Эссе по философии, может ли машина мыслить. Контрольная работа 1 По учебной дисциплине Химия и инженерная экология
 Скачать 340.92 Kb.
|
Особенности ионной связи.Ненасыщаемость. Два противоположно заряженных иона сохраняют способность притягивать к себе другие ионы в электрическом поле. Поэтому нет насыщаемости связи. Ненаправленность. Так как электрическое поле иона имеет сферическую симметрию, то отсутствует направленность. Взаимодействие осуществляется одинаково во всех направлениях. В итоге каждый ион окружен ионами противоположного знака (их число зависит от размеров и силы отталкивания одноименно заряженных ионов). В результате все соединения с ионной ХС – это кристаллические вещества. Кристалл – это единая гигантская молекула, которая состоит из большого числа ионов. При высоких температурах, когда вещество переходит в газообразное состояние, ионные соединения могут существовать в виде неассоциированных молекул. Ионная Химическая связь – это предельный случай ковалентной полярной связи. Большинство соединений имеют ковалентную полярную связь (промежуточную между ковалентной неполярной и ионной). Степень ионности – это доля ионного характера ХС, характеризуется эффективными зарядами атомов в молекуле. Например, степень ионности молекулы HCl = 0,17, т.е. присуща и ковалентная полярная ХС и ионная ХС. С увеличением разности ЭО атомов степень ионности связи возрастает. Иoннaя связь не имеет пространственной направленности, так как каждый ион связан с некоторым числом противоионов, сила действия которых зависит от расстояния (закон Кулона). Поэтому ионно-связанные соединения не имеют молекулярного строения и представляют собой твердые вещества, образующие ионные кристаллические решетки, с высокими температурами плавления и кипения, они высокополярны, часто солеобразны, в водных растворах электропроводны. Соединений с чисто ионными связями практически не существует. В органических соединениях ионные связи встречаются довольно редко, т.к. атом углерода не склонен ни терять, ни приобретать электроны с образованием ионов. Тем не менее, ионная связь присутствует в соединениях, где заряд локализован на гетероатомах (например, в органических солях RCOO–Na+, RO–K+, R4N+Cl– и основаниях R4N+OH–). Между образовавшимися ионами возникает электростатическое притяжение, которое называется ионной связью. Важнейшие отличия ионной связи от других типов химической связи заключаются в ненаправленности и ненасыщаемости. Ненаправленность и ненасыщаемость В ионном соединении каждый ион притягивает к себе независимо от направления неограниченное число противоположно заряженныхионов из-за сил электростатического взаимодействия Взаимное отталкивание противоионов ограничивает их число в окружении каждого иона. Энергия ионной связи Энергия связи для ионного соединения - это энергия, которая выделяется при его образовании из бесконечно удаленных друг от друга газообразных противоионов. Рассмотрение только электростатических сил соответствует около 90% от общей энергии взаимодействия, которая включает также вклад неэлектростатических сил (например, отталкивание электронных оболочек). При возникновении ионной связи между двумя свободными ионами энергия их притяжения определяется законом Кулона: E(прит.) = q+ q− / (4π r ε), где q+ и q− - заряды взаимодействующих ионов, r - расстояние между ними, ε - диэлектрическая проницаемость среды. Так как один из зарядов отрицателен, то значение энергии также будет отрицательным. Согласно закону Кулона, на бесконечно малых расстояниях энергия притяжения должна стать бесконечно большой. Однако этого не происходит, так как ионы не являются точечными зарядами. При сближении ионов между ними возникают силы отталкивания, обусловленные взаимодействием электронных облаков. Энергия отталкивания ионов описывается уравнением Борна: Е(отт.) = В / rn, где В - некоторая константа, n может принимать значения от 5 до 12 (зависит от размера ионов). Общая энергия определяется суммой энергий притяжения и отталкивания: Е = Е(прит.) + Е(отт.) Ее значение проходит через минимум. Координаты точки минимума отвечают равновесному расстоянию r0 и равновесной энергии взаимодействия между ионами E0: E0 = q+ q− (1 - 1 / n) / (4π r0 ε) В кристаллической решетке всегда имеет место большее число взаимодействий, чем между парой ионов. Это число определяется в первую очередь типом кристаллической решетки. Для учета всех взаимодействий (ослабевающих с увеличением расстояния) в выражение для энергии ионной кристаллической решетки вводят так называемую константу Маделунга А: E(прит.) = A q+ q− / (4π r ε) Значение константы Маделунга определяется только геометрией решетки и не зависит от радиуса и заряда ионов. Например, для хлорида натрия она равна 1,74756. В отличие от ковалентной связи, ионная связь не обладает направленностью. Это объясняется тем, что электрическое поле иона обладает сферической симметрией, т. е. убывает с расстоянием по одному и тому же закону в любом направлении. Поэтому взаимодействие между ионами осуществляется одинаково независимо от направления. Как уже отмечалось выше, система из двух зарядов, одинаковых по абсолютной величине, но противоположных по знаку, создает в окружающем пространстве электрическое поле. Это означает, что два разноименных иона, притянувшиеся друг к другу, сохраняют способность электростатически взаимодействовать с другими ионами. В этом состоит еще одно различие между ионным и ковалентным типами связи: ионная связь не обладает насыщаемостью. Поэтому к данному иону может присоединиться различное число ионов противоположного знака. Это число определяется относительными размерами взаимодействующих ионов, а также тем, что силы притяжения разноименно заряженных ионов должны преобладать над силами взаимного отталкивания, действующими между ионами одного знака. Отсутствие у ионной связи направленности и насыщаемости обусловливает склонность ионных молекул к ассоциации, т. е. к соединению их друг с другом. При высоких температурах кинетическая энергия движения молекул преобладает над энергией их взаимного притяжения, поэтому в газообразном состоянии ионные соединения существуют в основном в виде неассоциированных молекул. Но при понижении температуры, при переходе в жидкое и, особенно, в твердое состояние ассоциация ионных соединений проявляется сильно. Все ионные соединения в твердом состоянии имеют не молекулярную, а ионную кристаллическую решетку, в которой каждый ион окружен несколькими ионами противоположного знака. При этом все связи данного иона с соседними ионами равноценны, так что весь кристалл можно рассматривать как единую гигантскую «молекулу». Как указывалось ранее, атомы неметаллов характеризуются положительными значениями сродства к электрону: при присоединении электрона к такому атому выделяется энергия. Однако присоединение второго электрона к атому любого неметалла требует затраты энергии, так что образование простых многозарядных анионов (например О2-, N3-) оказывается энергетически невыгодным. Поэтому в таких соединениях, как оксиды (ВаО, А12O3 и др.) или сульфиды (например ZnS, CuS), не образуется «чисто» ионная связь: здесь химическая связь всегда носит частично ковалентный характер. Вместе с тем, многозарядные сложные анионы (SO42-, CO32-, PO43- и т. п.) могут быть энергетически устойчивыми, поскольку избыточные электроны распределены между несколькими атомами, так что эффективный заряд каждого из атомов не превышает заряда электрона. Так как электрическое поле иона имеет сферическую симметрию, то в отличие от ковалентной ионная связь не обладает направленностью. Взаимодействие двух противоположно заряженных ионов не приводит к полной взаимной компенсации их полей, они сохраняют способность притягивать и другие ионы. Поэтому в отличие от ковалентной ионная связь не обладает насыщаемостью. Из-за отсутствия у ионной связи направленности и насыщаемости каждый ион окружен ионами противоположного знака, число которых определяется размерами и силой отталкивания одноименно заряженных ионов. Поэтому соединения с ионной связью представляют собой кристаллические вещества. Весь кристалл можно рассматривать как единую гигантскую молекулу, состоящую из очень большого числа ионов. Лишь при высоких температурах, когда вещество переходит в газообразное состояние, ионные соединения могут существовать в виде неассоциированных молекул. Ионную связь можно рассматривать как предельную полярную химическую связь, для которой эффективный заряд атома близок к единице. В то же время для неполярной ковалентной связи эффективный заряд атомов равен нулю. Химическая связь большинства соединений является полярной, т. е. имеет промежуточный характер между неполярной ковалентной и ионной связями. Ковалентная связь имеет частично ионный характер. Долю ионного характера связи называют степенью ионности, которая количественно характеризуется эффективными зарядами атомов в молекуле. Степень ионности связи возрастает с увеличением разности электроотрицательности образующих ее атомов. Таким образом, природа химической связи едина, а различие между видами связи имеет количественный характер. Список литературы: Методический материал из лекции. Основные законы химии. Периодический закон. Строение атома. Химическая связь. |