Полярная и неполярная ковалентная связь

⇐ ПредыдущаяСтр 3 из 4Следующая ⇒

В зависимости от электроотрицательности (ЭО) атомов, образующих химическую связь, ковалентная связь может быть полярной и неполярной.

Электроотрицательностью называется способность атома в молекуле или сложном ионе притягивать к себе связующее электронное облако.

Неполярная ковалентная связь образуется между атомами элементов, имеющих одинаковое или близкое значение электроотрицательности. В этом случае связующее электронное облако распределяется симметрично между центрами обоих атомов.

Полярная ковалентная связь образуется между атомами элементов с различной электроотрицательностью. В этих случаях связующее электронное облако смещается к более электроотрицательному атому.

Ионная связь

осуществляется в результате образования и электростатического притяжения противоположно заряженных ионов. Ионная связь возникает при большой разнице в значениях ЭО взаимодействующих атомов. Поэтому можно сказать, что ионная связь – это предельный случай полярной ковалентной связи. Ионные соединения в «чистом» виде не встречаются. В любом ионном соединении имеется доля ковалентной связи.

К типичным соединениям с ионной связью относятся галогениды щелочных металлов, например, хлорид натрия (поваренная соль). При образовании ионной связи атомы стремятся отдать или приобрести столько электронов, чтобы их внешние электронные оболочки оказались устойчивыми.

Все ионные соединения в твердом состоянии имеют кристаллическую решетку, в которой каждый ион окружен несколькими ионами противоположного знака.

Металлическая связь

осуществляется в металлах. Атомы металлов имеют на внешнем энергетическом уровне от одного до трех электронов и большое количество свободных атомных орбиталей. Кроме того, атомы металлов плотно упакованы в кристаллические решетки. В результате валентные электроны перемещаются с одной атомной орбитали на другую, осуществляя связь между всеми атомами металлической кристаллической решетки.

Перемещающиеся электроны называются электронным газом. Металлическая связь объясняем многие физические свойства металлов, например, электро- и теплопроводность, пластичность.

Межмолекулярные связи

К этим связям относятся силы Ван-дер-Ваальса и водородные связи.

Силы Ван-дер-Ваальса

слабее ковалентных, но проявляются на больших расстояниях. В основе их лежит взаимодействие диполей. Существует три вида сил Ван-дер-Ваальса: ориентационные, индукционные и дисперсионные.

Ориентационные силы

Действуют между полярными молекулами, которые представляют собой диполи. Диполь – это система, состоящая из двух зарядов равных по величине, но противоположных по знаку. В конденсированном состоянии (жидком или твердом) диполи ориентируются друг относительно друга противоположно заряженными полюсами, вследствие этого происходит их взаимное притяжение.

Индукционные силы

Возникают в том случае, когда вещество состоит из неполярных, но способных к поляризации молекул, например, молекул углекислого газа. При взаимодействии с полярными молекулами или с электрическим полем такие молекулы поляризуются, т.е. образуют диполи, которые взаимодействуют между собой.

Дисперсионные силы

Возникают между неполярными молекулами. В атомах и молекулах электроны сложным образом движутся в поле притяжения ядра. Поэтому при равенстве нулю средних дипольных моментов молекул их мгновенные дипольные моменты могут быть отличными от нуля. Т.е. образуются «мгновенные диполи», которые начинают взаимодействовать между собой.

Все силы Ван-дер-ваальса являются короткодействующими (действуют на расстояниях, не превышающих 2-3 диаметра молекулы).

Водородная связь

Водородная связь возникает в соединениях, в которых атом водорода непосредственно связан с атомом сильно электроотрицательного элемента (кислородом, фтором, азотом, реже хлором и серой).

Водородная связь носит и ионный и ковалентный характер, и усиливает взаимодействие молекул в веществах, повышая их температуры плавления и кипения. Водородная связь играет большую роль в нашей жизни.

1. Благодаря этой связи вода находится при комнатной т-ре в жидком состоянии, а не в газообразном.

2. Благодаря водородным связям лед легче жидкой воды, поэтому зимой водоемы покрываются коркой льда, но не промерзают полностью, что сохраняет жизнь в водоемах.

3. Водородные связи поддерживают спиральную структуру биополимеров: белков и нуклеиновых кислот. При разрушении этой структуры биологические свойства исчезают.

Элементы учения о химических процессах

Энтропия (S)

«Энтропия» (от греч. поворот, превращение). Это понятие было впервые введено в термодинамику в 1865 г. немецким физиком-термодинамиком Рудольфом Клаузиусом для определения меры необратимого рассеяния энергии, меры отклонения реального процесса от идеального.

Термин «энтропия» употребляется на различных уровнях от бытового до сугубо научного:

на бытовом уровне: энтропия – мера беспорядка или мера неопределенности. Примеры: если взять стопку книг, а затем рассыпать ее, то энтропия увеличится.

в физике: энтропия – одна из термодинамических функций; одно из основных фундаментальных свойств мира, в котором мы живем.

в статистической физике: энтропия – мера вероятности осуществления какого-либо макроскопического состояния.

в теории информации: энтропия – мера неопределенности;

в химии: энтропия – термодинамическая функция, позволяющая расчетным путем определять возможность и направление протекания химических реакций.

Энтропия – важнейшая термодинамическая функция. Она связана со вторым и третьим законами термодинамики. Поэтому прежде, чем говорить об энтропии необходимо получить краткую информацию о термодинамике и законах, на которых она основана.

Термодинамика – это наука об изменениях энергии и превращении энергии в работу. Термин «термодинамика» в переводе с греческого обозначает «теплодвижение». Термодинамика базируется на трех законах, которые также называются началами термодинамики.

Первый закон термодинамики – теплота, подведенная к системе, расходуется на увеличение ее внутренней энергии и на совершение системой работы против внешних сил. Из первого закона следует вывод: невозможен вечный двигатель первого рода, т.е. двигатель, который совершал бы работу без внешнего источника энергии.

Второй закон термодинамики имеет множество формулировок:

1. Теплота не может переходить сама собой от более холодного тела к более теплому.

2. Невозможно построить такую машину (такой вечный двигатель второго рода), всё действие которой сводилось бы к производству работы и соответствующему охлаждению теплового источника.

3. В изолированных системах для всех необратимых тепловых процессов, энтропия возрастает (DS> 0), а максимально возможное значение энтропии достигается в тепловом равновесии (DS=0).

Третий закон термодинамики: при приближении к абсолютному нулю энтропия всякой равновесной системы перестает зависеть от каких-либо термодинамических параметров, т.е. при Т = 0 и S = 0.

Свойства энтропии

1. Энтропия – это обычная физическая величина, которую можно измерить, вычислить и выразить числом.

2. Энтропия – мера беспорядка. Порядок означает наличие структуры, а беспорядок – это разрушение и отсутствие структуры. Например, энтропия льда меньше, чем энтропия воды, а при растворении вещества его энтропия повышается. Это происходит потому, что структура жидкой воды менее упорядочена, чем структура льда, а молекулы растворенного вещества обладают большими степенями свободы, чем молекулы вещества, находящегося в кристаллическом состоянии.

Согласно второму закону термодинамики в изолированных системах со временем происходит неизбежное возрастание энтропии. Следовательно, в изолированных системах со временем происходит разрушение структур и создание беспорядка.

3. Энтропия мера вероятности состояния системы. В изолированных системах энтропии обязана возрастать. Следовательно, такие системы со временем будут переходить в состояние со все более высокой степенью вероятности.

4. Если система изолированная и неравновесная, то энтропия такой системы только возрастает. Пока система неравновесная, в ней происходят какие-то процессы и энтропия такой системы согласно второму закону термодинамики увеличивается.

5. Если система изолированная и равновесная, то энтропия такой системы, достигнув максимума, перестает изменяться.

6. Если система открытая, то энтропия такой системы может вести себя как угодно: возрастать, убывать и даже оставаться постоянной, если система находится в стационарном состоянии. Второй закон термодинамики не распространяется на открытые системы.

7. Живые организмы способны поддерживать упорядоченное низкоэнтропийное состояние внутри своей среды в процессе жизнедеятельности. Это достигается тем, что в процессе обмена веществ организм выносит производимую в ходе жизнедеятельности энтропию в окружающую среду

8. Энтропия – это низкокачественная энергия. Вечный двигатель второго рода – это устройство, превращающее низкокачественные формы энергии в высококачественные.

⇐ Предыдущая 1 234 Следующая ⇒