Доброго времени суток, дорогие подписчики и гости моего канала.
Перед вами третья часть статьи посвященной теме химических связей. Ранее мы разбирали что же такое химические связи, почему атомы стремятся к образованию химических связей, какие они бывают, а так же подробно разобрали ионную химическую связь, ковалентную неполярную и ковалентную полярную. Если вы еще не читали первую и вторую часть данной статьи, то рекомендую ознакомиться с ними по ссылкам:
"Химические связи: Понимание основ химического взаимодействия (часть 1)"
"Химические связи: Понимание основ химического взаимодействия (часть 2)"
Сегодня мы продолжим подробнее разбираться в определенных видах химических связей и обсудим металическую связь, а так же такой вид межмолекулярного взаимодействия, как водородная связь.
Итак, приступим.
Металлическая химическая связь.
Металлическая химическая связь — это вид химической связи характерный для металлов и сплавов, который придает им уникальные физические свойства, такие как высокая проводимость и прочность. Понимание металлической связи важно для разработки новых материалов и прогресса технологий.
Чтобы понимать, как устроена металическая химическая связь, необходимо понимать, что металлы обычно существуют не в виде изолированых атомов, а в виде слитка или металического изделия. Зададимся вопросом, что же удерживает атомы металлов в единой массе?
Дело в том, что атомы большинства элементов металлов содержат небольшое число электронов на внешнем энергетическом уровне (обычно 1, 2 или 3). Эти электроны легко отрываются, а атомы превращаются в положительные ионы. Оторвавшиеся электроны перемещаются от одного иона к другому, связывая их воедино. Разобраться какой электрон, принадлежал какому атому изначально, просто нереально. Все оторвавшиеся электроны становятся общими. Соединяясь с ионами, эти электроны временно образуют атомы, затем снова отрываются и соединяются уже с другими ионами и т.д. Бесконечно происходит процесс который можно изобразить схемой:
Следовательно в простых веществах металлах, атомы непрерывно превращаются в ионы и наоборот. Их так и называют атом-ионами.
Металлическая связь возникает из-за взаимодействия между положительно заряженными ионами металла и свободными электронами, которые образуют так называемое "электронное облако". Это облако состоит из делокализованных электронов, которые не привязаны к конкретным атомам, а свободно перемещаются по всему объему металла.
Ключевые характеристики металлической связи:
-В металлах электроны не ограничены отдельными атомами, а образуют "электронное море", в котором свободно перемещается. Это делает металлы отличными проводниками.
- Металлы часто имеют кристаллическую решетку, где атомы и ионы упакованы в регулярные, повторяющиеся структуры. Это способствует прочности и стабильности металлов.
- Металическая химическая связь имеет определенное сходство с ковалентной связью, так как основана на обобществление электронов внешнего электронного уровня. Однако, при образование ковалентной связи обобществляются неспареные электроны только двух соседних атомов, в то время как при образование металической связи в обобществление этих электронов участвуют все атомы. Именно поэтому вещества с ковалентной связью хрупки, а с металической очень прочны.
Физические свойства металлов
Металлическая связь определяет несколько ключевых свойств металлов:
Проводимость: Высокая подвижность делокализованных электронов делает металлы отличными проводниками электричества и тепла. Это свойство используется в электронике и теплообменных системах.
Механическая прочность: Регулярное расположение положительных ионов в кристаллической решетке и их взаимодействие с электронным облаком придают металлам прочность и стойкость.
Пластичность: Металлы могут легко изменять свою форму под воздействием механических сил, что позволяет им быть гибкими и формуемыми в различные изделия.
Значение металлической связи.
Металлическая связь играет важную роль в различных областях:
Промышленность: Металлы, такие как сталь, медь и алюминий, широко используются в строительстве, машиностроении и производстве. Их прочность, проводимость и пластичность делают их идеальными для создания конструкций и оборудования.
Электроника: Полупроводники и проводники, содержащие металлы, используются в электрических схемах, микросхемах и других электронных устройствах. Это связано с их способностью эффективно проводить электрический ток.
Энергетика: Металлы используются в различных энергетических устройствах, включая генераторы, трансформаторы и проводники. Высокая теплопроводность и прочность металлов обеспечивают надежную работу энергетических систем.
Водородная химическая связь.
Водородная химическая связь — это особый тип взаимодействия, играющий ключевую роль в структуре и функциях множества биологических и химических систем. Понимание водородной связи имеет важное значение для химии, биологии, фармакологии и ряда других близких дисциплин. Что же представляет из себя водородная химическая связь?
Водородная связь - это межмолекулярная химическая связь между атомами водорода одной молекулы и атомами очень сильного электроотрицательного элемента (F, O, N), другой молекулы.
Это очень слабая химическая связь - примерно в 15 - 20 раз слабее ковалентной. Благодаря ей простые низкомолекулярные вещества образуют ассоциаты (объединения простых молекул в более сложные, без изменения химической природы вещества), что приводит к повыщениию температур кипения и плавления.
Примеры водородной связи:
Водородная связь между молекулами воды:
Водородная связь между молекулами фтороводорода:
Водородная связь между молекулами аммиака:
Водородная связь между молекулами спиртов:
Водородная связь между молекулами карбоновых кислот:
Ключевые характеристики водородной связи:
Электроотрицательность: Для образования водородной связи необходимы электроотрицательные атомы, такие как кислород, азот или фтор. Эти атомы обладают способностью привлекать электроны, что создает поляризацию водорода.
Поляризация водорода: Когда атом водорода связан с электроотрицательным атомом, его электронная плотность смещается в сторону электроотрицательного атома, создавая частично положительный заряд на водороде.
Дополнительное взаимодействие: Частично положительный заряд на водороде может взаимодействовать с частично отрицательным зарядом на другом электроотрицательном атоме, формируя водородную связь.
Физические свойства водородной связи.
Хотя водородная связь и не такая сильная, как ковалентные или ионные связи, она значительно влияет на физические свойства веществ:
Точка кипения и плавления: Вещества с водородными связями, такие как вода, имеют значительно более высокие точки кипения и плавления по сравнению с веществами, у которых такие связи отсутствуют. Это связано с дополнительной энергией, необходимой для разрыва водородных связей.
Растворимость: Водородные связи способствуют растворению полярных веществ в воде. Например, многие биологические молекулы, такие как аминокислоты и сахара, хорошо растворяются в воде благодаря водородным связям.
Структура и форма: Водородные связи играют ключевую роль в формировании трехмерной структуры молекул. В белках они помогают поддерживать их сложные структуры, а в ДНК водородные связи обеспечивают стабильность двойной спирали.
Значение водородной связи
Водородные связи имеют широкое применение в различных областях:
Биология: В водных растворах, таких как клеточные жидкости, водородные связи помогают поддерживать структуры белков и нуклеиновых кислот. Они играют ключевую роль в функционировании ферментов и других белков.
Фармацевтика: Водородные связи используются в разработке лекарств для улучшения их растворимости и специфичности взаимодействия с биологическими мишенями. Фармацевты часто учитывают эти связи при проектировании молекул, чтобы обеспечить их эффективность.
Материалы: В синтезе новых материалов, таких как полимеры, водородные связи могут использоваться для создания более прочных и стабильных структур. Эти материалы находят применение в различных отраслях, включая текстиль и упаковку.
Понимание водородной связи позволяет ученым разрабатывать новые материалы, улучшать медицинские препараты и изучать сложные биологические процессы. Водородные связи играют ключевую роль в поддержании структурной целостности и функциональности молекул, делая их очень важными в науке и технологиях.
Помимо водородной связи существуют и другие силы межмолекулярного взаимодействия (Ван Дер Вальсовы силы).
Силы Ван Дер Вальса — это силы межмолекулярного (и межатомного) взаимодействия с небольшой энергией связи. Примеров действия Ван Дер Вальсовых сил в природе очень много, например:
- Сцепление частиц малых астероидов кольца Сатурна.
- Способность гекконов взбираться по гладким поверхностям, например, по стеклу.
- Это единственный вид связи у благородных газов.
.......
Это отдельная интересная тема, о которой я планирую написать в будущем.
А вот для успешной сдачи ЕГЭ и ОГЭ достаточно знать 4 типа внутримолекулярной связи (ионая, ковалентная полярная и неполярная, металическая) и лишь 1 тип межмолекулярной (водородная). Эти вопросы мы с вами полностью разобрали.