Хлорид аммония химическая связь. Механизм образования донорно-акцепторной связи в ионе аммония. Химические свойства хлорида аммония

Лекция по общей химии №3

Конспект лекции по общей химии составлен в соответствии с программой учебной дисциплины Химия, которая является частью программы среднего (полного) общего образования, реализуемого в рамках СПО с учетом профиля получаемого профессионального образования.

Конспект лекций по органической химии предназначен для использования учащимися с целью самостоятельного изучения предмета, коррекции знаний, при повторении и подготовке к итоговой контрольной работе.

Тема: Химическая связь – ионная и ковалентная.

Под химической связью понимают такое взаимодействие атомов, которое связывает их в молекулы, ионы, радикалы, кристаллы.

Различают четыре типа химических связей: ионную, ковалентную, металлическую и водородную.

1.Ионная химическая связь

Ионная химическая связь – это связь, образовавшаяся за счет электростатического притяжения к .

Атомы, присоединившие «чужие» электроны, превращаются в отрицательные ионы, или . Атомы, отдавшие свои электроны, превращаются в положительные ионы, или . Понятно, что между и возникают силы электростатического притяжения, которые и будут удерживать их друг около друга, осуществляя тем самым ионную химическую связь.

Так как образуют в основном атомы металлов, а – атомы неметаллов, логично сделать вывод, что этот тип связи характерен для соединений типичных металлов (элементы главных подгрупп I и II групп, кроме магния Mg и бериллия Be ) с типичными неметаллами (элементы главной подгруппы VII группы). Классическим примером является образование галогенидов щелочных металлов (фторидов, хлоридов и др.). Например, рассмотрим схему образования ионной связи в хлориде натрия:

Два разноименно заряженных иона, связанные силами притяжения, не теряют способности взаимодействовать с противоположно заряженными ионами, вследствие чего образуются соединения с ионной кристаллической решеткой. Ионные соединения представляют собой твердые, прочные, тугоплавкие вещества с высокой температурой плавления.

Растворы и расплавы большинства ионных соединений – электролиты. Такой тип связи характерен для гидроксидов типичных металлов и многих солей кислородсодержащих кислот. Однако при образовании ионной связи не происходит идеального (полного) перехода электронов. Ионная связь является крайним случаем ковалентной полярной связи

Рисунок 1 .

Кристаллическая решетка хлорида натрия, состоящая из противоположно заряженных ионов натрия и хлорид-ионов

В ионном соединении ионы представлены как бы в виде электрических зарядов со сферической симметрией электрического поля, одинаково убывающего с увеличением расстояния от центра заряда (иона) в любом направлении (рис. 1). Поэтому взаимодействие ионов не зависит от направления, то есть ионная связь, в отличие от ковалентной, будет ненаправленной.

Ионная связь существует также в солях аммония, где нет атомов металлов (их роль играет аммония – NH 4 Cl , (NH 4 ) 2 SO 4 , и в солях, образованных органическими – (например, в хлориде метиламмония – + Cl – и т. д.).

2. Ковалентная химическая связь

Ковалентная химическая связь – это связь, возникающая между атомами за счет образования общих электронных пар.

Механизм образования такой связи может быть обменный или донорно-акцепторный.

Обменный механизм действует, когда атомы образуют общие электронные пары за счет объединения неспаренных электронов.

Например:

    Н 2 – водород:

    Связь возникает благодаря образованию общей электронной пары s -электронами атомов водорода (перекрыванию s -орбиталей):

    HCl – хлороводород:

    Связь возникает за счет образования общей электронной пары из s - и p -электронов (перекрывания s – p -орбиталей):

    Cl 2 – в молекуле хлора ковалентная связь образуется за счет непарных p -электронов (перекрывания p – p -орбиталей):

    N 2 – в молекуле азота между атомами образуются три общие электронные пары:

По способу перекрывания электронных орбиталей различают σ- и π-ковалентные связи (сигма- и пи-) .

В молекуле азота одна общая электронная пара образуется за счет σ-связи (электронная плотность находится в одной области, расположенной на линии, соединяющей ядра атомов; связь прочная).

Две другие общие электронные пары образуются за счет π-связей, то есть бокового перекрывания p -орбиталей в двух областях; π-связь менее прочна, чем σ-связь.

В молекуле азота между атомами существует одна σ-связь и две π-связи, которые находятся во взаимно перпендикулярных плоскостях (так как взаимодействуют 3 неспаренных p -электрона каждого атома).

Следовательно, σ-связи могут образовываться за счет перекрывания электронных орбиталей:

а также за счет перекрывания «чистых» и гибридных орбиталей. По числу общих электронных пар, связывающих атомы, то есть по кратности , различают ковалентные связи: одинарные : двойные : тройные :

По степени смещенности общих электронных пар к одному из связанных ими атомов ковалентная связь может быть неполярной и полярной. При неполярной ковалентной связи общие электронные пары не смещены ни к одному из атомов, так как эти атомы имеют одинаковую (ЭО) – свойство оттягивать к себе валентные электроны от других атомов.

Ковалентную химическую связь, образующуюся между атомами с одинаковой , называют неполярной .

Например:

то есть посредством ковалентной неполярной связи образованы молекулы простых веществ-неметаллов.

Значения относительной фосфора и водорода практически одинаковы: ЭО (Н ) = 2,1; ЭО ( Р ) = 2,1, поэтому в молекуле фосфина PH 3 связи между атомом фосфора и атомами водорода ковалентные неполярные.

Ковалентную химическую связь между атомами элементов, которых различаются, называют полярной .

Например: аммиак

Азот – более электроотрицательный элемент, чем водород, поэтому общие электронные пары смещаются к его атому.

В CH 3 OH : ЭО( O ) > ЭО( C ) > ЭО( H )

Задача 2.
Какие типы связи осуществляются в молекуле NН 4 Сl? Ответ мотивировать.
Решение:
В молекуле NН 4 Сl имеется два вида связи.
а) Донорно-акцепторная связь . Существование ионов аммония NН 4 + объясняется образованием химической связи по донорно-акцепторному механизму Возникает вопрос: как в нейтральной молекуле NH 3 , где все электронные орбитали заполнены, возникает связь с протоном и образуется ион NН 4 + с четырьмя химическими связями? В молекуле аммиака четыре валентные орбитали атома азота (одна 2s и три 2p) находятся в состоянии sp3-гибридизации. Три из них вовлечены в связи с атомами водорода по ковалентному способу. Одна оставшаяся орбиталь заполнена парой собственных электронов атома азота. Именно эта орбиталь с парой электронов и взаимодействует с протоном, ядром атома водорода, не имеющим своих электронов.
Таким образом, атом азота в молекуле аммиака играет роль донора электронной пары, а протон – роль акцептора:
В ионе NН 4 + все связи, несмотря на различное их происхождение, энергетически равноценны и все углы между связями равны 109°28"
б) Ионная связь . Связь NН 4 – Сl – ионная. Ионной связью называется химическая связь, осуществляемая за счет электростатического притяжения между ионами,. Соединения, образованные путем притяжения ионов называются ионными. Ионные соединения состоят из отдельных молекул только в парообразном состоянии. В твердом (кристаллическом) состоянии ионные соединения состоят из закономерно расположенных положительных и отрицательных ионов. Молекулы в этом случае отсутствуют.


Определение типа химической связи в химических соединениях, пользуясь шкалой электроотрицательности

Задача 3.
Пользуясь шкалой электроотрицательностей определить тип химической связи в следующих соединенийх: СаСl 2 , Аl 2 О 3 , ТiО 2 , РН 3 . К атому какого элемента смещено электронное облако связи?
Решение:
Электроотрицательность (ЭО) представляет собой обобщенную характеристику элемента, связанную не с электронами на отдельных орбиталях, а с внешними электронами вообще, определяемую как сумма энергии ионизации и сродства к электрону. Под электроотрицательностью понимают относительную характеристику способности атома, притягивать электронную пару. Если электроотрицательность атомов, образующих молекулу, одинакова или очень близка, то общая электронная пара располагается симметрично по отношению к обоим ядрам.
Если электроотрицательность атомов различная, то электронная пара смещается в сторону более электроотрицательного атома. В этом случае центры (+) и (-) зарядов не совпадают, и возникает система (электрический диполь) из двух равных по величине, но противоположных по знаку зарядов (d+ и d-) , расстояние между которыми (l) называют длиной диполя.
Подобные ковалентные связи называют полярными. Степень полярности такой связи оценивается значением электрического момента диполя - m , равного произведению эффективного заряда на длину диполя: (m = q · l) .
Наконец, если разница электроотрицательностей (Dc) превышает 1,9, то образуется ионная связь – предельный случай ковалентной полярной связи. Её можно рассматривать как электростатическое притяжение, возникающее между разноименно заряженными ионами.
Ионная связь , в отличие от ковалентной, является ненаправленной, ненасыщенной, а координационные числа в ионных соединениях определяются соотношением радиусов взаимодействующих ионов.

Разница электроотрицательностей элементов

(Dc)СаСl 2 = 3,16 - 1,0 = 2,16 - связь ионная, электронное облако связи смещено в сторону хлора;
(Dc)Аl 2 О 3 = 3,44 - 1,16 = 2,28 - связь ионная, электронное облако связи смещено в сторону кислорода;
(Dc)ТiО 2 = 3,44 - 1,54 = 1,9 полярная ковалентная связь электронное облако связи смещено в сторону кислорода;
(Dc)РН 3 = 2,2 - 2,19 = 0,01 - связь ковалентная неполярная.

Применение хлорида аммония в фармации

Аммония хлорид оказывает диуретическое действие; вместе с тем как кислотообразующее средство аммония хлорид является эффективным средством для коррекции алкалоза.

Как диуретическое средство аммония хлорид назначают иногда при отеках сердечного происхождения.

Аммония хлорид оказывает также отхаркивающее действие и применяется при бронхите, пневмонии и т.п.

Гравиметрический анализ

Последовательность выполнения работы: 1. Осаждение: 1. В чистый химический стакан берут для анализа раствор FeCl3. 2. Подкисляют его 3-5 мл 2 н. раствора HNO3 и осторожно нагревают, не допуская кипения. 3...

Железо в почвах. Методы определения железа

Навеску воздушно-сухой почвы 5 г, просеянной через сито с отверстиями 1 мм, помещают в колбу и приливают 250 мл 0,2 Н раствора HCL, перемешивают и настаивают в течение суток. Суспензии фильтруют...

Определение диацетила и ацетоина в алкогольных напитках

Для стандартизации раствора хлорида железа (III) было проведено комплексонометрическое титрование. Аликвотную часть 1,00 приготовленного раствора хлорида железа (III) помещали в мерную колбу вместимостью 100,0...

Комплексные (координационные) соединения чрезвычайно широко распространены в живой и неживой природе, применяются в промышленности, сельском хозяйстве, науке, медицине. Так, хлорофилл - это комплексное соединение магния с порфиринами...

Получение тетрахлороцинката аммония и изучение его свойств

тетрахлороцинкат аммоний химический приготовление Тетрахлороцинкат аммония применяются в гальваностегии и при пайке, входит в состав флюсов. Пайка -- технологическая операция...

Получение тетрахлороцинката аммония и изучение его свойств

Существуют несколько способов получения тетрахлороцинката аммония. 1. Первый метод основан на изначальном получении хлорида цинка и дальнейшем взаимодействии его с хлоридом аммония, до растворения осадка...

Процесс алкилирования на примере получения этилбензола в присутствии катализатора хлорида алюминия

Производительность стадии алкилирования по 100% этилбензолу составляет: или где 10000 - производительность в расчете на 100%-й этилбензол, т/год; 8000 - число рабочих часов; 4 - потери этилбензола на стадиях выделения, %; 106 - молярная масса этилбензола...

Получение товарного хлорида кальция из дистиллерной жид-кости содового производства заключается в последовательном выпаривании дистиллерной жидкости от концентрации ~ 10% СаС12 до 67%, требуемой условиями ГОСТ на плавленый продукт...

Свойства и получение хлорида кальция

Получение плавленого хлорида кальция из маточного щелока хлоратного производства, содержащего в 4 - 5 раз больше СаС12, чем дистиллерная жидкость, является значительно более эконо-мичным. Здесь, однако...

Свойства и получение хлорида кальция

Гидрооксихлорид кальция образуется при смешении в стехиометрическом отношении хлорида кальция, молотой извести и воды. Его можно выделить из дистиллерной жидкости без выпарки ее или на определенной стадии ее выпари-вания...

Свойства и получение хлорида кальция

Получение хлорида кальция этим методом заключается в растворении известняка в соляной кислоте, в очистке образующегося «сырого» (неочищенного) раствора СаС12 от примесей и в обезвоживании его. Продукт получается более чистым...

ОПРЕДЕЛЕНИЕ

Аммоний – положительно заряженный полиатомный ион.

Химическая формула NH 4 +

Ион аммония NH 4 + является правильным тетраэдром с в центре и атомами в вершинах тетраэдра.

В молекуле аммиака NH 3 три электронные пары образуют три связи N – H, четвертая, прина длежащая атому азота электронная пара является неподеленной. С помощью этой электронной пары образуется связь с ионом водорода, который имеет свободную орбиталь:

Таким образом, в ионе аммония три ковалентные связи образуются по обменному механизму, а одна – по донорно-акцепторному. Механизм образования не оказывает слияния на характеристики связи, все связи в катионе аммония равноценны.

Соединения аммония

Катион аммония может образовывать с различными противоионами аммонивые соединения, в которых положительно заряженный атом азота, ковалентно связан с ионами водорода и (или) с органическими радикалами, а ионно – с каким-либо анионом.

Неорганические соединения аммония

Гидрат аммиака (гидроксид аммония, аммиачная вода, едкий аммоний, едкий аммиак). Формула: NH 3 ·H 2 O

Образуется при взаимодействии аммиака с водой. Слабое основание, диссоциирует в воде с образованием катионов аммония и гидроксид-ионов:

Реакция обратима, поэтому водные растворы гидроксида аммония всегда имеют характерный резкий запах аммиака.

Соли аммония

Все соли аммония по своим свойствам похожи на соответствующие соли натрия. Хорошо растворяются в воде, полностью диссоциируют в водном растворе, при нагревании разлагаются:

В растворе гидролизуются по катиону:

Органические аммониевые соединения разделяют по количеству органических радикалов, связанных с атомом азота на первичные (R 1 NH 3) + X – , вторичные (R 1 R 2 NH 2) + X – , третичные (R 1 R 2 R 3 NH) + X – , и четвертичные (R 1 R 2 R 3 R 4 N) + X – .

Первичные, вторичные и третичные аммониевые соединения можно рассматривать как соли соответствующих аминов, их можно получить взаимодействием этих аминов с кислотами:

где R 1 ,R 2 , R 3 - органические радикалы или водород, X - анион кислотного остатка.

Качественная реакция на ионы аммония – взаимодействие со щелочами с выделением аммиака:

Примеры решения задач

ПРИМЕР 1

Задание Какое значение рН (больше или меньше 7) имеет водный раствор хлорида аммония? Запишите молекулярное и ионно-молекулярное уравнения гидролиза.
Решение NH 4 Cl – соль слабого основания и сильной кислоты, поэтому гидролиз протекает по катиону.

Молекулярное уравнение:

Полное ионное уравнение:

Краткое ионное уравнение:

В процессе гидролиза образовались водорода (H +), поэтому раствор имеет кислую среду (pH
Ответ рН раствора хлорида аммония меньше 7.

ПРИМЕР 2

Задание Какая масса соли образуется при взаимодействии 44,8 л аммиака и 33,6 литров хлороводорода (нормальные условия)?
Решение Запишем уравнение реакции:

Молярные массы аммиака, хлороводорода и образующейся соли – хлорида аммония (NH 4 Cl) равны.

ОПРЕДЕЛЕНИЕ

Хлорид аммония представляет собой малоустойчивый мелкокристаллический порошок белого цвета. Летуч. Он хорошо растворяется в воде (гидролизуется). Кристаллогидратов не образует.

Рис. 1. Хлорид аммония. Внешний вид.

Основные характеристики хлорида аммония приведены в таблице ниже:

Получение хлорида аммония

Получение хлорида аммония в промышленных масштабах заключается в упаривании маточного раствора, остающегося после отделения гидрокарбоната натрия, образующегося по следующей реакции:

NaCl + H 2 O + CO 2 + NH 3 = NaHCO 3 ↓ + NH 4 Cl.

В лабораторных условиях эту соль получают, используя такие реакции, как

8NH 3 + 3Cl 2 = 6NH 4 Cl + N 2 ;

NH 3 + HCl = NH 4 Cl.

Химические свойства хлорида аммония

Хлорид аммония - это средняя соль, образованная слабым основанием - гидроксидом аммония (NH 4 OH) и сильной кислотой - соляной (хлороводородной) (HCl). В водном растворе гидролизуется. Гидролиз протекает по катиону. Наличие катионов Н + свидетельствует о кислом характере среды.

NH 4 Cl ↔NH 4 + + Cl — ;

NH 4 + + HOH ↔ NH 4 OH + H + ;

NH 4 + + Cl — + HOH ↔ NH 4 OH + Cl — + H + ;

NH 4 Cl + H 2 O ↔ NH 4 OH +HCl.

При нагревании хлорид аммония как бы возгоняется - разлагается на аммиак и хлороводород, которые на холодных частях сосуда вновь соединяются в хлорид аммония:

NH 4 Cl↔ NH 3 + HCl.

Хлорид аммония разлагается концентрированной серной кислотой и щелочами:

2NH 4 Cl + H 2 SO 4 (conc) = (NH 4) 2 SO 4 + 2HCl;

NH 4 Cl + NaOH = NaCl + NH 3 + H 2 O;

2NH 4 Cl + Ca(OH) 2 = 2NH 3 + CaCl 2 + 2H 2 O (t = 200 o C).

Он реагирует с хлором (1), типичными металлами (2), оксидами (3) и нитритами металлов (4):

NH 4 Cl + 3Cl 2 = Cl 3 N + 4HCl (t = 60 - 70 o C) (1);

2NH 4 Cl + Mg = MgCl 2 + H 2 + 2NH 3 (2);

2NH 4 Cl + 4CuO = N 2 + 4H 2 O + CuCl 2 + 3Cu (t = 300 o C) (3);

NH 4 Cl + KNO 2 = N 2 + KCl + 2H 2 O (4).

Применение хлорида аммония

Хлорид аммония, или нашатырь, применяется в красильном деле, в ситцепечатании, при паянии и лужении, а также в гальванических элементах. Применение хлорида аммония при паянии основано на том, что он способствует удалению с поверхности металла оксидных пленок, благодаря чему припой хорошо пристает к металлу. При соприкосновении сильно нагретого металла с хлоридом аммония оксиды, находящиеся на поверхности металла, либо восстанавливаются, либо переходят в хлориды. Последние, будучи более летучи, чем оксиды, удаляются с поверхности металла. Для случая меди и железа основные происходящие при этом процессы можно выразить такими уравнениями:

4CuO + NH 4 Cl = 3Cu + CuCl 2 + N 2 + 4H 2 O;

Fe 3 O 4 + 8NH 4 Cl = FeCl 2 + 2FeCl 3 + 8NH 3 + 4H 2 O.

Примеры решения задач

ПРИМЕР 1

Задание Какую массу хлорида аммония можно получить при взаимодействии 17,7 г хлороводорода и 12 л аммиака (н.у.)? Какой объем 0,06М раствора можно приготовить из этой массы соли?
Решение Запишем уравнение реакции:

NH 3 + HCl = NH 4 Cl.

Найдем количество моль хлороводорода (молярная масса - 36,5 г/моль) и аммиака, вступивших в реакцию используя данные указанные в условии задачи:

n(HCl) = m (HCl) / M (HCl);

n (HCl) = 17,7 / 36,5 = 0,5моль.

n(NH 3) = V (NH 3) / V m ;

n (NH 3) = 12 / 22,4 = 0,54 моль.

Согласно уравнению задачи n (HCl):n (NH 3) = 1:1. Это означает, что аммиак находится в избытке и все дальнейшие расчеты следует вести по хлороводороду. Найдем количество вещества и массу образовавшегося хлорида аммония (молярная масса 53,5 г/моль):

n (HCl): n (NH 4 Cl) = 1:1;

n (NH 4 Cl) = n (HCl) = 0,5моль.

m (NH 4 Cl)= n (NH 4 Cl)×M (NH 4 Cl);

m (NH 4 Cl)=0,5×53,5 = 26,75 г.

Рассчитаем объем 0,06М раствора, который можно получить из 26,75 г хлорида аммония:

V(NH 4 Cl) = n (NH 4 Cl)/ c (NH 4 Cl);

V (NH 4 Cl)=0,5/ 0,06= 8,33 л.
Ответ Масса хлорида аммония равна 26,75 г, объем 0,06М раствора - 8,33 л (833 мл).

Что еще почитать

Государственная столичная гимназия Школа глория белозерская 12 Дата создания образовательной организации: Слияние образовательных учреждений 27/08/2012 Реорганизовано в форме...
Методы разрешения конфликта примеры Инструкция В самом общем смысле компромисс - это способ разрешения конфликтной ситуации через предоставление взаимных...
Что нужно знать о церковнославянском языке История возникновения Церковнославянского языка Под именем Церковнославянского языка или старославянского языка принято понимать тот язык, на который в IX в. был...