Лекция по химии

`Лекция-14 

    

Природа химической  связи  и механизм химической реакции 

    (скорость реакции, катализ, химическое равновесие). 

ПЛАН: 

1. Химическая  связь и ее виды:

а) Ковалентная (полярная, не полярная)

б) Ионная

в) Металлическая

г) Водородная

     

2. Взаимосвязь строения вещества и его свойств
3. Химические реакции
4. Понятие о скорости реакции
5. Факторы, влияющие на скорость  химической реакции
6. Химическое равновесие (принцип А-Л Ле  Шателье)

 
 
 

1. Химическая  связь- совокупность сил, обусловливающих взаимодействие атомов или ионов друг с другом в химическом  соединении.

        Ковалентная связь - между атомами, возникающая за счет      образования общих связывающих электронных пар. При образовании ковалентной связи происходит перекрывание атомных орбиталей.

Механизмы образования ковалентной связи:

Обменный. При этом общая связывающая электронная пара образуется неоспаренными электронами исходных атомов. Например: 

H + H -  H : H

:C1 + C1: -   :C1:C1:

Связь между  атомами одного химического элемента называется неполярная ковалентная связью п. В этом случае нет разности электроотрицательности ; электронная пара находится симметрично относительно атомов, между которыми  образуется связь. Например:

C1-C1, H-H, N=N.

Полярная ковалентная связь- это связь между атомами разных элементов, в этом случае есть разность электроотрицательности. Общая электронная пара смещается к атому более электроотротрицательного элемента, на нем возникает избыточный частичный отрицательный заряд (  ) На атоме с меньшей электроотрицательностью возникает частичный положительный заряд(  ). 
 
 

 Например: 

HC1 

H+C1: 

Если связь  возникает между элементами, электроотрицательность которых отличаются не значительно, то говорят что связь малополярная. Например: С-Н, С-S, Р-S.

Донорно-акцепторная  связь- в этом случае общая связывающая электронная пара предоставляется одним из атомов, другой атом предоставляет вакантную атомную орбиталь.

Валентность это свойство атома данного элемента присоединять или замещать определенное число атомов другого элемента. Валентность определяется числом неспаренных электронов; числом не поделенных электронных пар; числом вакантных орбиталей на валентном слое атомов данного элемента. 

2)Ионная связь

Ионы- это заряженные частицы образующееся при отдаче или присоединении электронов атомами или группами химически связанных атомов. Катионы- положительно заряженные ионы, анионы- отрицательно заряженные ионы.

На ионы диссоциируют : кислоты, соли, основания (оксиды на ионы не диссоциируют)

Например: 

2)Металлическая  связь - у атомов металлов на наружном энергетическом уровне обычно находятся от одного до трех электронов. Их атомы обладают, как правило, большим радиусом. Атомы металлов в отличие от атомов неметаллов легко отдают наружные электроны, т.е. являются сильными восстановителями. Поэтому атомы металлов превращаются в положительно заряженные ионы. Оторвавшиеся от атомов электроны относительно свободно перемещаются между положительно заряженными ионами металлов. Между этими частицами возникает связь, т.е. электроны как бы цементируют отдельные слои положительно заряженных ионов, которые находятся в узлах кристаллических решеток. Так как электроны находятся в непрерывном движении, то при их столкновении с положительно заряженными ионами последние превращаются в нейтральные атомы, а затем вновь в ионы и т.д.

     Кристаллические  решетки, в узлах  которых находятся  положительно заряженные  ионы и некоторое  число нейтральных  атомов, между которыми  передвигаются относительно  свободные электроны, называются металлическими. Связь, которую осуществляют эти относительно свободные электроны между ионами металлов, образующих кристаллическую решетку, называют металлическими

     Наличие металлической связи обуславливает высокую тепло- и электропроводность веществ, пластичность и металлический блеск

4)Водородная связь- образуется за счет сильно поляризованного атома водорода, способного нековалентно взаимодействовать с атомами, имеющими повышенную электроотрицательность. Например:

Вещества, между  молекулами которых образуется водородные связи, характеризуется более низкой летучестью, более высокими температурами кипения и в плавления, лучшей растворимостью в воде. Например:

                                        . .                    . .

                                   Н : О^-    …    Н : О^- :     …

                                         . .

                                          Н                    Н

      Вещества, между молекулами которых  образуются водородные связи,  характеризуются более низкой  летучестью, более высокими температурами кипения и плавления, лучшей растворимостью в воде.

 

2. Взаимосвязь строения  вещества и его  свойств 

      Вещества могут быть образованы молекулами, атомами или ионами. Молекулярные вещества образованы молекулами. Из молекул состоят вещества в газообразном и парообразном состоянии, это газы: простые вещества и бинарные соединения. Например: H,O,O,N,F,Cl,NH,CO,SO,SO,NO,NO,HS, галогеноводороды. В твёрдом состоянии молекулярную структуру имеют почти все органические вещества, вода, неметаллы I,P,S и др.

         Из атомов состоят неметаллы  ( инертные газы, C, Si и др.), большинство твёрдых (кристаллических) неорганических веществ существует в виде кристаллов. Это соли, оксиды и сульфиды металлов. Алмаз, кремний, металлы. Из ионов состоят кристаллы солей, гидроксидов, оксидов металлов.

         Кристаллическое состояние вещества  характеризуется дальним порядком, т.е. трехмерной периодичностью  структуры по всему объёму  твёрдого тела. Регулярное расположение  частиц в твёрдом теле изображается  в виде решетки, в узлах которой находятся те или иные частицы, соединяемые воображаемыми линиями. Такую модель называют кристаллической решеткой. Выделяют следующие типы кристаллических решеток: атомные, молекулярные, ионные и металлические.

 

3. Химические реакции.

         Химические реакции – это процессы превращения одних веществ в другие.

        Сущность химической реакции состоит в образовании новых веществ. Для этого химические связи в исходных веществах должны быть разрушены, а новых веществ – возникнуть. При разрыве химических связей затрачивается энергия, а при образовании новых связей энергия выделяется. От того, какой из этих процессов сопровождается большим изменением энергии, зависит суммарный эффект химической реакции. Поэтому реакция протекает либо с выделением энергии(тепла, света), либо с поглощением.

           Реакция, протекающие с выделением  энергии, называют экзотермическим, а с поглощением энергии- эндотермическим.

            Например, разложением известняка  требует затраты энергии, т.е.  происходит убывание энергии в системе: 

CaCO3   =  CaO + CO2  - Q

  Пример экзотермической реакции - реакция «гашения извести»: 

СaO + H O = Ca(OH) +Q 

             Химические уравнения, как и химические формулы, отражают количественные зависимости между массами веществ, участвующих в данной реакции. Общее число атомов в ходе химической реакции не изменяется. Следовательно, и общая масса веществ сохраняется.

             Коэффициенты в уравнениях химических реакций, как и перед отдельными формулами веществ, соответствует количеству веществ, числу молей веществ.

              Классификация химических реакций  может быть проведена по различным  их характеристикам:

• по числу и составу исходных веществ и  продуктов реакции (реакция соединения, разложения, замещения, обмена);
• по признаку обратимости ( обратимые и необратимые);
• по тепловому эффекту ( экзотермические и эндотермические);
• по изменению степени окисления элементов реагирующих веществ ( окислительно-восстановительные);
• по агрегатному состоянию реагирующих веществ( гомогенные и гетерогенные)
• по наличию катализатора (каталитические и некаталитические).

 

Понятие о скорости реакции.

 Скорость  химической реакции определяется изменением количества реагирующих веществ или продуктов реакции за единицу времени в единице объема ( для гомогенных систем).

Для гомогенных систем, в которых реакции протекают  во всех объеме системы:

 

                U  = ± ∆√ ∕ V∆t                                                                         (1) 

где   - скорость химической реакции,    - изменение  количества вещества,   V- объем системы,     t- интервал времени, в котором определяют скорость реакции; знак «  » перед дробью дает возможность выбора: «+»- если скорость реакции определяется по изменению количества продукта реакции, «-»- по изменению количества исходного вещества.

   Отношение  количества вещества к объему  системы - это молярная концентрация данного вещества, тогда равенство (1) принимает вид следующий: 

              U  =  ± ∆cM ∕ ∆ t                                                                            (2) 

   Для  гетерогенных систем, в которых  реакция протекает на поверхности  раздела фаз:

             U  = ± ∆√ ∕ S∆ t                                                                            (3) 

      Где S- это площадь поверхности раздела фаз, на который идет химическая реакция. Скорость химической реакции, как правило выражаются в молях/(л м) для гомогенных систем и в моль/(м с) для гетерогенных систем.

 

Факторы, влияющие на скорость химической реакции.

На скорость химической реакции оказывают влияние  следующие факторы:

• природа реагирующих веществ;
• концентрация реагирующих веществ;
• температура;
• давление;
• катализаторы;
• ферменты.

 
 

     Химическое равновесие

    В ходе обратимых химических реакций обычно достигается состояние химического равновесия.

    Химическое равновесие – состояние реакционной системы, в котором скорости прямой и обратной реакций равны.