Лекция 2. Типы химических связей. Газообразное состояние вещества. Идеальный и реальный газы.

1.Свойства молекул зависят от химических сил притяжения, т.е. типов химической связи. Химическая связь по своей природе едина: она имеет электрическое происхождение, но существуют различные виды внутри- и межмолекулярные связи: внутримолекулярные- ионная, ковалентная полярная и неполярная; межмолекулярные – водородная и вандерваальсовая.

Энергия химической связи, одна из важнейших характеристик химической связи, обуславливает прочность связи, которая оценивается энергией, необходимой для разрыва этой связи.

Ионная связь – взаимодействие атомов элементов с сильно отличающимися значениями электроотрицательности. Чаще всего это взаимодействие активных металлов и активных неметаллов.

Na-e-=Na+

Cl+e-=Cl-

Na++Cl-=NaCl

Такие соединения хорошо растворяются в воде, водные растворы их являются сильными электролитами(соли, щелочи), обладают прочностью, вступают в химические реакции с водой (оксиды, галогениды, нитриты, карбиды и т.д.).

Ковалентная связь основана с помощью общих электронных пар атомов элементов с одиннаковыми или близкими значениям электроотрицательности. Общие электронные пары составляют валентные электроны внешних электронных оболочек атомов элементов. Перекрывание электронных облаков происходит при соединении электронов с разными спинами (формами вращения электронов вокруг своей оси). В зависимости от количества электронных пар различают одинарную, двойную и тройную ковалентные связи:

H-H, O=O; N=N

Различают полярную и неполярную ковалентную связь.

В случае неполярной связи общая электронная пара в одинаковой мере принадлежит обоим соединяющим атомам, это возможно, если атомы элементов имеют одинаковые значения электроотрицательности.примером служат простые вещества типаH2; O2; N2; Cl2; S8: P4.

Они обладают низкими температурами плавления и кипения, в водных растворах не проводят электрический ток.

Ковалентная связь может возникать между атомами элементов с близкими значениями электроотрицательности, в таком случае её называют полярной. В случае полярной связи общая электронная пара смещена к более электроотрицательному атому. Смещение носит название поляризация.

H.+.Cl> H: Cl

Такие соединения имеют более высокое значение температур кипения и плавления, хорошо растворяются в воде, водные растворы их проводят электрический ток.

Водородная связь наиболее характерна для водородных соединений фтора, кислорода или азота.

Образование водородной связи обусловлено тем, что в этих соединениях электрон атома водорода, входящий в состав электронной пары, сильно смещен к атомам более электроотрицательных элементов. Это вызывает появление у последних эффективного отрицательного заряда и приводит к превращению атома водорода в почти лишенному электрона протону. В таком состоянии он притягивается атомами неметаллов с высоким значением электроотрицательности.

…Cl-H… Cl-H… Cl-H… Cl-H…

Водородные связи обозначают пунктиром, т.к. водородная связь менее прочная чем внутримолекулярная химическая связь.

Между молекулами газообразных, жидких и твердых веществ действуют силы сцепления. Эти силы называют вандерваальсовыми силами (по имени голладского ученого Ван- дер- Ваальса).

Вандерваальсовые силы проявляются между молекулами лишь на очень малых расстояниях, примерно 10-7см. Поэтому эти связи характерны лишь для веществ в твердом агрегатном состоянии.

2.В зависимости от внешних условий (температура, давление) почти каждое вещество может находиться в одном из трёх агрегатных состояний: твёрдом, жидком и газообразном.

В газах молекулы находятся в непрерывном поступательном движении, при котором они сталкиваются. Но под действием малых сил притяжения и большой кинетической энергии они разлетаются. Поступательным движением объясняется способность газов заполнять весь предоставленный им объём. Газ занимает весь объём сосуда, в котором находится. Вследствие больших межмолекулярных расстояний газы в отличие от твёрдых тел и жидкостей обладают способностью сжиматься и расширяться, т.е. изменять объём.

Закон Гей- Люссака: при постоянной температуре произведение объёма на давление одного газа прямо пропорционально произведению объёма и давления другого газа.

T=const; p1V1=p2V2;

При постоянном давлении отношение объёма газа к температуре равно отношению объёма другого газа к температуре.

р=const; V1\ T1=V2\T2;

при постоянном объёме отношение давления к температуре равно отношению давления другого газа к температуре.

V=const; p1\T1=p2\T2.

Уравнение Менделеева- Клайперона:

pV=nRT, при n=m\M, pV=m\MRT.

3.Идеальный газ- упрощенная модель газа, где расстояние между молекулами очекнь велико, происходит пренебрежение силами межмолекулярного взаимодействия, размер молекул.

Молекулярно- кинетическая теория газов Бернулли- Ломоносова:

1. Молекулы газа находятся на таком расстоянии друг от друга, что по сравнению с этим расстоянием не учитываются размеры молекул;

2. между молекулами идеального газа нет сил притяжения;

3. молекулы идеального газа находятся в состоянии вечного хаотичного движения. Они движутся во всех направлениях, и скорости их могут быть самыми разнообразными, но для каждого значения при постоянной температуре средняя скорость молекул- величина постоянная.

Закон Авогадро: при одинаковом давлении и одинаковой температуре одинаковые объёмы разных газов содержат одинаковое число молекул.

NA= 6, 022 1023 частиц\моль; Vm=22, 4 л;

Реальные газы- газы, существующие в природе и находящиеся в условиях высокого давления и низких температур, здесь учитываются силы межмолекулярного притяжения и объём молекул газа.

В 1860г. Д.И.Менделеев сформулировал теорию сжижения газов:

Для каждого газа существует предельная температура, выше которой газ не может быть превращена в жидкость ни при каком давлении. Такая температура называется критической. При критической температуре для сжижения газов необходимо наибольшее (так называемое) критическое давление.

Объём одного моля газов при критическом давлении и критической температуре называется критическим давлением.

Кривые зависимости между объёмом и давлением при постоянной температуре называют изотермами.

Вопросы и задания для самоподготовки:

1. Сущность ионной связи, в каких веществах она встречается? Привести примеры.

2. Ковалентная связь: полярная и неполярная. Примеры.

3. Металлическая связь, особенности строения и свойств металлов.

4. Водородная связь: межмолекулярная и внутримолекулярная.

5. Газообразное состояние веществ, свойства газов.

6. Понятие идеального и реального газов.

7. Уравнение Менделеева- Клайперона.