Типы химических связей

Версия 10:19, 23 ноября 2014

Урок химии в 10 классе по теме "Типы химических связей"

Автор: Зайкова Лариса Александровна

Цель:

обнаружение достижений, успехов учащихся; в указании путей совершенствования, углубления знаний, умений, с тем, чтобы создавались условия для последующего включения школьников в активную творческую деятельность. Задачи:

а) образовательные: проверить уровень усвоения материала, пополнить знания по отдельным вопросам, продолжить формирование умения анализировать, обобщать, делать выводы; б) развивающая: продолжить развитие у учащихся связанности речи, логики и мышления. в) воспитательные: формирование научного мировоззрения.

Тип урока: обобщение и систематизация знаний.

Методы: словесный (беседа, рассказ, объяснение)

Оборудование: таблица «Относительная электроотрицательность элементов».

План урока: 1. Организационный момент (1 минута) 2. Целеполагание (1 минута) 3. Контроль знаний (5 минут) 4. Обобщение и систематизация знаний(25 минут) 5. Закрепление (5 минут) 6. Подведение итогов (2 минуты) 7. Задание на дом ( 1 минута)

Ход урока.

I.Организационный момент

Организация класса. Приветствие и выявление отсутствующих. II. Целепологание

Сообщение целей и задачей, основных этапов и требования к уроку. III. Контроль знаний

Задача 1. Какой из элементов - натрий или цезий - обладает более выраженными металлическими свойствами? Решение. Строение электронных оболочек атомов натрия и це¬зия можно представить следующим образом: 11Na 1s22s22р63s1

55Cs ls22s22p63s23p63d104s24p64d105s25p66s1  (ls22s22p63s23p64s23d104p65s24d105p66s1проскок электронов )

Как видим, у обоих атомов на внешнем энергетическом не находится по одному электрону. Однако у атома цезия внешний электрон расположен дальше от ядра (на шестом энергетическом уровне, а у натрия — на третьем) и, следовательно, легче отрывается. Поскольку металлические свойства обусловлены способностью отдавать электроны, они сильнее выражены у цезия. Задача 2. Составьте электронную формулу и сокращенную электронную формулу элемента с порядковым номером 20. Покажите распределение электронов по квантовым ячейкам (орбиталями) Решение. По порядковому номеру заключаем: в атоме 20 электронов. Данный элемент - кальций (Са). Электронная формула в соответствии с принципом наименьшей энергии имеет вид: ls22s22p63s23p4s2 (2 + 2 + 6 + 2 + 6 + 2) = 20. IV.Обобщение и систематизация знаний. Объяснение темы и запись ее на доске и в тетрадях.

    Вам известно, что атомы могут соединяться друг с другом с образованием

как простых, так и сложных веществ. При этом образуются различного типа химические связи. Дайте определение понятию химическая связь? (Химическая связь - это взаимное сцепление атомов в молекуле и кристаллической решётке в результате действия между атомами электрических сил притяжения). Запись учениками в тетради. Назовите типы химических связей? ( Ионная, ковалентная (неполярная и полярная), металлическая и водородная). Запись учениками в тетради. Одно из 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. Электроотрицательность - это способность атомов химического элемента оттягивать к себе общие электронные пары, участвующие в образовании химической связи. Запись учениками в тетради. Сейчас мы с вами вспомним различие каждой связи. Ковалентная неполярная связь. При взаимодействии атомов с одинаковой электроотрицательностью образуются молекулы с ковалентной неполярной связью. Такая связь существует в молекулах одноэлементных газов H2, O2, N2, Cl2 и др. 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. Для наглядного изображения ковалентной связи в химических формулах используются точки ( каждая точка отвечает валентному электрону, а также черта отвечает общей электронной паре ). Пример. Связи в молекуле Cl2 Такие записи формул равнозначны. Ковалентные связи обладают пространственной направленностью. В результате ковалентного связывания атомов образуются либо молекулы, либо атомные кристаллические решётки со строго определенным геометрическим расположением атомов. Каждому веществу соответствует своя структура. Ковалентная полярная связь. При взаимодействии атомов, значение электроотрецательностей 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. Односторонняя поляризация приводит к неравномерному распределению электронной плотности в молекуле. Например, в молекуле HCI электронная плотность около ядра хлора выше, чем около ядра водорода. Это видно из таблицы: «Относительной электроотрицательности элементов». Такие связи в молекуле называются полярными. В целом молекула не имеет заряда, она электронейтральна. Но за счет смещения связующего облака молекула будет полярной. Образуется электрический диполь (ди- два; поль- полюс). Итак, между атомами разных элементов – хлора и водорода образуется полярная ковалентная связь. Ковалентная связь образуется не только за счет перекрывания одноэлектронных облаков,- это обменный механизм образования ковалентной связи. Возможен и другой механизм ее образования- донорно- акцепторный. В этом случае химическая связь возникает за счет двухэлектронного облака одного атома и свободной орбитали другого атома. Рассмотрим в качестве примера механизм образования иона аммония NH4+. В молекуле аммиака атом азота имеет неподеленную пару электронов (двухэлектронное облако): У иона водорода свобода ( не заполнена) 1s- орбиталь, что можно обозначить как H+. При образовании иона аммония двухэлектронное облако азота общим для атомов азота и водорода, т.е. оно превращается в молекулярное электронное облако. А значит, возникает четвертая ковалентная связь. Процесс образования иона аммония можно представить схемой: (учитель пишет на доске, учащиеся в тетрадях)

Схема образования ковалентной полярной связи

Заряд иона водорода становится общим (он декокализован, т.е. рассредоточен между всеми атомами всеми атомами), а двухэлектронное облако (неподеленная электронная пара), принадлежащее азоту, становится общим с водородом. 

Атом, предоставляющий неподеленную электронную пару, называется донором, а атом, принимающий ее (т.е. предоставляющий свободную орбиталь), называется акцептором. Механизм образования ковалентной связи за счет двухэлектронного облака одного атома (донора) и свободной орбитали другого атома (акцептора) называется донорно-акцепторным. Образованная таким путем ковалентная связь называется донорно-акцепторной или координационной связью. Запись учениками в тетради.

Ионная связь. Ионной связью называется химически связанное состояние атомов, при котором устойчивое электронное окружение достигается путём полного перехода общей электронной плотности к атому более электроотрицательного элемента. Запись учениками в тетради. На практике полный переход электрона от одного атома к другому атому- партнеру по связи не реализуется, поскольку каждый элемент имеет большую или меньшую, но не нулевую, электроотрицательность, и любая связь будет в некоторой степени ковалентной. Ионная связь возможна только между атомами электроположительных и электроотрицательных элементов, находящихся в состоянии разноименно заряженных ионов. Ионы - это электрически заряженные частицы, образующиеся из нейтральных атомов или молекул путем отдачи или присоединение электронов. Запись учениками в тетради. При отдаче электронов образуется положительно заряженный ион-катион, при присоединении - отрицательный - анион. При отдаче или присоединении электронов молекулами образуются молекулярные или многоатомные ионы, например О2+ - катион диоксигенила, NO2- -нитрит-ион. Одноатомные катионы и одноатомные анионы возникают при химической реакции между нейтральными атомами путем взаимопередачи электронов. При этом атом электроположительного элемента, обладающий небольшим числом внешних электронов, переходит в более устойчивое состояние одноатомного катиона путем уменьшения числа этих электронов. Наоборот, атом электроотрицательного элемента, имеющий большое число электронов на внешнем слое, переходит в более устойчивое для него состояние одноатомного иона путем увеличения числа электронов. Одноатомные катионы образуются, как правило, металлами, а одноатомные анионы -неметаллами. При передаче электронов металлического и неметаллического элементов стремятся сформировать вокруг своих ядер устойчивую конфигурацию электронной оболочки. Атом неметаллического элемента создает внешнюю оболочку последующего благородного газа, тогда как атом металлического элемента после отдачи внешних электронов получает устойчивую конфигурацию предыдущего благородного газа. Схема образования ионной связи. (Учитель пишет на доске, учащиеся в тетрадях) и далее Тип химической связи зависит от того, насколько велика разность значений электроотрицательности соединяющихся атомов элементов. Чем больше отличаются электроотрицательности атомы элементов, образующих связь, тем химическая связь полярнее. Провести резкую границу между типами химической связей нельзя. В большинстве соединений тип химической связи оказывается промежуточный, сильнополярная ковалентная химическая связь близка к ионной связи. В зависимости от того, к какому из предельных случаев ближе по своему характеру химической связи, ее относят либо к ионной, либо к ковалентной полярной связи.

Водородная связь. Связь, которая образуется между атомов водорода одной молекулы и атомом сильно электроотрицательного элемента (O, N, F) другой молекулы, называется водородной связью. Запись учениками в тетради. 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, H2O, 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. Схема образования водородной связи. (Учитель пишет на доске, учащиеся в тетрадях)

(H2O)2

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.

Металлическая связь. Металлическая связь- это связь, которая образуется в результате взаимодействия относительно свободных электронов с ионами металлов, называются металлической связью. Запись учениками в тетради. Этот тип связи характерен для простых веществ- металлов Металлы и их сплавы кристаллизуются в форме металлических решёток. Узлы в металлической решётке заняты положительными ионами металлов. Валентные электроны, отделившиеся от атомов металлов и оставшиеся в узлах кристаллической решётки ионы, более или менее свободно перемещаются в пространстве между катионами и обуславливают электрическую проводимость металлов. Между ионами и свободными электронами возникают электростатические взаимодействия, которые и являются причиной возникновения металлической связи. Металлическая связь имеет сходство как с ионной (образуется за счёт взаимодействия между заряженными частицами: электронами и ионами), так и с ковалентной ( происходит обобществление электронов, но в отличии от ковалентной связи, где электроны локализованы около определенных атомов, электроны в металлах обобществляются для всего кристалла). Свободные электроны иногда называют электронным газом. Катионы в металлических решётках не обладают поступательным движением, а совершают колебания вокруг положения узлов решётки. Амплитуда этих колебаний возрастает при повышении температуры, а при достижении температуры плавления металла решётка разрушается. Температура плавления металлов, как правило, возрастает с увеличением числа валентных электронов в их атомах Смеси двух или более индивидуальных металлов называются сплавами. В сплавах могут присутствовать в небольших количествах и некоторые неметаллы ( углерод, сера, кремний). Распространенным методом получения сплавов является совместное нагревание их составных частей до полного расплавления смеси. Однако некоторые металлы не сплавляются друг с другом в любых отношениях. Металлические сплавы можно классифицировать так: твёрдые растворы внедрения (часть межузельных полостей решётки занята атомами другого элемента, например атомы углерода в железе-чугун и стали); твёрдые растворы замещения (часть атомов основного вещества заменена на атомы примесного элемента-оловянный припой-64 части олова и 36-свинца); смеси индивидуальных кристаллов металлов; смеси кристаллов интерметаллических соединений (сплавляемые металлы образуют химические соединения в бронзе присутствует соединение Cu3Sn)

V. Закрепление. Учащимся предлагается задание. Задание 1. Определите вид химической связи для следующих веществ: O2, Na, KCI, H2S; N2, Ca, NaCI, SO2; F2, Li, MgCI2, SCI2; Cl2, AI, KF, NH3. Решение: ковалентная неполярная; металлическая; ионная, ковалентная полярная. Задание 2. Определите, как изменяется прочность соединений в ряду: HF, НСI, НВr, НI. Решение: у этих двухатомных молекул прочность связи зависит от длины связи. А поскольку радиус атома при переходе от фтора к иоду возрастает, то длина связи Н- галоген в этом направлении возрастает, т.е прочность соединений при переходе от фтора к иоду уменьшается. Задание 3. Сера образует химические связи с калием, водородом, бромом и углеродом. Какие из связей наиболее и наименее полярны? Укажите, в сторону какого атома происходит смещение электронного облака связи. Решение: используя значения относительных электроотрицательностей атомов, находим разности относительных электроотрицательностей серы и атомов, образующих с нею химическую связь (величина χ):

χS-K=2,6- 0,91=1,69, смещение в сторону атома серы;
χ S-H=2,6-2,1=0,5, смещение в сторону атома серы;
χ S-Br=2,6-2,74= -0,14, смещение в сторону атома брома;
χ S-C=2,6-2,5=0,1, смещение в сторону атома серы.

VI.Подведение итогов(2 минут) Учитель кратко сообщает о том, что было сделано на уроке. Высказывает свое мнение о работе учащихся. Объявление оценок и комментарий к ним, выставление отметок в журнал. VII. Задание на дом. Конспект в тетради. §24.