Тест 4
Тема « Ковалентная связь»
Вариант 1
1. Валентность атома химического элемента в соединении с ковалентными связями равна а) числу электронов у этого атома б) числу общих пар электронов, образованных этим атомом в) заряду ядра этого атома г) номеру периода, в котором находится данный элемент
2. Формула молекулы углекислого газа СО 2 называется
а) молекулярной формулой б) графической формулой в) электронной формулой г) физической формулой
3. Сколько электронов недостает атому хлора до завершения внешнего электронного слоя?
а) 1 б)2 в) 3 г) 7
4. Атом углерода присоединил два атома кислорода, образовав при этом четыре общие пары электронов. Укажите валентность углерода в этом соединении.
а) I б) II в) III г) IV
5. Химическая связь в молекуле брома Br 2
а) ионная б) металлическая
в) ковалентная неполярная г) ковалентная полярная
6.В периоде от щелочного металла к галогену электроотрицательность атома, как правило,
а) не меняется
в) уменьшается
г) увеличивается
а) бериллий б) натрий
в) магний г) литий
8.В ряду элементов электроотрицательность элементов меняется (увеличивается или уменьшается) так же, как и
а) их металлические свойства
б) радиусы их атомов
в) их неметаллические свойства
г) число электронов на внешнем уровне атомов
9. Какой частичный заряд имеют атомы азота и кислорода соответственно в молекуле NO ?
а) N 2 б) NH 3 в) H 2 г) Cl 2
Вариант 2
1. Ковалентная связь – это химическая связь, обусловленная а) образованием общих пар электронов
б) образованием неподеленных пар электронов
в) притяжением ионов противоположных зарядов
г)) взаимодействием между ионами металла и свободными электронами
2. Какая формула молекулы сероводорода является его электронной формулой?
а) H 2 S б) H – S – H
в) H : : S : : H г) H : S : H
3. Сколько электронов недостает атому фосфора до завершения внешнего электронного слоя?
а) 5 б) 2 в) 3 г) 4
4. Атом серы присоединил три атома кислорода, образовав при этом шесть общих пар электронов. Укажите валентность серы в этом соединении.
а) II б) VI в) IV г) III
5. Формула вещества с ковалентной неполярной связью
а) SO 2 б) Br 2 в) H 2 O г) NaCl
6. В группе, в главной подгруппе, сверху вниз электроотрицательность атома, как правило,
а) не меняется
б) сначала увеличивается, потом уменьшается
в) уменьшается
г) увеличивается
7. Среди перечисленных элементов выберите наименее электроотрицательный элемент
а) фтор б) кислород
в) сера г) хлор
8.Какой частичный заряд имеют атомы бора и фтора соответственно в молекуле
а) положительный и отрицательный
б) отрицательный и отрицательный
в) положительный и положительный
г) отрицательный и положительный
9. Выберите молекулу, содержащую полярную ковалентную связь
а) NH 3 б) HCl в) F 2 г) SO 3
10. Химическая связь в молекуле аммиака NH 3
а) ионная
б) металлическая
в) ковалентная неполярная
г) ковалентная полярная
Вариант 3 1. Как правило, ковалентная связь образуется между:
а) атомами типичного металла и атомами типичного неметалла
б) атомами металлов
в) атомами типичного металла и атомами инертного газа
г) атомами неметаллов
2. Формула молекулы хлора Cl : Cl называется
а) молекулярной формулой
б) графической формулой
в) электронной формулой
г) физической формулой
3. Сколько электронов недостает атому кислорода до завершения внешнего электронного слоя?
а) 1 б) 2 в) 3 г) 6
4. Число ковалентных связей, образованных атомом химического элемента, равно
а) числу общих пар электронов, образованных этим атомом
в) числу спаренных электронов на внешнем уровне атома
г) числу других атомов, присоединенных данным атомом
5. В группе, в главной подгруппе, сверху вниз радиус атома, как правило
6. Среди перечисленных элементов выберите элемент, атом которого имеет наибольший радиус
а) бор б) кремний в) алюминий г) углерод
7.В случае ковалентной неполярной связи общая пара электронов
г) отсутствует
8. Какой частичный заряд имеют атомы кислорода и серы соответственно в молекуле SO 2
б) отрицательный и отрицательный
9. Выберите молекулу, содержащую неполярную ковалентную связь:
а) NH 3 б) H 2 О в) NO 2 г) H 2
10. Химическая связь в молекуле сульфида свинца PbS
а) ковалентная неполярная б) ковалентная полярная
в) ионная г) металлическая
Вариант 4
1. Какова природа сил, удерживающих два атома водорода в молекуле?
а) химическая б) физическая
в) электрическая г) ядерная
2. Формула молекулы воды Н – О – Н называется
а) молекулярной формулой
б) графической формулой
в) электронной формулой
г) физической формулой
3. Сколько электронов недостает атому кремния до завершения внешнего электронного слоя?
1) 1 б) 2 в) 3 г) 4
4. Число неспаренных электронов у атома бора равно
1) 1 б) 2 в) 3 г) 4
5. Число общих пар, образованных атомом химического элемента, равно
а) общему числу электронов в атоме
б) числу электронов на внешнем уровне атома
в) числу неспаренных электронов на внешнем уровне атома
г) числу спаренных электронов на внешнем уровне атома
6. В периоде от щелочного металла к галогену радиус атома, как правило
а) увеличивается б) уменьшается
в) не меняется г) сначала увеличивается, потом уменьшается
7.Среди перечисленных элементов выберите элемент, атом которого имеет наименьший радиус:
1) углерод б) фосфор в) кремний г) азот
8. В случае ковалентной полярной связи общая пара электронов
а) сдвинута в сторону более электроотрицательного атома
б) находится на равном удалении от ядер атомов
в) целиком принадлежит одному из атомов
г) отсутствует
9. Какой частичный заряд имеют атомы водорода и азота соответственно в молекуле аммиака NH 3 ?
а) положительный и положительный
б) отрицательный и отрицательный
в) положительный и отрицательный
г) отрицательный и положительный?
10. Выберите молекулу, содержащую полярную ковалентную связь
а) H 2 О б) H 2 в) О 2 г) F 2
Кодификатор
Вариант
№ вопроса
1
2
3
4
Число общих электронных пар между связанными атомами характеризует кратность связи.
По числу общих электронных пар химические связи подразделяются на простые (одинарные) и кратные - двойные и тройные.
По числу общих электронных пар химические связи подразделяются на простые (ординарные) и кратные - двойные и тройные. Если между двумя атомами одинаковой или различной химической природы возникает только одна ковалентная связь, то ее называют простой, или ординарной, связью. Сигма-связь образуется в результате взаимодействия двух s - электро-нов, двух / з-элект ронов, а также двух смешанных s - и р-электронов. На рис. 14 изображены о-связи в некоторых элементарных и сложных веществах.
Валентность элемента в соединениях с ковалентной связью определяется числом общих электронных пар, которые атом элемента образует с атомами других элементов.
Валентность элемента в соединениях с ковалентной связью определяется числом общих электронных пар.
В соединениях с ковалентной связью валентность элемента определяется числом общих электронных пар. Атом, к которому смещена электронная пара, обладает отрицательной валентностью, а противоположный атом - положительной валентностью.
Степень окисления элемента в молекуле с ковалентной связью равна числу общих электронных пар. Так, в молекуле аммиака атом азота образует с атомами воДорода три общие электронные пары, следовательно, валентность азота равна трем.
Для многоатомных частиц типа SO2, СО2, SO, SO и С8Ыв, в которых п-связи предпочтительнее рассматривать как многоцентровые и делокализо-ванные, подсчет числа общих электронных пар для отдельных атомов теряет свой смысл, а число валентностей ничего не говорит о ковалентиости атомов.
Одиночные (или неспаренные) электроны в электронных оболочках атомов, за счет спаривания которых возникает химическая связь в молекулах, называют валентными. Число общих электронных пар, образующихся при взаимодействии атомов химических элементов, определяет их валентность.
По методу валентных связей, в котором все ковалентные связи рассматриваются как двухцентровые, ковалентность атома - это число общих электронных пар, образуемых данным атомом.
В органических соединениях СН4, С2Н4, С2Н2 атом углерода четырехвалентен. Для многоцентровых частиц, например S02, C02, S047 SO, C6H6 в которых л-связи предпочтительное рассматривать как многоцентровые и делокализованные, подсчет числа общих электронных пар для отдельных атомов теряет свой смысл, и число валентностей ничего не говорят о ковалентности атомов.
Из приведенных схем видно, что каждая электронная пара соответствует одной единице валентности. Химическая связь, осуществляемая парой общих электронов, называется ковалент-ной, или атомной, связью. Валентность элемента в соединениях с ковалентной (атомной) связью определяется числом общих электронных пар.
Валентность элемента в настоящее время рассматривается как число ковалентных связей его атома в данном соединении, современные синонимы этого термина - ковалентность, связность. Именно в ковалентной химической связи проявляется высокая химическая специфичность каждого элемента и каждого его валентного состояния: специфичность энергии связи, степени полярности и стереометрических характеристик - углов связи, их длин. Ионная связь менее специфична; она собственно становится связью только в конденсированных фазах, главным образом в твердых телах, в которых кристаллические структуры ионных веществ довольно однообразны и определяются зарядами и размерами ионов. Поэтому нельзя априорно определять валентность по числу неспаренных электронов в основном состоянии атома, как это иногда делается; валентность определяется числом общих электронных пар между данным атомом и соединенными с ним атомами. При этом в равной мере учитывается каждая а -, я - и 6-связь.
Страницы: 1
Как уже говорилось, общая электронная пара, осуществляющая ковалентную связь, может образоваться за счет неспаренных электронов, имеющихся в невозбуждеиных взаимодействующих атомах. Это происходит, например, при образовании таких молекул, как . Здесь каждый из атомов обладает одним неспаренным электроном; при взаимодействии двух таких атомов создается общая электронная пара - возникает ковалентная связь.
В невозбужденном атоме азота имеются три неспаренных электрона:
Следовательно, за счет неспаренных электронов атом азота может участвовать в образовании трех ковалентных связей. Это и происходит, например, в молекулах или , в которых ковалентность азота равна 3.
Однако число ковалентных связей может быть и больше числа имеющихся у невозбужденного атома иеспаренных электронов. Так, в нормальном состоянии внешний электронный слой атома углерода имеет структуру, которая изображается схемой:
За счет имеющихся неспаренных электронов атом углерода может образовать две ковалентные связи. Между тем для углерода характерны соединения, в которых каждый его атом связан с соседними атомами четырьмя ковалентными связями (например, и т. д.). Это оказывается возможным благодаря тому, что при затрате некоторой энергии можно один из имеющихся в атоме -электронов перевести на подуровень в результате атом переходит в возбужденное состояние, а число неспаренных электронов возрастает. Такой процесс возбуждения, сопровождающийся «распариванием» электронов, может быть представлен следующей схемой, в которой возбужденное состояние отмечено звездочкой у символа элемента:
Теперь во внешнем электронном слое атома углерода находятся четыре неспаренных электрона; следовательно, возбужденный атом углерода может участвовать в образовании четырех ковалентных связей. При этом увеличение числа создаваемых ковалентных связей сопровождается выделением большего количества энергии, чем затрачивается на перевод атома в возбужденное состояние.
Если возбуждение атома, приводящее к увеличению числа неспаренных электронов, связано с очень большими затратами энергии, то эти затраты не компенсируются энергией образования новый связей; тогда такой процесс в целом оказывается энергетически невыгодным. Так, атомы кислорода и фтора не имеют свободных орбиталей во внешнем электронном слое:
Здесь возрастание числа неспаренных электронов возможно только путем перевода одного из электронов на следующий энергетический уровень, т. е. в состояние . Однако такой переход сопряжен с очень большой затратой энергии, которая не покрывается энергией, выделяющейся при возникновении новых связей. Поэтому за счет неспаренных электронов атом кислорода может образовать не больше двух ковалентных связей, а атом фтора - только одну. Действительно, для этих элементов характерна постоянная ковалентность, равная двум для кислорода и единице - для фтора.
Атомы элементов третьего и последующих периодов имеют во внешнем электронном слое -подуровень, на который при возбуждении могут переходить s- и р-электроны внешнего слоя. Поэтому здесь появляются дополнительные возможности увеличения числа неспаренных электронов. Так, атом хлора, обладающий в невозбужденном состоянии одним неспаренным электроном,
может быть переведен, при затрате некоторой энергии, в возбужденные состояния , характеризующиеся тремя, пятью или семью неспаренными электронами;
Поэтому, в отличие от атома фтора, атом хлора может участвовать в образовании не только одной, но также трех, пяти или семи ковалентных связей. Так, в хлористой кислоте ковалентность хлора равна трем, в хлорноватой кислоте - пяти, а в хлорной кислоте - семи. Аналогично атом серы, также обладающий незанятым -подуровнем, может переходить в возбужденные состояния с четырьмя или шестью неспаренными электронами и участвовать, следовательно, в образовании не только двух, как у кислорода, но также четырех или шести ковалентных связей. Этим можно объяснить существование соединений, в которых сера проявляет ковалентность, равную четырем или шести .
Во многих случаях ковалентные связи возникают и за счет спаренных электронов, имеющихся во внешнем электронном поле атома. Рассмотрим, например, электронную структуру молекулы аммиака:
Здесь точками обозначены электроны, первоначально принадлежавшие атому азота, а крестиками - принадлежавшие атомам водорода. Из восьми внешних электронов атома азота шесть образуют три ковалентные связи и являются общими для атома азота и атомов водорода. Но два электрона принадлежат только азоту к образуют неподеленную электронную пару. Такая пара электронов тоже может участвовать в образовании ковалентной связи с другим атомом, если во внешнем электронном слое этого атома есть свободная орбиталь. Незаполненная -орбиталь имеется, например, у нона водорода , вообще лишенного электронов:
Поэтому при взаимодействии молекулы с ионом водорода между ними возникает ковалентная связь; неподеленная пара электронов атома азота становится общей для двух атомов, в результате чего образуется ион аммония :
Здесь ковалентная связь возникла за счет пары электронов, (электронной пары), и свободной орбитали другого атома (акцептора электронной пары) первоначально принадлежавшей одному атому (донору электронной пары).
Такой способ образования ковалентной связи называется донорно-акцепторным. В рассмотренном примере донором электронной пары служит атом азота, а акцептором - атом водорода.
Опытом установлено, что четыре связи в ионе аммония во всех отношениях равноценны. Из этого следует, что связь, образованная донорно-акцепторным способом, не отличается по своим свойствам от ковалентной связи, создаваемой за счет неспаренных электронов взаимодействующих атомов.
Другим примером молекулы, в которой имеются связи, образованные донорно-акцепторным способом, может служить молекула оксида азота .
Раньше структурную формулу этого соединения изображали следующим сбразом:
Согласно этой формуле центральный атом азота соединен с соседними атомами пятью ковалентными связями, так что в его внешнем электронном слое находятся десять электронов (пять электронных пар). Но такой вывод противоречит электронной структуре атома азота, поскольку его наружный L-слой содержит всего четыре орбитали (одну s- и три р-орбитали) и не может вместить более восьми электронов. Поэтому приведенную структурную формулу нельзя признать правильной.
Рассмотрим электронную структуру оксида азота , причем электроны отдельных атомов будем попеременно обозначать точками или крестиками. Атом кислорода, имеющий два неспаренных электрона, образует две ковалентных связи с центральным атомом азота:
За счет неспаренного электрона, оставшегося у центрального атома азота, последний образует ковалентную связь со вторым атомом азота:
Таким образом, внешние электронные слои атома кислорода и центрального атома азота оказываются заполненными: здесь образуются устойчивые восьмиэлектронные конфигурации. Но во внешнем электронном слое крайнего атома азота размещено только шесть электронов; этот атом может, следовательно, быть акцептором еще одной электронной пары. Соседний же с ним центральный атом азота обладает неподеленной электронной парой и может выступать в качестве донора.
Это приводит к образованию по донорно-акцепторному способу еще одной ковалентной связи между атомами азота:
Теперь каждый из трех атомов, составляющих молекулу , обладает устойчивой восьмиэлектронной структурой внешнего слоя. Если ковалентную связь, образованную донорно-акцепторным способом, обозначить, как это принято, стрелкой, направленной от атома-донора к атому-акцептору, то структурную формулу оксида азота (I) можно представить следующим образом:
Таким образом, в оксиде азота ковалентность центрального атома азота равна четырем, а крайнего - двум.
Рассмотренные примеры показывают, что атомы обладают разнообразными возможностями для образования ковалентных связей. Последние могут создаваться и за счет неспаренных электронов невозбужденного атома, и за счет неспаренных электронов, появляющихся в результате возбуждения атома («распаривания» электронных пар), и, наконец, по донорно-акцепторному способу. Тем не менее, общее число ковалентных связей, которые способен образовать данный атом, ограничено. Оно определяется общим числом валентных орбиталей, т. е. тех орбиталей, использование которых для образования ковалентных связей оказывается энергетически выгодным. Квантово-механический расчет показывает, что к подобным орбиталям принадлежат s- и р-орбитали внешнего электронного слоя и -орбитали предшествующего слоя; в некоторых случаях, как мы видели на примерах атомов хлора и серы, в качестве валентных орбиталей могут использоваться и -орбитали внешнего слоя.
Атомы всех элементов пторого периода имеют во внешнем электронном слое четыре орбитали при отсутствии -орбиталей в предыдущем слое. Следовательно, на валентных орбиталях этих атомов может разместиться не более восьми электронов. Это означает, что максимальная ковалентность элементов второго периода равна четырем.
Атомы элементов третьего и последующих периодов могут использовать для образования ковалентных связей не только s- и , но также и -орбитали. Известны соединения -элементов, в которых в образовании ковалентных связей участвуют s- и р-орбитали внешнего электронного слоя и все пять -орбиталей предшествующего слоя; в подобных случаях ковалентность соответствующего элемента достигает девяти.
Способность атомов участвовать в образовании ограниченного числа ковалентных связей получила название насыщаемости ковалентной связи.
Ковалентная связь образуется при взаимодействии неметаллов . Атомы неметаллов имеют высокую электроотрицательность и стремятся заполнить внешний электронный слой за счёт чужих электронов. Два таких атома могут перейти в устойчивое состояние, если объединят свои электроны.
Рассмотрим возникновение ковалентной связи в простых веществах.
1. Образование молекулы водорода.
Каждый атом водорода имеет один электрон. Для перехода в устойчивое состояние ему необходим ещё один электрон.
При сближении двух атомов электронные облака перекрываются. Образуется общая электронная пара, которая связывает атомы водорода в молекулу.
В пространстве между двумя ядрами общие электроны бывают чаще, чем в других местах. Там формируется область с повышенной электронной плотностью и отрицательным зарядом. Положительно заряженные ядра притягиваются к ней, и образуется молекула.
При этом каждый атом получает завершённый двухэлектронный внешний уровень и переходит в устойчивое состояние.
Ковалентная связь за счёт образования одной общей электронной пары называется одинарной .
Общие электронные пары (ковалентные связи) образуются за счёт неспаренных электронов , расположенных на внешних энергетических уровнях взаимодействующих атомов.
У водорода - один неспаренный электрон. Для других элементов их число равно 8 – № группы .
Неметаллы VII А группы (галогены) имеют на внешнем слое один неспаренный электрон.
У неметаллов VI А группы (кислород, сера) таких электронов два .
У неметаллов V А группы (азот, фосфор) - три неспаренных электрона.
2. Образование молекулы фтора.
Атом фтора на внешнем уровне имеет семь электронов. Шесть из них образуют пары, а седьмой неспаренный.
При соединении атомов образуется одна общая электронная пара, то есть возникает одна ковалентная связь. Каждый атом получает завершённый восьмиэлектронный внешний слой. Связь в молекуле фтора тоже одинарная. Такие же одинарные связи существуют в молекулах хлора, брома и иода .
Если атомы имеют несколько неспаренных электронов, то образуются две или три общие пары.
3. Образование молекулы кислорода.
У атома кислорода на внешнем уровне - два неспаренных электрона.
При взаимодействии двух атомов кислорода возникают две общие электронные пары. Каждый атом заполняет свой внешний уровень до восьми электронов. Связь в молекуле кислорода двойная .
