какая связь в соединении hcl
Что такое соляная кислота: химические и физические свойства
Химическая связь в молекуле HCl
Химическая связь между атомами хлора и водорода в молекуле HCl является ковалентной полярной связью. Атом водорода несет на себе частичный положительный заряд δ+, атом хлора – частичный отрицательный заряд δ-. Однако в отличие от HF, между молекулами HCl не образуется водородных связей.
Физические и химические свойства соляной кислоты
Соляная кислота – бесцветная, едкая жидкость, «дымящая» на воздухе. Она является сильным электролитом и в водном растворе полностью диссоциирует на ионы хлора и водорода:
В одном литре воды при нулевой температуре растворяется 400 литров хлороводорода.
Для HCl характерны все общие свойства кислот. Она активно взаимодействует с:
1. Основаниями и амфотерными гидроксидами:
HCl+NaOH=NaCl+H2O (реакция нейтрализации),
2. Основными и амфотерными оксидами:
3. Металлами, стоящими в электрохимическом ряду напряжений до водорода (они вытесняют водород из кислот):
4. Солями, образованными анионами более слабых кислот или образующими при взаимодействии с хлорид-ионами нерастворимые соединения, выпадающие в осадок:
Последняя реакция является качественной на хлорид-ион. При взаимодействии катиона серебра с анионом хлора выпадает белый осадок – AgCl:
Получение хлороводорода из водорода и хлора
Хлороводород можно получить прямым синтезом из простых веществ – водорода и хлора:
Эта реакция идет только при участии квантов света hν и не идет в темноте. С водородом, равно как и с металлами и некоторыми менее электроотрицательными, чем хлор, неметаллами, хлор реагирует как сильный окислитель.
Фотоны света инициируют распад молекулы Cl2 на атомы хлора, обладающие высокой реакционной способностью. Реакция с водородом протекает по цепному механизму.
Получение HCl при помощи концентрированной серной кислоты
При действии концентрированной серной кислоты H2SO4 на твердые хлориды (например, NaCl) можно также получить хлороводород:
В результате реакции выделяется газообразный хлороводород и образуется кислая соль – гидросульфат натрия. Тем же способом можно получить HF из твердых фторидов, но нельзя получить бромоводород и йодоводород, поскольку эти соединения являются сильными восстановителями и окисляются концентрированной серной кислотой до брома и йода.
Урок №64. Ковалентная связь. Полярная и неполярная ковалентные связи
Сущность и виды химической связи
Атомы стремятся завершить свой внешний уровень (до 8 электронов, исключение водород, гелий до 2 электронов)
В образовании химической связи участвуют валентные электроны. Число валентных электронов определяется по номеру группы, в которой находится атом, образующий химическую связь. Число неспаренных валентных электронов Nе — =8-N группы
Классификация химических связей
1. По способу достижения завершенной электронной оболочки
2. По механизму образования химической связи
3. По способу перекрывания электронных орбиталей
I. По способу достижения завершенной электронной оболочки
КОВАЛЕНТНАЯ СВЯЗЬ
КОВАЛЕНТНАЯ СВЯЗЬ — это связь, возникающая между атомами за счет образования общих электронных пар: H 2 , HCl, H 2 O, O 2
ИОННАЯ СВЯЗЬ
ИОННАЯ СВЯЗЬ – образуется между атомами металлов и неметаллов, т.е. между атомами, резко отличающимися друг от друга по значениям электроотрицательности: NaCl, K 2 O, LiF.
МЕТАЛЛИЧЕСКАЯ СВЯЗЬ
МЕТАЛЛИЧЕСКАЯ СВЯЗЬ — связь в металлах и сплавах, которую выполняют относительно свободные электроны между ионами металлов в металлической кристаллической решетке.
II. По механизму образования химической связи (только для ковалентной связи)
III. По способу перекрывания электронных орбиталей (только для ковалентной связи)
По степени смещения общих электронных пар к одному из связанных ими атомов ковалентная связь может быть полярной и неполярной.
Каждый атом неметалла отдает в общее пользование другому атому наружные не спаренные электроны. Образуются общие электронные пары. Электронная пара принадлежит в равной мере обоим атомам.
Образующиеся общие электронные пары смещены в сторону более электроотрицательного элемента согласно ряду электроотрицательности элементов, предложенному американским химиком Л. Полингом.
В результате на более электроотрицательном элементе образуется избыток электронной плотности ( частичный отрицательный заряд δ- ), а на менее электроотрицательном элементе образуется недостаток электронной плотности ( частичный положительный заряд δ+ ).
Самый электроотрицательный элемент – фтор F.
Встречаются исключения, когда ковалентную связь образуют атом неметалла и металла!
AlCl 3 , разница в электроотрицательности ∆ Э.О.
Химическая связь
Химическая связь и строение вещества
Все системы стремятся к равновесию и к уменьшению свободной энергии — так гласит один из постулатов химической термодинамики. Атомы, взаимодействующие в молекуле вещества, тоже подчиняются этому закону. Они стремятся образовать устойчивую конфигурацию — 8-электронную или 2-электронную внешнюю оболочку. Этот процесс взаимодействия называется химической связью, благодаря ему получаются молекулы и молекулярные соединения.
| Химическая связь — это взаимодействие между атомами в молекуле вещества, в ходе которого два электрона (по одному от каждого атома) образуют общую электронную пару либо электрон переходит от одного атома к другому. |
Как понятно из определения химической связи, при взаимодействии двух атомов один из них может притянуть к себе внешние электроны другого. Эта способность называется электроотрицательностью (ЭО). Атом с более высокой электроотрицательностью (ЭО) при образовании химической связи с другим атомом может вызвать смещение к себе общей электронной пары.
Механизм образования химической связи
Существует два механизма взаимодействия атомов:
обменный — предполагает выделение по одному внешнему электрону от каждого атома и соединение их в общую пару;
донорно-акцепторный — происходит, когда один атом (донор) выделяет два электрона, а второй атом (акцептор) принимает их на свою свободную орбиталь.
Независимо от механизма химическая связь между атомами сопровождается выделением энергии. Чем выше ЭО атомов, т. е. их способность притягивать электроны, тем сильнее и этот энергетический всплеск.
| Энергией связи называют ту энергию, которая выделяется при взаимодействии атомов. Она определяет прочность химической связи и по величине равна усилию, необходимому для ее разрыва. |
Также на прочность влияют следующие показатели:
Длина связи — расстояние между ядрами атомов. С уменьшением этого расстояния растет энергия связи и увеличивается ее прочность.
Кратность связи — количество электронных пар, появившихся при взаимодействии атомов. Чем больше это число, тем выше энергия и, соответственно, прочность связи.
На примере химической связи в молекуле водорода посмотрим, как меняется энергия системы при сокращении расстояния между ядрами атомов. По мере сближения ядер электронные орбитали этих атомов начинают перекрывать друг друга, в итоге появляется общая молекулярная орбиталь. Неспаренные электроны через области перекрывания смещаются от одного атома в сторону другого, возникают общие электронные пары. Все это сопровождается нарастающим выделением энергии. Сближение происходит до тех пор, пока силу притяжения не компенсирует сила отталкивания одноименных зарядов.
Основные типы химических связей
Различают четыре вида связей в химии: ковалентную, ионную, металлическую и водородную. Но в чистом виде они встречаются редко, обычно имеет место наложение нескольких типов химических связей. Например, в молекуле фосфата аммония (NH4)3PO4присутствует одновременно ионная связь между ионами и ковалентная связь внутри ионов.
Также отметим, что при образовании кристалла от типа связи между частицами зависит, какой будет кристаллическая решетка. Если это ковалентная связь — образуется атомная решетка, если водородная — молекулярная решетка, а если ионная или металлическая — соответственно, будет ионная или металлическая решетка. Таком образом, влияя на тип кристаллической решетки, химическая связь определяет и физические свойства вещества: твердость, летучесть, температуру плавления и т. д.
Основные характеристики химической связи:
насыщенность — ограничение по количеству образуемых связей из-за конечного числа неспаренных электронов;
полярность — неравномерная электронная плотность между атомами и смещение общей пары электронов к одному из них;
направленность — ориентация связи в пространстве, расположение орбиталей атомов под определенным углом друг к другу.
Ковалентная связь
Как уже говорилось выше, этот тип связи имеет два механизма образования: обменный и донорно-акцепторный. При обменном механизме объединяются в пару свободные электроны двух атомов, а при донорно-акцепторном — пара электронов одного из атомов смещается к другому на его свободную орбиталь.
| Ковалентная связь — это процесс взаимодействия между атомами с одинаковыми или близкими радиусами, при котором возникает общая электронная пара. Если эта пара принадлежит в равной мере обоим взаимодействующим атомам — это неполярная связь, а если она смещается к одному из них — это полярная связь. |
Как вы помните, сила притяжения электронов определяется электроотрицательностью атома. Если у двух атомов она одинакова, между ними будет неполярная связь, а если один из атомов имеет большую ЭО — к нему сместится общая электронная пара и получится полярная химическая связь.
Ковалентная неполярная связь образуется в молекулах простых веществ, неметаллов с одинаковой ЭО: Cl2, O2, N2, F2 и других.
Посмотрим на схему образования этой химической связи. У атомов водорода есть по одному внешнему электрону, которые и образуют общую пару.
Ковалентная полярная связь характерна для неметаллов с разным уровнем ЭО: HCl, NH3,HBr, H2O, H2S и других.
Посмотрим схему такой связи в молекуле хлороводорода. У водорода имеется один свободный электрон, а у хлора — семь. Таким образом, всего есть два неспаренных электрона, которые соединяются в общую пару. Поскольку в данном случае ЭО выше у хлора, эта пара смещается к нему.
Другой пример — молекула сероводорода H2S. В данном случае мы видим, что каждый атом водорода имеет по одной химической связи, в то время как атом серы — две. Количество связей определяет валентность атома в конкретном соединении, поэтому валентность серы в сероводороде — II.
Число связей, которые могут быть у атома в молекуле вещества, называется валентностью.
Характеристики ковалентной связи:
Ионная связь
Как понятно из названия, данный тип связи основан на взаимном притяжении ионов с противоположными зарядами. Он возможен между веществами с большой разницей ЭО — металлом и неметаллом. Механизм таков: один из атомов отдает свои электроны другому атому и заряжается положительно. Второй атом принимает электроны на свободную орбиталь и получает отрицательный заряд. В результате этого процесса образуются ионы.
| Ионная связь — это такое взаимодействие между атомами в молекуле вещества, итогом которого становится образование и взаимное притяжение ионов. |
Разноименно заряженные ионы стремятся друг к другу за счет кулоновского притяжения, которое одинаково направлено во все стороны. Благодаря этому притяжению образуются ионные кристаллы, в решетке которых заряды ионов чередуются. У каждого иона есть определенное количество ближайших соседей — оно называется координационным числом.
Обычно ионная связь появляется между атомами металла и неметалла в таких соединениях, как NaF, CaCl2, BaO, NaCl, MgF2, RbI и других. Ниже схема ионной связи в молекуле хлорида натрия.
Характеристики ионной связи:
не имеет направленности.
Ковалентная и ионная связь в целом похожи, и одну из них можно рассматривать, как крайнее выражение другой. Но все же между ними есть существенная разница. Сравним эти виды химических связей в таблице.
Характеризуется появлением электронных пар, принадлежащих обоим атомам.
Характеризуется появлением и взаимным притяжением ионов.
Общая пара электронов испытывает притяжение со стороны обоих ядер атомов.
Ионы с противоположными зарядами подвержены кулоновскому притяжению.
Имеет направленность и насыщенность.
Ненасыщенна и не имеет направленности.
Количество связей, образуемых атомом, называется валентностью.
Количество ближайших соседей атома называется координационным числом.
Образуется между неметаллами с одинаковой или не сильно отличающейся ЭО.
Образуется между металлами и неметаллами — веществами со значимо разной ЭО.
Металлическая связь
Отличительная особенность металлов в том, что их атомы имеют достаточно большие радиусы и легко отдают свои внешние электроны, превращаясь в положительно заряженные ионы (катионы). В итоге получается кристаллическая решетка, в узлах которой находятся ионы, а вокруг беспорядочно перемещаются электроны проводимости, образуя «электронное облако» или «электронный газ».
Свободные электроны мигрируют от одного иона к другому, временно соединяясь с ними и снова отрываясь в свободное плавание. Этот механизм по своей природе имеет сходство с ковалентной связью, но взаимодействие происходит не между отдельными атомами, а в веществе.
| Металлическая связь — это взаимодействие положительных ионов металлов и отрицательно заряженных электронов, которые являются частью «электронного облака», рассеянного по всему объему вещества. |
Наличие такого «электронного облака», которое может прийти в направленное движение, обусловливает электропроводность металлов. Другие их качества — пластичность и ковкость, объясняются тем, что ионы в кристаллической решетке легко смещаются. Поэтому металл при ударном воздействии способен растягиваться, но не разрушаться.
Характеристики металлической связи:
Металлическая связь присуща как простым веществам — таким как Na, Ba, Ag, Cu, так и сложным сплавам — например, AlCr2, CuAl11Fe4, Ca2Cu и другим.
Схема металлической связи:
M — металл,
n — число свободных внешних электронов.
К примеру, у железа в чистом виде на внешнем уровне есть два электрона, поэтому его схема металлической связи выглядит так:
Обобщим все полученные знания. Таблица ниже описывает кратко химические связи и строение вещества.
Типы химической связи и их основные отличительные признаки
Водородная связь
Данный тип связи в химии стоит отдельно, поскольку он может быть как внутри молекулы, так и между молекулами. Как правило, у неорганических веществ эта связь происходит между молекулами.
| Водородная связь образуется между молекулами, содержащими водород. Точнее, между атомами водорода в этих молекулах и атомами с большей ЭО в других молекулах вещества. |
Объясним подробнее механизм этого вида химической связи. Есть молекулы А и В, содержащие водород. При этом в молекуле А есть электроотрицательные атомы, а в молекуле В водород имеет ковалентную полярную связь с другими электроотрицательными атомами. В этом случае между атомом водорода в молекуле В и электроотрицательным атомом в молекуле А образуется водородная связь.
Такое взаимодействие носит донорно-акцепторный характер. Донором электронов в данном случае выступают электроотрицательные элементы, а акцептором — водород.
Графически водородная связь обозначается тремя точками. Ниже приведена схема такого взаимодействия на примере молекул воды.
Характеристики водородной связи:
Кратко о химических связях
Итак, самое главное. Химической связью называют взаимодействие атомов, причиной которого является стремление системы приобрести устойчивое состояние. Во время взаимодействия свободные внешние электроны атомов объединяются в пары либо внешний электрон одного атома переходит к другому.
Образование химической связи сопровождается выделением энергии. Эта энергия растет с увеличением количества образованных электронных пар и с сокращением расстояния между ядрами атомов.
Основные виды химических связей: ковалентная (полярная и неполярная), ионная, металлическая и водородная. В отличие от всех остальных водородная ближе к молекулярным связям, поскольку может быть как внутри молекулы, так и между разными молекулами.
Как определить тип химической связи:
Ковалентная полярная связь образуется в молекулах неметаллов между атомами со сходной ЭО.
Ковалентная неполярная связь имеет место между атомами с разной ЭО.
Ионная связь ведет к образованию и взаимному притяжению ионов. Она происходит между атомами металла и неметалла.
Металлическая связь бывает только между атомами металлов. Это взаимодействие положительных ионов в кристаллической решетке и свободных отрицательных электронов. Масса рассеянных по всему объему свободных электронов представляет собой «электронное облако».
Водородная связь появляется при условии, что есть атом с высокой ЭО и атом водорода, связанный с другой электроотрицательной частицей ковалентной связью.
Химическая связь и строение молекулы: типом химической связи определяется кристаллическая решетка вещества: ионная, металлическая, атомная или молекулярная.
Определить тип химической связи в 8 классе поможет таблица.
Типы химических связей
Химическая связь — это взаимодействие атомов, осуществляемое путем обмена электронами. Причина образования химических связей ― выигрыш в энергии системы связанных атомов по сравнению с изолированными атомами.
Типы химических связей
Выделяют 4 разновидности химической связи ― ковалентная, которая в свою очередь делится на полярную и неполярную, ионная, металлическая и водородная.
Полярность связи зависит от электроотрицательности элементов.
Ковалентная связь
Ковалентная неполярная связь
Образуется между одинаковыми неметаллами, то есть эти элементы имеют одинаковую ЭО.
Рассмотри образование ковалентной неполярной связи, на примере водорода:
Ковалентная полярная связь
Образуется между разными неметаллами, то есть между этими элементами есть небольшая разница в ЭО.
Рассмотрим образование ковалентной полярной связи, на примере сероводорода:
Ионная связь
Образуется между металлом и неметаллом, то есть между веществами большая разница ЭО. Один из элементов отдает свои электроны и он заряжается положительно. Элемент, который принимает электроны заряжается отрицательно.
Металлическая связь
Металлическая связь ― обобществление валентных электронов «электронный газ» осуществляется в простых веществах металлах и их сплавах (Na, Fe, Сг, Al и т. д.).
Водородная связь
Водородная связь ― связь между электроотрицательным атомом (F, O, N) и атомом водорода, который ковалентно связан с другим электроотрицательным атомом (F, O, N).
Водородные связи влияют на физические (температуру кипения, температуру плавления) и химические (кислотно-основные) свойства соединений.
Межмолекулярные водородные связи обусловливают ассоциацию молекул, что приводит к повышению температур кипения и плавления вещества. Например, этиловый спирт C2H5OH, способный к ассоциации, кипит при +78,3°С, а диметиловый эфир СН3ОСН3, не образующий водородных связей, лишь при –24°С (молекулярная формула обоих веществ С2Н6О).
Примеры решения задач по химии в ЕГЭ на типы химических связей
Задача 1. Из предложенного перечня выберите два соединения, в которых присутствует ионная химическая связь.
Решение: Ионная химическая связь характерна для оксидов, гидроксидов и солей металлов (+соли аммония и гидроксид аммония). Соли —это вариант 1 и 3.
Задача 2. Из предложенного перечня выберите два соединения, в которых присутствует ковалентная химическая связь.
Запишите в поле ответа номера выбранных соединений.
Решение: Ковалентная связь характерна для простых веществ-неметаллов и соединений типа неметалл-неметалл. Это простое вещество хлор и сульфид углерода. Таким образом ответ будет 1 и 2.
Задача 3. Из предложенного перечня выберите два соединения, в которых присутствует ковалентная полярная химическая связь.
Решение: Ковалентная полярная связь образуется между двумя разными неметаллами. Ответ 34.
Задача 4. Из предложенного перечня выберите два соединения, в которых присутствует водородная химическая связь.
Решение: Водородная химическая связь возникает между молекулами воды и одноатомных спиртов. Ответ 14.
Задача 5. Из предложенного перечня выберите два соединения, в которых ковалентная связь образована по донорно-акцепторному механизму.
Решение: Донорно-акцепторный механизм образования связи характерен для иона аммония и угарного газа в связи с наличием неподеленной электронной пары на азоте и углероде соответственно. Ответ: 25.
Задача 6. Из предложенного перечня выберите два соединения, в которых присутствует ковалентная неполярная химическая связь.
Запишите в поле ответа номера выбранных соединений.
Решение: ковалентная неполярная связь образуется между одинаковыми атомами. Это фтор и кислород.
Ответ 35.
Задача 7. Из предложенного перечня выберите два вещества, с каждым из которых сера образует ионные связи.
Запишите в поле ответа номера выбранных соединений.
Решение: Ионные связи образуются между металлом и неметаллом. Сера-неметалл, значит, нужно выбрать металлы. Это натрий и кальций.
Ответ: 24.
Задача 8. Из предложенного перечня выберите два вещества, в молекулах которых имеются как полярные, так и неполярные ковалентные связи.
Решение: В молекуле под номером 1 есть 4 связи C-Cl, все они полярные, но в задании нужно найти молекулу как с полярными, так и с неполярными связями.
В молекуле бензола (под номером 2) содержится 2 вида связей: C-C неполярная и C-H полярная.
В молекуле HNO3 хоть и 3 кислорода, но между собой они не связаны, поэтому наблюдается 2 вида только полярных связей H-N, N-O.
В молекуле N2O4 2 типа связей: N-N неполярная и N-O полярная.
В молекуле углекислого газа оба кислорода связаны только с углеродом, образуя только полярные связи.
Ответ 24.
Задача 9. Из предложенного перечня выберите два вещества, в которых присутствует металлическая связь.
Решение: металлическая связь характерная для металлов и сплавов. Металлы здесь — железо и цинк. Ответ 35.
Задача 10. Из предложенного перечня выберите два вещества, с которыми соединения хлора имеют ковалентную полярную связь.
Запишите в поле ответа номера выбранных соединений.
Решение: Ковалентная полярная связь образуется в молекулах между атомами разных неметаллов, ионная — между атомами металлов и неметаллов. Поэтому ковалентную полярную связь имеет соединение хлора с водородом и фосфором. С остальными — связь ионная.
Ответ: 15.
Задача 11. Из предложенного перечня выберите два соединения, в которых имеются только ионные связи.
Решение: Ковалентная не полярная связь образуется в молекулах между атомами одного элемента-неметалла. Ковалентная полярная связь образуется в молекулах между атомами разных неметаллов, ионная — между атомами металлов и неметаллов. Поэтому только ионные связи присутствуют в KI и BaCl2.
Ответ: 12.
Задача 12. Из предложенного перечня выберите два соединения, между молекулами которых образуются водородные связи.
Решение: Межмолекулярная водородная связь образуется между атомом водорода, ковалентно связанным с атомом с высокой электроотрицательностью (F, O и N), одной молекулы и атомом элемента с высокой электроотрицательностью (F, O, N, Cl) другой молекулы.
Среди предложенных веществ водородная связь образуется между молекулами фторводорода и бутанола.
Ответ: 12.
Задача 13. Из предложенного перечня выберите два соединения, образованные как ковалентной, так и ионной связью.
Решение: В этиловом спирте связи ковалентные, в хлориде натрия — ионные, в бензоле — ковалентные. В нитрате аммония и сульфате кальция связи в ионе аммония и нитратном и сульфатном анионах ковалентные, а между ионом аммония и нитратным анионом, а также ионом кальция и сульфат анионом — ионная.
Ответ: 13
Задача 14. Из предложенного перечня выберите два соединения, где кислород образует ковалентную полярную связь.
Решение: Ковалентная полярная связь осуществляется между разными неметаллами.
Ответ: 13
Задача 15. Из предложенного перечня выберите два типа химических связей, которые реализуются в сульфате калия.
Решение: Ковалентная неполярная связь образуется в молекулах между атомами одного элемента-неметалла. Ковалентная полярная связь образуется в молекулах между атомами разных неметаллов, ионная — между атомами металлов и неметаллов. В сульфате калия между ионами калия и сульфат-ионами связь ионная, а между кислородом и серой в сульфат-ионе — ковалентная полярная.
Ответ: 23.