Химическая связь

Химическая связь осуществляется валентными элек­тронами, а также валентными электронами и орбиталями и имеет электрическую природу. Но механизмы ее образования различны, поэтому различают несколько типов связей: ковалентную, ионную, металлическую, водородную.

Ковалентная связь

Ковалентная – это химическая связь, возникающая в результате образования общих электронных пар между вза­имодействующими атомами. Ковалентная связь может обра­зовываться по двум механизмам:

1. Обменный, когда каждый атом вносит по одному электрону:

Общая пара электронов обозначается черточкой: А – В.

Из схемы следует, что Ковалентная связь образуется двумя электронами, которые принадлежат двум атомам и об­ладают противоположными спинами (см образование молеку­лы Н₂). Механизм образования ковалентной связи заключа­ется в перекрывании электронных облаков. Связь тем проч­нее, чем в большей степени перекрываются облака. Напри­мер, молекула водорода образуется при перекрывании s–s электронных облаков, что приводит к увеличению плотности электронного облака в пространстве между ядрами. Это вы­зывает сближение положительно заряженных ядер и умень­шение потенциальной энергии системы, поэтому образова­ние молекулы водорода сопровождается выделением энергии.

Рисунок 1 – Схема образования химической связи в молекуле водорода

Для наглядного изображения валентные электроны каждого взаимодействующего атома изображают точками, а образующиеся общие электронные пары помещают между атомами. При этом каждый атом приобретает завершенный энергетический уровень.

Ковалентные связи могут быть двойными, тройными, это определяется количеством электронов, недостающих до завершения энергетического уровня. Так, азот находится в V группе главной подгруппы. На внешнем уровне атом азота имеет пять электронов, следовательно, до устойчивой конфигурации у атома азота не хватает трех электронов. Поэтому между атомами азота в молекуле азота следует поместить три общие электронные пары:

Электронная формула молекулы азота

В электронных формулах молекул точками обозначают все валентные электроны, в том числе и не участвующие в образовании связи.

Ковалентная связь может образовываться между атомами с одинаковой и различной электроотрицательностъю, поэтому различают неполярную и полярную ковалентную связь.

Ковалентная неполярная химическая связь образуете между атомами с одинаковой электроотрицательностью. В таких молекулах общая электронная пара, которая образует связь, в равной степени принадлежит обоим соединяющимся атомам (Н₂, С1₂, О₂, N₂).

Ковалентная полярная химическая связь образуется между атомами, которые незначительно отличаются по электроотрицательности. В таких молекулах (NH₃, Н₂О, НСl) общая электронная пара, которая образует связь, смещаете к более электроотрицательному элементу. Например:

2. Донорно-акцепторный механизм, когда один атом (донор) вносит неподеленную пару электронов, а другой (акцептор) предоставляет свободную орбиталь.

Образование химической связи по донорно-акцеп­торному механизму рассмотрим на примере взаимодействия аммиака с ионами водорода. Атом азота имеет на внешнем энергетическом уровне (...2s²2p³) два спаренных и три неспа­ренных электрона:

В молекуле аммиака неспаренные 2р³-электроны атома азота образуют три электронные пары с электронами трех атомов водорода. У атома азота остается неподеленная пара электронов 2s², поэтому он является донором

А ион водорода (в воде или кислотах) имеет свобод­ную орбиталь, поэтому он является акцептором ( ). При взаимодействии аммиака с ионом водорода неподеленная электронная пара азота переходит на свободную орбиталь иона водорода, и она становится общей для атомов азота и водорода. В результате образуется четвертая ковалентная связь по донорно-акцепторному механизму. Она не отлича­ется по своим свойствам от ковалентной связи, создаваемой за счет неспаренных электронов взаимодействующих атомов. На схемах донорно-акцепторную связь изображают в виде стрелки, направленной от донора к акцептору.

Степень окисления азота в ионе аммония как и в аммиаке –3 ( и ( )⁺), а валентность увеличилась с III до IV. Донорно-акцепторная связь характерна для комплекс­ных соединений (K₂[Ве(ОН)₄], [Cu(NH₃)₄](OH)₂ и др.). По свойствам эта связь ничем не отличается от обычной ко­валентной связи.