Хімія. Рівень стандарту. 11 клас. Попель

§ 7. Водневий зв’язок. Металічний зв’язок

Матеріал параграфа допоможе вам:

  • пригадати, як утворюється водневий зв’язок між молекулами;
  • дізнатися про існування металічного зв’язку;
  • зрозуміти вплив водневого і металічного зв’язків на властивості речовин.

Водневий зв’язок. Із цим типом хімічного зв’язку ви ознайомилися в 9 класі, вивчаючи будову молекули води та властивості цієї сполуки. У молекулі Н2О спільні електронні пари зміщені до більш електронегативного атома Оксигену. На цьому атомі виникає невеликий негативний заряд (він менший, ніж заряд електрона), а на двох атомах Гідрогену — позитивні заряди:

Молекули води орієнтуються між собою так, щоб у контакті перебували їхні атоми з протилежними зарядами.

Електростатичну взаємодію між молекулами за участю атомів Гідрогену називають водневим зв’язком.

Водневий зв’язок утворюється між молекулами, в яких атоми Гідрогену сполучені з атомами найелектронегативніших елементів — Флуору, Оксигену, Нітрогену. Його позначають трьома крапками між символами відповідних елементів. Цей зв’язок слабкий; частина водневих зв’язків між молекулами речовин, що перебувають у рідкому стані, постійно руйнується, й водночас утворюються такі самі зв’язки між іншими молекулами (мал. 9).

Мал. 9. Водневий зв’язок у воді

Зобразіть ланцюжок із трьох молекул гідроген фториду, сполучених водневим зв’язком.

Водневим зв’язком сполучаються молекули в неорганічних кислотах, спиртах, карбонових кислотах, багатьох інших гідрогеновмісних сполуках молекулярної будови. Зв’язок цього типу іноді реалізується між атомами в самій молекулі. Завдяки такому зв’язку молекули білків згортаються в глобули.

Водневий зв’язок може виникати і між молекулами різних сполук. Майже всі неорганічні кислоти, спирти і карбонові кислоти з невеликими молекулярними масами розчиняються у воді внаслідок того, що їхні молекули утворюють водневі зв’язки з молекулами води. З іншого боку, вуглеводні, естери у воді практично нерозчинні, оскільки в молекулах цих сполук ковалентні зв’язки за участю атомів Гідрогену майже неполярні.

Цікаво знати

Гідратація аніонів у водних розчинах відбувається завдяки утворенню водневого зв’язку між йоном і молекулою води: Сl-...Н—О—Н.

Речовини, в яких існує водневий зв’язок, мають значно вищі температури плавлення і кипіння (руйнування зв’язків між молекулами потребує витрати енергії), ніж речовини з близькими значеннями молекулярних мас, але відсутністю зв’язків цього типу. Наприклад, вода (Мr2О) = 18) за звичайних умов є рідиною, а метан (Мr(СН4) = 16) — газом. Якби молекули води не сполучалися водневими зв’язками, ця речовина існувала б на нашій планеті лише в газуватому стані.

Металічний зв’язок. Характерною властивістю металів є здатність проводити електричний струм. Із уроків фізики ви знаєте, що електричний струм — це спрямований рух електронів. Вам також відомо, що атоми металічних елементів, на відміну від атомів неметалічних елементів, віддають електрони й перетворюються на позитивно заряджені йони.

Атоми розміщені в металі настільки щільно, що їхні зовнішні орбіталі перекриваються. Електрони, які перебувають у цих орбіталях, відокремлюються від «своїх» атомів (атоми перетворюються на катіони) і починають хаотично рухатись у речовині. Такі електрони називають делокалізованими1, або усуспільненими. Незважаючи на появу катіонів і вільних електронів, метал навіть у дуже малому об’ємі залишається електронейтральним (мал. 10).

1 Термін походить від латинських префікса de-, який позначає відокремлення, відміну, і слова localis — місцевий.

Мал. 10. Модель будови металу

Зв’язок між катіонами в металі, здійснюваний за допомогою делокалізованих електронів, називають металічним зв’язком.

Наявність вільних електронів у металі зумовлює не лише його електропровідність, а й високу теплопровідність, особливий (металічний) блиск. Більшість металів є пластичними; їх можна кувати, витягувати з них дріт. Металічний зв’язок при цьому не руйнується. Делокалізовані електрони відіграють роль своєрідного «мастила» між катіонами.

ВИСНОВКИ

Водневий зв’язок — це електростатична взаємодія між молекулами за участю атомів Гідрогену. Він утворюється, якщо ці атоми сполучені з атомами найбільш електронегативних елементів. Водневий зв’язок існує у воді, спиртах, кислотах, деяких інших сполуках, а також у їх водних розчинах. Це досить слабкий зв’язок, але він впливає на фізичні властивості речовин.

Металічний зв’язок — зв’язок між катіонами в металі, здійснюваний за участю делокалізованих електронів. Такі електрони надають металам здатність проводити електричний струм, зумовлюють металічний блиск, високу теплопровідність, а часто — й пластичність.

  • 56. Які формули відповідають речовинам, молекули яких здатні сполучатися водневими зв’язками: СО2, NH3, SCl4, СН3OН, H2SO4, Н2, O3?
  • 57. Між атомами яких елементів можуть існувати водневі зв’язки в молекулах білків?
  • 58. Розгляньте варіанти утворення водневих зв’язків між молекулою метанової кислоти і молекулою води. Зобразіть ці зв’язки, використавши структурні формули молекул.
  • 59. Як пояснити те, що етан за звичайних умов є газом, а метанол — рідиною, хоча маса молекули вуглеводню майже така сама, що й молекули спирту?
  • 60. Електрони в металі рухаються хаотично. За якої умови рух електронів стає спрямованим і виникає електричний струм?
  • 61. Напишіть загальні формули катіонів, які можуть міститися в лужних і лужноземельних металах (мал. 10). Використайте символ металічного елемента М.
  • 62. Чому, на вашу думку, металічний зв’язок не реалізується в неметалах?
  • 63. Який неметал, що проводить електричний струм, ви знаєте?