πЕГЭ · ИИ-репетитор12 предметов · задания ФИПИ
Главная → Химия → Курс теории → №4

№4. Химическая связь и кристаллические решётки

Задание №4 проверяет, умеешь ли ты по формуле вещества назвать вид связи и тип кристаллической решётки. Главное здесь — не путать связь между атомами внутри сложного иона со связью между ионами: именно на этом построено большинство ловушек.

Химическая связь — это то, что удерживает атомы вместе. На экзамене различают четыре вида связи: ковалентную неполярную, ковалентную полярную, ионную и металлическую, а также особый вид межмолекулярного взаимодействия — водородную связь. Определяют вид связи по тому, какие атомы соединены и как смещена общая электронная пара.

Вид связиМежду какими атомамиКак образуетсяПримеры
Ковалентная неполярнаяатомами одного неметаллаобщая электронная пара, смещения нетH2, O2, N2, Cl2, P4, алмаз
Ковалентная полярнаяатомами разных неметалловобщая пара смещена к более электроотрицательному атомуHCl, H2O, NH3, CO2, H2SO4, SiO2
Ионнаятипичным металлом и неметалломэлектроны переходят от металла к неметаллу, ионы притягиваютсяNaCl, CaO, K2SO4, NH4Cl, Na2O2
Металлическаяатомами и катионами металлаобобществлённые электроны связывают катионыFe, Cu, Al, Na, сплавы
Водороднаямолекулами, в которых водород связан с F, O или Nпритяжение между H одной молекулы и F, O или N другойH2O, HF, NH3, спирты, карбоновые кислоты

Как определить вид связи по формуле. Смотрим, какие атомы соединены: два одинаковых неметалла — связь ковалентная неполярная; два разных неметалла — ковалентная полярная; металл и неметалл — ионная; только атомы металла — металлическая. В соли со сложным ионом связи разные одновременно: например, в Na2SO4 между ионами Na^+ и SO4^2− связь ионная, а внутри сульфат-иона между серой и кислородом — ковалентная полярная.

Cl2: Cl−Cl — ковалентная неполярная · HCl: H−Cl — ковалентная полярная · NaCl: Na^+ и Cl^− — ионная · Fe: металлическая

Теперь о строении вещества. Кристаллическая решётка — это упорядоченное расположение частиц в твёрдом веществе. Если в узлах решётки находятся ионы, решётка ионная; если атомы — атомная; если молекулы — молекулярная; если катионы металла, окружённые общим «морем» электронов, — металлическая. От типа решётки напрямую зависят свойства: температура плавления, твёрдость, растворимость и электропроводность.

Тип решёткиЧастицы в узлахПримерыСвойства
ИоннаяионыNaCl, CaO, K2SO4, CaCO3твёрдые и тугоплавкие, растворяются в воде, растворы и расплавы проводят ток
Атомнаяатомыалмаз C, Si, Ge, SiO2, SiC, BNочень твёрдые и тугоплавкие, практически нерастворимы, ток не проводят (исключение — графит)
Молекулярнаямолекулылёд H2O, CO2, I2, O2, CH4, HClлегкоплавкие и летучие, многие растворимы, растворы могут проводить ток
Металлическаякатионы металла и обобществлённые электроныFe, Cu, Al, Mg, сплавыпластичные, тепло- и электропроводные, температура плавления разная

Отдельно разберём водородную связь. Она возникает между атомом водорода одной молекулы и атомом фтора, кислорода или азота другой молекулы. Такая связь в десять-двадцать раз слабее ковалентной, но именно она объясняет высокие температуры кипения воды, фтороводорода и спиртов по сравнению с похожими по массе веществами. Чтобы водородная связь была, в молекуле нужна группа H−F, H−O или H−N: у метаналя HCHO водород связан с углеродом, и водородных связей нет, а у метановой кислоты HCOOH есть группа O−H, поэтому её молекулы связаны.

Типичные ошибки. 1) Считают связи в молекуле кислоты ионными из-за того, что кислота диссоциирует: внутри молекулы HNO3 связи ковалентные полярные, ионной становится связь только после отрыва катиона водорода. 2) Забывают про сложный ион: в Na2SO4 указывают только ионную связь, хотя внутри сульфат-иона связь ковалентная полярная. 3) Называют связь в простом веществе неметалла полярной: между одинаковыми атомами (Cl2, N2, O2) связь всегда неполярная. 4) Видят атом кислорода и сразу пишут о водородной связи: она есть только в группах H−O, H−F и H−N. 5) Делают вывод о типе решётки по растворимости: сахар и хлороводород тоже растворяются в воде, но решётки у них молекулярные. 6) Забывают, что у алмаза, кремния, SiO2 и SiC решётки атомные, поэтому эти вещества тугоплавкие, а не «молекулярные».

Проверь себя

  1. Почему в молекуле азота N2 связь неполярная, а в молекуле CO — полярная, хотя обе молекулы двухатомные?
  2. Какие частицы находятся в узлах ионной, атомной и молекулярной решёток? Приведи по одному примеру вещества.
  3. Почему вода кипит при 100 °C, а близкий по массе метан — при −161 °C?
  4. В какой из молекул есть водородная связь: CH4, CH3OH или HCHO? Объясни выбор.
  5. Почему расплав хлорида натрия проводит электрический ток, а раствор сахара — нет?

Показательные решения

Разбор из банка: в каких веществах есть межмолекулярная водородная связь
Из предложенного перечня выберите два соединения, в которых между молекулами образуется водородная связь. 1. Водорода. 2. Метанола. 3. Толуола. 4. Метаналя. 5. Метановой кислоты. Запишите в поле ответа номера выбранных соединений.
Решение по шагам
  1. Нужно выбрать два вещества, между молекулами которых образуется водородная связь.
  2. Водородная связь возникает только тогда, когда атом водорода связан с сильно электроотрицательным атомом — фтором, кислородом или азотом.
  3. Просматриваем перечень: метанол CH3OH содержит группу O−H, значит между его молекулами водородные связи есть.
  4. Метановая (муравьиная) кислота HCOOH тоже содержит группу O−H, поэтому её молекулы также связаны водородными связями.
  5. Остальные вещества перечня либо вообще не содержат связи водорода с F, O или N, либо содержат кислород без группы O−H, поэтому водородной связи у них нет.
  6. Ответ: 25 — метанол и метановая кислота.

Ответ: 25

Официальное решение из банка ФИПИ

Водородная связь образуется между молекулами веществ, в которых атом водорода связан с атомом с высокой электроотрицательностью (фтором, кислородом, азотом). Поэтому верный ответ — метанол и метановая (муравьиная) кислота. Ответ: 25.

Разбор из банка: два вида связи в одной соли
Из предложенного перечня выберите два типа химических связей, которые реализуются в сульфате калия. 1. Ковалентная неполярная. 2. Ковалентная полярная. 3. Ионная. 4. Металлическая. 5. Водородная. Запишите в поле ответа номера выбранных соединений.
Решение по шагам
  1. Разбираем сульфат калия K2SO4 и определяем, какие виды связи в нём присутствуют; ответ — номера подходящих формулировок, а не веществ.
  2. Делим вещество на части: оно построено из ионов калия K^+ и сульфат-ионов SO4^2−, а связь между ионами металла и кислотного остатка ионная.
  3. Теперь смотрим внутрь сульфат-иона: в нём соединены атомы двух разных неметаллов — серы и кислорода.
  4. Связь между атомами разных неметаллов ковалентная полярная, потому что общая электронная пара смещена к более электроотрицательному кислороду.
  5. Ковалентной неполярной связи здесь нет: одинаковых атомов неметалла, соединённых друг с другом, в формуле не встречается.
  6. Ответ: 23 — ионная и ковалентная полярная связи.

Ответ: 23

Официальное решение из банка ФИПИ

Ковалентная неполярная связь образуется в молекулах между атомами одного элемента-неметалла. Ковалентная полярная связь образуется в молекулах между атомами разных неметаллов, ионная — между атомами металлов и неметаллов. В сульфате калия между ионами калия и сульфат-ионами связь ионная, а между кислородом и серой в сульфат-ионе — ковалентная полярная. Ответ: 23

Разбор из банка: какие вещества состоят из молекул
Из предложенного перечня выберите два соединения азота, которые состоят из молекул: 1. NH₂CH₃; 2. (NH₄)₂CO₃; 3. N₂O₄; 4. Ca (NO₃)₂; 5. Li₃N. Запишите в поле ответа номера выбранных соединений.
Решение по шагам
  1. Нужно выбрать вещества, которые состоят из молекул, то есть имеют молекулярное строение.
  2. Идём по перечню и определяем класс каждого вещества: почти все предложенные соединения — соли, а соли построены из ионов.
  3. У солей ионная кристаллическая решётка: в её узлах стоят катионы металла или аммония и кислотные остатки, отдельных молекул там нет.
  4. Исключения в перечне — метиламин NH2CH3 и оксид азота (IV) N2O4: это не соли, а вещества с ковалентными связями, существующие в виде молекул.
  5. Проверка по свойствам: соли твёрдые и тугоплавкие, а метиламин — газ с низкой температурой кипения, что как раз характерно для молекулярных веществ.
  6. Ответ: 13 — метиламин и оксид азота (IV).

Ответ: 13

Официальное решение из банка ФИПИ

Все представленные соединения, кроме метиламина и оксида азота (IV) — соли, значит, имеют ионную кристаллическую решетку и состоят из ионов. Из молекул состоят NH₂CH₃ и N₂O₄. Ответ: 13.

Открыть раздел в тренажёре

← Все разделы курса по химии · Решать задания №4