Хімія. Повторне видання. 8 клас. Григорович (2025)

Розділ 4. Досліджуємо будову речовини

У ЦЬОМУ РОЗДІЛІ ВИ ДІЗНАЄТЕСЯ:

як електрони «допомагають» атомам триматися разом;
чим відрізняються зв’язки між різними атомами;
чи сполучені між собою атоми в кухонній солі;
що в кристалах є ґратки;
чим відрізняється лід від скла;
що спільного між кристалами цукру та сніжинками;
як будова речовини позначається на її властивостях.

ТЕМИ ДОВГОТРИВАЛИХ ПРОЄКТІВ

1. Визначення полярності молекул. Підготувати моделі полярних і неполярних молекул (наприклад, H2O, CO2). Пояснити, як розподіл електронів упливає на полярність молекул.

2. Дослідження різних типів хімічних зв’язків. Підготувати моделі з прикладами різних типів зв’язків. Порівняти різні типи хімічних зв’язків (ковалентний, йонний, металічний).

3. Кристалічні ґратки речовин. Створити моделі різних типів кристалічних ґраток (кубічна, тетрагональна, гексагональна тощо). Пояснити, як ці структури впливають на властивості матеріалів.

СТВОРІТЬ ЛЕПБУК НА ОДНУ З ТЕМ

• Хімічний зв’язок.

• Кристалічні ґратки речовин.

§ 29. Природа хімічного зв’язку

Електронна природа хімічного зв'язку

Поміркуйте

Як ви вважаєте, які частинки мають взаємодіяти одна з одною, щоб атоми сполучалися в молекули?

Майже чотириста років тому Роберт Бойль висунув першу гіпотезу про існування хімічного зв’язку. Він уявляв, що на поверхні атомів є «гачки» (як у реп’яхів), якими атоми сполучаються один з одним. Згодом було введено поняття про валентність як здатність атомів сполучатися з іншими атомами. Наприклад, атоми Гідрогену завжди одновалентні, тобто утворюють один хімічний зв’язок, а Оксигену — двовалентні. Ґрунтуючись на цьому, почали зображати структурні формули молекул у такий спосіб:

У цих формулах рисочками позначено хімічні зв’язки, що існують між атомами. Але як і за яких умов виникає зв’язок між атомами? Лише після відкриття електрона англійським фізиком Джозефом Томсоном 1897 року було висловлено припущення, що хімічні зв’язки мають електронну природу й утворюються зміщенням або перенесенням електронів від одного атома до іншого. Пізніше цю гіпотезу підтвердили експериментально.

Атом, як ви вже знаєте, складається з позитивно зарядженого ядра й негативно заряджених електронів. Найпростіший атом — атом Гідрогену — має лише один електрон, який перебуває на першому енергетичному рівні. Під час зближення двох атомів Гідрогену ядро одного з них притягує електрон іншого атома. Між атомами виникає взаємодія, і відстань між ними зменшується доти, поки взаємне притягання не врівноважиться відштовхуванням двох позитивних ядер. В утвореній молекулі водню електрони переважно перебувають у просторі між ядрами й начебто «склеюють» їх, не дають атомами розлетітися. Так між атомами Гідрогену виникає хімічний зв’язок (мал. 29.1).

Мал. 29.1. Для утворення хімічного зв'язку електронні оболонки атомів перекриваються, а в утвореній молекулі електрони притягують ядра двох атомів

Хімічний зв'язок — це взаємодія атомів, що зумовлює стійкість багатоатомних частинок (молекул, йонів, кристалів).

Унаслідок утворення хімічного зв’язку між атомами енергія молекули нижча за енергію окремих атомів (мал. 29.2 на с. 276), а прагнення до зменшення енергії — це діюча сила будь-яких взаємодій. Зменшення енергії молекули порівняно з енергією окремих атомів — це причина утворення хімічного зв’язку.

Мал. 29.2. Енергетична діаграма сумарної енергії двох атомів Гідрогену залежно від відстані між їхніми ядрами (1 пм = 10^-12 м)

Умови виникнення хімічного зв'язку

Поміркуйте

Зважаючи на те, що вам відомо про електронну будову атомів, сформулюйте гіпотезу: атоми яких хімічних елементів прагнуть утворити зв'язок з іншими атомами, а яких — ні.

Не всі атоми можуть взаємодіяти між собою. Трапляється так, що в разі зближення деяких атомів молекула не утворюється. Наприклад, якщо два атоми Гелію наближаються один до одного, то молекула Не₂ утворитися не може.

Умови виникнення хімічного зв’язку визначив американський хімік Джилберт Льюїс, який 1916 року запропонував електронну теорію хімічного зв’язку. Ця теорія ґрунтується на уявленні про те, що електронні оболонки атомів інертних елементів відзначаються особливою стійкістю, чим і пояснюється їхня хімічна інертність. Атоми всіх інших елементів під час сполучення прагнуть змінити електронну оболонку на таку, як в атомів найближчого інертного елемента, віддаючи або приєднуючи електрони. Лише в цьому разі утворюються стійкі молекули. Це твердження називають правилом октету Льюїса (від лат. окто — вісім), оскільки атоми всіх інертних елементів (крім Гелію) містять на зовнішньому рівні по вісім електронів.

Отже, зрозуміло, чому молекула Н₂ стійка, а молекули Не₂ не існує. Це пов’язане з тим, що атому Гідрогену до завершення зовнішнього енергетичного рівня бракує одного електрона. Під час утворення молекули Н₂ електрони двох атомів об’єднуються і електронна оболонка кожного атома стає подібною до електронної оболонки атома Гелію. А в атома Гелію зовнішній енергетичний рівень уже заповнений, тож йому не потрібні «зайві» електрони.

Джилберт Ньютон Льюїс

(1875-1946)

Засновник теорії хімічного зв'язку

Типи хімічного зв'язку

Поміркуйте

Зважаючи на те, що хімічні елементи можуть бути металічними або неметалічними, чи однакові зв'язки утворюватимуться між атомами будь-яких елементів?

У речовинах розрізняють кілька типів хімічного зв’язку. Усі вони утворюються унаслідок усуспільнення або передачі електронів. Утім між типами зв’язку існують суттєві відмінності. Залежно від виду атомів, що сполучаються, можуть утворюватися різні типи зв’язку.

У 8-му класі ви ознайомитеся з ковалентним і йонним зв’язками, а інші вивчатимете в старших класах.

Схема 2. Типи хімічного зв'язку

Дізнайтеся більше

Перша стаття з теорії хімічного зв'язку була опублікована Дж. Льюїсом 1916 року. Сьогодні це вивчають у шкільному курсі хімії, але сучасники не оцінили революційні ідеї Дж. Льюїса. Через три роки на статтю звернув увагу відомий фізик Ірвінг Ленгмюр, який доповнив теорію Дж. Льюїса про ковалентний і йонний зв'язки. Авторитет І. Ленгмюра на той час був такий великий, що йому мимоволі була приписана слава створення теорії хімічного зв'язку. Сьогодні справедливість відновлена, і засновником цієї теорії вважають Дж. Льюїса.

Робота з інформацією

357. У додаткових джерелах знайдіть інформацію про дослідження Дж. Льюїса щодо формулювання теорії хімічного зв’язку. Підготуйте ілюстровану доповідь.

358. Скільки електронів не вистачає до октету атомам Нітрогену, Хлору, Сульфуру, Карбону, Флуору, Оксигену?

Розуміння явищ природи (робота в групах)

359. До електронної оболонки атомів яких інертних елементів прагнуть атоми Літію, Оксигену, Кальцію, Алюмінію, Хлору? Атоми цих елементів будуть віддавати чи приєднувати електрони під час утворення хімічних зв’язків?

360. Визначте число електронів, які можуть віддати атоми Літію, Магнію, Калію, Алюмінію, Фосфору, Хлору.

361. На уроці хімії учні й учениці за графіком аналізували притягання хімічно незв’язаних атомів Гелію та сполучених у молекулу атомів Гідрогену та зробили певні висновки. Оцініть, чи правильно вони міркують.