу между ионной и ковалентной полярной связью провести также невозможно. Более того, ионную связь можно рассматривать как крайне поляризованную ковалентную. Где же та грань, которая отделяет ионную связь от ковалентной полярной?
Отнести любую связь металл-неметалл к ионному типу нельзя. По мере увеличения числа валентных электронов у металлов суммарная прочность их связи с ядром усиливается, а способность к образованию ионных связей уменьшается. Например, алюминий с тремя электронами на внешнем энергетическом уровне даже с галогенами образует связи, имеющие заметную долю ковалентности. С другой стороны, уменьшение электроотрицательности неметалла также приводит к усилению ковалентного характера его связи даже с активным металлом.
Принято считать ионной химическую связь между атомами элементов, разность электроотрицательности которых больше или равна двум (по шкале Л. Полинга). Например, в оксиде натрия связь ионная (3,44 – 0,93 = 2,51), а в бромиде алюминия - ковалентная полярная (2,74-1,47=1,27).
В одном веществе могут встречаться различные типы связей. В щелочах, например,
связь между атомами кислорода и водорода - ковалентная полярная, а между катионом металла и гидроксид-анионом – ионная. В пероксиде натрия (Na2О2) два атома кислорода связаны друг с другом ковалентной неполярной связью, а с катионами натрия - ионная. Молекулы пропионовой кислоты (СН3-СН2-СООН) содержат ковалентные неполярные и ковалентные полярные связи, а между молекулами образуются прочные водородные связи.
Причиной единства всех типов и видов химических связей служит их одинаковая физическая природа- электронно-ядерное взаимодействие. Образование любой химической связи представляет собой результат взаимодействия электрических полей, создаваемых положительно заряженными ядрами и электронными оболочками атомов.