3.1. Ионная связь

Ионная связь представляет собой электростатическую силу притяжения между ионами с противоположными зарядами. Она образуется в результате переноса одного или нескольких электронов с одного атома к другому.

Наиболее типичные ионные соединения состоят из катионов металлов, принадлежащих I и II группам периодической системы, и анионов неметаллов VI и VII групп.

Рассмотрим процесс образования ионной связи в хлориде натрия NaCl.

Имеются 2 пути получения оболочки инертного газа:

Na 1s²2s²2p⁶ 3s¹  e^  Na⁺ 1s²2s²2p⁶

оболочка Ne

Cl 1s²2s²2p⁶ 3s²3р⁵ + е^  Cl^ 1s²2s²2p⁶3s²3р⁶

оболочка Ar

Ионы представляют собой очень устойчивые частицы, поскольку имеют электронную оболочку инертного газа. Между ними действует сила электростатического притяжения. Ионная связь отличается ненаправленностью, ненасыщаемостью. Поле, создаваемое ионом, симметрично, и все другие окружающие ионы, испытывают его действие.

Вследствие ненасыщаемости ионной связи ион в кристалле может взаимодейтсвовать одновременно с несколькими противоположно заряженными ионами.

Ионная связь образуется в том случае, если элементы сильно различаются по электроотрицательности, а именно разность электроотрицательностей элементов, входящих в соединение,   1,8.

Для молекулы хлорида натрия:

 (Na) = 1,01;  (Cl) = 2,83;  = 2,83 – 1,01 = 1,82

Надо помнить, что молекул с чисто ионной связью не существует. Чем больше разность электроотрицательностей, тем больше степень ионности связи. Так, максимально близка к ионной связь во фториде цезия CsF, где

 = 4,10 – 0,86 = 3,24

Соединения с ионной связью называются ионными.

3.2. Ковалентная связь

Ковалентная связь – это двухэлектронная, двухцентровая связь, осуществляемая за счет обобществления пары электронов.

Рассмотрим механизм образования ковалентной связи на примере молекулы водорода Н₂.

Ядро каждого атома водорода окружено сферическим электронным облаком 1s- электрона. При сближении двух атомов ядро первого атома притягивает электрон второго, а электрон первого атома притягивается ядром второго. В результате происходит перекрывание их электронных облаков с образованием общего молекулярного облака. Таким образом, в результате перекрывания электронных облаков атомов образуется ковалентная связь.

Схематически это можно изобразить следующим образом:

Н + Н  Н : Н

Аналогично образуется ковалентная связь в молекуле хлора:

_{. . . . . . . .}

: Cl + Cl  Cl : Cl :

^{. . . . . . . .}

Если связь образуют одинаковые атомы ( с одинаковой электроотрицательностью), то электронное облако располагается симметрично относительно ядер двух атомов. В этом случае говорят о ковалентной неполярной связи.

Ковалентная полярная связь образуется, когда взаимодействуют атомы с различной электроотрицательностью.

_{. . . .}

Н + Cl  Н : Cl :

^{. . . .}

Электронное облако связи несимметричное, смещено к одному из атомов с большей электроотрицательностью, в данном случае к хлору.

Приведенные примеры характеризуют ковалентную связь, которая образуется по обменному механизму.

Второй механизм образования ковалентной связи – донорно-акцеп-торный. В этом случае связь образуется за счет неподеленной электронной пары одного атома (донора) и свободной орбитали другого атома (акцептора):

Н₃N: + []H⁺  [NH₄]⁺

Ковалентная связь (по полярности)
ковалентная полярная	ковалентная неполярная
Н2О, NH3, HCl, SO2, FeBr3, СН4	H2, O2, Cl2, F2, N2
0 <  < 1,8	 = 0

Соединения с ковалентной связью называются атомными.

Условия образования химической связи

1. Химическая связь образуется при достаточном сближении атомов в том случае, если полная внутренняя энергия системы понижается. Таким образом, образующаяся молекула оказывается более устойчивой, чем отдельные атомы и обладает меньшей энергией.

2. Возникновение химической связи всегда экзотермический процесс.

3. Обязательным условием образования химической связи является наличие повышенной электронной плотности между ядрами.

Так, например радиус атома водорода составляет 0,053 нм. Если бы атомы водорода только сближались при образовании молекулы, то межъядерное расстояние было бы 0,106 нм. На самом деле это расстояние 0,074 нм, следовательно, сближение ядер приводит к увеличению электронной плотности.

Количественные характеристики химической связи

1. Энергия связи, Е, кДж/моль

Энергия связи – это энергия, которая выделяется при образовании связи или количество энергии, которую нужно затратить на разрыв связи.

Чем больше энергия связи, тем прочнее соединение. Энергия связи большинства ковалентных соединений находится в пределах 200 – 800 кДж/моль.

2. Длина связи, r₀, нм

Длина связи – это расстояние между центрами атомов (межъядерное расстояние).

Чем меньше длина связи, тем прочнее соединение.

Таблица 3.1.

Значения энергии и длины некоторых связей

Связь	r0, нм	Е, кДж/моль
С – С	0, 154	347
С = С	0,135	607
С  С	0,121	867
H – F	0,092	536
H – Cl	0,128	432
H – Br	0,142	360
H – I	0,162	299

3. Валентные углы зависят от пространственной структуры.

Свойства ковалентной связи

1. Направленность ковалентной связи возникает в направлении максимального перекрывания электронных орбиталей взаимодействующих атомов, что обусловливает пространственную структуру молекул, т.е. их форму.

Различают -связи – связи, образованные вдоль линии, связывающей центры атомов. -связи могут образовывать s – s, s – p и p – p электронные облака.

-связь может быть образована только р – р электронными облаками.

-связь – это связь, образованная по обе стороны от линии, связывающей центры атомов. Эта связь характерная только для соединений с кратными связями (двойными и тройными).

Схемы образования - и - связей представлены на рис. 3.1.

Рис. 3.1. Схемы образования - и - связей.

2. Насыщаемость ковалентной связи – полное использование атомом валентных орбиталей.