1. Виды химической связи: ионная, ковалентная (полярная, неполярная): простые и кратные связи в органических соединениях.
Под химической связью понимают электрические силы притяжения, которые удерживают частицы друг около друга. В образовании химической связи могут учатсвовать атомы, ионы или молекулы. Она образуется парой электронов, которая в электронных формулах обозначается двумя точками :, например H:Cl – электронная формула молекулы хлороводорода, а в структурных формулах она обычно заменяется валентной чертой H~Cl.
Далее ответ по каждому виду химической связи можно строить по единому плану: природа связанных химических элементов, способ образования химической связи и ее миханизм (схема образования), тип кристаллической решетки и ее структурные элементы, примеры веществ.
Конкретные сведения о каждом виде химической связи в соответствии с приведенным планом могут быть такими.
Химическая связь называется ковалентной, если она образуется между атомами одинаковых неметаллов и атомами разных неметаллов. Ее образование происходит за счет общих электронных пар, связывающих ядра атомов. Общая электронная пара между двумя атомами не всегда находиться в равном владении общими атомами. Это зависит от электроотрицательности элементов, т. е. способности удерживать около себя электроны. ЕЕ можно определить, сравнивая химические элементы по их положению в переодической системе Д.И. Менделеева. Так, при оброзавании связи между одинаковыми неметаллами, т. е. элементами с одинаковой электроотрицательностью, например атомами фтора, обладающими электроной парой для них одинаково:
схема образования связей
Такую химическую связь называют ковалентной неполярной связью, так как у каждого атома фтора электронная плотность одинакова. Важно подчеркнуть, что степень окисления фтора в молекуле F2 равна нулю (F02).
Такую связь имеют простые вещества, например кислород O2, азот N2, хлор Cl2.
Если же в образовании химической связи участвуют атомы различных неметаллов, то между ними образуется ковалентно полярная связь. Это можно объяснить тем, что химические элементы отличаются электроотрицательностью.
Атом, облодающий большей электроотрицательностью, с большей силой притягивает к себе общие электронные пары, вызывая их смещение.
Схемотично образование ковалентной полярной связи можно изобразить следующим образом:
Вследствие того что пара электронов, участвующая в образовании связи, принадлежит в большей мере хлору, чем водороду, молекула полярна.
Ковалентно полярные связи наиболеехарактерны для органических веществ.
Кристалическая решеткахимических соединений с ковалентной неполярной и полярной связью называется малекулярной, если в ее узлах находяться молекулы, например оксид углерода (IV) CO2,вода H2O,белый фосфор P4, кислород O2,органические вещества и др.; или атомной, если в ее узлах находяться атомы, например алмаз C, кремний Si, бор B, кварц CO2 и др.
Ковалентная связь может возникать приобобществлении свободной электронной пары, как, например, в случае взаимодействия амиака NH3 и воды:
При этом всечетыре связи N – H равноценны (одинаковы), электронная пара азота становиться общей для атомов N и H, т. е. возникает четвертая связь, которая не отличается от остальных трех. Это не особый вид связи, а лишь иной механизм (способ) образования ковалентной связии. он называется донорно-акцепторный, но об этом механизме можно не рассказывать.
Если атомы связывает между собой одна общая электронная пара, то возникает одна ковалентная связь и она называется простой или одинарной связью. В этом случае перекрывания электронных облаков осуществляется вдоль линии связи, соединяющей центры атомов. Такую связь называют «сигма-связь» и обозначают буквой σ.
Это основной вид связи он существует во всех молекулах, в том числе и органических веществ:
Если между атомами возникает больше одной общей электронной пары, то связь называют кратной: двойной (две общии пары) или тройной (три общии пары). Перекрывание электронных облаков в этом случае осуществляется по разные линии связи, такая связь называется «пи-связь» и обозначается буквой П.
Если между атомами имеется только одинарная (простая) связь, то эта связь обязательно σ, если между атомами связь двойная или тройная, то одна из них обязательно σ, а остальные - П. обычно П-связи менее прочные, чем σ-связи, и образуются только тогда, когда между атомами уже есть σ-связь.
Так, молекула воды образуется только благодаря σ-связи. В молекулах предельных углеводородов также имеются только σ-связи. В молекулах этилена C2H2 атомы углерода соединены двойной связью. Одна из них - σ, а другая - П.
Примеры соединении, в которых имеются П-связи:
Переходя к характеристике ионного вида связи, указывают, что она возникает между атомами, электроотрицательность которых резко отличается, т.е. между типичными металлами и типичными неметаллами. При этом происходит передача электронов более электроотрицательному атому, атомы превращаются в разноименно заряженные ионы, между ними возникает электростатическое притяжение. Например, исходя из строения атома натрия 11Na 2,8,1 (или 1s22s22p63s1) очевидно, что для завершения внешнего электронного слоя ему легче отдать один электрон, чем присоединить семь, а атому хлора 17Cl 2,8.7 (1s22s22p63s23p5) легче присоединить один электрон, чем отдать семь.
Схематично это можно изобразить так:
В результате образуются противоположно заряженные ионы, которые притягиваются.
Химическая связь, осуществляемая за счет электростатического притяжения между ионами, называется ионной, а соединения, образованные это связью, называются ионными.
Следует обратить внимание, что в твердом (кристаллическом) состояние ионные соединения имеют кристаллическую решётку, в узлах которой закономерно расположены положительно и отрицательно заряженные ионы. Такая решетка называется ионной.
Ионных соединений сравнительно немного. Например, это соли различных кислот, алкоголяты щелочных металлов и др.
Металлическая связь - особый вид химической связи, которая существует в металлах в твердом и жидком состоянии. Она обусловлена тем, что в соответствии с положением в периодически системе атомы металлов имеют небольшое число валентных (внешних) электронов (от 1 до 3), которые слабо связаны с ядрами атома. В результате от атомов постоянно отрываются электроны, которые свободно перемещаются по всей массе куска металла.
Одни атомы теряют внешние электроны, превращаясь в ионы, а в это же время ранее образовавшиеся ионы приобретают электроны и становятся нейтральными атомами. Это приводит к тому, что кристаллическая решетка металлов состоит из атомов, ионов и свободных электронов. Частицы, которые в данный момент является ионами, притягиваются к свободным электронам. Но так как каждый атом металла через некоторое время становится ионом и наоборот, а свободные электроны существуют постоянно, то вся система взаимосвязана. Это состояние называется металлической связью. Наличие свободных электронов определяет высокую электро- и теплопроводность металлов, а также их характерный блеск. Эти свойства характерны для веществ с металлической кристаллической решеткой. Общим химическим свойством металлов является их высокая восстановительная способность.
Можно остановиться еще на одном виде связи, которая называется водородной. Она возникает между атомами водорода одной молекулы (H5+) и атомом сильно отрицательного элемента, имеющим свободную пару электронов, другой молекулы (O8-, F8-, N8-).
Водородные связи обусловлены исключительно межмолекулярным взаимодействием сильнополярных молекул. В качестве примера водородной связи можно привести взаимодействие между молекулами воды:
Атом водорода, приобретая четкий положительный заряд, может взаимодействовать с не поделённой парой электрона атома кислорода еще одной молекулы, образуя водородную связь, которая схематически изображается точками (···).
Водородная связь образуется в неорганических и органических соединениях, например, в жидких: аммиаке, фтороводороде, спиртах, кислотах (внутримолекулярная).