Хімія. Повторне видання. 9 клас. Ярошенко

§ 2. Хімічний зв’язок і будова речовини

Опанувавши матеріал параграфа, ви зможете:

• актуалізувати знання про будову речовин, види хімічного зв’язку та його утворення;
• схарактеризувати йонний і ковалентний хімічні зв’язки;
• удосконалити вміння зі складання електронних формул атомів;
• обґрунтувати залежність властивостей речовин від їхньої будови.

СУТЬ ХІМІЧНОГО ЗВ’ЯЗКУ. Наявність понад 20 млн речовин можлива тому, що атоми більшості елементів не існують поодинці, а сполучаються між собою й утворюють різні за складом речовини — прості й складні. Вони можуть бути різної будови: атомної (метали, алмаз, кварц), молекулярної (кисень, вода, йод, цукор), йонної (кальцій карбонат, кухонна сіль).

Хімічний зв’язок — це взаємодія між структурними частинками речовини, що утримує їх разом і забезпечує існування речовин із чітко визначеним складом.

Попрацюйте групами

1. Актуалізуйте знання про:

• а) будову електронних оболонок атомів хімічних елементів;
• б) правила складання електронних і графічних електронних формул атомів хімічних елементів.

2. Складіть електронні та графічні електронні формули атомів Натрію, Нітрогену, Оксигену, Фосфору.

ВИДИ ХІМІЧНОГО ЗВ’ЯЗКУ. Під час утворення хімічного зв’язку зовнішні енергетичні рівні електронних оболонок атомів (електронні шари) набувають завершеної (стійкої) електронної конфігурації з восьми електронів (для Гідрогену, Гелію, Літію, Берилію — із двох). Є різні способи завершення атомами зовнішніх енергетичних рівнів. Унаслідок цього можуть утворюватися йонний або ковалентний хімічні зв’язки.

Йонний зв’язок — це зв’язок, який виникає внаслідок притягання різнойменно заряджених йонів: катіонів й аніонів.

Пригадаймо, що позитивно заряджені йони (катіони) утворюються з атомів металічних елементів унаслідок втрати ними валентних електронів. Наприклад, Na⁺, Са²⁺. Негативно заряджені йони (аніони), утворюються внаслідок приєднання електронів атомами (групами атомів) неметалічних елементів, наприклад, Cl^-, S^2-.

Розглянемо взаємодію між натрієм і хлором, унаслідок якої утворюється йонна сполука натрій хлорид (схема 2).

2Na + Cl₂ → 2NaCl

Схема 2. Утворення йонного хімічного зв’язку

Для актуалізації знань щодо утворення ковалентного зв’язку пригадаймо поняття електронегативності.

Електронегативність — міра притягання атомом хімічного елемента електронів, задіяних в утворенні хімічного зв’язку.

Кожний наступний елемент у цьому ряді є менш електронегативним порівняно з тими, що розташовані лівіше. Що більша відстань між елементами в ряді електронегативності, то більшим буде зміщення спільної електронної пари до атома більш електронегативного елемента.

Хімічний зв’язок, утворений спільними електронними парами, називають ковалентним.

Неполярний ковалентний зв’язок існує між атомами неметалічних елементів з незначною різницею значень електронегативності, полярний — між атомами неметалічних елементів з різними значеннями електронегативності. У випадку полярного зв’язку спільна електронна пара зміщуватиметься до більш електронегативного атома, у речовинах з неполярним зв’язком зміщення електронної пари не відбувається.

Утворення ковалентного хімічного зв’язку в молекулах показано на схемі 3.

Схема 3. Утворення ковалентного хімічного зв’язку

Як бачимо, у молекулах хлору, водню, гідроген хлориду зв’язок утворено однією електронною парою, у молекулі кисню — двома. У молекулах кисню, водню та хлору зміщення спільної електронної пари не відбувається, оскільки електронегативність атомів є однаковою. Це молекули з ковалентним неполярним зв’язком між атомами. У молекулі гідроген хлориду спільна електрона пара зміщена до більш електронегативного атома Хлору, тому зв’язок у цій молекулі — ковалентний полярний.

Хімічний зв’язок між структурними частинками речовини зумовлює її будову і властивості.

• Пригадайте: об’ємне зображення порядку розташування складових частин речовини (атомів, молекул, йонів) у просторі дістало назву кристалічні ґратки.

Речовини з йонним типом хімічного зв’язку мають йонні кристалічні ґратки. Вони тверді, кристалічні, тугоплавкі. Багато йонних сполук добре розчиняються у воді.

• Наведіть власні приклади речовин з йонними кристалічними ґратками.

Речовини з ковалентним типом хімічного зв’язку складаються з молекул (деякі з атомів). Речовини з ковалентним зв’язком за звичайних умов можуть перебувати як у газоподібному (водень, азот, амоніак, метан), рідкому (вода, кислоти), так й у твердому агрегатних станах (фосфор(V) оксид, глюкоза).

Речовинам з ковалентним хімічним зв’язком властиві молекулярні (якщо речовини складаються з молекул) або ж атомні (якщо речовини складаються з атомів) кристалічні ґратки. Молекулярні ґратки речовин легко руйнуються при нагріванні, тому речовини молекулярної будови мають низькі температури плавлення та кипіння, легко переходять із твердого стану в рідкий та газоподібний.

• Наведіть власні приклади речовин молекулярної будови.

Речовини, що мають атомні кристалічні ґратки (алмаз, силіцій(ІV) оксид), — тверді й тугоплавкі. Алмаз має найвищу твердість із відомих у природі речовин.

Сторінка ерудованих

Метали у твердому стані — це також кристалічні речовини (мал. 1). Кристалічні ґратки металів утворено як нейтральними атомами, так і катіонами, на які перетворюється частина атомів через втрату валентних електронів. Ці електрони не належать якомусь конкретному атому, а вільно рухаються між атомами й катіонами.

Цей особливий вид зв’язку називають металічним. Наявністю так званих «вільних» електронів обумовлені такі загальні фізичні властивості металів, як висока електропровідність і теплопровідність, блиск, пластичність.

Мал. 1. Метали

Знаємо, розуміємо

1. Сформулюйте визначення хімічного зв’язку та його окремих видів.

2. Як утворюються катіони, а як — аніони? Зазначте спільні й відмінні ознаки цих частинок.

3. Поясніть, чому в льоду низька температура плавлення, а в натрій хлориду — висока.

Застосовуємо

8. На підставі знань про хімічний зв’язок поясніть і зобразіть (подібно до схеми 3) утворення сполук, що мають формули N₂, NH₃, КСl.

9. Спрогнозуйте вид хімічного зв’язку в сполуках, утворених атомами хімічних елементів із протонними числами: а) 11 і 1; б) 12 і 8. Складіть електронні формули утворених речовин.

10. Укажіть формулу речовини з таким самим видом хімічного зв’язку, що в NaCI і K₂S.

• A Сl₂
• Б Са
• В Na₂O
• Г Н₂S

11. Увідповідніть назви частинок та їхні електронні формули.

Частинка		Електронна формула
1	атом Натрію	А	1s22s22p4
2	атом Оксигену	Б	1s22s22p63s23p6
3	катіон Магнію	В	1s22s22p63s23p5
4	аніон Хлору	Г	1s22s22p6
		Д	1s22s22p63s1

12. Розташуйте формули сполук за ЗБІЛЬШЕННЯМ полярності хімічного зв’язку.

1. A H₂S
2. Б РН₃
3. B SiH₄
4. Г НCl

13. Стеарин (суміш органічних стеаринової та пальмітинової кислот, з якої виготовляють стеаринові свічки) легко плавиться, не розчиняється у воді. Який висновок можна зробити про кристалічну будову цих речовин?

14*. Пам’ятаючи, що хімічні реакції супроводжуються руйнуванням одних зв’язків й утворенням інших, поясніть, як змінюються хімічні зв’язки у процесі взаємодії: а) водню з хлором; б) кальцію з хлором.