Завдання 1
Хімічний зв’язок — це зв’язок між частинками речовини, який утримує їх разом у молекулі або кристалі.
Хімічний зв’язок виникає між атомами (або йонами) завдяки взаємодії їхніх валентних електронів з метою досягнення стійкої електронної конфігурації інертних елементів.
Основними характеристиками хімічного зв’язку є довжина та енергія зв'язку.
Завдання 2
Як виникає йонний зв’язок? Передачею одного або декількох електронів від одного атома до іншого та перетворення їх на йони.
Як виникає ковалентний зв’язок? Утворенням електронних пар атомами та їх усуспільнення (спільна електронна пара належить одночасно двом атомам і доповнює одночасно енергетичні рівні в обох атомів).
Які електрони є валентними? Електрони зовнішнього енергетичного рівня, які беруть участь в утворенні хімічного зв'язку.
Завдання 3
Поясніть, чому атоми металічних елементів віддають електрони під час утворення зв’язку, а неметалічних — приєднують.
Атоми металічних елементів на зовнішньому енергетичному рівні мають від 1 до 3 електронів, тому легко їх віддають для завершення зовнішнього енергетичного рівня, перетворюючись при цьому на позитивно заряджені йони (катіони). Атоми неметалічних елементів на зовнішньому енергетичному рівні мають від 4 до 7 електронів, тому їм вигідніше приєднати електрони до завершення зовнішнього енергетичного рівня, перетворюючись при цьому на негативно заряджені йони (аніони).
Завдання 4
Який взаємозв’язок між довжиною та енергією зв’язку? Наведіть конкретні приклади, використовуючи додаткові джерела інформації.
Взаємозв’язок між довжиною та енергією зв’язку є обернено пропорційним. Чим менша довжина зв’язку, тим зв’язок між атомами міцніший, тому на його розірвання потрібно затратити більше (вище значення) енергії, бо стійкішою є молекула. Чим більша довжина зв’язку, тим слабший зв’язок між атомами, тому для його розірвання потрібно затратити менше (нижче значення) енергії, бо молекула є менш стійкою.
Наприклад. У ряду галогенів від F до І із збільшенням порядкового номера збільшується радіус атомів, завдяки збільшенню в електронній оболонці атома енергетичних рівнів. Отже, в ряду галогеноводнів від FH до IH довжина зв'язку буде збільшуватися від 0,092 нм у фтороводню до 0,162 нм у йодоводню (0,162 нм), а енергія зв'язку буде зменшуватися від 565 кДж/моль у фтороводню до 294 кДж/моль у йодоводню.
Завдання 5
Як енергія хімічного зв’язку впливає на стійкість хімічних сполук? Наведіть конкретні приклади, використовуючи додаткові джерела інформації.
Чим ближче розташовані атоми один до одного, тим сильніше вони взаємодіють один з одним, і більше енергії треба на розірвання зв'язків, тобто чим вище значення енергії зв'язку, тим стійкішою є молекула й, відповідно, стійкішою є хімічна сполука.
Наприклад, зв'язок між атомом Флуору та Гідроґену (F–H) у фтороводні (FH) має велику енергію зв'язку (565 кДж/моль), що впливає на стійкість хімічної сполуки.
Завдання 6
Спрогнозуйте, у який спосіб можливо доповнити незавершений енергетичний рівень для атомів Фосфору, Флуору, Селену. Скільки електронів потрібно для довершення енергетичного рівня? Електронним формулам яких інертних елементів будуть відповідати їхні електронні формули в цьому випадку?
Для завершення енергетичного рівня атом Фосфору приєднає 3 електрони, Флуор — 1 електрон, а Селен — 2 електрони. У цьому випадку електронна формула Фосфору буде відповідати інертному хімічному елементу Аргон (Ar), Флуору — Неон (Ne), а Селену — Криптон (Kr).
Завдання 7*
Водень H2 є перспективним джерелом чистої енергії, оскільки під час його спалювання утворюється вода, а не вуглекислий газ. Однак для отримання водню необхідно витратити енергію на розрив ковалентних зв’язків у молекулах води під час електролізу.
а) Намалюйте модель молекули води.
б) Яка маса водню (г) утвориться під час електролізу води масою 36 г і яку кількість енергії (кДж) потрібно витратити для цього процесу? Енергія зв’язку в молекулі води дорівнює 463 кДж/моль.
Відомо: m(H2O) = 36 г
Знайти: m(H2)–?
Розв'язання
Обчислюємо кількість речовини води.
Mr(H2O)=2Ar(H)+Ar(O)=2•1+16=18,тому М(H2O)=18 г/моль
n(H2O) = m(H2O) : M(H2O) = 36 г : 18 г/моль = 2 моль
Записуємо рівняння реакції:
2 моль x моль
2H2O = 2H2 + O2
2 моль 2 моль
х = 2 моль • 2 моль : 2 моль = 2 моль
Обчислюємо масу водню.
Mr(H2)=2Ar(H)=2•1=2, тому М(H2)=2 г/моль
m(H2) = n(H2) • M(H2) = 2 моль • 2 г/моль = 4 г
Обчислюємо кількість енергії:
На 1 моль H2 витрачається 463 кДж,
На 2 моль H2 витратиться х кДж.
х = 463 кДж • 2 моль : 1 моль = 926 кДж
Відповідь: 4 г H2, витратиться 926 кДж енергії.
Перевірте себе
Знайдіть і виправте помилки, якщо вони є в даних твердженнях:
1) Атоми Гелію і Неону мають завершені енергетичні рівні.
2) Атом Маґнію, віддаючи електрони, перетворюється в катіон.
Обидва твердження правильні.