Enseignement atomique-moléculaire. Éléments chimiques

Liaison chimique covalente, ses variétés et mécanismes de formation. Caractérisation de la liaison covalente (polarité et énergie de liaison). Liaison ionique. Lien métallique. Liaison hydrogène

La doctrine des liaisons chimiques forme la base de toute chimie théorique.

Une liaison chimique est comprise comme l'interaction d'atomes qui les lie en molécules, ions, radicaux, cristaux.

Il existe quatre types de liaisons chimiques: ionique, covalente, métallique et hydrogène.

La division des liaisons chimiques en types est conditionnelle, car elles sont toutes caractérisées par une certaine unité.

La liaison ionique peut être considérée comme le cas limite de la liaison polaire covalente.

La liaison métallique combine l'interaction covalente des atomes à l'aide d'électrons partagés et l'attraction électrostatique entre ces électrons et les ions métalliques.

Les substances manquent souvent de cas extrêmes de liaison chimique (ou de liaisons chimiques pures).

Par exemple, le fluorure de lithium $ LiF $ est appelé composés ioniques. En fait, la liaison est à 80% $ ionique et à 20% $ covalente. Par conséquent, il est plus correct de parler du degré de polarité (ionicité) d'une liaison chimique.

Dans la série des halogénures d'hydrogène $ HF - HCl - HBr - HI - HАt $, le degré de polarité de la liaison diminue, car la différence d'électronégativité des atomes d'halogène et d'hydrogène diminue, et dans l'hydrogène astatine, la liaison devient presque non polaire $ (EO (H) \u003d 2,1; EO (At) \u003d 2,2) $.

Différents types de liaisons peuvent être contenus dans les mêmes substances, par exemple:

1. dans les bases: entre les atomes d'oxygène et d'hydrogène des groupes hydroxo, la liaison est covalente polaire, et entre le métal et le groupe hydroxo, elle est ionique;
2. dans les sels d'acides contenant de l'oxygène: entre l'atome non métallique et l'oxygène du résidu acide - covalent polaire, et entre le métal et le résidu acide - ionique;
3. dans les sels d'ammonium, de méthylammonium, etc.: entre les atomes d'azote et d'hydrogène - polaires covalents, et entre les ions ammonium ou méthylammonium et le résidu acide - ionique;
4. dans les peroxydes métalliques (par exemple, $ Na_2O_2 $), la liaison entre les atomes d'oxygène est non polaire covalente, et entre le métal et l'oxygène, elle est ionique, etc.

Différents types de liens peuvent s'enchaîner:

- lors de la dissociation électrolytique de composés covalents dans l'eau, la liaison polaire covalente se transforme en une liaison ionique;

- lors de l'évaporation des métaux, la liaison métallique se transforme en un non-polaire covalent, etc.

La raison de l'unité de tous les types et types de liaisons chimiques est leur nature chimique identique - interaction électron-nucléaire. La formation d'une liaison chimique dans tous les cas est le résultat de l'interaction électron-nucléaire des atomes, accompagnée de la libération d'énergie.

Méthodes de formation d'une liaison covalente. Caractéristiques de la liaison covalente: longueur de liaison et énergie

Une liaison chimique covalente est une liaison qui se produit entre les atomes en raison de la formation de paires d'électrons communes.

Le mécanisme de formation d'une telle liaison peut être l'échange et le donneur-accepteur.

JE. Mécanisme d'échange agit lorsque les atomes forment des paires d'électrons communes en combinant des électrons non appariés.

1) $ H_2 $ - hydrogène:

La liaison résulte de la formation d'une paire d'électrons commune par $ s $ électrons d'atomes d'hydrogène (chevauchant des orbitales $ s $):

2) $ HCl $ - chlorure d'hydrogène:

La liaison résulte de la formation d'une paire d'électrons commune à partir d'électrons $ s- $ et $ p- $ (chevauchant des orbitales $ s-p- $):

3) $ Cl_2 $: dans une molécule de chlore, une liaison covalente est formée en raison d'électrons $ p- $ non appariés (chevauchement des orbitales $ p-p- $):

4) $ N_2 $: dans la molécule d'azote, trois paires d'électrons communes se forment entre les atomes:

II. Mécanisme donneur-accepteur la formation d'une liaison covalente, considérons l'exemple de l'ion ammonium $ NH_4 ^ + $.

Le donneur a une paire d'électrons, l'accepteur est une orbitale libre, que cette paire peut occuper. Dans l'ion ammonium, les quatre liaisons avec des atomes d'hydrogène sont covalentes: trois ont été formées en raison de la création de paires d'électrons communes par l'atome d'azote et les atomes d'hydrogène par le mécanisme d'échange, et une par le mécanisme donneur-accepteur.

Les liaisons covalentes peuvent être classées par la façon dont les orbitales électroniques se chevauchent, ainsi que par leur déplacement vers l'un des atomes liés.

Les liaisons chimiques formées à la suite du chevauchement des orbitales d'électrons le long de la ligne de liaison sont appelées $ σ $ -liens (sigma-links)... Le lien sigma est très fort.

$ p- $ Les orbitales peuvent se chevaucher dans deux régions, formant une liaison covalente en raison d'un chevauchement latéral:

Liaisons chimiques formées à la suite d'un chevauchement "latéral" des orbitales d'électrons à l'extérieur de la ligne de communication, i. E. dans deux domaines sont appelés $ π $ -liens (pi-liaisons).

Par degré de biais paires d'électrons communes à l'un des atomes connectés par eux, une liaison covalente peut être polaire et non polaire.

Une liaison chimique covalente formée entre des atomes avec la même électronégativité est appelée non polaire. Les paires d'électrons ne sont déplacées vers aucun des atomes, car les atomes ont le même EO - la propriété d'éloigner les électrons de valence d'autres atomes. Par exemple:

ceux. grâce à une liaison non polaire covalente, des molécules de substances non métalliques simples sont formées. La liaison chimique covalente entre les atomes d'éléments dont les électronégativités diffèrent est appelée polaire.

Longueur et énergie de la liaison covalente.

Caractéristique propriétés de liaison covalente - sa longueur et son énergie. Longueur du lien Est la distance entre les noyaux des atomes. Plus sa longueur est courte, plus la liaison chimique est forte. Cependant, une mesure de la force de liaison est énergie de liaison, qui est déterminée par la quantité d'énergie nécessaire pour rompre la liaison. Il est généralement mesuré en kJ / mol. Ainsi, selon les données expérimentales, les longueurs de liaison des molécules $ H_2, Cl_2 $ et $ N_2 $ sont respectivement de 0,074 $, 0,198 $ et 0,109 $ nm et les énergies de liaison sont respectivement de 436 $, 242 $ et 946 $ kJ / mol.

Jonas. Liaison ionique

Imaginons que deux atomes se "rencontrent": un atome métallique du groupe I et un atome non métallique du groupe VII. L'atome métallique a un seul électron au niveau d'énergie externe, et l'atome non métallique ne manque qu'un seul électron pour que son niveau externe soit complet.

Le premier atome donnera facilement au second son électron, qui est loin du noyau et faiblement lié à celui-ci, et le second lui donnera un espace libre à son niveau électronique externe.

Ensuite, l'atome, privé d'une de ses charges négatives, deviendra une particule chargée positivement, et la seconde se transformera en une particule chargée négativement en raison de l'électron reçu. Ces particules sont appelées ions.

La liaison chimique qui se produit entre les ions est appelée ionique.

Considérons la formation de cette liaison en utilisant l'exemple d'un composé bien connu de chlorure de sodium (sel de table):

Le processus de conversion des atomes en ions est illustré dans le diagramme:

Cette transformation des atomes en ions se produit toujours lorsque les atomes de métaux typiques et de non-métaux typiques interagissent.

Considérons un algorithme (séquence) de raisonnement lors de l'enregistrement de la formation d'une liaison ionique, par exemple, entre des atomes de calcium et de chlore:

Les nombres indiquant le nombre d'atomes ou de molécules sont appelés coefficients, et les nombres indiquant le nombre d'atomes ou d'ions dans une molécule sont appelés indices.

Liaison métallique

Découvrons comment les atomes d'éléments métalliques interagissent les uns avec les autres. Les métaux n'existent généralement pas sous la forme d'atomes isolés, mais sous la forme d'un morceau, d'un lingot ou d'un produit métallique. Qu'est-ce qui garde les atomes métalliques dans un seul volume?

Les atomes de la plupart des métaux au niveau externe contiennent un petit nombre d'électrons - 1, 2, 3 $. Ces électrons sont facilement arrachés et les atomes sont convertis en ions positifs. Les électrons détachés se déplacent d'un ion à un autre, les reliant en un seul tout. En se combinant avec des ions, ces électrons forment temporairement des atomes, puis ils se détachent à nouveau et se combinent avec un autre ion, etc. Par conséquent, dans la majeure partie du métal, les atomes sont continuellement convertis en ions et vice versa.

La liaison dans les métaux entre les ions au moyen d'électrons partagés est appelée métallique.

La figure montre schématiquement la structure d'un fragment métallique de sodium.

Dans ce cas, un petit nombre d'électrons partagés lient un grand nombre d'ions et d'atomes.

La liaison métallique présente certaines similitudes avec la liaison covalente, car elle est basée sur le partage d'électrons externes. Cependant, avec une liaison covalente, les électrons externes non appariés de seulement deux atomes voisins sont socialisés, tandis qu'avec une liaison métallique, tous les atomes participent à la socialisation de ces électrons. C'est pourquoi les cristaux avec une liaison covalente sont fragiles, et les cristaux avec une liaison métallique sont généralement ductiles, électriquement conducteurs et ont un éclat métallique.

La liaison métallique est caractéristique à la fois pour les métaux purs et pour les mélanges de divers métaux - alliages à l'état solide et liquide.

Liaison hydrogène

La liaison chimique entre les atomes d'hydrogène polarisés positivement d'une molécule (ou d'une partie de celle-ci) et les atomes polarisés négativement d'éléments fortement électronégatifs ayant des paires d'électrons solitaires ($ F, O, N $ et moins souvent $ S $ et $ Cl $), une autre molécule (ou son parties) sont appelés hydrogène.

Le mécanisme de formation de la liaison hydrogène est partiellement électrostatique et partiellement donneur-accepteur.

Exemples de liaisons hydrogène intermoléculaires:

En présence d'une telle liaison, même les substances de faible poids moléculaire peuvent, dans des conditions normales, être des liquides (alcool, eau) ou des gaz facilement liquéfiés (ammoniac, fluorure d'hydrogène).

Les substances avec des liaisons hydrogène ont des réseaux cristallins moléculaires.

Substances de structure moléculaire et non moléculaire. Type de réseau cristallin. La dépendance des propriétés des substances sur leur composition et leur structure

Structure moléculaire et non moléculaire des substances

Ce ne sont pas des atomes ou des molécules individuels qui entrent dans des interactions chimiques, mais des substances. Une substance dans des conditions données peut être dans l'un des trois états d'agrégation: solide, liquide ou gazeux. Les propriétés d'une substance dépendent également de la nature de la liaison chimique entre ses particules constitutives - molécules, atomes ou ions. Par le type de liaison, les substances de structure moléculaire et non moléculaire sont distinguées.

Les substances constituées de molécules sont appelées substances moléculaires... Les liaisons entre les molécules de ces substances sont très faibles, beaucoup plus faibles qu'entre les atomes à l'intérieur de la molécule, et même à des températures relativement basses, elles se rompent - la substance se transforme en liquide, puis en gaz (sublimation de l'iode). Les points de fusion et d'ébullition des substances composées de molécules augmentent avec l'augmentation du poids moléculaire.

Les substances moléculaires comprennent des substances à structure atomique ($ C, Si, Li, Na, K, Cu, Fe, W $), parmi lesquelles des métaux et des non-métaux.

Considérez les propriétés physiques des métaux alcalins. La force de liaison relativement faible entre les atomes entraîne une faible résistance mécanique: les métaux alcalins sont mous, faciles à couper avec un couteau.

Les grandes tailles d'atomes conduisent à une faible densité de métaux alcalins: le lithium, le sodium et le potassium sont encore plus légers que l'eau. Dans le groupe des métaux alcalins, les points d'ébullition et de fusion diminuent avec une augmentation du nombre ordinal de l'élément, car la taille des atomes augmente et les liaisons s'affaiblissent.

Aux substances non moléculaire les structures comprennent des composés ioniques. La plupart des composés métalliques avec des non-métaux ont cette structure: tous les sels ($ NaCl, K_2SO_4 $), certains hydrures ($ LiH $) et oxydes ($ CaO, MgO, FeO $), les bases ($ NaOH, KOH $). Les substances ioniques (non moléculaires) ont des points de fusion et d'ébullition élevés.

Treillis de cristal

Une substance, comme vous le savez, peut exister sous trois états d'agrégation: gazeux, liquide et solide.

Solides: amorphes et cristallins.

Considérez comment les caractéristiques des liaisons chimiques affectent les propriétés des solides. Les solides sont divisés en cristallineet amorphe.

Les substances amorphes n'ont pas un point de fusion clair - lorsqu'elles sont chauffées, elles se ramollissent progressivement et se transforment en un état fluide. A l'état amorphe, par exemple, il y a de la pâte à modeler et diverses résines.

Les substances cristallines sont caractérisées par la disposition correcte des particules dont elles sont composées: atomes, molécules et ions - en des points strictement définis dans l'espace. Lorsque ces points sont connectés avec des lignes droites, un cadre spatial est formé, appelé réseau cristallin. Les points où se trouvent les particules cristallines sont appelés points de réseau.

En fonction du type de particules situées aux nœuds du réseau cristallin et de la nature de la liaison entre elles, quatre types de réseaux cristallins sont distingués: ionique, atomique, moléculaire et métal.

Réseaux cristallins ioniques.

Ionique appelés réseaux cristallins, aux nœuds desquels se trouvent des ions. Ils sont formés de substances à liaison ionique, qui peuvent être associées à la fois aux ions simples $ Na ^ (+), Cl ^ (-) $ et aux ions complexes $ SO_4 ^ (2−), OH ^ - $. Par conséquent, les sels, certains oxydes et hydroxydes de métaux ont des réseaux cristallins ioniques. Par exemple, un cristal de chlorure de sodium est composé d'une alternance d'ions positifs $ Na ^ + $ et négatifs $ Cl ^ - $, formant un réseau en forme de cube. Les liaisons entre les ions dans un tel cristal sont très stables. Par conséquent, les substances à réseau ionique se distinguent par une dureté et une résistance relativement élevées, elles sont réfractaires et non volatiles.

Réseaux cristallins atomiques.

Atomique sont appelés réseaux cristallins, aux nœuds desquels se trouvent des atomes individuels. Dans de tels réseaux, les atomes sont liés entre eux par des liaisons covalentes très fortes. Un exemple de substances avec ce type de réseau cristallin est le diamant - l'une des modifications allotropiques du carbone.

La plupart des substances avec un réseau cristallin atomique ont des points de fusion très élevés (par exemple, pour le diamant, il est supérieur à 3500 $ C $), elles sont solides et solides, pratiquement insolubles.

Réseaux cristallins moléculaires.

Moléculaire sont appelés réseaux cristallins, aux nœuds desquels se trouvent les molécules. Les liaisons chimiques dans ces molécules peuvent être à la fois polaires ($ HCl, H_2O $) et non polaires ($ N_2, O_2 $). Malgré le fait que les atomes à l'intérieur des molécules soient liés par des liaisons covalentes très fortes, de faibles forces d'attraction intermoléculaire agissent entre les molécules elles-mêmes. Par conséquent, les substances avec des réseaux cristallins moléculaires ont une faible dureté, des points de fusion bas et sont volatiles. La plupart des composés organiques solides ont des réseaux cristallins moléculaires (naphtalène, glucose, sucre).

Réseaux cristallins métalliques.

Les substances avec une liaison métallique ont des réseaux cristallins métalliques. Aux sites de ces réseaux, il y a des atomes et des ions (soit des atomes, soit des ions, dans lesquels les atomes de métal sont facilement transformés, donnant leurs électrons externes "pour un usage général"). Cette structure interne des métaux détermine leurs propriétés physiques caractéristiques: ductilité, plasticité, conductivité électrique et thermique, éclat métallique caractéristique.

La doctrine atomique-moléculaire a été développée et appliquée pour la première fois en chimie par le grand scientifique russe M.V. Lomonosov. Les principales dispositions de cette doctrine sont énoncées dans l'ouvrage «Éléments de chimie mathématique» (1741) et un certain nombre d'autres. L'essence des enseignements de Lomonosov peut être résumée comme suit.

1. Toutes les substances sont constituées de "corpuscules" (comme Lomonosov appelait des molécules).

2. Les molécules sont constituées d '«éléments» (comme Lomonosov appelait des atomes).

3. Les particules - molécules et atomes - sont en mouvement continu. L'état thermique des corps est le résultat du mouvement de leurs particules.

4. Les molécules de substances simples sont constituées d'atomes identiques, molécules de substances complexes - d'atomes différents.

67 ans après Lomonosov, la doctrine atomique en chimie a été appliquée par le scientifique anglais John Dalton. Il a décrit les principales dispositions de l'atomisme dans le livre "Un nouveau système de philosophie chimique" (1808). Fondamentalement, la doctrine de Dalton reprend les enseignements de Lomonosov. Cependant, Dalton a nié l'existence de molécules dans des substances simples, ce qui est un pas en arrière par rapport aux enseignements de Lomonosov. Selon Dalton, les substances simples sont constituées uniquement d'atomes et uniquement de substances complexes - des «atomes complexes» (au sens moderne - des molécules). La doctrine atomique-moléculaire en chimie n'a finalement été établie qu'au milieu du 19e siècle. Au congrès international des chimistes de Karlsruhe en 1860, les définitions des concepts de molécule et d'atome ont été adoptées.

Une molécule est la plus petite particule d'une substance donnée qui a ses propriétés chimiques. Les propriétés chimiques d'une molécule sont déterminées par sa composition et sa structure chimique.

Un atome est la plus petite particule d'un élément chimique qui fait partie des molécules de substances simples et complexes. Les propriétés chimiques d'un élément sont déterminées par la structure de son atome. D'où la définition de l'atome, correspondant aux concepts modernes:

Un atome est une particule électriquement neutre constituée d'un noyau atomique chargé positivement et d'électrons chargés négativement.

Selon les concepts modernes, les molécules sont composées de substances à l'état gazeux et vapeur. À l'état solide, seules les substances dont le réseau cristallin a une structure moléculaire sont constituées de molécules. La majorité des substances inorganiques solides n'ont pas de structure moléculaire: leur réseau n'est pas constitué de molécules, mais d'autres particules (ions, atomes); ils existent sous forme de macro-corps (cristal de chlorure de sodium, morceau de cuivre, etc.). Les sels, oxydes métalliques, diamant, silicium, métaux n'ont pas de structure moléculaire.

Éléments chimiques

La doctrine atomique-moléculaire a permis d'expliquer les concepts de base et les lois de la chimie. Du point de vue de l'enseignement atomique-moléculaire, chaque type d'atome est appelé un élément chimique. La caractéristique la plus importante d'un atome est la charge positive de son noyau, qui est numériquement égale au nombre ordinal de l'élément. La valeur de la charge nucléaire sert de trait distinctif pour différents types d'atomes, ce qui permet une définition plus complète du concept d'élément:

Élément chimiqueEst un certain type d'atomes avec la même charge nucléaire positive.

Il y a 107 éléments connus. Actuellement, les travaux se poursuivent sur la production artificielle d'éléments chimiques avec des nombres ordinaux plus élevés.

Tous les éléments sont généralement divisés en métaux et non-métaux. Cependant, cette division est arbitraire. Une caractéristique importante des éléments est leur abondance dans la croûte terrestre, c.-à-d. dans la coquille dure supérieure de la Terre, dont l'épaisseur est supposée être classiquement égale à 16 km. La distribution des éléments dans la croûte terrestre est étudiée par la géochimie - la science de la chimie de la Terre. Le géochimiste A.P. Vinogradov a compilé un tableau de la composition chimique moyenne de la croûte terrestre. Selon ces données, l'élément le plus courant est l'oxygène - 47,2% de la masse de la croûte terrestre, suivi du silicium - 27,6, de l'aluminium - 8,80, du fer - 5,10, du calcium - 3,6, du sodium - 2,64, du potassium - 2,6, magnésium - 2,10, hydrogène - 0,15%.

Une molécule dans laquelle les centres de gravité des sites chargés positivement et négativement ne coïncident pas est appelée un dipôle. Donnons une définition au concept de "dipôle".

Un dipôle est un ensemble de deux charges électriques différentes de même magnitude situées à une certaine distance l'une de l'autre.

La molécule d'hydrogène Н 2 n'est pas un dipôle (Fig.50 et), et la molécule de chlorure d'hydrogène est un dipôle (Fig.50 b). La molécule d'eau est également un dipôle. Les paires d'électrons dans H 2 O sont déplacées dans une plus grande mesure des atomes d'hydrogène vers l'oxygène.

Le centre de gravité de la charge négative est situé près de l'atome d'oxygène et le centre de gravité de la charge positive est près des atomes d'hydrogène.

Dans une substance cristalline, les atomes, les ions ou les molécules sont dans un ordre strict.

L'endroit où se trouve une telle particule s'appelle un nœud du réseau cristallin. La position des atomes, des ions ou des molécules aux sites du réseau cristallin est illustrée à la Fig. 51.

en g
Figure: 51. Modèles de réseaux cristallins (un plan d'un cristal en vrac est illustré): et) covalente ou atomique (diamant C, silicium Si, quartz SiO 2); b) ionique (NaCl); dans) moléculaire (glace, I 2); r) métallique (Li, Fe). Dans le modèle de réseau métallique, les points indiquent les électrons

Par le type de liaison chimique entre les particules, les réseaux cristallins sont divisés en covalents (atomiques), ioniques et métalliques. Il existe un autre type de réseau cristallin - moléculaire. Dans un tel réseau, les molécules individuelles sont retenues par forces d'attraction intermoléculaire.

Cristaux ioniques (fig.51 b) contiennent des ions chargés positivement et négativement aux sites du réseau cristallin. Le réseau cristallin est construit de telle manière que les forces d'attraction électrostatique d'ions de charge opposée et les forces de répulsion d'ions chargés similaires sont équilibrées. De tels réseaux cristallins sont caractéristiques de composés tels que LiF, NaCl et bien d'autres.

Cristaux moléculaires (fig.51 dans) contiennent des molécules-dipôles dans les nœuds du cristal, qui sont maintenus les uns par rapport aux autres par les forces d'attraction électrostatique comme des ions dans un réseau cristallin ionique. Par exemple, la glace est un réseau cristallin moléculaire formé de dipôles d'eau. En figue. 51 dans Les symboles  ne sont pas affichés pour les charges, afin de ne pas surcharger le dessin.

Métal cristal (fig.51 r) contient des ions chargés positivement aux sites du réseau cristallin. Certains des électrons extérieurs se déplacent librement entre les ions. " Gaz électronique"détient des ions chargés positivement dans les nœuds du réseau cristallin. Lorsqu'il est frappé, le métal ne pique pas comme la glace, le quartz ou un cristal de sel, mais change seulement sa forme. Les électrons, en raison de leur mobilité, ont le temps de se déplacer au moment de l'impact et de maintenir les ions dans une nouvelle position. C'est pourquoi les métaux forgent et plastique, pliez sans destruction.

Figure: 52. La structure de l'oxyde de silicium: et) cristallin; b) amorphe. Les points noirs indiquent les atomes de silicium, les cercles clairs indiquent les atomes d'oxygène. Le plan du cristal est représenté, donc la quatrième liaison au niveau de l'atome de silicium n'est pas indiquée. La ligne en pointillés montre l'ordre à courte distance dans le désordre d'une substance amorphe.
Dans une substance amorphe, la périodicité tridimensionnelle de la structure, caractéristique de l'état cristallin, est violée (Fig. 52 b).

Liquides et gaz diffèrent des corps cristallins et amorphes par le mouvement aléatoire des atomes et
molécules. Dans les liquides, les forces d'attraction sont capables de maintenir les microparticules les unes par rapport aux autres à des distances proches proportionnelles aux distances dans un solide. Dans les gaz, l'interaction des atomes et des molécules est pratiquement absente, donc les gaz, contrairement aux liquides, occupent tout le volume qui leur est fourni. Une mole d'eau liquide à 100 0 С occupe un volume de 18,7 cm 3 et une mole de vapeur d'eau saturée occupe 30000 cm 3 à la même température.


Figure: 53. Différents types d'interaction de molécules dans les liquides et les gaz: et) dipôle - dipôle; b) dipôle - nondipôle; dans) nondipole - nondipole
Contrairement aux solides, les molécules des liquides et des gaz se déplacent librement. En raison du mouvement, ils sont orientés d'une certaine manière. Par exemple, sur la Fig. 53 un B... il est montré comment les molécules-dipôles, ainsi que les molécules non polaires interagissent avec les molécules-dipôles dans les liquides et les gaz.

Lorsque le dipôle s'approche du dipôle, les molécules tournent sous l'effet de l'attraction et de la répulsion. La partie chargée positivement d'une molécule est située près de la partie chargée négativement de l'autre. C'est ainsi que les dipôles dans l'eau liquide interagissent.

Lorsque deux molécules non polaires (non-polaires) s'approchent l'une de l'autre à des distances assez proches, elles s'influencent également mutuellement (Fig.53 dans). Les molécules sont rapprochées par des coquilles d'électrons chargées négativement qui enveloppent le noyau. Les couches électroniques sont déformées de sorte qu'il y a une apparition temporaire de centres positifs et négatifs dans les deux molécules, et ils sont mutuellement attirés l'un vers l'autre. Il suffit que les molécules se dispersent, car les dipôles temporaires redeviennent des molécules non polaires.

Un exemple est l'interaction entre les molécules d'hydrogène gazeux. (fig.53 dans).
3.2. Classification des substances inorganiques. Substances simples et complexes
Au début du XIXe siècle, le chimiste suédois Berzelius proposa de nommer des substances obtenues à partir d'organismes vivants biologique. Les substances caractéristiques de nature inanimée ont été nommées inorganiqueou minéral(dérivé de minéraux).

Toutes les substances solides, liquides et gazeuses peuvent être divisées en substances simples et complexes.

Les substances simples sont appelées substances constituées d'atomes d'un élément chimique.

Par exemple, l'hydrogène, le brome et le fer à température ambiante et pression atmosphérique sont des substances simples qui sont respectivement à l'état gazeux, liquide et solide (Fig.54 a B C).

L'hydrogène gazeux H 2 (g) et le brome liquide Br 2 (g) sont constitués de molécules diatomiques. Le fer solide Fe (t) existe sous la forme d'un cristal avec un réseau cristallin métallique.

Les substances simples sont divisées en deux groupes: les non-métaux et les métaux.

et) b) dans)

Figure: 54. Substances simples: et) gaz hydrogène. Il est plus léger que l'air, le tube est donc fermé avec un bouchon et retourné; b) brome liquide (généralement conservé dans des ampoules scellées); dans) poudre de fer

Les non-métaux sont des substances simples avec un réseau cristallin covalent (atomique) ou moléculaire à l'état solide.

A température ambiante, un réseau cristallin covalent (atomique) est caractéristique de non-métaux tels que le bore B (t), le carbone C (t), le silicium Si (t). Le réseau cristallin moléculaire contient du phosphore blanc P (t), du soufre S (t), de l'iode I 2 (t). Certains non-métaux seulement à de très basses températures passent dans un état d'agrégation liquide ou solide. Dans des conditions normales, ce sont des gaz. Ces substances comprennent, par exemple, l'hydrogène H 2 (g), l'azote N 2 (g), l'oxygène O 2 (g), le fluor F 2 (g), le chlore Cl 2 (g), l'hélium He (g), le néon Ne (d), argon Ar (g). Le brome moléculaire Br 2 (g) existe sous forme liquide à température ambiante.

Les métaux sont des substances simples avec un réseau cristallin métallique à l'état solide.

Ce sont des substances malléables et souples qui ont un éclat métallique et sont capables de conduire la chaleur et l'électricité.

Environ 80% des éléments du tableau périodique sont de simples substances métalliques. À température ambiante, les métaux sont des solides. Par exemple, Li (t), Fe (t). Seul le mercure, Hg (l) est un liquide qui se solidifie à -38,89 0 С.

Les substances complexes sont des substances constituées d'atomes de différents éléments chimiques

Les atomes d'éléments d'une substance complexe sont reliés par des relations constantes et bien définies.

Par exemple, l'eau H 2 O est une substance complexe. Sa molécule contient des atomes de deux éléments. L'eau toujours, partout sur Terre, contient 11,1% d'hydrogène et 88,9% d'oxygène en masse.

En fonction de la température et de la pression, l'eau peut être à l'état solide, liquide ou gazeux, ce qui est indiqué à droite de la formule chimique de la substance - H 2 O (g), H 2 O (g), H 2 O (t).

En pratique, nous ne traitons généralement pas de substances pures, mais de leurs mélanges.

Un mélange est une collection de composés chimiques de diverses compositions et structures

Nous représentons des substances simples et complexes, ainsi que leurs mélanges sous forme de diagramme:

Facile

Non-métaux

Les émulsions

Fondations

Les substances complexes en chimie inorganique sont classées en oxydes, bases, acides et sels.

Oxydes
Distinguer les oxydes de métaux et de non-métaux. Les oxydes métalliques sont des composés avec des liaisons ioniques. À l'état solide, ils forment des réseaux cristallins ioniques.

Oxydes non métalliques - composés à liaisons chimiques covalentes.

Les oxydes sont des substances complexes constituées d'atomes de deux éléments chimiques, dont l'un est l'oxygène, dont l'état d'oxydation est de - 2.

Vous trouverez ci-dessous les formules moléculaires et structurelles de certains oxydes de non-métaux et de métaux.
Formule moléculaire Formule développée

CO 2 - monoxyde de carbone (IV) O \u003d C \u003d O

SO 2 - oxyde de soufre (IV)

SO 3 - oxyde de soufre (VI)

SiO 2 - oxyde de silicium (IV)

Na 2 O - oxyde de sodium

CaO - oxyde de calcium

K 2 O - oxyde de potassium, Na 2 O - oxyde de sodium, Al 2 O 3 - oxyde d'aluminium. Le potassium, le sodium et l'aluminium forment un oxyde chacun.

Si un élément a plusieurs états d'oxydation, il y a plusieurs de ses oxydes. Dans ce cas, après le nom de l'oxyde, l'état d'oxydation de l'élément est indiqué en chiffres romains entre parenthèses. Par exemple, FeO est l'oxyde de fer (II), Fe203 est l'oxyde de fer (III).

Outre les noms formés selon les règles de la nomenclature internationale, les noms traditionnels russes des oxydes sont utilisés, par exemple: CO 2 monoxyde de carbone (IV) - gaz carbonique, CO monoxyde de carbone (II) - monoxyde de carbone, Oxyde de calcium CaO - chaux vive, Oxyde de silicium SiO 2 - quartz, silice, sable.

Il existe trois groupes d'oxydes qui diffèrent par leurs propriétés chimiques - basique, acideet amphotère(Vieux grec , - et lui et l'autre, double).

Oxydes basiques Ils sont formés d'éléments des principaux sous-groupes des groupes I et II du tableau périodique (l'état d'oxydation des éléments est +1 et +2), ainsi que d'éléments des sous-groupes secondaires, dont l'état d'oxydation est également +1 ou +2. Tous ces éléments sont des métaux, donc les oxydes basiques sont des oxydes métalliques, par exemple:
Li 2 O - oxyde de lithium

MgO - oxyde de magnésium

CuO - oxyde de cuivre (II)
Les bases correspondent aux oxydes principaux.

Oxydes d'acide formé de non-métaux et de métaux dont l'état d'oxydation est supérieur à +4, par exemple:
CO 2 - monoxyde de carbone (IV)

SO 2 - oxyde de soufre (IV)

SO 3 - oxyde de soufre (VI)

Р 2 О 5 - oxyde de phosphore (V)
Les oxydes acides correspondent aux acides.

Oxydes amphotères formé par des métaux dont l'état d'oxydation est +2, +3, parfois +4, par exemple:
ZnO - oxyde de zinc

Al 2 O 3 - oxyde d'aluminium
Les oxydes amphotères correspondent aux hydroxydes amphotères.

De plus, un petit groupe de soi-disant oxydes indifférents:
N 2 O - oxyde nitrique (I)

NO - oxyde nitrique (II)

CO - monoxyde de carbone (II)
Il convient de noter que l'un des oxydes les plus importants de notre planète est l'oxyde d'hydrogène, que vous connaissez sous le nom d'eau H 2 O.
Fondations
Dans la section "Oxydes", il a été mentionné que les oxydes basiques correspondent aux bases:
Oxyde de sodium Na 2 O - hydroxyde de sodium NaOH.

Oxyde de calcium CaO - hydroxyde de calcium Ca (OH) 2.

Oxyde de cuivre CuO - hydroxyde de cuivre Cu (OH) 2

Les bases sont appelées substances complexes constituées d'un atome de métal et d'un ou plusieurs groupes hydroxo –OH.

Les bases sont des solides avec un réseau cristallin ionique.

Lorsqu'ils sont dissous dans l'eau, les cristaux de bases solubles ( alcalis) sont détruits par l'action des molécules d'eau polaires et des ions se forment:

NaOH (t)  Na + (p-p) + OH - (p-p)

Un enregistrement similaire d'ions: Na + (p-p) ou OH - (p-p) signifie que les ions sont en solution.

Le nom de la fondation comprend le mot hydroxyde et le nom russe du métal dans le cas génitif. Par exemple, NaOH est l'hydroxyde de sodium, Ca (OH) 2 est l'hydroxyde de calcium.

Si le métal forme plusieurs bases, le nom indique l'état d'oxydation du métal en chiffres romains entre parenthèses. Par exemple: Fe (OH) 2 - hydroxyde de fer (II), Fe (OH) 3 - hydroxyde de fer (III).

De plus, il existe des noms traditionnels pour certaines raisons:

NaOH - soude caustique, caustique un soda

KOH - potassium caustique

Ca (OH) 2 - chaux éteinte, eau de chaux

R
Les bases hydrosolubles sont appelées alcalis

Azlichat bases hydrosolubles et insolubles dans l'eau.

Ce sont des hydroxydes métalliques des principaux sous-groupes I et II, à l'exception des hydroxydes Be et Mg.

Les hydroxydes amphotères comprennent,
HCl (g)  H + (p-p) + Cl - (p-p)

Les substances complexes sont appelées acides, qui comprennent des atomes d'hydrogène qui peuvent être remplacés ou échangés contre des atomes métalliques et des résidus acides.

En fonction de la présence ou de l'absence d'atomes d'oxygène dans la molécule, anoxique et oxygéné acide.

Pour nommer les acides anoxiques, la lettre est ajoutée au nom russe d'un non-métal - sur- et le mot hydrogène :

HF - acide fluorhydrique

HCl - acide chlorhydrique

HBr - acide bromhydrique

HI - acide iodhydrique

H 2 S - acide sulfhydrique
Les noms traditionnels de certains acides:

HCl - acide hydrochlorique; HF - acide hydrofluorique

Pour nommer les acides contenant de l'oxygène, des terminaisons sont ajoutées à la racine du nom russe pour un non-métal - naya,

-Nouveausi le non-métal est dans l'état d'oxydation le plus élevé. L'état d'oxydation le plus élevé coïncide avec le numéro du groupe dans lequel se trouve l'élément non métallique:
H 2 SO 4 - gris nayaacide

HNO 3 - azote naya acide

HClO 4 - chlore naya acide

HMnO 4 - manganèse nouveau acide
Si un élément forme des acides dans deux états d'oxydation, alors pour le nom de l'acide correspondant à l'état d'oxydation inférieur de l'élément, la terminaison - vrai:
H 2 SO 3 - soufre vrai acide

HNO 2 - azote vrai acide
Le nombre d'atomes d'hydrogène dans la molécule est distingué monobasique(HCl, HNO 3), dibasique (H 2 SO 4), tribasique acide (H 3 PO 4).

De nombreux acides oxygénés sont formés par la réaction des oxydes acides correspondants avec de l'eau. L'oxyde correspondant à un acide donné s'appelle son anhydride:

Anhydride sulfureux SO 2 - acide sulfureux H 2 SO 3

Anhydride sulfurique SO 3 - acide sulfurique H 2 SO 4

Anhydride nitreux N 2 O 3 - acide nitreux HNO 2

Anhydride nitrique N 2 O 5 - acide nitrique HNO 3

Anhydride phosphorique P 2 O 5 - acide phosphorique H 3 PO 4
Notez que les états d'oxydation de l'élément dans l'oxyde et de l'acide correspondant sont les mêmes.

Si un élément dans le même état d'oxydation forme plusieurs acides contenant de l'oxygène, le préfixe est ajouté au nom de l'acide avec une teneur en oxygène inférieure. méta", avec une teneur élevée en oxygène - préfixe" ortho". Par exemple:

HPO 3 - acide métaphosphorique

H 3 PO 4 - acide orthophosphorique, souvent appelé simplement acide phosphorique

H 2 SiO 3 - acide métasilicique, généralement appelé acide silicique

H 4 SiO 4 - acide orthosilicique.

Les acides siliciques ne sont pas formés par l'interaction du SiO 2 avec l'eau, ils sont obtenus d'une autre manière.
DE
Les sels sont des substances complexes composées d'atomes métalliques et de résidus acides.
Oli
NaNO 3 - nitrate de sodium

CuSO 4 - sulfate de cuivre (II)

CaCO 3 - carbonate de calcium

Lorsqu'ils sont dissous dans l'eau, les cristaux de sel sont détruits, des ions se forment:

NaNO 3 (t)  Na + (p-p) + NO 3 - (p-p).
Les sels peuvent être considérés comme des produits du remplacement complet ou partiel des atomes d'hydrogène dans une molécule d'acide par des atomes métalliques ou comme des produits du remplacement complet ou partiel des groupes hydroxo de la base par des résidus acides.

Avec le remplacement complet des atomes d'hydrogène, sels moyens:Na 2 SO 4, MgCl 2. ... Avec remplacement partiel, sels acides (hydrosels) NaHSO 4 et sels basiques (hydroxosels) MgOHCl.

Selon les règles de la nomenclature internationale, les noms des sels sont formés à partir du nom du résidu acide dans le cas nominatif et du nom russe du métal dans le cas génitif (tableau 12):

NaNO 3 - nitrate de sodium

CuSO 4 - sulfate de cuivre (II)

CaCO 3 - carbonate de calcium

Ca 3 (PO 4) 2 - orthophosphate de calcium

Na 2 SiO 3 - silicate de sodium

Le nom du résidu acide est dérivé de la racine du nom latin de l'élément acidifiant (par exemple, azoteium - azote, racine de nitr-) et des terminaisons:

-à pour l'état d'oxydation le plus élevé, -il pour un état d'oxydation inférieur de l'élément acidifiant (tableau 12).

Tableau 12

Noms d'acide et de sel

NaHSO 4 - hydrogénosulfate de sodium

NaHS - hydrosulfure de sodium
Les noms des sels basiques sont formés en ajoutant le préfixe " hydroxo": MgOHCl - hydrochlorure de magnésium.

De plus, de nombreux sels portent des noms traditionnels tels que:
Na 2 CO 3 - un soda;

NaHCO 3 - bicarbonate de soude (à boire);

CaCO 3 - craie, marbre, calcaire.

Structure moléculaire et non moléculaire des substances. Structure de la matière

Ce ne sont pas des atomes ou des molécules individuels qui entrent dans des interactions chimiques, mais des substances. Par le type de connexion, les substances se distinguent moléculaireet structure non moléculaire... Les substances constituées de molécules sont appelées substances moléculaires... Les liaisons entre les molécules de ces substances sont très faibles, beaucoup plus faibles qu'entre les atomes à l'intérieur de la molécule, et même à des températures relativement basses, elles se rompent - la substance se transforme en liquide, puis en gaz (sublimation de l'iode). Les points de fusion et d'ébullition des substances composées de molécules augmentent avec l'augmentation du poids moléculaire. À substances moléculaires comprennent des substances à structure atomique (C, Si, Li, Na, K, Cu, Fe, W), parmi lesquelles il y a des métaux et des non-métaux. Aux substances structure non moléculaire comprennent les composés ioniques. La plupart des composés métalliques avec des non-métaux ont une telle structure: tous les sels (NaCl, K 2 SO 4), certains hydrures (LiH) et oxydes (CaO, MgO, FeO), les bases (NaOH, KOH). Substances ioniques (non moléculaires) ont des points de fusion et d'ébullition élevés.

Solides: amorphes et cristallins

Les solides sont divisés en cristallin et amorphe.

Substances amorphes n'ont pas un point de fusion clair - lorsqu'ils sont chauffés, ils se ramollissent progressivement et se transforment en un état fluide. Dans un état amorphe, par exemple, il existe de la pâte à modeler et diverses résines.

Substances cristallinescaractérisés par la disposition correcte des particules dont ils sont composés: atomes, molécules et ions - en des points strictement définis dans l'espace. Lorsque ces points sont connectés avec des lignes droites, un cadre spatial est formé, appelé réseau cristallin. Les points où se trouvent les particules cristallines sont appelés points de réseau. Selon le type de particules situées aux sites du réseau cristallin et la nature de la liaison entre elles, quatre types de réseaux cristallins sont distingués: ionique, atomique, moléculaire et métallique.

Les réseaux cristallins sont appelés ioniques., aux nœuds desquels se trouvent des ions. Ils sont formés par des substances à liaison ionique, qui peuvent être associées à la fois aux ions simples Na +, Cl - et au complexe SO 4 2-, OH -. Par conséquent, les sels, certains oxydes et hydroxydes de métaux ont des réseaux cristallins ioniques. Par exemple, un cristal de chlorure de sodium est constitué d'une alternance d'ions Na + et Cl - négatifs, formant un réseau en forme de cube. Les liaisons entre les ions dans un tel cristal sont très stables. Par conséquent, les substances à réseau ionique se distinguent par une dureté et une résistance relativement élevées, elles sont réfractaires et non volatiles.

Réseau cristallin - a) et réseau amorphe - b).

Réseaux cristallins atomiques

Atomique sont appelés réseaux cristallins, aux nœuds desquels se trouvent des atomes individuels. Dans de tels réseaux, les atomes sont connectés les uns aux autres liaisons covalentes très fortes... Un exemple de substances avec ce type de réseau cristallin est le diamant - l'une des modifications allotropiques du carbone. La plupart des substances avec un réseau cristallin atomique ont des points de fusion très élevés (par exemple, dans le diamant, il est supérieur à 3500 ° C), elles sont fortes et solides, pratiquement insolubles.

Réseau cristallin moléculaire

Moléculairesont appelés réseaux cristallins, aux nœuds desquels se trouvent les molécules. Les liaisons chimiques dans ces molécules peuvent être à la fois polaires (HCl, H 2 O) et non polaires (N 2, O 2). Malgré le fait que les atomes à l'intérieur des molécules sont liés par des liaisons covalentes très fortes, de faibles forces d'attraction intermoléculaire agissent entre les molécules elles-mêmes... Par conséquent, les substances avec des réseaux cristallins moléculaires ont une faible dureté, des points de fusion bas et sont volatiles. La plupart des composés organiques solides ont des réseaux cristallins moléculaires (naphtalène, glucose, sucre).

Réseaux cristallins métalliques

Substances avec liaison métallique ont des réseaux cristallins métalliques. Les nœuds de ces treillis contiennent atomes et ions (soit des atomes, soit des ions, dans lesquels les atomes métalliques sont facilement transformés, donnant leurs électrons externes "pour un usage général") Cette structure interne des métaux détermine leurs propriétés physiques caractéristiques: malléabilité, ductilité, conductivité électrique et thermique, éclat métallique caractéristique.

Feuilles de triche