Хімія. 9 клас. Лашевська

§ 3. Хімічний зв'язок і будова речовин

Під час опрацювання параграфа пригадаємо:

  • що називають хімічним зв’язком і яка його природа;
  • що таке електронегативність і як вона змінюється в періодах і групах періодичної системи хімічних елементів;
  • як утворюються ковалентний та йонний зв’язки;
  • чим відмінні та подібні різні типи хімічного зв’язку;
  • у який спосіб описують внутрішню будову кристалів;
  • для чого використовують знання про хімічний зв’язок і будову речовини;
  • які є типи кристалічних ґраток;
  • які особливості кристалічної будови речовин з різними видами хімічного зв'язку;
  • як властивості речовин залежать від виду хімічного зв’язку й типу кристалічних ґраток.

Хімічним зв’язком називають сили, які утримують атоми в молекулах і кристалах, йони - у йонних кристалах. Пригадайте типи хімічного зв’язку (рис. 3.1).

Рис. 3.1. 1. Схема утворення різних типів хімічного зв’язку. 2. Співвідношення між типами хімічного зв’язку

Зв’язок між атомами за рахунок спільних електронних пар називають ковалентним. Його зображують за допомогою електронних і графічних формул молекул. Якщо двохатомна молекула утворена атомами одного неметалічного елемента, то негативний заряд спільної електронної пари розподілений між ними порівну. Такий зв’язок називають ковалентним неполярним.

Електронегативність хімічного елемента (χ) - це властивість його атома притягувати спільні з іншим атомом електронні пари.

Ковалентний зв’язок, у якому одна чи кілька спільних електронних пар зміщені в бік більш електронегативного атома, називають полярним зв’язком.

Зі зростанням протонного числа електронегативність хімічних елементів збільшується в періодах і зменшується в підгрупах (рис. 3.2).

Рис. 3.2. Зміна електронегативності хімічних елементів у періодичній системі

Тип зв’язку значною мірою залежить від різниці значень електронегативності Δχ елементів, які беруть участь у його утворенні (рис. 3.3).

Рис. 3.3. Визначення типу хімічного зв’язку за різницею значень електронегативності зв’язаних атомів

Кристалічні ґратки - моделі, за допомогою яких описують внутрішню будову кристалів. Точки кристалічних ґраток, у яких розташовані частинки, називають вузлами кристалічних ґраток. Природа частинок у вузлах кристалічних ґраток та сили взаємодії між частинками визначають тип ґраток: атомні, молекулярні, йонні (рис. 3.4).

Рис. 3.4. Кристалічні ґратки: 1 - атомні (алмаз С); 2 - молекулярні (йод І2); 3 - йонні (галіт NaCl)

В атомних кристалах атоми сполучені ковалентними неполярними зв’язками. Характерним прикладом таких речовин є алмаз, у кристалічних ґратках якого всі щонайближчі між’ядерні відстані й усі кути між чотирма зв’язками атома Карбону однакові. З алмазів особливим огранюванням, що спеціально виявляє його блиск, виготовляють діаманти - дорогоцінне каміння. Алмаз не проводить електричного струму. Це надзвичайно стійка форма існування Карбону, яка за нагрівання без доступу повітря вище від температури 1200 °С переходить у графіт.

Кристалічна структура графіту зовсім не схожа на структуру алмазу. Атоми Карбону в графіті розташовані плоскими сітками. На відміну від алмазу, графіт непрозорий, чорного кольору, має високу електропровідність, легко розшаровується. Алмаз і графіт - атомні кристали. Відмінність у будові зумовлює відмінність у фізичних властивостях і застосуванні речовин.

Завдання. Назвіть побутові й промислові вироби, де використовують алмаз і графіт. Поясніть, якими властивостями цих речовин зумовлене їхнє застосування в певній сфері.

Бор, силіцій, германій, арсен, кварц також утворюють атомні кристали. Вони дуже міцні та тверді, погано проводять теплоту й електричний струм. Речовини, що мають атомні кристалічні ґратки, плавляться за високих температур. Наприклад, температура плавлення кварцу 1725 °С. Такі речовини майже нерозчинні в будь-яких розчинниках, мають низьку реакційну здатність.

Молекулярні кристалічні ґратки побудовані з молекул речовини. Зазвичай у таких речовин низькі температури плавлення й кипіння, адже молекули слабко взаємодіють між собою. Молекулярні ґратки мають у твердому агрегатному стані водень Н2, азот N2, кисень О2, галогени (фтор, хлор, бром, йод), чимало органічних речовин. У вузлах кристалічних ґраток йоду містяться молекули I2. Атоми йоду в молекулі зв’язані досить міцними ковалентними зв’язками, а молекули між собою - слабкими силами. Тому вже за незначного нагрівання йод, не плавлячись, переходить із кристалічного стану в газуватий (сублімується), а за охолодження пара йоду кристалізується. Лід - також молекулярний кристал. Міцність молекулярних кристалів залежить від розмірів і складності молекул. Наприклад, кристали фтору плавляться за температури -219,6 °С, а йоду - за +113,6 °С, метану СН4 - за -182,5 °С, а триаконтану С30Н62 - за +65,8 °С.

Йонні кристали утворюють солі неорганічних та органічних кислот, луги, основні й амфотерні оксиди1 й гідроксиди. Чи не найтиповіший приклад йонного кристала - галіт (натрій хлорид).

1 Трапляються й винятки, наприклад, йонну будову має манган(VІІ) оксид.

В утворенні йонних кристалів багатьох солей беруть участь катіони металічних елементів і одно- або багатоатомні аніони (формули багатьох з них наведено в таблиці «Розчинність кислот, основ, амфотерних гідроксидів і солей у воді»). У йонних кристалах зв’язки між йонами міцні, тому такі кристали мають високі температури плавлення (801 °С - натрій хлорид, 2627 °С - кальцій оксид тощо). Зазвичай йонні кристали тверді, але крихкі. Їхня крихкість зумовлена тим, що навіть за невеликої деформації кристала катіони й аніони зсуваються так, що сили відштовхування між однойменними йонами починають переважати над силами притягання між катіонами й аніонами, тож кристал руйнується.

ПРО ГОЛОВНЕ

• Хімічним зв’язком називають сили, які утримують атоми в молекулах і атомних кристалах, йони - у йонних кристалах.

• Електронегативність хімічного елемента - це властивість його атома притягувати спільні з іншим атомом електронні пари.

• Ковалентний неполярний і полярний та йонний зв’язки мають електронну природу.

• Кристалічні ґратки - моделі, за допомогою яких описують внутрішню будову кристалів.

• Природа частинок у вузлах кристалічних ґраток та сили взаємодії між частинками визначають тип ґраток: йонні, атомні, молекулярні.

• Властивості речовин залежать від їхньої будови й зумовлюють застосування.

Перевірте себе

1. Яка природа хімічного зв’язку? 2. Що таке електронегативність? 3. Який зв’язок називають ковалентним неполярним? 4. Чим ковалентний полярний зв’язок відрізняється від ковалентного неполярного та йонного? 5. Як змінюється електронегативність хімічних елементів у періодичній системі? 6. Порівняйте ковалентні зв’язки в молекулах водню і гідроген хлориду. Чим вони подібні і чим відрізняються? 7. Що таке кристалічні ґратки? 8. Що називають вузлами кристалічних ґраток? 9. Які є типи кристалічних ґраток? 10. Які частинки знаходяться у вузлах кристалічних ґраток кожного типу?

Застосуйте свої знання й уміння

11. Спрогнозуйте тип кристалічних ґраток у речовинах за описом їхніх властивостей і застосування:

  • а) ванілін С8Н8О3 - безбарвні леткі кристали з характерним запахом, харчова добавка;
  • б) бор нітрид BN (боразон) за твердістю наближається до алмазу, водночас він стійкіший до високих температур. Його використовують для виготовлення надтвердих абразивних матеріалів;
  • в) бензоатну кислоту С6Н5СООН уперше виділили в XVI столітті із суміші духмяних речовин - росного надана. Поясніть, який тип кристалічних ґраток у бензоатної кислоти.

Творча майстерня

12. Складіть кросворд про хімічний зв’язок і будову речовини.