NH3 adalah salah satu bahan kimia yang paling terkenal dan berguna. Ia telah menemui aplikasi yang meluas dalam industri pertanian dan seterusnya. Ia dibezakan oleh sifat kimia yang unik, berkat ia digunakan dalam pelbagai industri.

Apakah NH3

NH 3 dikenali walaupun kepada orang yang paling jahil dalam bidang kimia. Ia adalah ammonia. Ammonia (NH 3) sebaliknya dipanggil hidrogen nitrida dan, dalam keadaan biasa, gas tidak berwarna dengan ciri bau yang ketara bagi bahan ini. Perlu juga diperhatikan bahawa gas NH 3 (dipanggil ammonia) hampir dua kali lebih ringan daripada udara!

Sebagai tambahan kepada gas, ia boleh menjadi cecair pada suhu kira-kira 70 ° C atau wujud dalam bentuk larutan (larutan ammonia). Ciri khas cecair NH 3 ialah keupayaan untuk melarutkan dalam dirinya sendiri logam subkumpulan utama kumpulan I dan II jadual unsur D.I Mendeleev (iaitu, logam alkali dan alkali tanah), serta magnesium, aluminium, europium. dan ytterbium. Tidak seperti air, ammonia cecair tidak berinteraksi dengan unsur-unsur di atas, tetapi bertindak tepat sebagai pelarut. Sifat ini membolehkan logam diasingkan dalam bentuk asalnya dengan menyejat pelarut (NH 3). Dalam rajah di bawah anda boleh melihat rupa natrium yang terlarut dalam ammonia cecair.

Apakah rupa ammonia dari segi ikatan kimia?

Gambar rajah ammonia (NH 3) dan struktur ruangnya ditunjukkan dengan jelas oleh piramid segi tiga. Bahagian atas "piramid" ammonia ialah atom nitrogen (diserlahkan dengan warna biru), seperti yang boleh dilihat dalam imej di bawah.

Atom dalam bahan yang dipanggil ammonia (NH 3) dipegang bersama oleh ikatan hidrogen, sama seperti dalam molekul air. Tetapi adalah sangat penting untuk diingat bahawa ikatan dalam molekul ammonia adalah lebih lemah daripada molekul air. Ini menjelaskan mengapa takat lebur dan didih NH 3 lebih rendah jika dibandingkan dengan H 2 O.

Sifat kimia

2 kaedah yang paling biasa untuk menghasilkan bahan NH 3 dipanggil ammonia. Industri ini menggunakan proses Haber yang dipanggil, intipatinya adalah untuk mengikat nitrogen udara dan hidrogen (diperolehi daripada metana) dengan menghantar campuran gas ini pada tekanan tinggi ke atas mangkin yang dipanaskan.

Di makmal, sintesis ammonia paling kerap berdasarkan interaksi ammonium klorida pekat dengan natrium hidroksida pepejal.

Mari kita teruskan kepada pemeriksaan langsung sifat kimia NH 3.

1) NH 3 bertindak sebagai basa lemah. Itulah sebabnya persamaan berikut menerangkan interaksi dengan air:

NH 3 + H 2 O = NH4 + + OH -

2) Juga berdasarkan sifat asas NH 3 adalah keupayaannya untuk bertindak balas dengan asid dan membentuk garam ammonium yang sepadan:

NH3 + HNO 3 = NH 4 NO 3 (ammonium nitrat)

3) Sebelum ini dikatakan bahawa kumpulan logam tertentu larut dalam ammonia cecair. Walau bagaimanapun, sesetengah logam juga mampu bukan sahaja larut, tetapi membentuk sebatian dengan NH 3 yang dipanggil amida:

Na (tv) + NH3 (g) = NaNH 2 + H 2

Na (pepejal) + NH3 (l) = NaNH 2 + H 2 (tindak balas dijalankan dengan kehadiran besi sebagai mangkin)

4) Apabila NH 3 berinteraksi dengan logam Fe 3+, Cr 3+, Al 3+, Sn 4+, Sn 2+, hidroksida logam dan kation ammonium yang sepadan terbentuk:

Fe 3+ + NH 3 + H 2 O = Fe(OH) 3 + NH 4 +

5) Hasil interaksi NH 3 dengan logam Cu 2+, Ni 2+, Co 2+, Pd 2+, Pt 2+, Pt 4+ paling kerap ialah kompleks logam yang sepadan:

Cu 2+ + NH 3 + H 2 O = Cu(OH) 2 + NH 4 +

Cu(OH) 2 + NH 3 = 2 + + OH -

Pembentukan dan laluan selanjutnya NH3 dalam tubuh manusia

Telah diketahui umum bahawa asid amino adalah sebahagian daripada proses biokimia dalam tubuh manusia. Mereka adalah sumber utama NH 3, bahan yang dipanggil ammonia, hasil daripada deaminasi oksidatif mereka (paling kerap). Malangnya, ammonia adalah toksik kepada tubuh manusia; ia mudah membentuk kation ammonium yang disebutkan di atas (NH 4 +), yang terkumpul dalam sel. Selepas itu, kitaran biokimia yang paling penting menjadi perlahan, dan akibatnya, tahap ATP yang dihasilkan berkurangan.

Tidak sukar untuk meneka bahawa tubuh memerlukan mekanisme untuk mengikat dan meneutralkan NH 3 yang dikeluarkan. Rajah di bawah menunjukkan sumber dan beberapa produk ammonia dalam badan manusia.

Jadi, secara ringkas, ammonia dinetralkan melalui pembentukan bentuk pengangkutannya dalam tisu (contohnya, glutamin dan alanin), melalui perkumuhan dalam air kencing, melalui biosintesis urea, yang merupakan cara semula jadi utama untuk meneutralkan NH 3 dalam manusia. badan.

Penggunaan NH3 - bahan yang dipanggil ammonia

Pada zaman moden, ammonia cecair adalah baja nitrogen yang paling pekat dan paling murah, yang digunakan dalam pertanian untuk ammoniasi tanah kasar dan gambut. Apabila ammonia cecair ditambah ke dalam tanah, bilangan mikroorganisma meningkat, tetapi tiada akibat negatif diperhatikan, seperti, sebagai contoh, dari baja pepejal. Rajah di bawah menunjukkan salah satu pemasangan yang mungkin untuk mencairkan gas ammonia menggunakan nitrogen cecair.

Apabila ammonia cecair menyejat, ia menyerap banyak haba dari persekitaran dan menyebabkan penyejukan. Harta ini digunakan dalam unit penyejukan untuk menghasilkan ais tiruan apabila menyimpan produk makanan mudah rosak. Di samping itu, ia digunakan untuk membekukan tanah semasa pembinaan struktur bawah tanah. Larutan akueus ammonia digunakan dalam industri kimia (ia adalah pelarut bukan akueus industri), amalan makmal (contohnya, sebagai pelarut dalam pengeluaran elektrokimia produk kimia), perubatan dan kegunaan rumah.

163120 0

Setiap atom mempunyai bilangan elektron tertentu.

Apabila memasuki tindak balas kimia, atom menderma, memperoleh, atau berkongsi elektron, mencapai konfigurasi elektronik yang paling stabil. Konfigurasi dengan tenaga paling rendah (seperti dalam atom gas mulia) ternyata paling stabil. Corak ini dipanggil "peraturan oktet" (Rajah 1).

nasi. 1.

Peraturan ini terpakai kepada semua orang jenis sambungan. Sambungan elektronik antara atom membolehkan mereka membentuk struktur yang stabil, daripada kristal paling mudah kepada biomolekul kompleks yang akhirnya membentuk sistem hidup. Mereka berbeza daripada kristal dalam metabolisme berterusan mereka. Pada masa yang sama, banyak tindak balas kimia berjalan mengikut mekanisme pemindahan elektronik, yang memainkan peranan penting dalam proses tenaga dalam badan.

Ikatan kimia ialah daya yang mengikat dua atau lebih atom, ion, molekul, atau mana-mana gabungan ini..

Sifat ikatan kimia adalah universal: ia adalah daya tarikan elektrostatik antara elektron bercas negatif dan nukleus bercas positif, ditentukan oleh konfigurasi elektron kulit luar atom. Keupayaan atom untuk membentuk ikatan kimia dipanggil valency, atau keadaan pengoksidaan. Konsep elektron valens- elektron yang membentuk ikatan kimia, iaitu, terletak di orbital tenaga tertinggi. Oleh itu, kulit luar atom yang mengandungi orbital ini dipanggil cangkang valensi. Pada masa ini, tidak mencukupi untuk menunjukkan kehadiran ikatan kimia, tetapi perlu untuk menjelaskan jenisnya: ionik, kovalen, dipol-dipol, logam.

Jenis sambungan pertama ialahionik sambungan

Menurut teori valens elektronik Lewis dan Kossel, atom boleh mencapai konfigurasi elektronik yang stabil dalam dua cara: pertama, dengan kehilangan elektron, menjadi kation, kedua, memperoleh mereka, bertukar menjadi anion. Hasil daripada pemindahan elektron, disebabkan oleh daya tarikan elektrostatik antara ion dengan cas yang berlawanan tanda, ikatan kimia terbentuk, dipanggil oleh Kossel " elektrovalen"(sekarang dipanggil ionik).

Dalam kes ini, anion dan kation membentuk konfigurasi elektronik yang stabil dengan kulit elektron luar yang terisi. Ikatan ionik tipikal terbentuk daripada kumpulan kation T dan II sistem berkala dan anion unsur bukan logam kumpulan VI dan VII (masing-masing 16 dan 17 subkumpulan, chalcogens Dan halogen). Ikatan sebatian ionik adalah tidak tepu dan tidak berarah, jadi ia mengekalkan kemungkinan interaksi elektrostatik dengan ion lain. Dalam Rajah. Rajah 2 dan 3 menunjukkan contoh ikatan ion yang sepadan dengan model pemindahan elektron Kossel.

nasi. 2.

nasi. 3. Ikatan ion dalam molekul garam meja (NaCl)

Di sini adalah wajar untuk mengingati beberapa sifat yang menerangkan kelakuan bahan dalam alam semula jadi, khususnya, mempertimbangkan idea tentang asid Dan sebab.

Larutan akueus semua bahan ini adalah elektrolit. Mereka menukar warna secara berbeza penunjuk. Mekanisme tindakan penunjuk ditemui oleh F.V. Ostwald. Dia menunjukkan bahawa penunjuk adalah asid atau bes lemah, yang warnanya berbeza dalam keadaan tidak berpisah dan berpisah.

Bes boleh meneutralkan asid. Tidak semua bes larut dalam air (contohnya, beberapa sebatian organik yang tidak mengandungi kumpulan OH tidak larut, khususnya, trietilamin N(C 2 H 5) 3); basa larut dipanggil alkali.

Larutan akueus asid mengalami tindak balas ciri:

a) dengan oksida logam - dengan pembentukan garam dan air;

b) dengan logam - dengan pembentukan garam dan hidrogen;

c) dengan karbonat - dengan pembentukan garam, CO 2 dan N 2 O.

Sifat asid dan bes diterangkan oleh beberapa teori. Sesuai dengan teori S.A. Arrhenius, asid ialah bahan yang terurai untuk membentuk ion N+ , manakala asas membentuk ion DIA- . Teori ini tidak mengambil kira kewujudan bes organik yang tidak mempunyai kumpulan hidroksil.

Sesuai dengan proton Menurut teori Brønsted dan Lowry, asid ialah bahan yang mengandungi molekul atau ion yang menderma proton ( penderma proton), dan bes ialah bahan yang terdiri daripada molekul atau ion yang menerima proton ( penerima proton). Perhatikan bahawa dalam larutan akueus, ion hidrogen wujud dalam bentuk terhidrat, iaitu, dalam bentuk ion hidronium H3O+ . Teori ini menerangkan tindak balas bukan sahaja dengan air dan ion hidroksida, tetapi juga yang dijalankan tanpa ketiadaan pelarut atau dengan pelarut bukan akueus.

Contohnya, dalam tindak balas antara ammonia N.H. 3 (bes lemah) dan hidrogen klorida dalam fasa gas, ammonium klorida pepejal terbentuk, dan dalam campuran keseimbangan dua bahan sentiasa terdapat 4 zarah, dua daripadanya adalah asid, dan dua lagi adalah bes:

Campuran keseimbangan ini terdiri daripada dua pasangan konjugat asid dan bes:

1)N.H. 4+ dan N.H. 3

2) HCl Dan Cl ‑

Di sini, dalam setiap pasangan konjugat, asid dan bes berbeza dengan satu proton. Setiap asid mempunyai asas konjugat. Asid kuat mempunyai bes konjugat lemah, dan asid lemah mempunyai bes konjugat kuat.

Teori Brønsted-Lowry membantu menjelaskan peranan unik air untuk kehidupan biosfera. Air, bergantung kepada bahan yang berinteraksi dengannya, boleh menunjukkan sifat sama ada asid atau bes. Sebagai contoh, dalam tindak balas dengan larutan akueus asid asetik, air ialah bes, dan dalam tindak balas dengan larutan akueus ammonia, ia adalah asid.

1) CH 3 COOH + H2O ↔ H3O + + CH 3 COO- . Di sini, molekul asid asetik mendermakan proton kepada molekul air;

2) NH 3 + H2O ↔ NH 4 + + DIA- . Di sini, molekul ammonia menerima proton daripada molekul air.

Oleh itu, air boleh membentuk dua pasangan konjugat:

1) H2O(asid) dan DIA- (asas konjugat)

2) H 3 O+ (asid) dan H2O(asas konjugat).

Dalam kes pertama, air menderma proton, dan dalam kes kedua, ia menerimanya.

Harta ini dipanggil amphiprotonisme. Bahan yang boleh bertindak balas sebagai kedua-dua asid dan bes dipanggil amfoterik. Bahan sedemikian sering dijumpai dalam alam semula jadi. Sebagai contoh, asid amino boleh membentuk garam dengan kedua-dua asid dan bes. Oleh itu, peptida mudah membentuk sebatian koordinasi dengan ion logam yang ada.

Oleh itu, sifat ciri ikatan ionik ialah pergerakan lengkap elektron ikatan ke salah satu nukleus. Ini bermakna di antara ion-ion terdapat kawasan di mana ketumpatan elektron hampir sifar.

Jenis sambungan kedua ialahkovalen sambungan

Atom boleh membentuk konfigurasi elektronik yang stabil dengan berkongsi elektron.

Ikatan sedemikian terbentuk apabila sepasang elektron dikongsi satu demi satu daripada semua orang atom. Dalam kes ini, elektron ikatan yang dikongsi diedarkan sama rata antara atom. Contoh ikatan kovalen termasuk homonuklear diatomik molekul H 2 , N 2 , F 2. Jenis sambungan yang sama terdapat dalam alotrop O 2 dan ozon O 3 dan untuk molekul poliatomik S 8 dan juga molekul heteronuklear hidrogen klorida HCl, karbon dioksida CO 2, metana CH 4, etanol DENGAN 2 N 5 DIA, sulfur heksafluorida SF 6, asetilena DENGAN 2 N 2. Semua molekul ini berkongsi elektron yang sama, dan ikatannya tepu dan diarahkan dengan cara yang sama (Rajah 4).

Adalah penting bagi ahli biologi bahawa ikatan berganda dan rangkap tiga telah mengurangkan jejari atom kovalen berbanding dengan ikatan tunggal.

nasi. 4. Ikatan kovalen dalam molekul Cl 2.

Jenis ikatan ionik dan kovalen ialah dua kes ekstrem bagi banyak jenis ikatan kimia yang sedia ada, dan dalam praktiknya kebanyakan ikatan adalah perantaraan.

Sebatian dua unsur yang terletak di hujung bertentangan tempoh yang sama atau berbeza dalam sistem berkala kebanyakannya membentuk ikatan ionik. Apabila unsur-unsur bergerak lebih rapat dalam satu tempoh, sifat ionik sebatian mereka berkurangan, dan watak kovalen meningkat. Sebagai contoh, halida dan oksida unsur-unsur di sebelah kiri jadual berkala membentuk ikatan ion terutamanya ( NaCl, AgBr, BaSO 4, CaCO 3, KNO 3, CaO, NaOH), dan sebatian unsur yang sama di sebelah kanan jadual adalah kovalen ( H 2 O, CO 2, NH 3, NO 2, CH 4, fenol C6H5OH, glukosa C 6 H 12 O 6, etanol C 2 H 5 OH).

Ikatan kovalen pula mempunyai satu lagi pengubahsuaian.

Dalam ion poliatomik dan dalam molekul biologi kompleks, kedua-dua elektron hanya boleh datang daripada satu atom. Ia dipanggil penderma pasangan elektron. Atom yang berkongsi pasangan elektron ini dengan penderma dipanggil penerima pasangan elektron. Ikatan kovalen jenis ini dipanggil penyelarasan (penderma-penerima, ataudatif) komunikasi(Gamb. 5). Jenis ikatan ini paling penting untuk biologi dan perubatan, kerana kimia unsur-d yang paling penting untuk metabolisme sebahagian besarnya diterangkan oleh ikatan koordinasi.

Rajah. 5.

Sebagai peraturan, dalam sebatian kompleks, atom logam bertindak sebagai penerima pasangan elektron; sebaliknya, dalam ikatan ionik dan kovalen, atom logam adalah penderma elektron.

Intipati ikatan kovalen dan kepelbagaiannya - ikatan koordinasi - boleh dijelaskan dengan bantuan teori asid dan bes lain yang dicadangkan oleh GN. Lewis. Beliau agak meluaskan konsep semantik istilah "asid" dan "bes" mengikut teori Brønsted-Lowry. Teori Lewis menerangkan sifat pembentukan ion kompleks dan penyertaan bahan dalam tindak balas penggantian nukleofilik, iaitu, dalam pembentukan CS.

Menurut Lewis, asid ialah bahan yang mampu membentuk ikatan kovalen dengan menerima pasangan elektron daripada bes. Bes Lewis ialah bahan yang mempunyai pasangan elektron tunggal, yang, dengan menderma elektron, membentuk ikatan kovalen dengan asid Lewis.

Iaitu, teori Lewis memperluaskan julat tindak balas asid-bes juga kepada tindak balas di mana proton tidak mengambil bahagian sama sekali. Selain itu, proton itu sendiri, menurut teori ini, juga merupakan asid, kerana ia mampu menerima pasangan elektron.

Oleh itu, menurut teori ini, kation adalah asid Lewis dan anion adalah bes Lewis. Contohnya ialah tindak balas berikut:

Telah dinyatakan di atas bahawa pembahagian bahan kepada ionik dan kovalen adalah relatif, kerana pemindahan elektron lengkap daripada atom logam kepada atom penerima tidak berlaku dalam molekul kovalen. Dalam sebatian dengan ikatan ionik, setiap ion berada dalam medan elektrik ion-ion tanda yang bertentangan, jadi ia saling terpolarisasi, dan cangkangnya berubah bentuk.

Kebolehularan ditentukan oleh struktur elektronik, cas dan saiz ion; untuk anion ia lebih tinggi daripada untuk kation. Kebolehpolaran tertinggi di antara kation adalah untuk kation yang bercas lebih besar dan bersaiz lebih kecil, contohnya, Hg 2+, Cd 2+, Pb 2+, Al 3+, Tl 3+. Mempunyai kesan polarisasi yang kuat N+ . Oleh kerana pengaruh polarisasi ion adalah dua hala, ia mengubah sifat sebatian yang terbentuk dengan ketara.

Jenis sambungan ketiga ialahdipol-dipol sambungan

Sebagai tambahan kepada jenis komunikasi yang disenaraikan, terdapat juga dipol-dipol antara molekul interaksi, juga dipanggil van der Waals .

Kekuatan interaksi ini bergantung pada sifat molekul.

Terdapat tiga jenis interaksi: dipol kekal - dipol kekal ( dipol-dipol tarikan); dipol kekal - dipol teraruh ( induksi tarikan); dipol serta-merta - dipol teraruh ( tersebar tarikan, atau pasukan London; nasi. 6).

nasi. 6.

Hanya molekul dengan ikatan kovalen polar mempunyai momen dipol-dipol ( HCl, NH 3, SO 2, H 2 O, C 6 H 5 Cl), dan kekuatan ikatan ialah 1-2 Debaya(1D = 3.338 × 10‑30 meter coulomb - C × m).

Dalam biokimia, terdapat satu lagi jenis sambungan - hidrogen sambungan yang merupakan kes mengehadkan dipol-dipol tarikan. Ikatan ini dibentuk oleh tarikan antara atom hidrogen dan atom elektronegatif kecil, selalunya oksigen, fluorin dan nitrogen. Dengan atom besar yang mempunyai keelektronegatifan yang sama (seperti klorin dan sulfur), ikatan hidrogen jauh lebih lemah. Atom hidrogen dibezakan oleh satu ciri penting: apabila elektron ikatan ditarik, nukleusnya - proton - terdedah dan tidak lagi dilindungi oleh elektron.

Oleh itu, atom bertukar menjadi dipol besar.

Ikatan hidrogen, tidak seperti ikatan van der Waals, terbentuk bukan sahaja semasa interaksi antara molekul, tetapi juga dalam satu molekul - intramolekul ikatan hidrogen. Ikatan hidrogen memainkan peranan penting dalam biokimia, contohnya, untuk menstabilkan struktur protein dalam bentuk a-helix, atau untuk pembentukan heliks berganda DNA (Rajah 7).

Rajah.7.

Ikatan hidrogen dan van der Waals jauh lebih lemah daripada ikatan ionik, kovalen dan koordinasi. Tenaga ikatan antara molekul ditunjukkan dalam jadual. 1.

Jadual 1. Tenaga daya antara molekul

Nota: Darjah interaksi antara molekul dicerminkan oleh entalpi lebur dan penyejatan (mendidih). Sebatian ionik memerlukan lebih banyak tenaga untuk memisahkan ion daripada memisahkan molekul. Entalpi lebur sebatian ionik jauh lebih tinggi daripada sebatian molekul.

Jenis sambungan keempat ialahsambungan logam

Akhirnya, terdapat satu lagi jenis ikatan antara molekul - logam: sambungan ion positif kekisi logam dengan elektron bebas. Jenis sambungan ini tidak berlaku pada objek biologi.

Daripada tinjauan ringkas jenis ikatan, satu perincian menjadi jelas: parameter penting atom atau ion logam - penderma elektron, serta atom - penerima elektron, adalah saiz.

Tanpa pergi ke perincian, kita perhatikan bahawa jejari kovalen atom, jejari ionik logam dan jejari van der Waals bagi molekul berinteraksi meningkat apabila nombor atomnya bertambah dalam kumpulan jadual berkala. Dalam kes ini, nilai jejari ion adalah yang terkecil, dan jejari van der Waals adalah yang terbesar. Sebagai peraturan, apabila bergerak ke bawah kumpulan, jejari semua unsur meningkat, kedua-dua kovalen dan van der Waals.

Yang paling penting bagi ahli biologi dan pakar perubatan ialah penyelarasan(penderma-penerima) ikatan yang dipertimbangkan oleh kimia penyelarasan.

Bioinorganik perubatan. G.K. Barashkov

E.N.Frenkel

Tutorial kimia

Manual untuk mereka yang tidak tahu, tetapi ingin belajar dan memahami kimia

Bahagian I. Unsur kimia am
(tahap kesukaran pertama)

sambungan. Lihat dalam No 13, 18, 23/2007;
6/2008

Bab 4. Konsep ikatan kimia

Bab sebelumnya dalam manual ini membincangkan fakta bahawa jirim terdiri daripada molekul, dan molekul terdiri daripada atom. Pernahkah anda terfikir: mengapa atom-atom yang membentuk molekul tidak terbang ke arah yang berbeza?

Apakah yang memegang atom dalam molekul? Menahan mereka .

ikatan kimia Untuk memahami sifat ikatan kimia, cukup untuk mengingat semula eksperimen fizikal yang mudah..

Dua bola yang tergantung sebelah menyebelah pada tali tidak "bertindak balas" antara satu sama lain dalam apa jua cara. Tetapi jika anda memberikan satu bola cas positif dan satu lagi cas negatif, mereka akan menarik antara satu sama lain.

Bukankah ini kuasa yang menarik atom antara satu sama lain? Sesungguhnya, penyelidikan telah menunjukkan bahawa

Apabila menerangkan struktur atom, ditunjukkan bahawa semua atom, kecuali atom gas mulia, cenderung untuk mendapatkan atau melepaskan elektron. Sebabnya ialah pembentukan paras luar lapan elektron yang stabil (seperti gas mulia). Apabila menerima atau memberikan elektron, cas elektrik timbul dan, akibatnya, interaksi elektrostatik antara zarah. Ini adalah bagaimana ia timbul ikatan ionik , iaitu

ikatan antara ion.

Ion ialah zarah bercas stabil yang terbentuk akibat menerima atau kehilangan elektron.

Sebagai contoh, atom logam aktif dan bukan logam aktif mengambil bahagian dalam tindak balas:

Dalam proses ini, atom logam (natrium) melepaskan elektron:

a) Adakah zarah tersebut stabil?

b) Berapakah bilangan elektron yang tinggal dalam atom natrium?

c) Adakah zarah ini mempunyai cas?

Oleh itu, dalam proses ini zarah yang stabil telah terbentuk (8 elektron pada paras luar), yang mempunyai cas, kerana nukleus atom natrium masih mempunyai cas +11, dan elektron yang tinggal mempunyai jumlah cas -10. Oleh itu, cas ion natrium ialah +1. Rakaman ringkas proses ini kelihatan seperti ini:

Apakah yang berlaku kepada atom sulfur? Atom ini menerima elektron sehingga tahap luar selesai:

Pengiraan mudah menunjukkan bahawa zarah ini mempunyai cas:

Ion bercas bertentangan menarik antara satu sama lain, menghasilkan ikatan ionik dan "molekul ionik":

Terdapat cara lain untuk membentuk ion, yang akan dibincangkan dalam Bab 6.

Secara formal, natrium sulfida dikreditkan dengan tepat komposisi molekul ini, walaupun bahan, yang terdiri daripada ion, mempunyai kira-kira struktur berikut (Rajah 1): Oleh itu, bahan yang terdiri daripada ion tidak mengandungi molekul individu!

Dalam kes ini, kita hanya boleh bercakap tentang "molekul ionik" bersyarat. Tugasan 4.1.

Tunjukkan bagaimana pemindahan elektron berlaku apabila ikatan ionik berlaku antara atom:

a) kalsium dan klorin;

b) aluminium dan oksigen.

INGAT! Atom logam melepaskan elektron luar; atom bukan logam mengambil elektron yang hilang. Kesimpulan.

Menurut mekanisme yang diterangkan di atas, ikatan ionik terbentuk antara atom logam aktif dan bukan logam aktif. Walau bagaimanapun, penyelidikan menunjukkan bahawa pemindahan lengkap elektron dari satu atom ke atom lain tidak selalu berlaku. Selalunya, ikatan kimia terbentuk bukan dengan memberi dan menerima elektron, tetapi hasil daripada pembentukan pasangan elektron sepunya*. Sambungan ini dipanggil .

kovalen. Ikatan jenis ini terbentuk, contohnya, antara atom bukan logam. Oleh itu, diketahui bahawa molekul nitrogen terdiri daripada dua atom - N 2.

Bagaimanakah ikatan kovalen timbul antara atom-atom ini? Untuk menjawab soalan ini, adalah perlu untuk mempertimbangkan struktur atom nitrogen:

soalan. Berapakah bilangan elektron yang hilang sebelum melengkapkan tahap luar?

JAWAPAN: Tiga elektron hilang. Oleh itu, menandakan setiap elektron peringkat luar dengan titik, kita memperoleh:

soalan. Mengapakah tiga elektron diwakili oleh titik tunggal?

JAWAPAN: Intinya ialah kita ingin menunjukkan pembentukan pasangan elektron yang dikongsi. Sepasang ialah dua elektron. Pasangan sedemikian berlaku, khususnya, jika setiap atom menyediakan satu elektron untuk membentuk pasangan. Atom nitrogen kekurangan tiga elektron untuk melengkapkan tahap luar. Ini bermakna dia mesti "menyediakan" tiga elektron tunggal untuk membentuk pasangan masa hadapan (Rajah 2). Diterima

formula elektron bagi molekul nitrogen, yang menunjukkan bahawa setiap atom nitrogen kini mempunyai lapan elektron (enam daripadanya dibulatkan dalam bujur ditambah 2 elektron sendiri); tiga pasangan elektron biasa muncul di antara atom (persimpangan bulatan).

Setiap pasangan elektron sepadan dengan satu ikatan kovalen.

Berapa banyak ikatan kovalen yang terbentuk? Tiga. Kami menunjukkan setiap ikatan (setiap pasangan elektron yang dikongsi) menggunakan sengkang (strok valens):

Walau bagaimanapun, semua formula ini tidak memberikan jawapan kepada soalan: apakah yang menghubungkan atom apabila ikatan kovalen terbentuk? Formula elektronik menunjukkan bahawa sepasang elektron biasa terletak di antara atom. Lebihan cas negatif timbul di kawasan ruang ini. Dan nukleus atom, seperti yang diketahui, mempunyai cas positif. Oleh itu, nukleus kedua-dua atom tertarik kepada cas negatif biasa, yang timbul disebabkan oleh pasangan elektron biasa (lebih tepat lagi, persilangan awan elektron) (Rajah 3).
Bolehkah ikatan sedemikian timbul antara atom yang berbeza? Mungkin. Biarkan atom nitrogen berinteraksi dengan atom hidrogen:

Struktur atom hidrogen menunjukkan bahawa atom mempunyai satu elektron. Berapa banyak daripada atom ini mesti diambil supaya atom nitrogen "mendapat apa yang dikehendakinya" - tiga elektron? Jelas sekali tiga atom hidrogen

Formula grafik menunjukkan bahawa atom nitrogen mempunyai valens tiga (tiga sengkang, atau tiga sengkang valensi), dan setiap atom hidrogen mempunyai valens satu (satu sengkang).

Walaupun kedua-dua molekul N 2 dan NH 3 mengandungi atom nitrogen yang sama, ikatan kimia antara atom adalah berbeza antara satu sama lain. Dalam molekul nitrogen N2, ikatan kimia terbentuk atom yang sama , jadi pasangan elektron yang dikongsi terletak di tengah-tengah antara atom. Atom kekal neutral. .

Ikatan kimia ini dipanggil bukan kutub Dalam molekul ammonia NH 3 ikatan kimia terbentuk atom yang berbeza . Oleh itu, salah satu atom (dalam kes ini, atom nitrogen) menarik pasangan elektron sepunya dengan lebih kuat. Pasangan elektron biasa dialihkan ke arah atom nitrogen, dan cas negatif kecil muncul di atasnya, dan positif pada atom hidrogen, kutub elektrik telah timbul - ikatan

polar

(Gamb. 5).

Kebanyakan bahan yang dibina menggunakan ikatan kovalen terdiri daripada molekul individu (Rajah 6).

Daripada Rajah. Rajah 6 menunjukkan bahawa terdapat ikatan kimia antara atom, tetapi antara molekul ia tidak hadir atau tidak ketara.

Jenis ikatan kimia mempengaruhi sifat bahan dan kelakuannya dalam larutan. Jadi, semakin besar daya tarikan antara zarah, semakin sukar untuk memisahkannya antara satu sama lain dan semakin sukar untuk menukar pepejal kepada keadaan gas atau cecair. Cuba tentukan dalam rajah di bawah zarah yang mempunyai daya interaksi yang lebih besar dan ikatan kimia yang terbentuk (Rajah 7). Jika anda membaca bab tersebut dengan teliti, jawapan anda adalah seperti berikut: interaksi maksimum antara zarah berlaku dalam kes I (ikatan ionik). Oleh itu, semua bahan tersebut adalah pepejal. Interaksi paling sedikit antara zarah tidak bercas (kes III - ikatan kovalen bukan kutub). Bahan sedemikian paling kerap adalah gas.

Tugasan 4.2. Tentukan ikatan kimia yang berlaku antara atom dalam bahan: NaCl, HCl, Cl 2, AlCl 3, H 2 O. Berikan penjelasan.

Tugasan 4.3.

Buat formula elektronik dan grafik untuk bahan tersebut daripada tugasan 4.2 di mana anda menentukan kehadiran ikatan kovalen. Untuk ikatan ionik, lukis gambar rajah pemindahan elektron.

Bab 5. Penyelesaian

Tidak ada orang di Bumi yang tidak melihat penyelesaian. Apa ini? antara muka hilang.

Dalam kes ini, adalah mustahil, sekurang-kurangnya secara visual, untuk menentukan berapa banyak bahan yang membentuk campuran tertentu. Sebagai contoh, melihat air paip dalam gelas, sukar untuk membayangkan bahawa, sebagai tambahan kepada molekul air, ia mengandungi sedozen ion dan molekul yang baik (O 2, CO 2, Ca 2+, dll.). Dan tiada mikroskop akan membantu anda melihat zarah ini. Tetapi ketiadaan antara muka bukanlah satu-satunya tanda kehomogenan. Dalam campuran homogen

komposisi campuran adalah sama pada sebarang titik

. Oleh itu, untuk mendapatkan penyelesaian, anda perlu mencampurkan komponen (bahan) yang membentuknya dengan teliti.

Penyelesaian boleh mempunyai keadaan pengagregatan yang berbeza:

Larutan gas (contohnya, udara - campuran gas O 2, N 2, CO 2, Ar);

Penyelesaian cecair (contohnya, cologne, sirap, air garam); Larutan pepejal (contohnya, aloi). Salah satu bahan yang membentuk larutan dipanggil

pelarut

. Pelarut mempunyai keadaan pengagregatan yang sama dengan larutan. Jadi, untuk penyelesaian cecair ia adalah cecair: air, minyak, petrol, dll. Selalunya dalam amalan, larutan akueus digunakan. Ia akan dibincangkan dengan lebih lanjut (melainkan tempahan yang sepadan dibuat).

Apakah yang berlaku apabila pelbagai bahan larut dalam air? Mengapakah sesetengah bahan larut dengan baik dalam air, manakala yang lain larut dengan buruk? Apakah yang menentukan keterlarutan - keupayaan bahan untuk larut dalam air? Cuba kita bayangkan sekeping gula diletakkan di dalam segelas air suam. Ia terletak di sana, saiznya berkurangan dan... hilang. di mana? Adakah undang-undang pemuliharaan jirim (jisim, tenaga) benar-benar dilanggar?.

Bilakah interaksi sedemikian boleh dilakukan? Hanya dalam kes apabila struktur bahan (kedua-dua larut dan pelarut) adalah serupa. Peraturan ahli alkimia telah lama diketahui: "seperti larut dalam sejenis." Dalam contoh kami, molekul gula adalah polar dan terdapat daya interaksi tertentu di antara mereka dan molekul air kutub. Tiada daya sedemikian antara molekul lemak bukan kutub dan molekul air kutub. Oleh itu, lemak tidak larut dalam air. Oleh itu,.

keterlarutan bergantung kepada sifat zat terlarut dan pelarut Hasil daripada interaksi antara zat terlarut dan air, sebatian terbentuk - hidrat

. Ini boleh menjadi sambungan yang sangat kuat:

Sebatian sedemikian wujud sebagai bahan individu: bes, asid yang mengandungi oksigen. Secara semulajadi, semasa pembentukan sebatian ini, ikatan kimia yang kuat timbul dan haba dibebaskan. Jadi, apabila CaO (kapur cepat) dilarutkan dalam air, terlalu banyak haba yang dibebaskan sehingga campuran mendidih. Tetapi mengapa, apabila gula atau garam dibubarkan dalam air, larutan yang terhasil tidak menjadi panas? Pertama, tidak semua hidrat adalah sekuat asid sulfurik atau kalsium hidroksida. Terdapat hidrat garam

(hidrat kristal)

, yang mudah terurai apabila dipanaskan:

Kedua, semasa pembubaran, seperti yang telah disebutkan, proses penghancuran berlaku. Dan ini menggunakan tenaga dan menyerap haba. Memandangkan kedua-dua proses berlaku serentak, penyelesaian boleh memanaskan atau menyejukkan, bergantung pada proses yang mendominasi.

Tugasan 5.1.

Tentukan proses mana - penghancuran atau penghidratan - mendominasi dalam setiap kes:

a) apabila melarutkan asid sulfurik dalam air, jika larutan dipanaskan;

b) apabila ammonium nitrat dibubarkan dalam air, jika larutan telah disejukkan; c) apabila garam meja dilarutkan dalam air, jika suhu larutan kekal hampir tidak berubah. Oleh kerana suhu larutan berubah semasa pembubaran, adalah wajar untuk menganggapnya

keterlarutan bergantung pada suhu. Sesungguhnya, keterlarutan kebanyakan pepejal meningkat dengan pemanasan.. Tetapi dengan meningkatkan suhu, mengisar bahan, mengaduk penyelesaian siap, anda boleh mempercepatkan proses pembubaran. Dengan menukar syarat untuk mendapatkan penyelesaian, adalah mungkin untuk mendapatkan penyelesaian komposisi yang berbeza. Sememangnya, terdapat had, apabila mencapainya adalah mudah untuk mengetahui bahawa bahan itu tidak lagi larut dalam air. Penyelesaian ini dipanggil kaya raya . Untuk bahan yang sangat larut, larutan tepu akan mengandungi banyak bahan terlarut. Oleh itu, larutan tepu KNO 3 pada 100 °C mengandungi 245 g garam setiap 100 g air (dalam 345 g larutan), ini tertumpu penyelesaian. Larutan tepu bagi bahan yang kurang larut mengandungi jisim sebatian terlarut yang boleh diabaikan. Oleh itu, larutan tepu perak klorida mengandungi 0.15 mg AgCl dalam 100 g air. Ini sangat

dicairkan

penyelesaian.

Oleh itu, jika larutan mengandungi banyak zat terlarut berbanding pelarut, ia dipanggil pekat, jika terdapat sedikit bahan, ia dipanggil cair. Selalunya, sifatnya, dan oleh itu penggunaannya, bergantung pada komposisi penyelesaian. Oleh itu, larutan asid asetik (cuka meja) yang dicairkan digunakan sebagai perasa, dan larutan pekat asid ini (pati asetik apabila diambil secara lisan) boleh menyebabkan luka bakar yang membawa maut. :

Untuk mencerminkan komposisi kuantitatif penyelesaian, nilai dipanggil pecahan jisim zat terlarut di mana pecahan jisim zat terlarut m

(v-va) – jisim zat terlarut dalam larutan;

(larutan) – jumlah jisim larutan yang mengandungi zat terlarut dan pelarut. Jadi, jika 100 g cuka mengandungi 6 g asid asetik, maka kita bercakap tentang larutan 6% asid asetik (ini adalah cuka meja). Kaedah untuk menyelesaikan masalah menggunakan konsep pecahan jisim terlarut akan dibincangkan dalam Bab 8.

Kesimpulan untuk Bab 5.

Larutan adalah campuran homogen yang terdiri daripada sekurang-kurangnya dua bahan, satu daripadanya dipanggil pelarut, yang satu lagi adalah zat terlarut. Apabila dibubarkan, bahan ini berinteraksi dengan pelarut, yang menyebabkan bahan terlarut dihancurkan. Komposisi larutan dinyatakan dengan menggunakan pecahan jisim zat terlarut dalam larutan.

* Pasangan elektron ini berlaku di persimpangan awan elektron.

Akan diteruskan DEFINISI

Ammonia

- hidrogen nitrida.

Ammonia (NH 3) ialah gas tidak berwarna dengan bau pedas (bau "ammonia"), lebih ringan daripada udara, sangat larut dalam air (satu isipadu air akan melarutkan sehingga 700 isipadu ammonia). Larutan ammonia pekat mengandungi 25% (jisim) ammonia dan mempunyai ketumpatan 0.91 g/cm 3 .

Ikatan antara atom dalam molekul ammonia adalah kovalen. Pandangan umum molekul AB 3. Semua orbital valens atom nitrogen memasuki hibridisasi, oleh itu, jenis hibridisasi molekul ammonia ialah sp 3. Ammonia mempunyai struktur geometri jenis AB 3 E - piramid trigonal (Rajah 1).

nasi. 1. Struktur molekul ammonia.

Sifat kimia ammonia

Secara kimia, ammonia agak aktif: ia bertindak balas dengan banyak bahan. Tahap pengoksidaan nitrogen dalam ammonia "-3" adalah minimum, jadi ammonia hanya mempamerkan sifat pengurangan.

Apabila ammonia dipanaskan dengan halogen, oksida logam berat dan oksigen, nitrogen terbentuk:

2NH 3 + 3Br 2 = N 2 + 6HBr

2NH 3 + 3CuO = 3Cu + N 2 + 3H 2 O

4NH 3 +3O 2 = 2N 2 + 6H 2 O

Dengan adanya mangkin, ammonia boleh dioksidakan kepada nitrogen oksida (II):

4NH 3 + 5O 2 = 4NO + 6H 2 O (mangkin - platinum)

Tidak seperti sebatian hidrogen bukan logam kumpulan VI dan VII, ammonia tidak menunjukkan sifat berasid. Walau bagaimanapun, atom hidrogen dalam molekulnya masih mampu digantikan oleh atom logam. Apabila hidrogen digantikan sepenuhnya oleh logam, sebatian yang dipanggil nitrida terbentuk, yang juga boleh diperolehi melalui interaksi langsung nitrogen dengan logam pada suhu tinggi.

Sifat utama ammonia adalah disebabkan oleh kehadiran sepasang elektron tunggal pada atom nitrogen. Larutan ammonia dalam air adalah beralkali:

NH 3 + H 2 O ↔ NH 4 OH ↔ NH 4 + + OH —

Apabila ammonia berinteraksi dengan asid, garam ammonium terbentuk, yang terurai apabila dipanaskan:

NH 3 + HCl = NH 4 Cl

NH 4 Cl = NH 3 + HCl (apabila dipanaskan)

Pengeluaran ammonia

Terdapat kaedah perindustrian dan makmal untuk menghasilkan ammonia. Di makmal, ammonia diperoleh dengan tindakan alkali pada larutan garam ammonium apabila dipanaskan:

NH 4 Cl + KOH = NH 3 + KCl + H 2 O

NH 4 + + OH - = NH 3 + H 2 O

Tindak balas ini adalah kualitatif untuk ion ammonium.

Penggunaan ammonia

Pengeluaran ammonia adalah salah satu proses teknologi yang paling penting di seluruh dunia. Kira-kira 100 juta tan ammonia dihasilkan setiap tahun di dunia. Ammonia dibebaskan dalam bentuk cecair atau dalam bentuk larutan akueus 25% - air ammonia. Bidang utama penggunaan ammonia ialah pengeluaran asid nitrik (penghasilan seterusnya baja mineral yang mengandungi nitrogen), garam ammonium, urea, heksamina, gentian sintetik (nilon dan nilon). Ammonia digunakan sebagai penyejuk dalam unit penyejukan industri dan sebagai agen peluntur dalam pembersihan dan pencelupan kapas, bulu dan sutera.

Contoh penyelesaian masalah

CONTOH 1

.

Anda tahu bahawa atom boleh bergabung antara satu sama lain untuk membentuk kedua-dua bahan mudah dan kompleks. Dalam kes ini, pelbagai jenis ikatan kimia terbentuk: ionik, kovalen (bukan kutub dan kutub), logam dan hidrogen. Salah satu sifat yang paling penting bagi atom unsur, yang menentukan jenis ikatan yang terbentuk di antara mereka - ionik atau kovalen - Ini ialah elektronegativiti, i.e. keupayaan atom dalam sebatian untuk menarik elektron.

Penilaian kuantitatif bersyarat bagi elektronegativiti diberikan oleh skala elektronegativiti relatif.

Dalam tempoh, terdapat kecenderungan umum untuk keelektronegatifan unsur meningkat, dan dalam kumpulan - untuk penurunannya. Unsur-unsur disusun dalam satu baris mengikut keelektronegatifan mereka, berdasarkan keelektronegatifan unsur-unsur yang terletak dalam tempoh yang berbeza boleh dibandingkan.

Jenis ikatan kimia bergantung pada berapa besar perbezaan nilai keelektronegatifan atom penghubung unsur. Semakin banyak atom unsur yang membentuk ikatan berbeza dalam keelektronegatifan, semakin polar ikatan kimia. Adalah mustahil untuk melukis sempadan yang tajam antara jenis ikatan kimia. Dalam kebanyakan sebatian, jenis ikatan kimia adalah perantaraan; contohnya, ikatan kimia kovalen yang sangat polar adalah hampir dengan ikatan ionik. Bergantung pada kes-kes yang mengehadkan, ikatan kimia lebih rapat sifatnya, ia diklasifikasikan sebagai sama ada ikatan kutub ionik atau kovalen.

Ikatan ionik terbentuk oleh interaksi atom yang berbeza secara mendadak antara satu sama lain dalam keelektronegatifan. Sebagai contoh, logam tipikal litium (Li), natrium (Na), kalium (K), kalsium (Ca), strontium (Sr), barium (Ba) membentuk ikatan ionik dengan bukan logam biasa, terutamanya halogen.

Selain halida logam alkali, ikatan ion juga terbentuk dalam sebatian seperti alkali dan garam. Contohnya, dalam natrium hidroksida (NaOH) dan natrium sulfat (Na 2 SO 4) ikatan ionik hanya wujud di antara atom natrium dan oksigen (ikatan selebihnya ialah kovalen polar).

Apabila atom dengan keelektronegatifan yang sama berinteraksi, molekul dengan ikatan nonpolar kovalen terbentuk. Sambungan sedemikian wujud dalam molekul bahan ringkas berikut: H 2, F 2, Cl 2, O 2, N 2. Ikatan kimia dalam gas ini terbentuk melalui pasangan elektron yang dikongsi, i.e. apabila awan elektron yang sepadan bertindih, disebabkan oleh interaksi elektron-nuklear, yang berlaku apabila atom mendekati satu sama lain.

Apabila mengarang formula elektronik bahan, perlu diingat bahawa setiap pasangan elektron biasa adalah imej konvensional peningkatan ketumpatan elektron hasil daripada pertindihan awan elektron yang sepadan.

Apabila atom berinteraksi, nilai keelektronegatifan yang berbeza, tetapi tidak secara mendadak, pasangan elektron biasa beralih kepada atom yang lebih elektronegatif. Ini adalah jenis ikatan kimia yang paling biasa, terdapat dalam kedua-dua sebatian bukan organik dan organik.

Ikatan kovalen juga merangkumi sepenuhnya ikatan yang dibentuk oleh mekanisme penerima penderma, contohnya dalam ion hidronium dan ammonium.

Sambungan logam.

Ikatan yang terbentuk hasil daripada interaksi elektron yang agak bebas dengan ion logam dipanggil ikatan logam. Ikatan jenis ini adalah ciri bahan mudah - logam.

Intipati proses pembentukan ikatan logam adalah seperti berikut: atom logam mudah melepaskan elektron valens dan bertukar menjadi ion bercas positif. Elektron bebas yang relatif bebas daripada atom bergerak antara ion logam positif. Ikatan logam timbul di antara mereka, iaitu Elektron, seolah-olah, menyemen ion positif kekisi kristal logam.

Ikatan hidrogen.

Ikatan yang terbentuk antara atom hidrogen satu molekul dan atom unsur elektronegatif kuat(O, N, F) molekul lain dipanggil ikatan hidrogen.

Persoalannya mungkin timbul: mengapa hidrogen membentuk ikatan kimia tertentu?

Ini dijelaskan oleh fakta bahawa jejari atom hidrogen adalah sangat kecil. Di samping itu, apabila menyesarkan atau mendermakan elektronnya sepenuhnya, hidrogen memperoleh cas positif yang agak tinggi, kerana hidrogen satu molekul berinteraksi dengan atom unsur elektronegatif yang mempunyai cas negatif separa yang masuk ke dalam komposisi molekul lain (HF). , H 2 O, NH 3) .

Mari lihat beberapa contoh. Kami biasanya mewakili komposisi air dengan formula kimia H 2 O. Walau bagaimanapun, ini tidak sepenuhnya tepat. Adalah lebih tepat untuk menyatakan komposisi air dengan formula (H 2 O)n, di mana n = 2,3,4, dll. Ini dijelaskan oleh fakta bahawa molekul air individu disambungkan antara satu sama lain melalui ikatan hidrogen .

Ikatan hidrogen biasanya dilambangkan dengan titik. Ia jauh lebih lemah daripada ikatan ionik atau kovalen, tetapi lebih kuat daripada interaksi antara molekul biasa.

Kehadiran ikatan hidrogen menerangkan peningkatan isipadu air dengan penurunan suhu. Ini disebabkan oleh fakta bahawa apabila suhu menurun, molekul menjadi lebih kuat dan oleh itu ketumpatan "pembungkusan" mereka berkurangan.

Apabila mengkaji kimia organik, persoalan berikut timbul: mengapa takat didih alkohol jauh lebih tinggi daripada hidrokarbon yang sepadan? Ini dijelaskan oleh fakta bahawa ikatan hidrogen juga terbentuk antara molekul alkohol.

Peningkatan takat didih alkohol juga berlaku disebabkan oleh pembesaran molekulnya.

Ikatan hidrogen juga merupakan ciri banyak sebatian organik lain (fenol, asid karboksilik, dll.). Daripada kursus dalam kimia organik dan biologi am, anda tahu bahawa kehadiran ikatan hidrogen menerangkan struktur sekunder protein, struktur heliks berganda DNA, iaitu fenomena pelengkap.