Химия · тема 2 из 15 · ОГЭ № 4–5 · ЕГЭ № 3–4

Химическая связь и строение вещества

Типы связи, кристаллические решётки, степень окисления и валентность — как по формуле предсказать свойства вещества.

20 мин чтенияОГЭЕГЭ22 задания

Коротко

главное за 30 секунд
  1. Ковалентная неполярная — между одинаковыми атомами неметалла: H2, O2, Cl2
  2. Ковалентная полярная — между разными неметаллами: HCl, H2O, CO2
  3. Ионная — металл + неметалл, а также соли аммония (NH4Cl)
  4. Металлическая — в металлах и сплавах
  5. Водородная связь — между молекулами с H–F, H–O, H–N; повышает температуру кипения
  6. Атомная решётка: алмаз, графит, Si, B, SiO2, SiC — очень твёрдые и тугоплавкие

Четыре типа связи

Тип связи определяется тем, кто с кем связан и насколько сильно атомы тянут электроны к себе — то есть разностью электроотрицательностей (ЭО).

Тип связиМежду чемЧто происходит с электронамиПримеры
Ковалентная неполярнаяодинаковые атомы неметаллаобщая пара посерединеH2, N2, Cl2, O3, алмаз
Ковалентная полярнаяразные неметаллыобщая пара смещена к более ЭО атомуHCl, H2O, NH3, CO2, SiO2
Ионнаяметалл и неметалл (типичные)электрон переходит, образуются ионыNaCl, CaO, KF, NH4Cl
Металлическаяатомы металлов«электронный газ» общих электроновNa, Fe, Cu, латунь
Быстрое правило: одинаковые неметаллы → ковалентная неполярная; разные неметаллы → ковалентная полярная; есть типичный металл или ион аммония → ионная; чистый металл → металлическая.
Проверь себя. Какой тип связи в фториде калия KF?

Ответ: ионная

ΔЭО00,411,72,53,2ковалентная неполярнаяковалентная полярнаяионнаяH₂, O₂, Cl₂HCl, H₂O, NH₃NaCl, CaF₂металлическая связь — у металлов: общие «свободные» электроны
Рис. 1. Тип связи определяет разность электроотрицательностей атомов (ΔЭО)

Как образуется ковалентная связь

Обменный механизм: каждый атом даёт по одному неспаренному электрону в общую пару (H· + ·Cl → H:Cl).

Донорно-акцепторный механизм: один атом (донор) даёт готовую неподелённую пару, другой (акцептор) — свободную орбиталь. Классические примеры: ион аммония NH4+ (NH3 + H+), ион гидроксония H3O+, угарный газ CO (одна из трёх связей C≡O), комплексные ионы вроде [Al(OH)4]−.

σ- и π-связи. Одинарная связь — всегда одна σ-связь. Двойная — σ + π. Тройная — σ + 2π.

Пример. Сколько σ- и π-связей в молекуле CO2 (O=C=O)? Две двойные связи: 2 σ + 2 π.

В молекуле N2 (N≡N) — 1 σ и 2 π.

Ловушка: в веществе может быть сразу несколько типов связи. В NH4Cl связь между NH4+ и Cl− ионная, а внутри иона аммония — ковалентные полярные (одна из них по донорно-акцепторному механизму). В K2SO4, NaOH, CaCO3 — ионная между ионами и ковалентная полярная внутри сложного иона. «Соль из одних неметаллов» (NH4NO3) — всё равно ионное соединение.

Водородная связь и межмолекулярные силы

Водородная связь возникает между атомом водорода, связанным с сильно электроотрицательным атомом (F, O, N), и неподелённой парой другого такого атома. Она в 10–20 раз слабее ковалентной, но заметно влияет на свойства.

  • Есть между молекулами: H2O, HF, NH3, спиртов, карбоновых кислот, аминов (первичных и вторичных).
  • Нет между молекулами: CH4, H2S, HCl (практически), алканов, альдегидов, простых и сложных эфиров.

Пример. H2O кипит при +100 °C, а более тяжёлый H2S — при −60 °C. Причина — водородные связи между молекулами воды. По той же причине этанол (+78 °C) кипит намного выше диметилового эфира (−24 °C), хотя состав у них одинаковый.

Кристаллические решётки

Тип решётки — это «мостик» от строения к физическим свойствам. Его спрашивают в ЕГЭ (задание 4) вместе с типом связи.

РешёткаВ узлахСвойстваПримеры
Молекулярнаямолекулылегкоплавкие, летучие, мягкиеH2O (лёд), CO2 (сухой лёд), I2, P4 (белый фосфор), S8, сахар, большинство органических веществ
Атомнаяатомы, связанные ковалентноочень твёрдые, тугоплавкие, нерастворимыалмаз, графит, Si, B, SiO2 (кварц), SiC, красный фосфор
Ионнаяионытвёрдые, тугоплавкие, расплавы и растворы проводят токсоли, щёлочи, оксиды активных металлов (NaCl, KOH, CaO)
Металлическаяатомы и катионы металлаблеск, пластичность, электро- и теплопроводностьметаллы и сплавы
Ловушка: CO2 и SiO2 похожи по формуле, но CO2 — молекулярное вещество (газ), а SiO2 — атомная решётка (кварц, песок, tпл ≈ 1700 °C). Белый фосфор — молекулярный, красный — атомный (полимерный).

Степень окисления и валентность

Степень окисления (СО) — условный заряд атома, если считать все связи ионными. Валентность — число связей, которые образует атом.

Правила расстановки СО.
1) У простых веществ СО = 0.
2) Сумма СО в молекуле = 0, в ионе = заряду иона.
3) Постоянные: щелочные металлы +1, Mg, Ca, Ba, Zn +2, Al +3, F −1.
4) Водород обычно +1, но в гидридах металлов (NaH, CaH2) −1.
5) Кислород обычно −2, но в пероксидах (H2O2, Na2O2) −1, в OF2 +2.

Пример. СО марганца в KMnO4: (+1) + x + 4·(−2) = 0 → x = +7.

СО азота в (NH4)2SO4: в ионе NH4+ x + 4·(+1) = +1 → x = −3.

Валентность и СО не всегда совпадают. В HNO3 СО азота +5, а валентность IV (у азота нет d-орбиталей, больше четырёх связей он не образует). В H2O2 СО кислорода −1, а валентность II. В молекуле N2 СО = 0, а валентность III.
Проверь себя. Степень окисления хрома в K2Cr2O7?

Ответ: +6

Практика

Закрепите тему: 22 задания для ОГЭ и ЕГЭ

От простых к сложным: базовый уровень — 6, повышенный — 13, высокий — 3. Мгновенная проверка, подсказки, подробные решения и тренажёр ошибок.

Решать задания по теме Флеш-карточки