Какие связи называются кратными. Свойства ковалентной связи. Структура ионных соединений
1.1.Простая (одинарная) связь Типы связей в биоорганических соединениях.
Органические молекулы образованы посредством ковалентных связей. Ковалентные связи возникают между двумя ядрами атомов за счет общей (обобществленной) пары электронов. Такой способ относится к обменному механизму. Образуются неполярные и полярные связи.
Структура Льюиса для соединений
Просмотрите диаграмму Льюиса и узнайте, как нарисовать структурную формулу Льюиса для соединений. Узнайте, как представлять одиночные, двойные и тройные облигации с линиями вместо точек. Также узнайте, как устраиваются соединения. Структуры Льюиса, как вы узнали, являются способом диаграммы элемента и легко показывают его валентные электроны. В структуре точки Льюиса ядро элемента представлено его символом. Валентные электроны представлены точками, расположенными вокруг символа попарно.
Таким образом, вы можете легко увидеть, когда оболочка валентности элемента не заполнена полностью. Вы можете также написать структуры Льюиса для соединений. Если бы азот соединялся с другим азотом, структура точки Льюиса выглядела бы так. Вы можете видеть, что азот имеет три пары электронов. Ученые немного ленивы и не хотят делать все эти точки, поэтому вместо этого они пишут строку между двумя символами, поэтому она выглядит так.
Неполярные связи характеризуются симметричным распределением электронной плотности между двумя атомами, которые эта связь соединяет.
Полярные связи характеризуются несимметричным (неравномерным) распределением электронной плотности, происходит ее смещение в сторону более электроотрицательного атома.
Ряды электроотрицательности (составлены в сторону уменьшения)
Они оставляют лишние точки. Они предполагают, что они там; они просто слишком ленивы, чтобы писать их. Просто помните, что водород является исключением из правила и любит только два электрона в своей внешней оболочке. Структурная формула представляет собой способ отображения местоположения или ионов относительно друг друга в молекуле, а также показывает количество и расположение связей между ними. Это может рассказать вам многое о соединении. Он рассказывает вам, какие атомы задействованы, число их, как они устроены и связи между атомами.
Шаги по написанию структур Льюиса для соединений просты. Определите тип и число атомов в молекуле. . Каждый атом водорода имеет один валентный электрон. По отдельности они выглядят так. Когда они образуют соединение, они выглядят как изображение ниже. Эта структура представляет собой стабильную молекулу водорода, где оба атома разделяют пару электронов.
А) элементы: F > O > N > C1 > Br > I ~~ S > C > H
Б) атом углерода: C (sp) > C (sp 2) > C (sp 3)
Ковалентные связи могут быть двух типов: сигма (σ) и пи (π).
В органических молекулах сигма (σ) связи образованы электронами, расположенными на гибридных(гибридизованных) орбиталях, электронная плотность располагается между атомами на условной линии их связывания.
Хлор имеет семь валентных электронов. Ему нравится формировать связи с самим собой. Часто ученые становятся ленивыми, бросают лишние точки и просто кладут линию на облигацию. В этом случае вы помещаете четыре точки между двумя буквами или две строки, чтобы обозначить две связи или две пары общих электронов. То же самое касается трех или четырех пар.
Четыре пары, или связи, - это самые разные два атома. Соедините атомы с помощью электронных пар связей, так что каждый атом имеет полный октет. Дважды проверьте свою работу и убедитесь, что каждый атом имеет восемь электронов и не более. Вы помещаете С в середину и формируете четыре полные связи, по одному с каждым атомом водорода.
- Напишите структуру точек Льюиса для каждого отдельного атома.
- Если у вас есть углерод в молекуле, он всегда находится посередине.
- Гидрогены обычно снаружи.
π -Связи (пи -связи) возникают при перекрывании двух негибридизованных р-орбиталей. Главные оси их располагаются параллельно друг другу и перпендикулярны линии σ -связи. Сочетание σ и π --связей носит название двойная(кратная) связь, состоит из двух пар электронов. Тройная связь состоит из трех пар электронов- одна σ - и две π -связи.(в биоорганических соединениях встречается крайне редко).
Структуру Льюиса-точки можно представить либо двумя точками, либо линией между двумя атомами, когда имеется химическая связь - две линии для двойной связи и три линии для тройной связи. Вы узнали, что для написания структуры Льюиса для соединений вы будете следовать этим шагам.
Связь атомов неметалла с целью достижения стабильного или низкого энергетического состояния. Это происходит, когда атом основной группы обладает достаточным количеством электронов для достижения раковины с редкими газами. Иногда количество электронов не может быть обеспечено путем обмена электронами просто в одинарных связях.
σ -Связи участвуют в образовании скелета молекулы, они являются главными, а π -связи можно рассматривать как дополнительные, но придающие молекулам особые химические свойства.
1.2. Гибридизация орбиталей атома углерода 6 С
Электронная конфигурация невозбужденного состояния атома углерода
выражается распределением электронов 1s 2 2s 2 2p 2 .
Примерами этого являются молекулы азота. Азотные атомы имеют пять валентных электронов. Если два атома азота просто образовали единую связь, точечная структура будет выглядеть как иллюстратор ниже. Каждый атом азота имел бы только шесть электронов, а не октет. Одинарная связь не обеспечивает двух атомов азота октетом.
Если следовать правилу октета, атомы азота должны иметь более двух электронов. Метод проб и ошибок используется для определения того, сколько общих электронов необходимо для создания структуры, в которой выполняется правило октета. Поскольку одна связь не работала, следующая попытка попробовать - это двойная связь, в которой атомы разделяют четыре электрона. К сожалению, структура двойной связи обеспечивает только 7 электронов валентной оболочки, а не восемь.
Однако в биоорганических соединениях, как впрочем, и в большинстве неорганических веществ, атом углерода имеет валентность равную четырем.
Происходит переход одного из 2s электронов на свободную 2р орбиталь. Возникают возбужденные состояния атома углерода, создающие возможность образования трех гибридных состояний, обозначаемых как С sp 3 , С sp 2 , С sp .
Поскольку одиночные и двойные связи не сделали трюка, следующая вещь, которую нужно попробовать, это тройная связь, в которой атомы азота разделяют шесть электронов. Счет для обоих атомов, когда тройная связь используется в структуре, показывает, что выполняется правило октета.
Он родился в Портленде, штат Орегон, в том году, когда его глубокий интерес к химии восходит к юности, время, когда весь материал, связанный с предметом, поглощался молодым человеком, который стремился к знанию. Однажды окончив Орегонский государственный университет, Линус начал рисковать во вселенную химии, работая над тем, что в конечном итоге будет тем, что он оставит свой самый большой вклад: химические связи.
Гибридная орбиталь имеет характеристики, отличные от «чистых» s, p, d- орбиталей и является « смесью» двух или более типов негибридизованных орбиталей .
Гибридные орбитали свойственны атомам только в молекулах.
Понятие гибридизации введено в 1931г Л.Полингом, лауреатом Нобелевской премии,.
Рассмотрим расположение в пространстве гибридных орбиталей.
Другой проблемой, в которой исследование Полинга оказалось ключевым, является изучение бензола. До публикаций Полинга наука не могла точно понять, как можно связать 6 атомов углерода и 6 атомов водорода, но Полинг предложил, чтобы эта структура была основана на суперпозиции 2 структур: одна с простыми связями и другой с двойными ссылками. Это то, что в химии называют Резонансом.
Другие научные области, в которых Полинг превратили его славные усилия, - это квантовая химия, органическая и неорганическая химия, иммунология, металлургия, анестезиология и другие. Имя Линуса Полинга также с энтузиазмом вспоминает о том, что ученый уделяет огромное внимание инновационной идее того времени, которое сегодня наиболее вероятно.
С s p 3 --- -- -- ---
В возбужденном состоянии образуются 4 равноценные гибридные орбитали. Расположение связей соответствует направлению центральных углов правильного тетраэдра, величина угла между двумя любыми связями равна 109 0 28 , .
В алканах и их производных (спирты, галогеналканы, амины) все атомы углерода, кислорода, азота находятся в одинаковом гибридном sp 3 cостоянии. Атом углерода образует четыре, атом азота три, атом кислорода две ковалентные σ -связи. Вокруг этих связей возможно свободное вращение частей молекулы относительно друг друга.
В возбужденном состоянии sp 2 возникает три равноценные гибридные орбитали, расположенные на них электроны образуют три σ -связи, которые располагаются в одной плоскости, угол между связями 120 0 . Негибридизованные 2р - орбитали двух соседних атомов образуют π -связь. Она располагается перпендикулярно плоскости, в которой находятся σ -связи. Взаимодействие р-электронов носит в этом случае название « бокового перекрывания». Кратная связь не допускает вокруг себя свободного вращения частей молекулы. Фиксированное положение частей молекулы сопровождается образованием двух геометрических плоскостных изомерных форм, которые носят название: цис(cis) – и транс(trans)- изомеры. (цис-лат - по одну сторону, транс- лат - через).
π -связь
Атомы, связанные двойной связью, находятся в состоянии гибридизации sp 2 и
присутствуют в алкенах, ароматических соединениях, образуют карбонильную группу
>С=О, азометиновую группу (имино группу) -СН= N-
С sp 2 - --- -- ---
Структурная формула органического соединения изображается с помощью структур Льюиса (каждая пара электронов между атомами заменяется черточкой)
С 2 Н 6 СН 3 - СН 3 H H
1.3. Поляризация ковалентных связей
Ковалентная полярная связь характеризуется неравномерным распределением электронной плотности. Для обозначения направления смещения электронной плотности используют два условных изображения.
Полярная σ – связь . Смещение электронной плотности обозначают стрелкой вдоль линии связи. Конец стрелки направлен в сторону более электроотрицательного атома. Появление частичных положительных и отрицательных зарядов указывают с помощью буквы « б» « дельта» с нужным знаком заряда.
б + б- б+ б + б- б + б-
СН 3 - > О<- Н СН 3 - > С1 СН 3 - > NН 2
метанол хлорметан аминометан (метиламин)
Полярная π -связь . Смещение электронной плотности обозначают полукруглой (выгнутой) стрелкой над пи-связью также направленной в сторону более электроотрицательного атома. ()
б + б- б+ б-
Н 2 С = О СН 3 - С ===О
метаналь |
СН 3 пропанон -2
1.Определите тип гибридизации атомов углерода, кислорода, азота в соединениях А, Б, В. Назовите соединения, используя правила номенклатуры IUPAC .
А. СН 3 -СН 2 - СН 2 -ОН Б. СН 2 = СН – СН 2 - СН=О
В. СН 3 - N Н– С 2 Н 5
2. Сделайте обозначения, характеризующие направление поляризации всех указанных связей в соединениях (А – Г)
А. СН 3 – Вr Б. С 2 Н 5 – О- Н В. СН 3 -NН- С 2 Н 5
Г. С 2 Н 5 – СН= О
СОПРЯЖЕННЫЕ СИСТЕМЫ
Ключевые слова
КРАТНЫЕ СВЯЗИ , хим. связи двухцентрового типа, к-рые в отличие от простой связи образованы более чем одной парой электронов. По числу пар электронов, образующих К. с., различают двойные, тройные и четверные связи. В приближении молекулярных орбиталей методов К. с. сопоставляются с мол. орбиталями, к-рые по св-вам симметрии делят на s -, p - и d -орбитали. p -Орбитали антисимметричны относительно плоскости, проходящей через связь. В многоатомных молекулах эта плоскость является общей для всей молекулы или для мол. фрагмента, включающего эту связь. d -Орбитали антисимметричны относительно двух взаимно перпендикулярных плоскостей, проходящих через связь. При образовании К. с. возникает, как правило, одна (или более) s -орбиталь и обязательно хотя бы одна p - или d -орбиталь. По этой причине составляющие К. с., определяемые p - или d -орбиталями, наз. соотв. p - или d -связями. Атомы непереходных элементов в молекулах и ионах м. б. связаны простой, двойной и тройной связями. Образование простой d -связи С-С в молекуле этана соотносят с перекрыванием двух sp 3 -гибридных орбиталей атомов углерода. В молекуле этилена кроме s -связи С-С присутствует одна, а в молекуле ацетилена с тройной связью - две p -связи:
Четверная связь (и м. б. связи более высокой кратности) характерна только для переходных металлов. d
-Перскрываниe ведет к образованию четверных связей в солях октагалогеиодиренат-аниона Re 2 Hal 8 2- , карбоксилатах молибдена и вольфрама M(OOCR) 4 , внутрикомплексных соед. хрома и ванадия М 2 А 2 , где А - 2,6-диметоксифенил.
Энергетич. вклады, приходящиеся на связи разл. типов, неравноценны. Обычно энергия p
-связи составляет в среднем около 80% энергии s
-связи, а вклад d
-связи оценивается, напр., в солях октахлородирснат-аниона всего в 14% от полной энергии связи. Чем выше кратность связи, тем больше ее прочность (энергия диссоциации), короче межатомное расстояние и больше силовая постоянная связи (см. табл.).
Две или больше К. с. могут образовывать в хим. соединении системы кумулированных и сопряженных связей. В первом случае две двойные связи примыкают к одному и тому же атому как, напр., в аллене Н 2 С=С=СН 2 ; во втором - двойные или (и) тройные связи разделены одной простой, как, напр., в 1,3-бутадиене Н 2 С=СН-СН=СН 2 или акрилонитриле . В сопряженных системах кратность связи не м. б. определена целым числом. Мерой кратности связи (заселенности ее электронами) служит дробная величина порядка связи, расчет к-рой осуществляется обычно при помощи методов квантовой химии.
Лит.:
Гиллеспи Р., Геометрия молекул, пер. с англ., М., 1975; Коттон Ф. А., Уолтон Р., Кратные связи металл - металл, пер. с англ., М., 1985.
В. И. Минкин
.
Загрузка...
