11) Основные характеристики химической связи: длинна связи, энергия связи, валентные углы, полярность, дипольный момент, степень ионности, степень окисления.

Длина связи - расстояние между ядрами соседних химически связанных атомов, при котором энергия системы минимальна. При увеличении кратности связи ее длина уменьшается, а энергия связи – увеличивается, а при одинаковой кратности - чем меньше длина, тем больше энергия связи. Например, длина связи в различных видах связи атомов углерода равна:

   (С-С) - 0.154 нм (энергия одинарной связи - 356 Дж/моль)

   (С=С) - 0.134 нм (энергия двойной связи - 598 Дж/моль)

   (С≡С) - 0.12 нм (энергия тройной связи - 813 Дж/моль).

Длина связи зависит также от гибридизации, например, для связи (С-Н) она равна (в нм – в нанометрах):

   -при р-гибридизации (для радикала CH) - 0.1120

   -при sp³-гибридизации (для метана CH₄) - 0.1090

   -при sp²-гибридизации (для этилена C₂H₄) - 0.1069

   -при sp-гибридизации (для ацетилена C₂H₂) - 0.1060

Энергия связи [кДж/моль] - величина работы, необходимой для разрыва одной химической связи во всех молекулах, составляющих (1 моль) вещества. Она тем выше, чем больше энергии затрачивается при связывании отдельных атомов). Энергия связи показывает прочность связи. Энергия связи между двумя атомами зависит от кратности связи: с увеличением кратности энергия связи возрастает. Например, энергия:

   - одинарной связи углерода ( C ) в молекуле этана (С₂Н₆) равна 263 кДж/моль

   - двойной связи углерода (С=С) в этилене (С₂Н₄) равна 422 кДж/моль

   - тройной связи углерода (C≡C) в молекуле ацетилена (С₂Н₂) равна 535 кДж/моль).

   Прочность связей увеличиваются в ряду p-, sр³ -, sp² -, sp-орбиталей и при включении в гибридизацию d-орбиталей. Энергии связи двухатомной молекулы соответствует энергия термической диссоциации, а энергии связи атомного ядра - дефект массы.

Валентные углы - углы между двумя воображаемыми линиями связей в химическом соединении. Они определяют геометрическую пространственную конфигурацию молекул. Например, в молекулах CH₄, NH₃ и H₂O валентные орбитали центральных атомов находятся в одинаковом гибридном состоянии, однако углы между связями не равны: в CH₄ он равен 109^o, в NH₃ - 107^o, a в H₂O - 105^o .

Полярность связи - вызвана неравномерным распределением электронной плотности между атомами с разной электроотрицательностью атомов (зависит от положения обобществленной электронной пары по отношению к связанным атомам). При равноудаленном расположении обоществленной пары электронов от ядер атомов химического соединения связь является неполярной (например, в соединении CН₃-СН₃), в противном случае - полярной. Степень полярности связи зависит от разностей электроотрицательностей взаимодействующих атомов и характеризуется ее дипольным моментом. Дипольный момент соединений с ионной связью выше, чем у координационных или ковалентных связей.

Дипольный момент связи - характеризует полярность связи. Он равен произведению величины заряда (q), возникшего между атомами при образовании связи, на длину диполя (расстояние между ними): (m = q*l). Для приобретения дипольного момента кроме полярности связи требуется соответствующее их расположение в пространстве.

12) Классификация химических элементов на основе электронного строения атомов элементов и их положение в ПСХЭ. квантовые числа.   Периодическая система Д. И. Менделеева является естественной классификацией химических элементов по электронной структуре их атомов. Об электронной структуре атома, а значит, и свойствах элемента судят по положению элемента в соответствующем периоде и подгруппе периодической системы. Закономерностями заполнения электронных уровней объясняется различное число элементов в периодах.   Таким образом, строгая периодичность расположения элементов в периодической системе химических элементов Д. И. Менделеева полностью объясняется последовательным характером заполнения энергетических уровней.   Выводы:   Теория строения атомов объясняет периодическое изменение свойств элементов. Возрастание положительных зарядов атомных ядер от 1 до 107 обусловливает периодическое повторение строения внешнего энергетического уровня. А поскольку свойства элементов в основном зависят от числа электронов на внешнем уровне, то и они периодически повторяются. В этом — физический смысл периодического закона.   В малых периодах с ростом положительного заряда ядер атомов возрастает число электронов на внешнем уровне (от 1 до 2 — в первом периоде, и от 1 до 8 — во втором и третьем периодах), что объясняет изменение свойств элементов: в начале периода (кроме первого периода) находится щелочной металл, затем металлические свойства постепенно ослабевают и усиливаются свойства неметаллические.   В больших периодах с ростом заряда ядер заполнение уровней электронами происходит сложнее, что объясняет и более сложное изменение свойств элементов по сравнению с элементами малых периодов. Так, в четных рядах больших периодов с ростом заряда число электронов на внешнем уровне остается постоянным и равно 2 или 1. Поэтому, пока идет заполнение электронами следующего за внешним (второго снаружи) уровня, свойства элементов в этих рядах изменяются крайне медленно. Лишь в нечетных рядах, когда с ростом заряда ядра увеличивается число электронов на внешнем уровне (от 1 до 8), свойства элементов начинают изменяться так же, как у типических.   В свете учения о строении атомов становится обоснованным разделение Д.И. Менделеевым всех элементов на семь периодов. Номер периода соответствует числу энергетических уровней атомов, заполняемых электронами. Поэтому s-элементы имеются во всех периодах, р-элементы — во втором и последующих, d-элементы — в четвертом и последующих и f-элементы — в шестом и седьмом периодах.   Легко объяснимо и деление групп на подгруппы, основанное на различии в заполнении электронами энергетических уровней. У элементов главных подгрупп заполняются или s-подуровни (это s-элементы), или р-подуровни (это р-элементы) внешних уровней. У элементов побочных подгрупп заполняется d-подуровень второго снаружи уровня (это d-элементы). У лантаноидов и актиноидов заполняются соответственно 4f- и 5f-подуровни (это f-элементы). Таким образом, в каждой подгруппе объединены элементы, атомы которых имеют сходное строение внешнего электронного уровня. При этом атомы элементов главных подгрупп содержат на внешних уровнях число электронов, равное номеру группы. В побочные же подгруппы входят элементы, атомы которых имеют на внешнем уровне по два или по одному электрону.   Различия в строении обусловливают и различия в свойствах элементов разных подгрупп одной группы. Так, на внешнем уровне атомов элементов подгруппы галогенов имеется по семь электронов подгруппы марганца — по два электрона. Первые — типичные металлы, а вторые — металлы.   Но у элементов этих подгрупп есть и общие свойства: вступая в химические реакции, все они (за исключением фтора F) могут отдавать по 7 электронов на образование химических связей. При этом атомы подгруппы марганца отдают 2 электрона с внешнего и 5 электронов со следующего за ним уровня. Таким образом, у элементов побочных подгрупп валентными являются электроны не только внешних, но и предпоследних (вторых снаружи) уровней, в чем состоит основное различие в свойствах элементов главных и побочных подгрупп.   Отсюда же следует, что номер группы, как правило, указывает число электронов, которые могут участвовать в образовании химических связей. В этом — физический смысл номера группы.   Итак, строение атомов обусловливает две закономерности: 1) изменение свойств элементов по горизонтали — в периоде слева право ослабляются металлические и усиливаются неметаллические свойства; 2) изменение свойств элементов по вертикали — в подгруппе с ростом порядкового номера усиливаются металлические свойства и ослабевают неметаллические. В таком случае элемент (и клетка системы) находится на пересечении горизонтали и вертикали, что определяет его свойства. Это помогает находить и списывать свойства элементов, изотопы которых получают искусственным путем.

Квантовые числа — энергетические параметры, определяющие состояние электрона и тип атомной орбитали, на которой он находится.

1. Главное квaнтовое число n определяет общую энергию электрона и степень его удаления от ядра (номер энергетического уровня); оно принимает любые целочисленные значения, начиная с 1 (n = 1, 2, 3, . . .)

2. Орбитальное (побочное или азимутальное) квантовое число l определяет форму атомной орбитали. Оно может принимать целочисленные значения от 0 до n-1 (l = 0, 1, 2, 3,..., n-1). Каждому значению l соответствует орбиталь особой формы. Орбитали с l = 0 называются s-орбиталями, l = 1 – р-орбиталями (3 типа, отличающихся магнитным квантовым числом m), l = 2 – d-орбиталями (5 типов), l = 3 – f-орбиталями (7 типов).

3. Магнитное квантовое число m определяет ориентацию орбитали в пространстве относительно внешнего магнитного или электрического поля. Его значения изменяются от +l до -l, включая 0. Например, при l = 1 число m принимает 3 значения: +1, 0, -1, поэтому существуют 3 типа  р-АО:  р_x,  р_y,  р_z.

4. Спиновое квантовое число s может принимать лишь два возможных значения +1/2 и -1/2. Они соответствуют двум возможным и противоположным друг другу направлениям собственного магнитного момента электрона, называемого спином (от англ. веретено). Для обозначения электронов с различными спинами используются символы: и .