English
| Core | Supplement |
|---|---|
| 1 Describe the differences between elements, compounds and mixtures |
Русский
| Базовый | Дополнительно |
|---|---|
| 1 Опишите различия между элементами, соединениями и смесями |
Atoms, elements and compounds · Атомы, элементы и соединения
IGCSE Chemistry · Химия IGCSE · Topic 2 · Тема 2
16:46
Атомы & Связи
Посмотрите на эти две вещи. Алмаз — самый твердый материал, который можно купить. И мягкий серый грифель в карандаше. Они кажутся совершенно разными. Однако оба являются…
English narration · English + 中文 subtitles burned in · Английское озвучивание · Английский + китайские субтитры (встроенные)
2.1
Elements, compounds and mixtures · Элементы, соединения и смеси
Syllabus · Программа
Source: Cambridge International syllabus · Источник: Программа Cambridge International
English
All substances are made from about 100 simple building blocks. Knowing how they are joined lets you sort every substance into one of three groups.
- An element 元素 is a substance made of only one type of atom 原子. You cannot break it into anything simpler by a chemical reaction. Examples: copper, oxygen, carbon.
- A compound 化合物 is two or more elements chemically joined (bonded) together. The atoms are joined in a fixed ratio. Examples: water, carbon dioxide. A compound has different properties from the elements in it.
- A mixture 混合物 is two or more substances that are just mixed, not chemically joined. The parts keep their own properties and can be separated by physical methods. Example: air.
The key difference: in a compound the elements are bonded and can only be separated by chemical reactions; in a mixture they are not bonded and are easy to separate.
Русский
Все вещества состоят примерно из 100 простых строительных блоков. Знание того, как они соединены, позволяет классифицировать каждое вещество в одну из трех групп.
- Элемент — это вещество, состоящее только из одного вида атомов. Его невозможно разложить на более простые вещества химическим путем. Примеры: медь, кислород, углерод.
- Соединение — это два или более элемента, химически связанные (связанные) вместе. Атомы соединены в строгом фиксированном соотношении. Примеры: вода, углекислый газ. Свойства соединения отличаются от свойств входящих в него элементов.
- Смесь — это две или более веществ, которые просто смешаны, но не связаны химически. Компоненты сохраняют свои собственные свойства и могут быть разделены физическими методами. Пример: воздух.
Ключевое различие: в соединении элементы связаны химически и могут быть разделены только химическими реакциями; в смеси они не связаны и легко разделяются.
Explore · Исследовать
Elements, compounds and mixtures lab · Лабораторная работа по элементам, соединениям и смесям
Classify everyday particle examples by composition. · Классифицируйте повседневные примеры частиц по составу.
Vocabulary · Словарь
Train · Тренировать
| English | Русский |
|---|---|
| element/ˈelɪmənt/ | элемента |
| compound/ˈkɒmpaʊnd/ | соединения |
| mixture/ˈmɪkstʃə/ | смеси |
| nucleus/ˈnjuːklɪəs/ | ядро |
| electrons/ɪˈlektrɒnz/ | положительных зарядов |
2.2
Atomic structure · Атомное строение
Syllabus · Программа
English
| Core | Supplement |
|---|---|
| 1 Describe the structure of the atom as a central nucleus containing neutrons and protons surrounded by electrons in shells | |
| 2 State the relative charges and relative masses of a proton, a neutron and an electron | |
| 3 Define proton number/atomic number as the number of protons in the nucleus of an atom | |
| 4 Define mass number/nucleon number as the total number of protons and neutrons in the nucleus of an atom | |
| 5 Determine the electronic configuration of elements and their ions with proton number 1 to 20, e.g. 2,8,3 | |
| 6 State that: (a) Group VIII noble gases have a full outer electron shell (b) the number of outer shell electrons is equal to the group number in Groups I to VII (c) the number of occupied electron shells is equal to the period number |
Русский
| Базовый | Дополнительно |
|---|---|
| 1 Опишите строение атома как центрального ядра, содержащего нейтроны и протоны, окруженного электронами в оболочках | |
| 2 Укажите относительные заряды и относительные массы протона, нейтрона и электрона | |
| 3 Определите протонное число/атомный номер как количество протонов в ядре атома | |
| 4 Определите массовое число/нуклонное число как общее количество протонов и нейтронов в ядре атома | |
| 5 Определяйте электронную конфигурацию элементов и их ионов с протонным числом от 1 до 20, например, 2,8,3 | |
| 6 Укажите, что: (a) элементы группы VIII благородные газы имеют заполненную внешнюю электронную оболочку (b) количество внешних электронов равно номеру группы в группах I–VII (c) количество занятых электронных оболочек равно номеру периода |
Source: Cambridge International syllabus · Источник: Программа Cambridge International
English
Inside the atom
Every atom has a small, dense centre called the nucleus 原子核. Around it, electrons 电子 move in shells 电子层 (energy levels). The nucleus contains two kinds of particle: protons 质子 and neutrons 中子.
Each particle has a relative mass and a relative charge 电荷. You must learn these values:
| Particle | Relative mass | Relative charge |
|---|---|---|
| proton | 1 | $+1$ |
| neutron | 1 | $0$ |
| electron | $\frac{1}{1840}$ (almost 0) | $-1$ |
An atom has no overall charge because it has equal numbers of protons ($+1$ each) and electrons ($-1$ each).
Proton number and mass number
Two numbers describe an atom:
- The proton number 质子数 (also called the atomic number 原子序数) is the number of protons in the nucleus. It tells you which element the atom is.
- The mass number 质量数 (also called the nucleon number 核子数) is the total number of protons and neutrons in the nucleus.
So the number of neutrons $=$ mass number $-$ proton number.
Electronic configuration
The electrons fill the shells from the inside out. The first shell holds up to 2 electrons; the next shells hold up to 8 each (for the first 20 elements). The electronic configuration 电子排布 lists how many electrons are in each shell, starting from the inside.
For example, an atom with 13 electrons has the configuration $2,8,3$. Sodium (proton number 11) is $2,8,1$. Calcium (proton number 20) is $2,8,8,2$.
The configuration links to the Periodic Table 周期表:
- A Group 族 number (Groups I to VII) equals the number of electrons in the outer shell. So $2,8,1$ is in Group I.
- A Period 周期 number equals the number of shells that hold electrons. So $2,8,1$ has three shells, so it is in Period 3.
- The noble gases 稀有气体 in Group VIII (or 0) have a full outer shell, which makes them very unreactive.
Русский
Внутри атома
У каждого атома есть маленькое плотное ядро, называемое ядром. Вокруг него электроны движутся по оболочкам (уровням энергии). Ядро содержит два вида частиц: протоны и нейтроны.
Каждая частица имеет относительную массу и относительный заряд. Вы должны выучить эти значения:
| Частица | Относительная масса | Относительный заряд |
|---|---|---|
| протон | 1 | $+1$ |
| нейтрон | 1 | $0$ |
| электрон | $\frac{1}{1840}$ (почти 0) | $-1$ |
Атом не имеет суммарного заряда, так как количество протонов (по $+1$ каждый) равно количеству электронов (по $-1$ каждый).
Протонное число и массовое число
Два числа описывают атом:
- Протонное число (также называемое атомным номером) — это количество протонов в ядре. Оно указывает, к какому элементу принадлежит атом.
- Массовое число (также называемое нуклонным числом) — это общее количество протонов и нейтронов в ядре.
Таким образом, число нейтронов $=$ массовое число $-$ зарядовое число.
Электронная конфигурация
Электроны заполняют оболочки изнутри наружу. Первая оболочка вмещает до 2 электронов; следующие оболочки вмещают до 8 электронов каждая (для первых 20 элементов). Электронная конфигурация показывает, сколько электронов находится в каждой оболочке, начиная с внутренней.
Например, атом с 13 электронами имеет конфигурацию $2,8,3$. Натрий (протонное число 11) имеет $2,8,1$. Кальций (протонное число 20) имеет $2,8,8,2$.
Конфигурация связана с Периодической таблицей:
- Номер Группы (Группы I–VII) равен числу электронов во внешней оболочке. Следовательно, ⟨$2,8,1$⟩ относится к Группе I.
- Номер Периода равен числу оболочек, содержащих электроны. Следовательно, ⟨$2,8,1$⟩ имеет три оболочки, поэтому он находится в Периоде 3.
- Благородные газы в Группе VIII (или 0) имеют заполненную внешнюю оболочку, что делает их очень инертными.
Explore · Исследовать
Electron shells · Электронные оболочки
Change the atomic number and watch the shells fill (2, 8, 8) — the electron arrangement of the first 20 elements. · Измените атомный номер и наблюдайте заполнение оболочек (2, 8, 8) — электронную конфигурацию первых 20 элементов.
Vocabulary · Словарь
Train · Тренировать
| English | Русский |
|---|---|
| atom/ˈætəm/ | атома |
| shells/ʃelz/ | оболочек |
| protons/ˈprəʊtɒnz/ | протонов |
| neutrons/ˈnjuːtrɒnz/ | нейтронов |
| charge/tʃɑːdʒ/ | заряду |
| proton number/ˈprəʊtɒn ˈnʌmbə/ | порядковый номер (заряд ядра) |
| atomic number/əˈtɒmɪk ˈnʌmbə/ | атомный номер |
| mass number/mæs ˈnʌmbə/ | массовое число |
| nucleon number/ˈnjuːklɪən ˈnʌmbə/ | нуклонное число |
| electronic configuration/ɪlekˈtrɒnɪk kənˌfɪɡjəˈreɪʃn/ | электронная конфигурация |
| Periodic Table/ˌpɪərɪˈɒdɪk ˈteɪbl/ | Периодическая таблица |
| Group/ɡruːp/ | Группа |
| Period/ˈpɪərɪəd/ | Период |
| noble gases/ˈnəʊbl ˈɡæsɪz/ | инертные газы |
| isotopes/ˈaɪsətəʊps/ | изотопы |
2.3
Isotopes · Изотопы
Syllabus · Программа
English
| Core | Supplement |
|---|---|
| 1 Define isotopes as different atoms of the same element that have the same number of protons but different numbers of neutrons | 3 State that isotopes of the same element have the same chemical properties because they have the same number of electrons and therefore the same electronic configuration |
| 2 Interpret and use symbols for atoms, e.g. $^{12}_{6}\text{C}$, and ions, e.g. $^{35}_{17}\text{Cl}^-$ | 4 Calculate the relative atomic mass of an element from the relative masses and abundances of its isotopes |
Русский
| Базовый | Дополнительно |
|---|---|
| 1 Определите изотопы как различные атомы одного элемента, имеющие одинаковое количество протонов, но разное количество нейтронов | 3 Укажите, что изотопы одного элемента имеют одинаковые химические свойства, поскольку у них одинаковое количество электронов и, следовательно, одинаковая электронная конфигурация |
| 2 Интерпретируйте и используйте символы для атомов, например, $^{12}_{6}\text{C}$, и ионов, например, $^{35}_{17}\text{Cl}^-$ | 4 Вычисляйте относительную атомную массу элемента по относительным массам и распространённости его изотопов |
Source: Cambridge International syllabus · Источник: Программа Cambridge International
English
Isotopes 同位素 are atoms of the same element that have the same number of protons but different numbers of neutrons. Because the proton number is the same, they are the same element. Because the neutron number is different, they have different mass numbers.
You write an atom with its mass number on top and proton number below, like $^{12}_{6}\text{C}$. For an ion you add the charge, like $^{35}_{17}\text{Cl}^{-}$.
Isotopes of an element have the same chemical properties. This is because chemical reactions only involve electrons, and isotopes have the same number of electrons and the same electronic configuration. (The extra neutrons change only the mass.)
Calculating relative atomic mass
The relative atomic mass 相对原子质量 ($A_r$) of an element is the average mass of its atoms, taking into account how common each isotope is. The abundance 丰度 is the percentage of each isotope.
$$A_r = \frac{\sum (\text{isotope mass} \times \text{abundance})}{100}$$
For example, chlorine is 75% $^{35}\text{Cl}$ and 25% $^{37}\text{Cl}$:
$$A_r = \frac{(35 \times 75) + (37 \times 25)}{100} = 35.5$$
Worked example. Boron has two isotopes, $^{10}\text{B}$ and $^{11}\text{B}$, and its $A_r$ is 10.8. Find the percentage of each. Let the abundance of $^{11}\text{B}$ be $x$, so the abundance of $^{10}\text{B}$ is $(100 - x)$. Then
$$\frac{11x + 10(100 - x)}{100} = 10.8$$
so $11x + 1000 - 10x = 1080$, giving $x = 80$. Boron is 80% $^{11}\text{B}$ and 20% $^{10}\text{B}$. Check it against common sense: 10.8 lies closer to 11, so the heavier isotope must be the more common one. If your answer gives the majority to the isotope further from $A_r$, you have them the wrong way round.
Русский
Изотопы — это атомы одного и того же элемента, имеющие одинаковое количество протонов, но разное количество нейтронов. Поскольку протонное число одинаково, это один и тот же элемент. Поскольку количество нейтронов различается, у них разные массовые числа.
Атом записывают с массовым числом сверху и протонным числом снизу, например $^{12}_{6}\text{C}$. Для иона добавляют заряд, например $^{35}_{17}\text{Cl}^{-}$.
Изотопы одного элемента имеют одинаковые химические свойства. Это связано с тем, что химические реакции涉及到 только электроны, а изотопы имеют одинаковое количество электронов и одинаковую электронную конфигурацию. (Лишние нейтроны изменяют только массу.)
Расчет относительной атомной массы
Относительная атомная масса ($A_r$) элемента — это средняя масса его атомов с учетом распространенности каждого изотопа. Распространенность — это процентное содержание каждого изотопа.
$$A_r = \frac{\sum (\text{isotope mass} \times \text{abundance})}{100}$$
Например, хлор составляет 75% $^{35}\text{Cl}$ и 25% $^{37}\text{Cl}$:
$$A_r = \frac{(35 \times 75) + (37 \times 25)}{100} = 35.5$$
Разобранный пример. Бор имеет два изотопа, $^{10}\text{B}$ и $^{11}\text{B}$, и его $A_r$ равна 10,8. Найдите процентное содержание каждого. Пусть распространенность $^{11}\text{B}$ будет $x$, тогда распространенность $^{10}\text{B}$ составит $(100 - x)$. Тогда
$$\frac{11x + 10(100 - x)}{100} = 10.8$$
откуда $11x + 1000 - 10x = 1080$, получаем $x = 80$. Бор состоит на 80% из $^{11}\text{B}$ и на 20% из $^{10}\text{B}$. Проверьте это здравым смыслом: 10,8 ближе к 11, значит, более тяжелый изотоп должен быть более распространенным. Если ваш ответ дает большинство изотопу, удаленному от $A_r$, вы перепутали их местами.
Explore · Исследовать
Protons, neutrons & isotopes · Протоны, нейтроны и изотопы
Change the neutrons to make isotopes (same element, different mass number); change the electrons to make ions. · Изменяйте нейтроны, чтобы получить изотопы (тот же элемент, другое массовое число); изменяйте электроны, чтобы получить ионы.
Explore · Исследовать
Isotope lab · Лаборатория изотопов
Classify isotope facts by proton, neutron and mass number. · Классифицируйте факты об изотопах по числу протонов, нейтронов и массовому числу.
Vocabulary · Словарь
Train · Тренировать
| English | Русский |
|---|---|
| relative atomic mass/ˈrelətɪv əˈtɒmɪk mæs/ | относительная атомная масса |
| abundance/əˈbʌndəns/ | распространенность |
2.4
Ions and ionic bonds · Ионы и ионные связи
Syllabus · Программа
English
| Core | Supplement |
|---|---|
| 1 Describe the formation of positive ions, known as cations, and negative ions, known as anions | 5 Describe the giant lattice structure of ionic compounds as a regular arrangement of alternating positive and negative ions |
| 2 State that an ionic bond is a strong electrostatic attraction between oppositely charged ions | 6 Describe the formation of ionic bonds between ions of metallic and non-metallic elements, including the use of dot-and-cross diagrams |
| 3 Describe the formation of ionic bonds between elements from Group I and Group VII, including the use of dot-and-cross diagrams | 7 Explain in terms of structure and bonding the properties of ionic compounds: (a) high melting points and boiling points (b) good electrical conductivity when aqueous or molten and poor when solid |
| 4 Describe the properties of ionic compounds: (a) high melting points and boiling points (b) good electrical conductivity when aqueous or molten and poor when solid |
Русский
| Базовый | Дополнительно |
|---|---|
| 1 Опишите образование положительных ионов, называемых катионами, и отрицательных ионов, называемых анионами | 5 Опишите гигантскую решётчатую структуру ионных соединений как регулярное чередование положительных и отрицательных ионов |
| 2 Укажите, что ионная связь — это сильное электростатическое притяжение между oppositely заряженными ионами | 6 Опишите образование ионных связей между ионами металлических и неметаллических элементов, включая использование диаграмм «точка-крестик» |
| 3 Опишите образование ионных связей между элементами групп I и VII, включая использование диаграмм «точка-крестик» | 7 Объясните в терминах структуры и связывания свойства ионных соединений: (a) высокие температуры плавления и кипения (b) хорошая электрическая проводимость в водном растворе или расплаве и плохая в твердом состоянии |
| 4 Опишите свойства ионных соединений: (a) высокие температуры плавления и кипения (b) хорошая электрическая проводимость в водном растворе или расплаве и плохая в твердом состоянии |
Source: Cambridge International syllabus · Источник: Программа Cambridge International
English
An ion 离子 is an atom (or group of atoms) that has lost or gained electrons, so it has an electric charge.
- A metal atom loses electrons to form a positive ion, called a cation 阳离子.
- A non-metal atom gains electrons to form a negative ion, called an anion 阴离子.
Atoms do this to get a full outer shell, like a noble gas.
How an ionic bond forms
An ionic bond 离子键 is a strong electrostatic attraction 静电引力 between oppositely charged ions (a $+$ ion and a $-$ ion pull together).
Ionic bonds form between a metal 金属 and a non-metal 非金属. Take sodium chloride, $\text{NaCl}$. Sodium ($2,8,1$) gives its one outer electron to chlorine ($2,8,7$). Now sodium is $\text{Na}^{+}$ ($2,8$) and chlorine is $\text{Cl}^{-}$ ($2,8,8$). Both have full outer shells, and the opposite charges attract.
You can show this with a dot-and-cross diagram: draw each atom's outer-shell electrons as dots for one element and crosses for the other, then show the electron moving from the metal to the non-metal.
The structure and properties of ionic compounds
An ionic compound 离子化合物 is not made of separate molecules 分子. The ions pack together into a giant lattice 晶格 — a regular pattern of huge numbers of alternating 交替 positive and negative ions.
This structure explains the properties:
| Property | Reason |
|---|---|
| high melting point 熔点 and boiling point 沸点 | the strong electrostatic attraction between ions needs a lot of energy to break |
| poor electrical conductivity 导电性 when solid | the ions are fixed in place and cannot move |
| good conductor when molten 熔融 or aqueous 水溶液 | the ions are now free to move and carry charge |
Русский
*Ионная связь: перенос электронов
Ион — это атом (или группа атомов), который потерял или приобрел электроны, поэтому обладает электрическим зарядом.
- Атом металла теряет электроны, образуя положительный ион, называемый катионом.
- Атом неметалла приобретает электроны, образуя отрицательный ион, называемый анионом.
Атомы делают это для получения заполненной внешней оболочки, подобно благородным газам.
Как образуется ионная связь
Ионная связь — это сильное электростатическое притяжение между ионами с противоположными зарядами (ион $+$ и ион $-$ притягиваются друг к другу).
Ионные связи образуются между металлом и неметаллом. Возьмем хлорид натрия, $\text{NaCl}$. Натрий ($2,8,1$) отдает свой один внешний электрон хлору ($2,8,7$). Теперь натрий имеет заряд $\text{Na}^{+}$ ($2,8$), а хлор — заряд $\text{Cl}^{-}$ ($2,8,8$). У обоих заполнены внешние оболочки, и противоположные заряды притягиваются.
Это можно показать с помощью диаграммы «точка-крестик»: нарисуйте внешние электроны каждого атома точками для одного элемента и крестиками для другого, затем покажите переход электрона от металла к неметаллу.
Строение и свойства ионных соединений
Ионное соединение не состоит из отдельных молекул. Ионы упаковываются вместе, образуя гигантскую кристаллическую решетку — регулярный узор из огромного количества чередующихся положительных и отрицательных ионов.
Эта структура объясняет следующие свойства:
| Свойство | Причина |
|---|---|
| высокий температура плавления и кипения | сильное электростатическое притяжение между ионами требует много энергии для разрушения |
| плохая электропроводность в твердом состоянии | ионы зафиксированы в узлах решетки и не могут перемещаться |
| хорошая проводимость в расплаве или растворе | ионы теперь свободны для движения и переноса заряда |
Explore · Исследовать
Forming an ionic bond (NaCl) · Образование ионной связи (NaCl)
Step through it. A metal hands its outer electron to a non-metal; the oppositely charged ions then attract and pack into a giant lattice. · Проходите по шагам. Металл отдает свой внешний электрон неметаллу; противоположно заряженные ионы затем притягиваются и упаковываются в гигантскую решетку.
Explore · Исследовать
Ionic bonding (electron transfer) · Ионная связь (передача электронов)
Step through it: the metal hands its outer electron(s) to the non-metal, both reach full shells, and the resulting + and − ions attract — an ionic bond. · Проходите по шагам: металл отдает свои внешние электроны неметаллу, оба достигают полных оболочек, resulting + и − ионы притягиваются — это ионная связь.
Vocabulary · Словарь
Train · Тренировать
| English | Русский |
|---|---|
| ion/ˈaɪɒn/ | ион |
| cation/ˈkætaɪən/ | катион |
| anion/ˈænaɪən/ | анион |
| ionic bond/aɪˈɒnɪk bɒnd/ | ионная связь |
| electrostatic attraction/ɪˌlektrəʊˈstætɪk əˈtrækʃn/ | электростатическое притяжение |
| lattice/ˈlætɪs/ | решетка |
| alternating/ˈɔːltəneɪtɪŋ/ | переменный ток |
| melting point/ˈmeltɪŋ pɔɪnt/ | температура плавления |
| boiling point/ˈbɔɪlɪŋ pɔɪnt/ | температура кипения |
| electrical conductivity/ɪˈlektrɪkl kɒndəkˈtɪvɪti/ | электропроводность |
| molten/ˈməʊltn/ | расплавленной |
| aqueous/ˈeɪkwɪəs/ | водным раствором |
2.5
Simple molecules and covalent bonds · Простые молекулы и ковалентные связи
Syllabus · Программа
English
| Core | Supplement |
|---|---|
| 1 State that a covalent bond is formed when a pair of electrons is shared between two atoms leading to noble gas electronic configurations | |
| 2 Describe the formation of covalent bonds in simple molecules, including $\text{H}_2$, $\text{Cl}_2$, $\text{H}_2\text{O}$, $\text{CH}_4$, $\text{NH}_3$ and $\text{HCl}$. Use dot-and-cross diagrams to show the electronic configurations in these and similar molecules | 4 Describe the formation of covalent bonds in simple molecules, including $\text{CH}_3\text{OH}$, $\text{C}_2\text{H}_4$, $\text{O}_2$, $\text{CO}_2$ and $\text{N}_2$. Use dot-and-cross diagrams to show the electronic configurations in these and similar molecules |
| 3 Describe in terms of structure and bonding the properties of simple molecular compounds: (a) low melting points and boiling points (b) poor electrical conductivity | 5 Explain in terms of structure and bonding the properties of simple molecular compounds: (a) low melting points and boiling points in terms of weak intermolecular forces (specific types of intermolecular forces are not required) (b) poor electrical conductivity |
Русский
| Базовый | Дополнительно |
|---|---|
| 1 Укажите, что ковалентная связь образуется при совместном использовании пары электронов двумя атомами, приводя к электронным конфигурациям благородных газов | |
| 2 Опишите образование ковалентных связей в простых молекулах, включая $\text{H}_2$, $\text{Cl}_2$, $\text{H}_2\text{O}$, $\text{CH}_4$, $\text{NH}_3$ и $\text{HCl}$. Используйте диаграммы «точка-крестик» для демонстрации электронных конфигураций в этих и подобных молекулах | 4 Опишите образование ковалентных связей в простых молекулах, включая $\text{CH}_3\text{OH}$, $\text{C}_2\text{H}_4$, $\text{O}_2$, $\text{CO}_2$ и $\text{N}_2$. Используйте диаграммы «точка-крестик» для демонстрации электронных конфигураций в этих и подобных молекулах |
| 3 Опишите в терминах структуры и связывания свойства простых молекулярных соединений: (a) низкие температуры плавления и кипения (b) плохая электрическая проводимость | 5 Объясните в терминах структуры и связывания свойства простых молекулярных соединений: (a) низкие температуры плавления и кипения в рамках слабых межмолекулярных сил (конкретные типы межмолекулярных сил не требуются) (b) плохая электрическая проводимость |
Source: Cambridge International syllabus · Источник: Программа Cambridge International
English
A covalent bond 共价键 forms when two atoms share a pair of electrons. By sharing, each atom gets a full outer shell (a noble gas configuration). Covalent bonds form between non-metal atoms.
Some molecules to know:
- $\text{H}_2$ — two hydrogen atoms share one pair of electrons (a single bond).
- $\text{Cl}_2$, $\text{HCl}$ — one shared pair each.
- $\text{H}_2\text{O}$ — oxygen shares one pair with each of two hydrogen atoms.
- $\text{NH}_3$ — nitrogen shares a pair with each of three hydrogen atoms.
- $\text{CH}_4$ — carbon shares a pair with each of four hydrogen atoms.
- $\text{O}_2$ and $\text{CO}_2$ have double bonds (two shared pairs); $\text{N}_2$ has a triple bond (three shared pairs); $\text{C}_2\text{H}_4$ and $\text{CH}_3\text{OH}$ also use shared pairs.
In a dot-and-cross diagram for a molecule, you draw the outer electrons of each atom and show which pairs are shared in the overlap between the atoms.
Properties of simple molecular compounds
These substances are made of small, separate molecules.
- They have low melting points and boiling points. The covalent bonds inside each molecule are strong, but the intermolecular forces 分子间作用力 (the forces between one molecule and the next) are weak, so little energy is needed to separate the molecules.
- They are poor conductors of electricity, because the molecules have no overall charge and no free electrons or ions to carry charge.
Русский
Ковалентная связь образуется, когда два атома делят пару электронов. Благодаря делению каждый атом получает заполненную внешнюю оболочку (конфигурацию благородного газа). Ковалентные связи образуются между атомами неметаллов.
Некоторые молекулы, которые нужно знать:
- $\text{H}_2$ — два атома водорода делят одну пару электронов (одинарная связь).
- $\text{Cl}_2$, $\text{HCl}$ — по одной общей паре электронов.
- $\text{H}_2\text{O}$ — кислород делит по одной паре с каждым из двух атомов водорода.
- $\text{NH}_3$ — азот делит пару с каждым из трех атомов водорода.
- $\text{CH}_4$ — углерод делит пару с каждым из четырех атомов водорода.
- $\text{O}_2$ и $\text{CO}_2$ имеют двойные связи (две общие пары); $\text{N}_2$ имеет тройную связь (три общие пары); $\text{C}_2\text{H}_4$ и $\text{CH}_3\text{OH}$ также используют общие пары.
В диаграмме «точка-крестик» для молекулы вы рисуете внешние электроны каждого атома и показываете, какие пары являются общими в области перекрытия атомов.
Свойства простых молекулярных соединений
Эти вещества состоят из маленьких, отдельных молекул.
- Они имеют низкие температуры плавления и кипения. Ковалентные связи внутри каждой молекулы прочны, но межмолекулярные силы (силы между соседними молекулами) слабы, поэтому для разделения молекул требуется мало энергии.
- Они являются плохими проводниками электричества, поскольку молекулы не имеют суммарного заряда и не содержат свободных электронов или ионов для переноса заряда.
Explore · Исследовать
Why a molecule has its shape · Почему молекула имеет свою форму
Shared electron pairs repel one another and spread out as far apart as they can. Four bonding pairs and no lone pairs gives a tetrahedral shape, like methane (CH4). · Общие электронные пары отталкиваются друг от друга и удаляются как можно дальше. Четыре связывающие пары и отсутствие неподеленных пар дают тетраэдрическую форму, как у метана (CH4).
Explore · Исследовать
Covalent bonding (sharing) · Ковалентная связь (общие пары)
Step through it: two non-metal atoms overlap and share a pair of electrons — counting for both — so each reaches a full outer shell. That shared pair is the covalent bond; O₂ shares two pairs (a double bond). · Разберем по шагам: два атома неметалла перекрываются и делят пару электронов — засчитываемую для обоих, — чтобы каждый достиг полной внешней оболочки. Эта общая пара является ковалентной связью; O₂ делит две пары (двойная связь).
Vocabulary · Словарь
Train · Тренировать
| English | Русский |
|---|---|
| covalent bond/ˈkəʊvələnt bɒnd/ | ковалентная связь |
| intermolecular forces/ˌɪntəməˈlekjʊlə ˈfɔːsɪz/ | межмолекулярные силы |
| giant covalent structure/ˈdʒaɪənt ˈkəʊvələnt ˈstrʌktʃə/ | огромная ковалентная структура |
2.6
Giant covalent structures · Гигантские ковалентные структуры
Syllabus · Программа
English
| Core | Supplement |
|---|---|
| 1 Describe the giant covalent structures of graphite and diamond | 3 Describe the giant covalent structure of silicon(IV) oxide, $\text{SiO}_2$ |
| 2 Relate the structures and bonding of graphite and diamond to their uses, limited to: (a) graphite as a lubricant and as an electrode (b) diamond in cutting tools | 4 Describe the similarity in properties between diamond and silicon(IV) oxide, related to their structures |
Русский
| Базовый | Дополнительно |
|---|---|
| 1 Опишите гигантские ковалентные структуры графита и алмаза | 3 Опишите гигантскую ковалентную структуру диоксида кремния(IV), $\text{SiO}_2$ |
| 2 Связывайте структуру и связывание графита и алмаза с их применением, ограничиваясь: (a) графит как смазочное вещество и как электрод (b) алмаз в режущих инструментах | 4 Опишите сходство свойств алмаза и диоксида кремния(IV), связанное с их структурой |
Source: Cambridge International syllabus · Источник: Программа Cambridge International
English
Some covalent substances are not small molecules. Instead, millions of atoms are joined by covalent bonds into one giant covalent structure 巨型共价结构. The two you must know are both forms of carbon.
Diamond 金刚石: each carbon atom is bonded to four other carbon atoms. This makes a very strong, rigid 3-D network. Diamond is extremely hard, so it is used in cutting tools 切割工具.
Graphite 石墨: each carbon atom is bonded to only three others, forming flat layers 层. There are weak forces between the layers, so the layers can slide over each other — this makes graphite a good lubricant 润滑剂. The fourth outer electron of each carbon is free; these delocalised electrons 离域电子 can move, so graphite conducts electricity and is used as an electrode 电极.
Silicon(IV) oxide 二氧化硅 ($\text{SiO}_2$) has a giant covalent structure like diamond, so it is also very hard and has a very high melting point.
Русский
Некоторые ковалентные вещества не являются простыми молекулами. Вместо этого миллионы атомов соединены ковалентными связями в одну гигантскую ковалентную структуру. Две такие структуры, которые необходимо знать, являются формами углерода.
Алмаз: каждый атом углерода связан с четырьмя другими атомами углерода. Это образует очень прочную, жесткую 3-D сетку. Алмаз исключительно тверд, поэтому используется в режущих инструментах.
Графит: каждый атом углерода связан только с тремя другими, образуя плоские слои. Между слоями существуют слабые силы, поэтому слои могут скользить друг относительно друга — это делает графит хорошим смазочным материалом. Четвертый внешний электрон каждого атома углерода становится свободным; эти ** делокализованные электроны** могут перемещаться, поэтому графит проводит электричество и используется в качестве электрода.
Оксид кремния(IV) ($\text{SiO}_2$) имеет гигантскую ковалентную структуру, подобную алмазу, поэтому он также очень тверд и имеет очень высокую температуру плавления.
Explore · Исследовать
Giant covalent lab · Лабораторная работа с гигантскими ковалентными структурами
Compare giant covalent structures by bonding and properties. · Сравните гигантские ковалентные структуры по типу связей и свойствам.
Vocabulary · Словарь
Train · Тренировать
| English | Русский |
|---|---|
| diamond/ˈdaɪəmənd/ | алмаз |
| cutting tools/ˈkʌtɪŋ tuːlz/ | режущий инструмент |
| graphite/ˈɡræfaɪt/ | графит |
| layers/ˈleɪəz/ | слои |
| lubricant/ˈluːbrɪkənt/ | смазочный материал |
| delocalised electrons/dɪˈlɒkəlaɪzd ɪˈlektrɒnz/ | делокализованные электроны |
| electrode/ɪˈlektrəʊd/ | электрод |
| silicon(IV) oxide/ˈsɪlɪkən ˈɒksaɪd/ | оксид кремния(IV) |
2.7
Metallic bonding · Металлическая связь
Syllabus · Программа
English
| Core | Supplement |
|---|---|
| 1 Describe metallic bonding as the electrostatic attraction between the positive ions in a giant metallic lattice and a ‘sea’ of delocalised electrons | |
| 2 Explain in terms of structure and bonding the properties of metals: (a) good electrical conductivity (b) malleability and ductility |
Русский
| Базовый | Дополнительно |
|---|---|
| 1 Опишите металлическую связь как электростатическое притяжение между положительными ионами в гигантской металлической решетке и «морем» делокализованных электронов | |
| 2 Объясните в терминах структуры и связывания свойства металлов: (a) хорошая электрическая проводимость (b) пластичность и ковкость |
Source: Cambridge International syllabus · Источник: Программа Cambridge International
English
A metal is a giant structure of positive ions surrounded by a 'sea' of delocalised electrons that are free to move through the whole metal. Metallic bonding 金属键 is the strong electrostatic attraction between these positive ions and the sea of electrons.
This explains two key properties of metals:
- Good electrical conductivity: the delocalised electrons are free to move and carry charge through the metal.
- Malleability 展性 (can be hammered into sheets) and ductility 延性 (can be pulled into wires): the layers of positive ions can slide over each other without breaking the metallic bond, so the metal changes shape instead of shattering.
Русский
Металл представляет собой гигантскую структуру положительных ионов, окруженных «морем» делокализованных электронов, которые свободно перемещаются по всему металлу. Металлическая связь — это сильное электростатическое притяжение между этими положительными ионами и морем электронов.
Это объясняет два ключевых свойства металлов:
- Хорошая электропроводность: делокализованные электроны свободны для движения и переноса заряда через металл.
- Маллабильность (можно раскатать в листы) и ковкость (можно вытянуть в проволоку): слои положительных ионов могут скользить друг относительно друга, не разрушая металлическую связь, поэтому металл меняет форму, а не крошится.
Explore · Исследовать
Inside a metal — and why it behaves that way · Внутри металла — и почему он ведет себя именно так
Step through it. Positive ions sit in a shared sea of delocalised electrons — that one picture explains conduction and why metals bend instead of snapping. · Разберем по шагам. Положительные ионы находятся в общем море делокализованных электронов — именно эта картина объясняет проводимость и то, почему металлы гнутся, а не ломаются.
Vocabulary · Словарь
Train · Тренировать
| English | Русский |
|---|---|
| metal/ˈmetl/ | металла |
| non-metal/nɒn ˈmetl/ | неметалл |
| ionic compound/aɪˈɒnɪk ˈkɒmpaʊnd/ | ионное соединение |
| molecules/ˈmɒlɪkjuːlz/ | молекулы |
| metallic bonding/məˈtælɪk ˈbɒndɪŋ/ | металлическая связь |
| malleability/ˌmæləˈbɪlɪti/ | пластичность |
| ductility/dʌkˈtɪlɪti/ | пластичность |
2.7
Exam tips · Советы для экзамена
English
- Number of neutrons = mass number − proton number. The proton number is what decides which element an atom is.
- Isotopes have the same chemical properties because reactions involve only electrons, and isotopes share the same electron configuration; only the mass differs.
- Match structure to properties: ionic = giant lattice (high melting point; conducts only when molten or aqueous); simple molecular = weak forces between molecules (low melting point; no conduction); giant covalent = very hard, very high melting point.
- Graphite conducts and is slippery (one free electron per carbon; layers slide); diamond does neither (all four electrons bonded, so hard and non-conducting). Metals conduct and bend thanks to the sea of delocalised electrons.
- For relative atomic mass, take the weighted average: $A_r = \dfrac{\sum(\text{isotope mass} \times \text{abundance})}{100}$.
Русский
- Число нейтронов = массовое число − порядковый номер. Именно порядковый номер определяет, какой это элемент.
- Изотопы имеют одинаковые химические свойства, так как реакции涉及到 только электроны, а изотопы имеют одинаковую электронную конфигурацию; отличается только масса.
- Сопоставьте структуру со свойствами: ионная = гигантская решётка (высокая температура плавления; проводит ток только в расплаве или растворе); простая молекулярная = слабые силы между молекулами (низкая температура плавления; не проводит ток); гигантская ковалентная = очень твёрдая, очень высокая температура плавления.
- Графит проводит ток и скользкий (один свободный электрон на углерод; слои скользят); алмаз не делает ни того, ни другого (все четыре электрона связаны, поэтому он твёрдый и не проводит ток). Металлы проводят ток и гнутся благодаря «морю» делокализованных электронов.
- Для относительной атомной массы берите средневзвешенное значение: $A_r = \dfrac{\sum(\text{isotope mass} \times \text{abundance})}{100}$.
Interactive lessons on this topic · Интерактивные уроки по этой теме
Work through it step by step, with instant-check exercises. · Пройдите его шаг за шагом с упражнениями мгновенной проверки.
- Elements, compounds and mixtures · Элементы, соединения и смеси
- Atomic structure · Атомное строение
- Electronic configuration and the Periodic Table · Электронная конфигурация и Периодическая таблица
- Isotopes · Изотопы
- Ions and ionic bonds · Ионы и ионные связи
- Ionic compounds · Ионные соединения
- Simple molecules and covalent bonds · Простые молекулы и ковалентные связи
- Giant covalent structures · Гигантские ковалентные структуры
- Metallic bonding · Металлическая связь
Past Papers · Архив экзаменационных работ