Девятый класс → Химическая связь ↓
Свойства ионных и ковалентных соединений
Химические соединения — это вещества, образованные путем сочетания двух или более различных атомов. В химии понимание свойств соединений имеет решающее значение для прогнозирования их поведения и потенциальных применений. Основной аспект этих свойств определяется типами химических связей, которые удерживают атомы вместе. В этом уроке мы сосредоточимся на ионных и ковалентных соединениях и их специфических свойствах.
1. Химические связи: обзор
Прежде чем углубляться в свойства ионных и ковалентных соединений, важно понять природу химических связей, которые формируют их.
Химические связи — это силы, удерживающие атомы вместе в соединении. Существует множество типов связей, но наиболее известными являются ионные и ковалентные связи.
Ионная связь
Ионные связи образуются, когда атом отдает один или несколько электронов другому атому, в результате чего образуются ионы. Ион — это атом или молекула, потерявшие или приобретшие один или несколько электронов, и приобретающие электрический заряд. Атом, который теряет один или несколько электронов, становится положительно заряженным ионом, известным как катион. И наоборот, атом, который приобретает электроны, становится отрицательно заряженным ионом, известным как анион. Противоположные заряды притягиваются, привлекая ионы друг к другу и образуя ионную связь.
Na (натрий) теряет электрон, чтобы сформировать Na+, и Cl (хлор) приобретает электрон, чтобы сформировать Cl-. Ионная связь между Na+ и Cl- образует хлорид натрия.
Na → Na+ + e-
Cl + e- → Cl-
Na+ + Cl- → NaCl
Ковалентные связи
С другой стороны, ковалентные связи образуются, когда два атома делят одну или несколько пар электронов. Такой тип связи в основном встречается между неметаллическими атомами. Вместо полного переноса электронов, как в случае ионных связей, атомы, участвующие в ковалентных связях, делят электроны так, что каждый атом получает заполненную внешнюю оболочку электронов, что напоминает структуру благородных газов.
В молекуле воды каждый атом водорода делит один электрон с атомом кислорода, так что атом кислорода имеет восемь электронов во внешней оболочке, а каждый атом водорода — два электрона.
•H• + •O• + •H → HOH
2. Свойства ионных соединений
Ионные соединения обладают несколькими уникальными свойствами из-за их ионных связей. Понимание этих свойств помогает эффективно идентифицировать и использовать их.
2.1 Высокая температура плавления и кипения
Ионные соединения имеют высокие температуры плавления и кипения. Электростатическое притяжение между разноименно заряженными ионами сильно, и для разрушения этих связей требуется значительное количество энергии. Например, в хлориде натрия (NaCl) требуются высокие температуры, чтобы разрушить кристаллическую структуру.
2.2 Твердые при комнатной температуре
Из-за высоких температур плавления большинство ионных соединений остаются твёрдыми при комнатной температуре.
2.3 Растворимость в воде
Ионные соединения обычно растворимы в воде. Полярная природа молекул воды облегчает растворение ионных соединений, окружая и разделяя ионы.
2.4 Электропроводность
В твёрдом состоянии ионные соединения не проводят электричество, потому что ионы остаются неподвижными в кристаллической структуре. Однако, когда они растворены в воде или расплавлены, эти соединения проводят электричество, так как ионы свободно перемещаются и переносят электрический заряд.
- В твёрдом состоянии: непроводник
- В расплавленном состоянии или в растворе: проводник
3. Свойства ковалентных соединений
Ковалентные соединения имеют разнообразные свойства, в основном из-за электронных пар, разделяемых в ковалентных связях.
3.1 Низкая температура плавления и кипения
По сравнению с ионными соединениями ковалентные соединения обычно имеют более низкие температуры плавления и кипения. Межмолекулярные силы между молекулами слабее, чем сильные ионные связи между ионами.
3.2 Различные агрегатные состояния при комнатной температуре
Ковалентные соединения могут существовать в газообразном, жидком или твёрдом состоянии при комнатной температуре, в зависимости от силы межмолекулярных сил. Например:
- Метан (CH4) — газ.
- Вода (H2O) — жидкость.
- Сахар (C12H22O11) — твёрдое вещество.
3.3 Растворимость
Ковалентные соединения демонстрируют различные варианты растворимости. В то время как полярные ковалентные молекулы, такие как сахара, растворяются в воде, неполярные молекулы, такие как масла, не растворяются.
- Сахар (C12H22O11) растворим в воде.
- Масло не растворимо в воде.
3.4 Электропроводность
Ковалентные соединения в основном не проводят электричество, поскольку они не образуют ионов. В некоторых исключительных случаях, таких как кислоты в водном растворе, ковалентные соединения могут ионизироваться для проведения электричества.
4. Визуальный пример
Визуальные примеры могут помочь прояснить концепцию ионных и ковалентных связей. Рассмотрите следующую иллюстрацию ионного соединения, такого как хлорид натрия (NaCl), и ковалентного соединения, такого как молекула воды (H2O).
Обратите внимание на представление ионной связи, где натрий отдает один электрон хлору.
Ковалентная связь представлена делением электронов между водородом и кислородом в молекуле воды.
5. Сравнительная таблица
Давайте суммируем сходства и различия между ионными и ковалентными соединениями в сравнительной таблице.
| Свойство | Ионные соединения | Ковалентные соединения |
|---|---|---|
| Формирование | Передача электронов | Деление электронов |
| Прочность связей | Сильная электростатическая сила | Обычно слабая сила |
| Температура плавления/кипения | Высокая | Низкая до умеренной |
| Электропроводность | Хороший проводник в жидком/водном состоянии | Непроводимость, существуют исключения |
| Растворимость | Обычно растворимы в воде | Различается в зависимости от полярности |
Заключение
Свойства ионных и ковалентных соединений глубоко связаны с их молекулярной структурой и типами образующих их связей. Ионные соединения, под влиянием сильных электростатических сил, обладают высокими температурами плавления и кипения, а также электропроводностью при растворении в воде. Ковалентные соединения, определяющиеся делением электронов, демонстрируют разнообразие физических состояний и растворимых свойств. Понимание этих свойств помогает в выборе и использовании материалов для различных научных и промышленных приложений.
Понимая природу химических связей и свойства соединений, студенты могут заложить прочную основу для более углубленного изучения химии и связанных с ней областей.
Комментарии