Из 118 химических элементов к металлам относят 96, а к неметаллам — 22. Тем не менее соединений с ковалентной связью в сотни тысяч раз больше, чем соединений с ионной. Почему?
Мир химических соединений очень разнообразен, и ковалентная связь, несмотря на меньшую численность неметаллов, образует огромное количество соединений благодаря своей способности образовывать множество различных структур.
1. Какие два механизма образования ковалентной связи вы знаете? Чем отличается один механизм от другого?
Обмен электронами — когда два атома делятся своими электронами, чтобы достичь стабильной электронной конфигурации. Это приводит к образованию одиночных ковалентных связей. Образование парных электронов — в этом случае два атома обмениваются парами электронов, образуя кратные связи (двойные или тройные). Например, в молекуле кислорода O₂ два атома кислорода делятся двумя парами электронов, образуя двойную связь.
2. Что называется кратностью ковалентной связи? Запишите молекулярные и структурные формулы органических и неорганических веществ с ковалентной связью различной кратности.
Кратность ковалентной связи — это количество пар электронов, участвующих в образовании связи между двумя атомами. Например, в молекуле этилена (C₂H₄) есть двойная связь между углеродами, а в ацетилене (C₂H₂) — тройная связь.
Различные кратности ковалентной связи можно продемонстрировать следующими формулами:
Одиночная связь: H₂ (молекулярная формула) или H–H (структурная формула). Двойная связь: O₂ (молекулярная формула) или O=O (структурная формула). Тройная связь: N₂ (молекулярная формула) или N≡N (структурная формула).
3. Какие типы кристаллических решёток соответствуют веществам с ковалентной связью? Сравните свойства веществ с молекулярной и ионной кристаллическими решётками.
Кристаллические решётки веществ с ковалентной связью могут быть молекулярными или атомными. Молекулярные решётки образуются веществами, где ковалентные связи существуют между молекулами (например, CO₂), в то время как атомные решётки образуются в веществами, где атомы связаны ковалентной связью в пространственной структуре (например, алмаз). В сравнении, вещества с ионными кристаллическими решётками (например, NaCl) имеют высокую температуру плавления и прочность, но они хрупки и легко растворяются в воде.
4. Охарактеризуйте атомные кристаллические решётки. Какие два типа веществ (по составу) их образуют? Сравните вещества с атомными и ионными кристаллическими решётками.
Атомные кристаллические решётки характеризуются прочной сетью атомов, соединённых ковалентными связями. Вещества с атомными решётками могут быть либо неметаллическими (например, алмаз), либо металлическими (например, вольфрам). По сравнению с ионными кристаллическими решётками, атомные решётки имеют более высокую прочность и температуру плавления, но менее подвержены растворению в воде.
5. Почему ковалентная связь преобладает в мире химических веществ?
Ковалентная связь преобладает в мире химических веществ из-за своей способности образовывать разнообразные и сложные структуры, что позволяет образовывать множество органических и неорганических соединений, включая макромолекулы и биомолекулы.
6. Укажите формулы веществ, молекулы которых содержат ковалентную неполярную связь: HF, NH3, S8, H2O2, SO3, C2H6. Какие из перечисленных веществ имеют, кроме неполярной, ещё и ковалентную полярную связь? Назовите все вещества.
Ковалентная неполярная связь образуется между атомами одного и того же элемента или элементами с очень близкими значениями электроотрицательности. Рассмотрим перечисленные вещества:
HF — молекула содержит ковалентную полярную связь между атомами водорода и фтора, так как у фтора намного выше электроотрицательность.
NH3 (аммиак) — содержит ковалентные полярные связи между атомом азота и водорода. Азот более электроотрицателен, чем водород.
S8 — состоит из атомов серы, связанных между собой ковалентными неполярными связями, так как это одноатомная молекула одного элемента.
H2O2 (перекись водорода) — имеет как ковалентные полярные связи между кислородом и водородом, так и неполярные связи между атомами кислорода.
SO3 — молекула серного ангидрида содержит ковалентные полярные связи между атомами серы и кислорода.
C2H6 (этан) — содержит ковалентные неполярные связи между атомами углерода и углерода, а также ковалентные полярные связи между атомами углерода и водорода, поскольку углерод более электроотрицателен, чем водород.
Таким образом, вещества, содержащие ковалентные неполярные связи: S8 и C2H6. Вещества, содержащие как неполярные, так и полярные связи: H2O2 и C2H6.
7. Запишите формулу хлорида аммония, охарактеризуйте все химические связи этого соединения. Объясните механизмы их образования. Аргументируйте вывод о единой природе химической связи.
Хлорид аммония (NH₄Cl) — это соединение, где образуется как ковалентная, так и ионная связь. Ковалентная связь формируется между атомами водорода и аммония (NH₄⁺), а ионная связь — между аммонием и хлоридом (Cl⁻). Ковалентные связи образуются через обмен электронов между атомами, а ионные — через притяжение положительных и отрицательных зарядов.
8. Какие знаки государственного отличия в царской, советской и современной России изготовлены с применением бриллиантов? Подготовьте сообщение об одной из таких наград.
В царской России это были ордена Святого Александра Невского и Святого Георгия, в советской — ордена Ленина и Октябрьской Революции.