Jesienna wizyta
Wypełnij tabelę zgodnie z wynikami wycieczki.
Zapisz kolejność jesiennych miesięcy.
Do jesiennych imprez w przyroda nieożywiona to: chłodzenie, opadanie liści, pierwsze przymrozki, przemarzanie.
Znajdź błąd w oświadczeniu. Skreśl dodatkowe słowo.
Zjawiska jesienne w dzikiej przyrodzie to: więdnięcie traw, pojawienie się przymrozków, zanik owadów, odlot ptaków wędrownych.
W atlasie - wyznaczniku „Z ziemi do nieba” znajdują się informacje o jaskółkach i jerzykach. Dowiedz się, jak są do siebie podobni i czym się różnią. Zapisz to.
Porównanie jaskółek i jerzyków
Podobieństwa między jaskółkami a jerzykami:
Różnice między jaskółkami a jerzykami:
podziwiać jesienna natura i zgodnie ze swoimi obserwacjami uzupełnij rysunek „Piękno jesieni”
Atomy większości pierwiastków nie istnieją oddzielnie, ponieważ mogą ze sobą oddziaływać. W tej interakcji powstają bardziej złożone cząstki.
Charakter wiązania chemicznego to działanie sił elektrostatycznych, które są siłami oddziaływania między ładunkami elektrycznymi. Takie ładunki mają elektrony i jądra atomowe.
Elektrony znajdujące się na zewnętrznych poziomach elektronowych (elektrony walencyjne), znajdujące się najdalej od jądra, oddziałują z nim najsłabiej, a zatem są w stanie oderwać się od jądra. Odpowiadają za wiązanie atomów ze sobą.
Rodzaje wiązań chemicznych można przedstawić w poniższej tabeli:
Oddziaływanie chemiczne, które powstaje w wyniku przyciąganie jonów posiadanie różnych ładunków nazywa się jonowe. Dzieje się tak, gdy związane atomy mają znaczną różnicę w elektroujemności (czyli zdolności do przyciągania elektronów), a para elektronów przechodzi do bardziej elektroujemnego elementu. Rezultatem takiego przejścia elektronów z jednego atomu na drugi jest powstawanie naładowanych cząstek - jonów. Jest między nimi atrakcyjność.
mają najniższą elektroujemność typowe metale, a największe to typowe niemetale. Jony powstają zatem w wyniku interakcji między typowymi metalami i typowymi niemetalami.
Atomy metali stają się dodatnio naładowanymi jonami (kationami), oddając elektrony do zewnętrznych poziomów elektronowych, a niemetale przyjmują elektrony, zamieniając się w ujemnie naładowany jony (aniony).
Atomy przechodzą do bardziej stabilnego stanu energetycznego, uzupełniając swoje konfiguracje elektroniczne.
Wiązanie jonowe jest bezkierunkowe i nienasycalne, ponieważ oddziaływanie elektrostatyczne zachodzi odpowiednio we wszystkich kierunkach, jon może przyciągać jony o przeciwnym znaku we wszystkich kierunkach.
Ułożenie jonów jest takie, że wokół każdego jest pewna liczba przeciwnie naładowane jony. Pojęcie „cząsteczki” dla związków jonowych nie ma sensu.
Powstawanie wiązania w chlorku sodu (nacl) wynika z przeniesienia elektronu z atomu Na na atom Cl z utworzeniem odpowiednich jonów:
Na 0 - 1 e \u003d Na + (kation)
Cl 0 + 1 e \u003d Cl - (anion)
W chlorku sodu znajduje się sześć anionów chlorkowych wokół kationów sodu i sześć jonów sodu wokół każdego jonu chlorkowego.
Kiedy powstaje interakcja między atomami w siarczku baru, zachodzą następujące procesy:
Ba 0 - 2 e \u003d Ba 2+
S 0 + 2 e \u003d S 2-
Ba oddaje swoje dwa elektrony do siarki, co powoduje powstanie anionów siarki S 2 i kationów baru Ba 2+ .
Liczba elektronów na zewnętrznych poziomach energetycznych metali jest niewielka, łatwo odrywają się od jądra. W wyniku tego oderwania powstają jony metali i wolne elektrony. Te elektrony nazywane są „gazem elektronowym”. Elektrony poruszają się swobodnie w całej objętości metalu i są stale związane i odłączane od atomów.
Struktura substancji metalowej jest następująca: sieć krystaliczna jest kręgosłupem substancji, a elektrony mogą swobodnie poruszać się między jej węzłami.
Można podać następujące przykłady:
Mg - 2e<->Mg2+
Cs-e<->CS +
Ca-2e<->Ca2+
Fe-3e<->Fe3+
Najpopularniejszy typ oddziaływanie chemiczne jest wiązaniem kowalencyjnym. Wartości elektroujemności oddziałujących elementów nie różnią się znacznie, w związku z tym następuje tylko przesunięcie wspólnej pary elektronów do bardziej elektroujemnego atomu.
Oddziaływanie kowalencyjne może być utworzone przez mechanizm wymiany lub mechanizm donor-akceptor.
Mechanizm wymiany jest realizowany, gdy każdy z atomów ma niesparowane elektrony na zewnętrznych poziomach elektronowych, a nakładanie się orbitali atomowych prowadzi do pojawienia się pary elektronów, która już należy do obu atomów. Kiedy jeden z atomów ma parę elektronów na zewnętrznym poziomie elektronicznym, a drugi wolny orbital, wtedy gdy orbitale atomowe nakładają się, para elektronów zostaje uspołeczniona i interakcja zachodzi zgodnie z mechanizmem dawca-akceptor.
Kowalencyjne dzieli się przez wielokrotność na:
Podwójne zapewniają socjalizację dwóch par elektronów na raz, a potrójne - trzy.
Zgodnie z rozkładem gęstości elektronowej (polarności) pomiędzy związanymi atomami, wiązanie kowalencyjne dzieli się na:
Wiązanie niepolarne jest tworzone przez te same atomy, a wiązanie polarne jest tworzone przez inną elektroujemność.
Oddziaływanie atomów o podobnej elektroujemności nazywa się wiązaniem niepolarnym. Wspólna para elektronów w takiej cząsteczce nie jest przyciągana do żadnego z atomów, ale należy w równym stopniu do obu.
Oddziaływanie pierwiastków różniących się elektroujemnością prowadzi do powstania wiązań polarnych. Zwykłe pary elektronów z tego typu oddziaływaniem są przyciągane przez bardziej elektroujemny pierwiastek, ale nie przenoszą się do niego całkowicie (to znaczy nie dochodzi do tworzenia jonów). W wyniku takiego przesunięcia gęstości elektronowej na atomach pojawiają się ładunki częściowe: na bardziej elektroujemnych - ładunek ujemny, a na mniej - dodatnich.
Główne cechy wiązania kowalencyjnego:
Przykładem niepolarnego oddziaływania kowalencyjnego mogą być cząsteczki wodoru (H2), chloru (Cl2), tlenu (O2), azotu (N2) i wielu innych.
H+ + H → cząsteczka H-H posiada pojedyncze wiązanie niepolarne,
O: + :O → O=O cząsteczka ma podwójną niepolarną,
Ṅ: + Ṅ: → N≡N cząsteczka ma potrójną niepolarną.
Jako przykład wiązania kowalencyjnego pierwiastki chemiczne możesz przynieść cząsteczki dwutlenku węgla (CO2) i tlenku węgla (CO), siarkowodór (H2S), kwasu solnego(HCL), woda (H2O), metan (CH4), tlenek siarki (SO2) i wiele innych.
W cząsteczce CO2 związek między atomami węgla i tlenu jest kowalencyjnie polarny, ponieważ bardziej elektroujemny wodór przyciąga do siebie gęstość elektronową. Tlen ma dwa niesparowane elektrony na poziomie zewnętrznym, podczas gdy węgiel może dostarczyć cztery elektrony walencyjne, aby utworzyć interakcję. W efekcie powstają wiązania podwójne i cząsteczka wygląda tak: O=C=O.
Aby określić rodzaj wiązania w danej cząsteczce, wystarczy wziąć pod uwagę jej atomy składowe. Proste substancje metale tworzą metale, metale z niemetalami - jonowe, proste substancje niemetale - kowalencyjne niepolarne, a cząsteczki składające się z różnych niemetali są tworzone przez kowalencyjne wiązanie polarne.
Klasyfikacja materiału
Wszystko jest obecnie nowoczesne materiały uznane za odpowiednio sklasyfikowane.
Najważniejsze w technologii są klasyfikacje według funkcjonalne i konstrukcyjne znaki materiałów.
Główne kryterium klasyfikacji materiałów według cech strukturalnych to stan skupienia, w zależności od tego, który dzieli się na następujące typy: materiały stałe, ciecze, gazy, plazma.
Z kolei materiały stałe dzielą się na krystaliczne i niekrystaliczne.
Materiały krystaliczne można podzielić ze względu na rodzaj wiązania między cząstkami: atomowe (kowalencyjne), jonowe, metaliczne, molekularne (rys.2.1.).
Rodzaje wiązań między atomami (cząsteczkami) w kryształach
Atom składa się z dodatnio naładowanego jądra i poruszających się wokół niego elektronów (naładowanych ujemnie). Atom w stanie stacjonarnym jest elektrycznie obojętny. Rozróżnij elektrony zewnętrzne (walencyjne), których połączenie z jądrem jest nieznaczne i wewnętrzne - mocno połączone z jądrem.
Tworzenie sieci krystalicznej następuje w następujący sposób. Podczas przejścia od cieczy do stan krystaliczny zmniejsza się odległość między atomami, a siły oddziaływania między nimi rosną.
Połączenie między atomami odbywa się za pomocą sił elektrostatycznych, tj. z natury połączenie jest jedno - ma charakter elektryczny, ale w różnych kryształach przejawia się w różny sposób. Istnieją następujące rodzaje wiązań: jonowe, kowalencyjne, polarne, metaliczne.
Wiązanie kowalencyjne
Wiązanie kowalencyjne powstaje w wyniku wspólnych par elektronów, które powstają w powłokach związanych atomów.
Ona może być utworzony z atomów tego samego pierwiastka, a następnie jest niepolarny; na przykład takie wiązanie kowalencyjne istnieje w cząsteczkach jednoelementowych gazów H 2, O 2, N 2, Cl 2 itp.
Wiązanie kowalencyjne może być składa się z atomów różnych pierwiastków, które są podobne w Natura chemiczna, a następnie jest polarny; na przykład takie wiązanie kowalencyjne istnieje w cząsteczkach H2O, NF3, CO2.
Pomiędzy atomami pierwiastków o charakterze elektroujemnym powstaje wiązanie kowalencyjne.
W przypadku tego typu wiązania zachodzi socjalizacja elektronów swobodnych sąsiednich atomów. W dążeniu do uzyskania stabilnej powłoki walencyjnej składającej się z 8 elektronów, atomy łączą się w cząsteczki, tworząc jedną lub więcej par elektronów, które stają się wspólne dla łączących się atomów, tj. są jednocześnie częścią powłok elektronowych dwóch atomów.
Materiały z wiązaniem kowalencyjnym są bardzo kruche, ale mają wysoką twardość (diament). Są to z reguły dielektryki lub półprzewodniki (german, krzem). ładunki elektryczne są ze sobą powiązane i nie ma wolnych elektronów.
Atomy w cząsteczkach są połączone wiązaniami kowalencyjnymi proste gazy(Н 2, Cl 2, itd.)
jedyny znany człowiekowi Substancją z przykładem wiązania kowalencyjnego między metalem a węglem jest cyjanokobalamina, znana jako witamina B12.
Kryształy jonowe (NaCl)
Wiązanie jonowe- to jest wiązanie chemiczne, wykształcony kosztem przyciąganie elektrostatyczne między kationami oraz aniony.
Powstawanie takich kryształów powstaje w wyniku przejścia elektronów atomów jednego typu na atomy innego z Na do Cl. Atom, który traci elektron, staje się jonem naładowanym dodatnio, a atom, który zyskuje elektron, staje się jonem ujemnym. Zbliżanie się jonów o różnych znakach następuje do momentu, gdy siły odpychające jądra i powłoki elektronowej zrównoważą siły przyciągania. Większość dielektryków mineralnych i niektóre materiały organiczne mają wiązanie jonowe (NaCl, CsCl, CaF2).
Ciała stałe związane jonowo są w większości przypadków wytrzymałe mechanicznie, odporne na temperaturę, ale często kruche. Materiały z tego typu połączeniem nie są używane jako materiały konstrukcyjne.
rodzaj metalu znajomości
W metalach wiązanie między poszczególnymi atomami powstaje w wyniku oddziaływania dodatnio naładowanych jąder i skolektywizowanych elektronów, które poruszają się swobodnie w przestrzeniach międzyatomowych. Elektrony te pełnią rolę cementu, utrzymując razem jony dodatnie; w przeciwnym razie sieć rozpadłaby się pod działaniem sił odpychających między jonami. Jednocześnie elektrony są również utrzymywane przez jony w sieci krystalicznej i nie mogą jej opuścić. Takie wiązanie nazywa się wiązaniem metalicznym.
Obecność wolnych elektronów prowadzi do wysokiej przewodności elektrycznej i cieplnej metalu, a także jest przyczyną blasku metali. Ciągliwość metali tłumaczy się ruchem i ślizganiem się poszczególnych warstw atomów.
Praktycznie w każdym materiale nie ma jednego, ale kilka rodzajów wiązań. Właściwości materiałów są determinowane przez dominujące typy wiązań chemicznych atomów i cząsteczek substancji materiału.
Z materiałów atomowo-krystalicznych, w których strukturze dominuje wiązania kowalencyjne, najwyższa wartość w technologii mają polimorficzne modyfikacje węgla i materiały półprzewodnikowe oparty na elementach grupy IV układ okresowy elementy. Typowymi przedstawicielami tych pierwszych są diament i grafit – najpowszechniejsza i najbardziej stabilna modyfikacja węgla o warstwowej strukturze w skorupie ziemskiej. Półprzewodnikowy krystaliczny german i krzem są głównymi materiałami elektroniki półprzewodnikowej.
Dużym zainteresowaniem cieszą się niektóre związki z wiązaniem kowalencyjnym, takie jak Fe 3 C, SiO, AlN - związki te odgrywają ważną rolę w stopach technicznych.
W obszerną kolekcję kryształ jonowy materiały, które mają struktura krystaliczna z wiązaniami jonowymi, obejmuje tlenki metali (związki metali z tlenem), które są składnikami najważniejszych rud, dodatki technologiczne w wytopie metali, a także związki chemiczne metali i niemetali (bor, węgiel , azot), które są stosowane jako składniki stopów.
Metaliczny typ wiązania jest charakterystyczny dla ponad 80 pierwiastków układu okresowego.
Do krystaliczne ciała stałe można również przypisać materiały o strukturze kryształy molekularne, co jest typowe dla wielu materiały polimerowe, którego cząsteczki składają się z dużej liczby powtarzających się jednostek. Są to biopolimery - wysoka masa cząsteczkowa związki naturalne i ich pochodne (w tym drewno); syntetyczne polimery pochodzące od prostych związki organiczne, którego cząsteczki mają nieorganiczne łańcuchy główne i nie zawierają organicznych grup bocznych. Polimery nieorganiczne obejmują krzemiany i spoiwa. Krzemiany naturalne – klasa najważniejszych minerałów skałotwórczych, stanowiących około 80% masy skorupa Ziemska. Spoiwa nieorganiczne obejmują cement, gips, wapno itp. Kryształy molekularne gazów obojętnych - pierwiastki grupy VIII układu okresowego - odparowują w niskich temperaturach bez przejścia w stan ciekły. Znajdują zastosowanie w krioelektronice zajmującej się tworzeniem urządzeń elektronicznych w oparciu o zjawiska zachodzące w ciała stałe w temperaturach kriogenicznych.
Ryż. 1.2. Układ atomów w materii krystalicznej (a) i amorficznej (b)
Druga klasa materiałów to niekrystaliczne materiały stałe. Dzieli się je na podstawie uporządkowania i stabilności struktury na amorficzne, szkliste i nieszkliste w stanie częściowo nieuporządkowanym.
Typowymi przedstawicielami materiałów amorficznych są amorficzne półprzewodniki, amorficzne metale i stopy.
Do grupy szklisty materiały obejmują: szereg polimerów organicznych (poliakrylan metylu w temperaturach poniżej 105°C, polichlorek winylu - poniżej 82°C i inne); wiele materiałów nieorganicznych - szkło nieorganiczne na bazie tlenków krzemu, boru, glinu, fosforu itp.; wiele materiałów do odlewania w kamieniu - bazalty i diabazy o strukturze szklistej, żużle hutnicze, węglany naturalne o strukturze wyspowej i łańcuszkowej (dolomit, margiel, marmur itp.).
W stanie nieszklistym, częściowo nieuporządkowanym, występują galaretki (ustrukturyzowane układy polimer-rozpuszczalnik powstające podczas krzepnięcia roztworów polimerów lub pęcznienia polimerów stałych), wiele polimerów syntetycznych w stanie wysoce elastycznym, kauczuki i kauczuki, większość materiały na bazie biopolimerów, w tym materiały tekstylne i skórzane, a także spoiwa organiczne – bitum, smoła, smoła itp.
Według funkcji materiały techniczne są podzielone na następujące grupy.
Materiały budowlane - materiały stałe przeznaczone do wytwarzania wyrobów poddawanych uderzenie mechaniczne. Muszą mieć kompleks właściwości mechaniczne, zapewniając wymaganą wydajność i żywotność produktów pod wpływem środowisko pracy, temperatura i inne czynniki.
Ryż. 1.1. Klasyfikacja stałych materiałów krystalicznych według cech strukturalnych
W tym samym czasie są przedstawiane wymagania technologiczne, które decydują o najmniejszej pracochłonności w wytwarzaniu części i konstrukcji oraz ekonomicznych, związanych z kosztem i dostępnością materiału, co jest bardzo ważne w produkcji masowej. Do materiały konstrukcyjne obejmują metale, krzemiany i ceramikę, polimery, gumę, drewno i wiele materiałów kompozytowych.
Materiały elektryczne charakteryzuje się specjalnymi elektrycznymi i właściwości magnetyczne i są przeznaczone do wytwarzania produktów wykorzystywanych do wytwarzania, przesyłania, przetwarzania i zużycia energii elektrycznej. Należą do nich materiały magnetyczne, przewodniki, półprzewodniki, a także dielektryki w stałej fazie ciekłej i gazowej.
Materiały tribologiczne są przeznaczone do stosowania w zespołach tarcia w celu kontrolowania parametrów tarcia i zużycia w celu zapewnienia określonej wydajności i zasobów tych zespołów. Główne rodzaje takich materiałów to smarowanie, tarcie i tarcie. Do tych pierwszych należą smary w fazie stałej (grafit, talk, dwusiarczek molibdenu itp.), ciekłej (oleje smarne) i gazowej (powietrze, opary węglowodorów i inne gazy). , brązy itp. ), żeliwo szare, tworzywa sztuczne (tekstolit, materiały na bazie fluoroplastów itp.), materiały kompozytowe cermetalowe (grafit brązowy, grafit żelazny itp.), niektóre rodzaje drewna i tworzyw sztucznych laminowanych drewnem, guma, wiele kompozytów Materiały cierne mają wysoki współczynnik tarcia i wysoką odporność na zużycie Należą do nich niektóre rodzaje tworzyw sztucznych, żeliwa, cermetale i inne materiały kompozytowe.
Materiały narzędziowe wyróżniają się wysoką twardością, odpornością na zużycie i wytrzymałością, przeznaczone są do produkcji narzędzi skrawających, pomiarowych, ślusarskich i innych. Obejmuje to materiały takie jak stal narzędziowa i węglik, diament i niektóre rodzaje materiały ceramiczne, wiele materiałów kompozytowych.
organy robocze - gazowy i materiały płynne, które zamieniają energię w Praca mechaniczna, zimno, ciepło. Płynami roboczymi są para wodna w silnikach parowych i turbinach; amoniak, dwutlenek węgla, freon i inne czynniki chłodnicze w maszyny chłodnicze; oleje hydrauliczne; powietrze w silnikach pneumatycznych; gazowe produkty spalania paliw kopalnych w turbinach gazowych, silnikach spalinowych.
Paliwo - materiały palne, których główną częścią jest węgiel, wykorzystywane do pozyskiwania energii cieplnej poprzez ich spalanie. Ze względu na pochodzenie paliwo dzieli się na naturalne (olej, węgiel, gazu ziemnego, łupki bitumiczne, torf, drewno) i sztuczne (koks, paliwa silnikowe, gazy generatorowe itp.); w zależności od rodzaju maszyn, w których jest spalany - rakieta, silnik, jądrowa, turbina itp.
Między atomami metalu występuje wiązanie metaliczne. charakterystyczna cecha atomy metali to niewielka liczba elektronów na zewnętrznym poziomie energii, słabo utrzymywanych przez jądro oraz duża liczba wolnych orbitali atomowych o bliskiej energii, więc wiązanie metaliczne jest nienasycone.
Elektrony walencyjne biorą udział w tworzeniu wiązań z 8 lub 12 atomami na raz (w zależności od liczby koordynacyjnej atomów metalu). W tych warunkach elektrony walencyjne o niskiej energii jonizacji poruszają się wzdłuż dostępnych orbitali wszystkich sąsiednich atomów, zapewniając połączenie między nimi.
metalowe połączenie scharakteryzowany słaba interakcja wspólne elektrony z jądrami połączonych atomów i całkowitą delokalizację tych elektronów pomiędzy wszystkimi atomami w krysztale, co zapewnia stabilność tego wiązania.
Program edukacyjny wiązanie metaliczne(M - metal):
M 0 - ne M n +
Metale posiadają specjalną sieć krystaliczną, w węzłach których znajdują się zarówno neutralne, jak i dodatnio naładowane atomy metali, pomiędzy którymi uspołecznione elektrony („gaz elektronowy”) poruszają się swobodnie (w krysztale). Ruch wspólnych elektronów w metalach odbywa się wzdłuż zestawu orbitali molekularnych, które powstały w wyniku połączenia dużej liczby wolnych orbitali połączonych atomów i obejmujących wiele jąder atomowych. W przypadku wiązania metalicznego nie można mówić o jego kierunkowości, ponieważ wspólne elektrony są równomiernie zdelokalizowane w całym krysztale.
Cechy strukturalne metali decydują o ich charakterystyce właściwości fizyczne: twardość, ciągliwość, wysoka przewodność elektryczna i cieplna oraz specjalny metaliczny połysk.
Wiązanie metaliczne jest charakterystyczne dla metali nie tylko w stanie stałym, ale również w stanie ciekłym, czyli jest to właściwość skupisk atomów znajdujących się blisko siebie. W stanie gazowym atomy metalu są połączone jednym lub większą liczbą wiązań kowalencyjnych w cząsteczki, na przykład Li 2 (Li-Li), Be 2 (Be = Be), Al 4 - każdy atom glinu jest połączony z trzema innymi, tworząc struktura czworościenna:
Wiązanie wodorowe to specjalny rodzaj wiązania, które są unikalne dla atomów wodoru. Występuje, gdy atom wodoru jest związany z atomem większości elektroujemnych pierwiastków, głównie fluoru, tlenu i azotu. Rozważ tworzenie wiązania wodorowego na przykładzie fluorowodoru. Elektroujemny atom wodoru ma tylko jeden elektron, dzięki czemu może tworzyć wiązanie kowalencyjne z atomem fluoru. W tym przypadku powstaje cząsteczka fluorowodoru H-F, w której wspólna para elektronów jest przesunięta na atom fluoru.
W wyniku takiego rozkładu gęstości elektronowej cząsteczka fluorowodoru jest dipolem, którego biegunem dodatnim jest atom wodoru. Ze względu na to, że wiążąca para elektronów jest przesunięta na atom fluoru, zostaje on częściowo uwolniony 1 s-orbital atomu wodoru i jego jądra jest częściowo odsłonięty. W każdym innym atomie dodatni ładunek jądra po usunięciu elektronów walencyjnych jest osłonięty wewnętrznymi powłokami elektronowymi, które zapewniają odpychanie powłok elektronowych innych atomów. Atom wodoru nie posiada takich otoczek, jego jądro jest bardzo małą (subatomową) cząstką naładowaną dodatnio - protonem (średnica protonu jest około 10 5 razy mniejsza niż średnice atomów, a ze względu na brak elektronów w nim jest przyciągany przez powłokę elektronową innych elektrycznie obojętnych lub ujemnie naładowanych atomów).
Siła pola elektrycznego w pobliżu częściowo „nagiego” atomu wodoru jest tak duża, że może aktywnie przyciągać ujemny biegun sąsiedniej cząsteczki. Ponieważ ten biegun jest atomem fluoru, który ma trzy niewiążące pary elektronów, i s- orbital atomu wodoru jest częściowo wolny, wówczas zachodzi interakcja donor-akceptor między dodatnio spolaryzowanym atomem wodoru jednej cząsteczki a ujemnie spolaryzowanym atomem fluoru sąsiedniej cząsteczki.
Tak więc w wyniku wspólnego oddziaływania elektrostatycznego i donor-akceptor powstaje dodatkowe drugie wiązanie z udziałem atomu wodoru. To jest to wiązanie wodorowe, …H–F H–F…
Różni się od kowalencyjnej energią i długością. Wiązania wodorowe są dłuższe i słabsze niż wiązania kowalencyjne. Energia wiązania wodorowego wynosi 8-40 kJ/mol, a wiązania kowalencyjnego 80-400 kJ/mol. W stałym fluorowodorze długość wiązania kowalencyjnego H-F wynosi 95 µm, długość wiązania wodorowego FH wynosi 156 µm. Ze względu na wiązania wodorowe między cząsteczkami HF, stałe kryształy fluorowodoru składają się z niekończących się płaskich łańcuchów zygzakowatych, ponieważ układ trzech atomów utworzony przez wiązanie wodorowe jest zwykle liniowy.
Wiązania wodorowe między cząsteczkami HF są częściowo zachowane w cieczy, a nawet w gazowym fluorowodorze.
Wiązanie wodorowe jest konwencjonalnie zapisywane jako trzy punkty i jest wyświetlany w następujący sposób:
gdzie X, Y to atomy F, O, N, Cl, S.
Energia i długość wiązania wodorowego są określone przez moment dipolowy wiązania H–X oraz wielkość atomu Y. Długość wiązania wodorowego maleje, a jego energia rośnie wraz ze wzrostem różnicy między elektroujemnościami atomy X i Y (i odpowiednio moment dipolowy wiązania H–X) oraz ze zmniejszeniem wielkości atomu Y .
Wiązania wodorowe powstają również między cząsteczkami, w których występują wiązania O–H (np. woda H 2 O, kwas nadchlorowy HClO 4, Kwas azotowy HNO3, kwasy karboksylowe RCOOH, fenol C 6 H 5 OH, alkohole ROH) i N–H (na przykład amoniak NH 3, kwas tiocyjanowy HNCS, amidy organiczne RCONH 2 i aminy RNH 2 i R 2 NH).
Substancje, których cząsteczki są połączone wiązaniami wodorowymi, różnią się właściwościami od substancji podobnych do nich strukturą cząsteczek, ale które nie tworzą wiązań wodorowych. Temperatury topnienia i wrzenia wodorków pierwiastków grupy IVA, w których nie ma wiązań wodorowych, zmniejszają się stopniowo wraz ze zmniejszaniem się liczby okresów (rys. 15.) Wodorki pierwiastków grupy VA-VIIA wykazują naruszenie tej zależności. Trzy substancje, których cząsteczki są połączone wiązaniami wodorowymi (amoniak NH 3, woda H 2 O i fluorowodór HF) mają znacznie więcej wysokie temperatury topienie i gotowanie niż ich odpowiedniki (ryc. 15). Ponadto substancje te mają szersze zakresy temperatur występowania w stanie ciekłym, wyższe temperatury topnienia i parowania.
Wiązanie wodorowe odgrywa ważną rolę w procesach rozpuszczania i krystalizacji substancji, a także w tworzeniu krystalicznych hydratów.
Wiązania wodorowe mogą tworzyć się nie tylko między cząsteczkami (międzycząsteczkowe wiązanie wodorowe, MVS) , tak jak w omówionych powyżej przykładach, ale także między atomami tej samej cząsteczki (wewnątrzcząsteczkowe wiązanie wodorowe, VVS) . Na przykład, z powodu wewnątrzcząsteczkowych wiązań wodorowych między atomami wodoru grup aminowych i atomami tlenu grup karbonylowych, łańcuchy polipeptydowe, które tworzą cząsteczki białka, mają kształt spiralny.
obrazek??????????????
Wiązania wodorowe odgrywają ogromną rolę w procesach reduplikacji i biosyntezy białek. Dwie nici podwójnej helisy DNA (kwasu dezoksyrybonukleinowego) są połączone wiązaniami wodorowymi. W procesie reduplikacji więzy te zostają zerwane. Podczas transkrypcji dochodzi również do syntezy RNA (kwasu rybonukleinowego) z użyciem DNA jako matrycy, ze względu na występowanie wiązań wodorowych. Oba procesy są możliwe, ponieważ wiązania wodorowe łatwo się tworzą i łatwo zrywają.
Ryż. 15. Punkty topnienia ( a) i gotowanie ( b) wodorki pierwiastków grup IVА-VIIA.
Wiązanie metaliczne to wiązanie chemiczne spowodowane obecnością stosunkowo swobodnych elektronów. Jest to typowe zarówno dla czystych metali, jak i ich stopów oraz związków międzymetalicznych.
We wszystkich węzłach sieci krystalicznej znajdują się dodatnie jony metali. Między nimi losowo, jak cząsteczki gazu, poruszają się elektrony walencyjne, odczepione od atomów podczas tworzenia jonów. Elektrony te pełnią rolę cementu, utrzymując razem jony dodatnie; w przeciwnym razie sieć rozpadłaby się pod działaniem sił odpychających między jonami. Jednocześnie elektrony są również utrzymywane przez jony w sieci krystalicznej i nie mogą jej opuścić. Siły komunikacyjne nie są zlokalizowane i nie są kierowane.
Dlatego w większości przypadków pojawiają się wysokie liczby koordynacyjne (na przykład 12 lub 8). Kiedy dwa atomy metalu zbliżają się do siebie, ich orbitale zewnętrznej powłoki zachodzą na siebie, tworząc orbitale molekularne. Jeśli pojawi się trzeci atom, jego orbital nakłada się na orbital dwóch pierwszych atomów, co skutkuje kolejnym orbitalem molekularnym. Gdy atomów jest wiele, istnieje ogromna liczba trójwymiarowych orbitali molekularnych, rozciągających się we wszystkich kierunkach. Ze względu na wielokrotne nakładanie się orbitali, na elektrony walencyjne każdego atomu wpływa wiele atomów.
Większość metali tworzy jedną z następujących wysoce symetrycznych, gęsto upakowanych sieci: sześcienna wyśrodkowana na ciele, sześcienna wyśrodkowana na twarzy i sześciokątna.
W sieci sześciennej wyśrodkowanej na ciele (bcc) atomy znajdują się na wierzchołkach sześcianu, a jeden atom znajduje się w środku objętości sześcianu. Metale mają sześcienną sieć skupioną wokół ciała: Pb, K, Na, Li, β-Ti, β-Zr, Ta, W, V, α-Fe, Cr, Nb, Ba itp.
W sieci sześciennej wyśrodkowanej na ścianie (fcc) atomy znajdują się na wierzchołkach sześcianu i na środku każdej ściany. Metale tego typu mają siatkę: α-Ca, Ce, α-Sr, Pb, Ni, Ag, Au, Pd, Pt, Rh, γ-Fe, Cu, α-Co itp.
W siatce sześciokątnej atomy znajdują się w wierzchołkach i środku sześciokątnych podstaw pryzmatu, a trzy atomy znajdują się w środkowej płaszczyźnie pryzmatu. Metale mają takie upakowanie atomów: Mg, α-Ti, Cd, Re, Os, Ru, Zn, β-Co, Be, β-Ca itp.
Swobodnie poruszające się elektrony powodują wysoką przewodność elektryczną i cieplną. Substancje z wiązaniem metalicznym często łączą siłę z ciągliwością, ponieważ gdy atomy są przesunięte względem siebie, wiązania nie pękają. Również ważna własność to aromatyczność metaliczna.
Metale dobrze przewodzą ciepło i elektryczność, są wystarczająco mocne, można je odkształcać bez pękania. Niektóre metale są plastyczne (można je kuć), inne są plastyczne (można je wciągnąć w drut). Te wyjątkowe właściwości tłumaczy specjalny rodzaj wiązania chemicznego, które łączy ze sobą atomy metalu - wiązanie metaliczne.
Metale w stanie stałym istnieją w postaci kryształów jonów dodatnich, jakby „unosiły się” w morzu swobodnie poruszających się między nimi elektronów.
Wiązanie metaliczne wyjaśnia właściwości metali, w szczególności ich wytrzymałość. Pod działaniem siły deformującej metalowa siatka może zmieniać swój kształt bez pękania, w przeciwieństwie do kryształów jonowych.
Wysokie przewodnictwo cieplne metali tłumaczy się tym, że jeśli podgrzejesz kawałek metalu z jednej strony, energia kinetyczna elektronów wzrośnie. Ten wzrost energii będzie rozprzestrzeniał się w „elektronicznym morzu” w całej próbce z dużą prędkością.
Wyraźna staje się również przewodność elektryczna metali. Jeśli do końców próbki metalu przyłożona zostanie różnica potencjałów, chmura zdelokalizowanych elektronów przesunie się w kierunku potencjału dodatniego: ten strumień elektronów poruszający się w tym samym kierunku jest znanym prądem elektrycznym.
