Задание 4 ЕГЭ по химии проверяет знание видов химической связи, механизмов её образования, межмолекулярных взаимодействий, типов кристаллических решёток и зависимости свойств веществ от их строения. В этом задании требуется продемонстрировать понимание природы химической связи и её влияния на свойства веществ.
Химическая связь – это взаимодействие атомов, обусловленное перекрыванием электронных облаков и приводящее к образованию устойчивых многоатомных систем (молекул, кристаллов). Различают следующие основные виды химической связи:
Ковалентная связь образуется за счет обобществления электронных пар между атомами. Различают два типа ковалентной связи:
Ионная связь образуется в результате электростатического притяжения между противоположно заряженными ионами. Она возникает между атомами с большой разницей в электроотрицательности (обычно между металлами и неметаллами), например, NaCl, CaO, MgF₂.
Металлическая связь образуется между атомами металлов за счет обобществления валентных электронов, которые свободно перемещаются между положительно заряженными ионами металла, образуя "электронный газ". Примеры: Na, Fe, Cu, Ag.
Водородная связь – это особый вид межмолекулярного взаимодействия между атомом водорода, связанным с сильно электроотрицательным атомом (F, O, N), и другим электроотрицательным атомом. Примеры: H₂O, HF, NH₃, белки, нуклеиновые кислоты.
Водородная связь значительно влияет на физические свойства веществ, повышая температуры кипения и плавления, увеличивая вязкость и поверхностное натяжение жидкостей.
В зависимости от вида химической связи различают следующие типы кристаллических решёток:
Характерна для веществ с ковалентными неполярными связями между атомами. Узлы решётки заняты атомами, соединенными прочными ковалентными связями. Примеры: алмаз, кремний, карбид кремния.
Характерна для веществ, состоящих из молекул. Узлы решётки заняты молекулами, между которыми действуют слабые межмолекулярные силы. Примеры: лёд, сухой лёд (твёрдый CO₂), I₂, сахар.
Характерна для веществ с ионной связью. Узлы решётки заняты положительно и отрицательно заряженными ионами, между которыми действуют сильные электростатические силы. Примеры: NaCl, CaF₂, K₂O.
Характерна для металлов и их сплавов. Узлы решётки заняты положительно заряженными ионами металла, между которыми свободно перемещаются валентные электроны. Примеры: Na, Fe, Cu, Ag.
| Тип решётки | Характерные свойства |
|---|---|
| Атомная | Высокая твёрдость, высокие температуры плавления и кипения, нерастворимость в воде и других растворителях, отсутствие электропроводности |
| Молекулярная | Низкие температуры плавления и кипения, летучесть, мягкость, растворимость в подходящих растворителях, отсутствие электропроводности |
| Ионная | Хрупкость, высокие температуры плавления и кипения, растворимость в полярных растворителях, электропроводность в расплаве и растворе |
| Металлическая | Пластичность, ковкость, высокая тепло- и электропроводность, металлический блеск, различные температуры плавления |
Определите вид химической связи в соединении CaF₂.
Ответ: ионная
Для определения вида химической связи нужно оценить разницу в электроотрицательности элементов.
Кальций (Ca) – металл, находится во 2-й группе, 4-м периоде Периодической системы.
Фтор (F) – неметалл, находится в 7-й группе, 2-м периоде Периодической системы.
Фтор имеет очень высокую электроотрицательность (самую высокую среди всех элементов), а кальций – низкую электроотрицательность (как и все металлы).
Разница в электроотрицательности между кальцием и фтором очень большая (>1.7), поэтому связь между ними ионная.
В соединении CaF₂ кальций отдает два электрона (по одному каждому атому фтора), образуя ион Ca²⁺, а каждый атом фтора принимает по одному электрону, образуя ионы F⁻. Между ионами Ca²⁺ и F⁻ действуют электростатические силы притяжения, что и обуславливает ионную связь.
Определите тип кристаллической решётки вещества, которое имеет следующие свойства: твёрдое при обычных условиях, хорошо растворимо в воде, в расплавленном состоянии проводит электрический ток.
Ответ: ионная кристаллическая решётка
Для определения типа кристаллической решётки нужно проанализировать свойства вещества:
- Твёрдое при обычных условиях – может иметь атомную, ионную или металлическую решётку (вещества с молекулярной решёткой часто имеют низкие температуры плавления)
- Хорошо растворимо в воде – характерно для веществ с ионной решёткой (вещества с атомной решёткой обычно нерастворимы, а металлы не растворяются в воде)
- В расплавленном состоянии проводит электрический ток – характерно для веществ с ионной или металлической решёткой
Сопоставляя все свойства, можно сделать вывод, что вещество имеет ионную кристаллическую решётку. Это подтверждается тем, что вещество твёрдое, растворимо в воде и проводит электрический ток в расплаве (за счет подвижности ионов).
Примерами таких веществ могут быть NaCl, KBr, CaCl₂ и другие ионные соединения.
| Понятие | Определение |
|---|---|
| Химическая связь | Взаимодействие атомов, обусловленное перекрыванием электронных облаков и приводящее к образованию устойчивых многоатомных систем |
| Ковалентная связь | Связь, образованная за счет обобществления электронных пар между атомами |
| Ионная связь | Связь, образованная в результате электростатического притяжения между противоположно заряженными ионами |
| Металлическая связь | Связь между атомами металлов за счет обобществления валентных электронов |
| Водородная связь | Особый вид межмолекулярного взаимодействия между атомом водорода, связанным с сильно электроотрицательным атомом, и другим электроотрицательным атомом |
| Кристаллическая решётка | Упорядоченное расположение частиц (атомов, ионов, молекул) в кристалле |
Закрепите теорию на практике! Попробуйте решить несколько вариантов задания 4.