Материал параграфа поможет вам:
выяснить строение молекулы воды; понять суть водородной связи.
Строение молекулы. Химическая формула воды Н20 известна каждому из вас. Это — молекулярное вещество. Электронная и графическая формулы молекулы воды
указывают на то, что два атома Гидрогена соединены с атомом Оксигена простой ковалентной связью.
Какую связь называют ковалентной? Какая особенность электронного строения атома дает возможность ему образовывать такую связь с другим атомом?
Обратим внимание на строение атомов Гидрогена и Оксигена (их электронные формулы вы составляли в 8 классе):
Каждая связь в молекуле воды образована s-электроном атома Гидрогена и р-электро-ном атома Оксигена. Два р-электрона атома Оксигена, принимающие участие в этих связях, являются неспаренными и находятся в разных орбиталях. Поскольку р-орбитали ориентированы перпендикулярно друг к
другу, молекула воды имеет угловое строение1. Следует отметить, что угол между прямыми линиями, соединяющими центры атомов Гидрогена и Оксигена, равен не 90°, а 104,5°:
На рисунке 4 изображены две модели молекулы воды. В шаростержневой модели стержни имитируют ковалентную связь между атомами Гидрогена и Оксигена, а в масштабной модели соблюдены соотношения размеров этих атомов и молекулы воды.
Рис. 4.
Модели молекулы воды: а — шаростержневая; б — масштабная. Белые шарики — атомы Гидрогена, красные — атомы Оксигена
Поскольку Оксиген — более электроотрицательный элемент, чем Гидроген, общие электронные пары в молекуле воды смещены от атомов Гидрогена к атому Оксигена; связь О-Н является полярной. На атоме Оксигена сосредоточен небольшой отрицательный заряд, а на каждом из двух атомов Гидрогена — положительный:
В итоге молекула воды со стороны атома Оксигена заряжена отрицательно, а с противоположной стороны, где находятся два атома Гидрогена, — положительно. Такую молекулу называют полярной; она является
диполем1, т. е. имеет два разноименно заряженных полюса. Ее условно изображают эллипсом, в котором вписаны знаки « + » и «-» без указания величин зарядов:
Полярность молекулы воды существенно влияет на свойства этого вещества.
Водородная связь. Молекулы-диполи воды могут притягиваться друг к другу, а именно —
атом
одной молекулы к атому
другой.
Кроме того, к положительно заряженному атому Гидрогена притягиваются также «непо-деленные» электронные пары атома Оксигена другой молекулы воды.
Электростатическое взаимодействие между молекулами с участием атомов Гидрогена называют водородной связью.
Водородную связь принято обозначать тремя точками: Н • • • О. Эта связь значительно слабее ковалентной. Обязательное условие ее образования — наличие в молекуле атома Гидрогена, соединенного с атомом более электроотрицательного элемента (Флуора, Оксигена, Нитрогена).
Водородные связи существуют в воде, неорганических кислотах, этиловом спирте (§ 26), глицерине (§ 27), уксусной кислоте (§ 28), белках, а также между молекулами этих веществ и воды в растворах. Часть водородных связей постоянно разрушается, и одновременно образуются новые связи.
В воде каждая молекула соединена водородной связью с четырьмя другими молекулами (рис. 5); этим обусловлена характерная форма снежинок (рис. 6).
1 Термин происходит от греческой приставки di(s) — дважды и слова polos — полюс.
выводы
Молекула воды содержит ковалентные полярные связи О—Н, имеет угловую форму и является полярной. На каждом атоме Гидрогена молекулы воды сосредоточен небольшой положительный заряд, а на атоме Оксигена — небольшой отрицательный заряд.
Молекулы воды притягиваются друг к другу вследствие электростатического взаимодействия между атомами Гидрогена и Оксигена разных молекул. Такое взаимодействие называют водородной связью. Водородные связи также существуют в кислотах, некоторых органических соединениях, водных растворах.
9. Объясните, почему молекула воды имеет угловую форму.
10. Каковы различия между шаростержневой и масштабной моделями молекулы?
11. Что такое водородная связь? В каком случае она образуется между частицами?
12. Вычислите количество атомов Гидрогена и атомов Оксигена в 1 мг воды.
13. Дейтерий D — природный нуклид Гидрогена. Ядро атома этого нуклида состоит из одного протона и одного нейтрона. Найдите массовую долю Дейтерия в так называемой тяжелой воде D20.
14. Вычислите массу молекулы Н20 в граммах.
15. Молекулы каких соединений имеют электронные формулы, схожие с электронной формулой молекулы воды?
Это материал учебника Химия 9 класс Попель, Крикля