Специалисты, изучающие всевозможные конкретные явления, нуждаются в общих,

целостных представлениях о мире, о принципах его устройства, общих

закономерностях и т.д. Однако сами она таких представлений не вырабатывают -

в конкретных науках используется универсальный мыслительный

инструментарий(категории, принципы, различные методы познания), но ученые

специально не занимаются разработкой, систематизацией, осмыслением

познавательных приемов, средств. Общемировоззренческие и теоретико-

познавательные основания науки изучаются, отрабатываются и формируются в

сфере философии.

2. ВИДЫ ХИМИЧЕСКИХ СВЯЗЕЙ. ИХ ОСОБЕННОСТИ.

В 1916 году Коссель и Льюис независимо друг от друга выдвинули теории

химической связи. Оба объяснили образование химической связи стремлением

атомов отдать, получить или разделить с другими атомами электроны, что бы

приобрести устойчивую электронную конфигурацию типа конфигурации благородных

газов.

Нам известно, что атомы могут соединяться друг с другом с образованием как

простых, так и сложных веществ. При этом образуются различного типа

химические связи: ионная, ковалентная (неполярная и полярная), металлическая

и водородная. Одно из наиболее существенных свойств атомов элементов,

определяющих, какая связь образуется между ними – ионная или ковалентная, -

это электроотрицательность, т.е. способность атомов в соединении притягивать

к себе электроны.

Условную количественную оценку электроотрицательности дает шкала

относительных электроотрицательностей.

В периодах наблюдается общая тенденция роста электроотрицательности

элементов, а в группах – их падения. Элементы по электроотрицательностям

располагают в ряд, на основании которого можно сравнить

электроотрицательности элементов, находящихся в разных периодах.

Вид химической связи зависит от того, насколько велика разность значений

электроотрицательностей соединяющихся атомов элементов. Чем больше отличаются

по электроотрицательности атомы элементов, образующих связь, тем химическая

связь полярнее. Провести резкую границу между типами химических связей

нельзя. В большинстве соединений вид химической связи оказывается

промежуточным; например, сильнополярная ковалентная химическая связь близка к

ионной связи. В зависимости от того, к какому из предельных случаев ближе по

своему характеру химическая связь, ее относят либо к ионной, либо к

ковалентной полярной связи.

Фаянс сформулировал два правила для предсказания степени ионного или

ковалентного характера связи между двумя атомами:

1. Связь будет преимущественно ионной если заряды образующихся ионов

невелики. Например, хлорид натрия, вероятно, будет ионным поскольку заряды Na

+ и Cl- равны +1 и –1, в то время как связь алюминия, вероятно,

будет ковалентной, так как заряд Al3+ велик.

2. Связь будет преимущественно ионной, если радиус катиона велик

(например, у щелочных металлов), а радиус аниона мал (например у легких

галогенов).

Ионная связь.

Ионная связь образуется при взаимодействии атомов, которые резко отличаются

друг от друга по электроотрицательности. Например, типичные металлы

литий(Li), натрий(Na), калий(K), кальций (Ca), стронций(Sr), барий(Ba)

образуют ионную связь с типичными неметаллами, в основном с галогенами.

Кроме галогенидов щелочных металлов, ионная связь также образуется в таких

соединениях, как щелочи и соли. Например, в гидроксиде натрия(NaOH) и сульфате

натрия(Na2SO4) ионные связи существуют только между

атомами натрия и кислорода (остальные связи – ковалентные полярные).

Между положительно заряженным ионом натрия и отрицательно заряженным фторид

–ионом действует сила электростатического притяжения. В следствии притяжения

возникает химическая связь. Связь такого типа называют ионной или

электровалентной связью.

Магний и алюминий должны потерять два и три электрона, чтобы приобрести

конфигурацию неона.

Кислород для завершения октета электронов должен приобрести два электрона.

Образованные этими катионами (положительными ионами) и анионами

(отрицательными ионами) соединения представляют собой вещества не несущие

электрического заряда. Их называют ионными или электровалентными

соединениями.

Ковалентная связь

Ионная связь – не единственный тип химической связи. В молекуле СL2

мы встречаемся с новым типом связи. Льюис предположил, что в такой связи каждый

из двух атомов хлора делится одним из своих внешних электронов – такие

электроны называются валентными – с другим атомом хлора.

Для перекрывания атомных орбиталей два атома должны подойти друг к другу как

можно ближе. Общая пара электронов и образует ковалентную связь. Эти электроны

занимают одну и ту же орбиталь, а их спины направлены в противоположные

стороны. Связь в молекуле Cl2 можно изобразить различными способами.

Подсчет электронов вести легче, если электроны одного атома изображать

крестиками, а другого – кружками или точками, хотя, конечно, двух типов (или

вообще – различных) электронов не существует. В результате образования общей

пары электронов каждый из атомов хлора «приобретает» восемь электронов в свою

внешнюю оболочку: теперь он имеет «завершенный октет». Общие пары электронов

образуются, когда наполовину заполненные атомные орбитали соседних атомов

перекрываются между собой.

Ковалентные связи очень важны в соединениях углерода. Имея четыре валентных

электрона, атом углерода может приобрести полный октет, если он предоставит

эти электроны для образования общих электронных пар с четырьмя атомами

водорода.

В молекуле диоксида углерода СО2 атом углерода делит по два электрона

с каждым из двух атомов кислорода, так что каждый из трех атомов получает

полный октет валентных электронов. Так как каждая общая пара электронов

соответствует ковалентной связи, две общих электронных пары между углеродом и

кислородом образуют двойную связь. Пары электронов на атомах кислорода, не

разделенные с другими атомами называют не поделенными электронными парами.

В молекуле азота N2 атому азота для приобретения октета электронов

необходимо поделиться тремя из пяти имеющихся у него электронов с другим атомом

азота.

Многие ковалентные соединения в твердом состоянии представляют собой

совокупность отдельных молекул. Внутримолекулярные связи (то есть связи между

атомами в молекуле) прочны. Межмолекулярные силы (то есть силы притяжения

между молекулами за счет диполь –дипольных и других взаимодействий) заметно

слабее и их легко преодолеть. В результате молекулы получают возможность

двигаться независимо друг от друга – вещество переходит в жидкое состояние.

Такие ковалентные соединения имеют низкие температуры плавления, многие из

них при комнатной температуре являются жидкостями или газами. Температура

кипения их низка по той же самой причине: силы притяжения между молекулами

очень слабы.

Другие ковалентные вещества не состоят из отдельных молекул. Они представляют

собой макромолекулярные структуры, объединенные ковалентными связями.

Например, алмаз, нитрид бора, оксид кремния и карбид кремния. Сильные

ковалентные связи, объединяющие макромолекулы, служат причиной высоких (даже

более высоких, чем у большинства ионных кристаллов) температур плавления этих

соединений и делают их нелетучими (то есть такие соединения имеют высокие

температуры кипения).

Термин ковалентная связь используется для описания как неполярных связей,

которые в значительной степени полярны.

Ковалентная неполярная связь.

При взаимодействии атомов с одинаковой электроотрицательностью образуются

молекулы с ковалентной неполярной связью. Такая связь существует в молекулах

следующих простых веществ: H2, F2, Cl2, O

2, N2. Химические связи в этих газах образованы посредством

общих электронных пар, т.е. при перекрывании соответствующих электронных

облаков, обусловленном электронно-ядерным взаимодействием, которые осуществляет

при сближении атомов.

Составляя электронные формулы веществ, следует помнить, что каждая общая

электронная пара – это условное изображение повышенной электронной плотности,

возникающей в результате перекрывания соответствующих электронных облаков.

Ковалентная полярная связь.

Такие связи, как C-Cl и C-О, называют полярными ковалентными связями.,

При взаимодействии атомов, значение электроотрицательностей которых

отличаются, но не резко, происходит смещение общей электронной пары к более

электроотрицательному атому. Это наиболее распространенный тип химической

связи, которой встречается как в неорганических, так и органических

соединениях.

К ковалентным связям в полной мере относятся и те связи, которые образованы

по донорно-акцепторному механизму, например в ионах гидроксония и амония.

Металлическая связь.

Связь, которая образуется в результате взаимодействия относительно свободных

электронов с ионами металлов, называются металлической связью. Этот тип связи

характерен для простых веществ- металлов.

Сущность процесса образования металлической связи состоит в следующем: атомы

металлов легко отдают валентные электроны и превращаются в положительные

заряженные ионы. Относительно свободные электроны, оторвавшиеся от атома,

перемещаются между положительными ионами металлов. Между ними возникает

металлическая связь, т. е. Электроны как бы цементируют положительные ионы

кристаллической решетки металлов.

Водородная связь.

Связь, которая образуется между атомов водорода одной молекулы и атомом

сильно электроотрицательного элемента (O, N, F) другой молекулы, называется

водородной связью.

Может возникнуть вопрос: почему именно водород образует такую специфическую

химическую связь?

Это объясняется тем, что атомный радиус водорода очень мал. Кроме того, при

смещении или полной отдаче своего единственного электрона водород приобретает

сравнительно высокий положительный заряд, за счет которого водород одной

молекулы взаимодействует с атомами электроотрицательных элементов, имеющих

частичный отрицательный заряд, выходящий в состав других молекул (HF, H2

O, NH3).

Рассмотрим некоторые примеры. Обычно мы изображаем состав воды химической

формулой H2O. Однако это не совсем точно. Правильнее было бы состав

воды обозначать формулой (H2O)n, где n = 2,3,4 и т. д. Это

объясняется тем, что отдельные молекулы воды связаны между собой посредством

водородных связей.

Водородную связь принято обозначать точками. Она гораздо более слабая, чем

ионная или ковалентная связь, но более сильная, чем обычное межмолекулярное

взаимодействие.

Наличие водородных связей объясняет увеличения объема воды при понижении

температуры. Это связано с тем, что при понижении температуры происходит

укрепление молекул и поэтому уменьшается плотность их «упаковки».

При изучении органической химии возникал и такой вопрос: почему температуры

кипения спиртов гораздо выше, чем соответствующих углеводородов? Объясняется

это тем, что между молекулами спиртов тоже образуются водородные связи.

Повышение температуры кипения спиртов происходит также вследствие укрупнения

их молекул.

Водородная связь характерна и для многих других органических соединений

(фенолов, карбоновых кислот и др.). Из курсов органической химии и общей

биологии вам известно, что наличием водородной связи объясняется вторичная

структура белков, строение двойной спирали ДНК, т. е. явление

комплиментарности.

3. ЗАКОНЫ ФАРАДЕЯ

Законы естествознания постулируются на основании наблюдаемых опытных фактов.

Сначала идет процесс накопления знаний в определенной области. Эти результаты

анализируются и делается некоторое предположение. Это предположение не

выводится из других законов. Оно возникает само по себе на основании опыта.

Сделанное умозаключение, сформулированное в виде математической формулы,

становится частью гипотезы. Если последующие опыты подтверждают правильность

этого предположения, оно становится законом.

Понятие поля в применении к электрическому и магнитному полям было введено в

30-х годах 19-го века М. Фарадеем. Концепция поля была возрождением теории

близкодействия, основоположником которой был Р.Декарт. Согласно его

концепции близкодействия, взаимодействующие тела создают в каждой точке

окружающего их пространства особое состояние - поле, которое проявляется в

силовом воздействии на другие тела, в эти поля помещенные. Экспериментально

было показано, что взаимодействие электрически заряженных тел осуществляется

не мгновенно. Перемещение одной заряженной частицы приводит к изменению сил,

действующих на другую заряженную частицу не в тот же момент, а спустя некоторое

Страницы: 1, 2, 3