16 Сигма, пи и дельта сязь.

Сигма-связь

σ-связь(сигма-связь) — ковалентная связь, образующаяся перекрыванием электронных облаков «по осевой линии». Характеризуется осевой симметрией. Связь, образующаяся при перекрывании гибридных орбиталей вдоль линии, соединяющей ядра атома.

Концепцию сигма- и Пи- связей сформулировал дважды лауреат Нобелевской премии Лайнус Полинг в 30-х годах прошлого века [1]. Идея включала гибридизацию атомных орбиталей, рассчитанную с помощью простых алгебраических действий.

Считалось, что сигма-связь образуется за счёт перекрывания вытянутых гибридных орбиталей (рис.1), а Пи-связь образуется за счёт перекрывания p-орбиталей (рис.2).

Однако сам Л.Полинг не был удовлетворён описанием сигма- и Пи- связей. На симпозиуме по теоретической органической химии, посвящённом памяти А.Кекуле (Лондон, сентябрь 1958г.), он раскритиковал и отказался от σ, π - описаний и предложил теорию изогнутой химической связи[2]. Последняя теория чётко учитывала физический смысл ковалентной химической связи, а именно кулоновскую электронную корреляцию.

Основная характеристика сигма-связи (длина и прочность) зависит от электронной конфигурации атомов, образующих сигма-связь.

17 Ионная связь. Направленность и ненасыщенность ионной связи.

Ионная связь — очень прочная химическая связь, образующаяся между атомами с большой разностью (>1,5 по шкале Полинга) электроотрицательностей, при которой общаяэлектронная пара полностью переходит к атому с большей электроотрицательностью.Это притяжение ионов как разноименно заряженных тел. Примером может служить соединение CsF, в котором «степень ионности» составляет 97 %.Рассмотрим способ образования на примере хлорида натрия NaCl. Электронную конфигурацию атомов натрия и хлора можно представить: 11 Na 1s2 2s2 2p 6 3s1; 17 Cl 1s2 2s2 2p6 Зs2 3р5 Это атомы с незавершенными энергетическими уровнями. Очевидно, для их завершения атому натрия легче отдать один электрон, чем присоединить семь, а атому хлора легче присоединить один электрон, чем отдать семь. При химическом взаимодействии атом натрия полностью отдает один электрон, а атом хлора принимает его. Схематично это можно записать так: Na. — l е —> Na+ ион натрия, устойчивая восьмиэлектронная 1s2 2s2 2p6 оболочка за счет второго энергетического уровня. :Cl + 1е --> .Cl - ион хлора, устойчивая восьмиэлектронная оболочка. Между ионами Na+ и Cl- возникают силы электростатического притяжения, в результате чего образуется соединение. Ионная связь — крайний случай поляризации ковалентной полярной связи. Образуется между типичными металлом и неметаллом. При этом электроны у металла полностью переходят к неметаллу. Образуются ионы.

Если химическая связь образуется между атомами, которые имеют очень большую разность электроотрицательностей (ЭО > 1.7 по Полингу), то общая электронная пара полностью переходит к атому с большей ЭО. Результатом этого является образование соединения противоположно заряженных ионов:

Между образовавшимися ионами возникает электростатическое притяжение, которое называется ионной связью. Вернее, такой взгляд удобен. На деле ионная связь между атомами в чистом виде не реализуется нигде или почти нигде, обычно на деле связь носит частично ионный, а частично ковалентный характер. В то же время связь сложных молекулярных ионов часто может считаться чисто ионной. Важнейшие отличия ионной связи от других типов химической связи заключаются в ненаправленности и ненасыщаемости. Именно поэтому кристаллы, образованные за счёт ионной связи, тяготеют к различным плотнейшим упаковкам соответствующих ионов.

Характеристикой подобных соединений служит хорошая растворимость в полярных растворителях (вода, кислоты и т. д.). Это происходит из-за заряженности частей молекулы. При этом диполи растворителя притягиваются к заряженным концам молекулы, и, в результате Броуновского движения, «растаскивают» молекулу вещества на части и окружают их, не давая соединиться вновь. В итоге получаются ионы окружённые диполями растворителя.

При растворении подобных соединений, как правило, выделяется энергия, так как суммарная энергия образованных связей растворитель-ион больше энергии связи анион-катион. Исключения составляют многие соли азотной кислоты (нитраты), которые при растворении поглощают тепло (растворы охлаждаются). Последний факт объясняется на основе законов, которые рассматриваются в физической химии.

Насыщенность и направленность ковалентной связи Число ковалентных связей, которые образует данный атом, ограничено и определяется числом валентных орбиталей: s-, p- и d- внешнего уровня, d- предвнешнего уровня, f – второго снаружи уровня. ^ Насыщенность ковалентной связи – способность атома участвовать в образовании только определенного числа химических связей. Направленность ковалентной связи. Т.к. все эл.облака (кроме s-) имеют определенную пространственную направленность, а перекрывание эл.облаков возможно только при определенной взаимной ориентации, то ковалентная химическая связь тоже является направленной.  В некоторых молекулах возникает несоответствие между реальной геометрией молекулы и предполагаемым направлением орбиталей в пространстве. Для разрешения этой проблемы в рамках теории МВС существует теория гибридизации АО (Л.Полинг):  - при образовании молекулы вместо разных по симметрии исходных АО возникают смешанные («гибридные») орбитали, одинаковые по энергии и форме; естественно, что при этом меняется и форма электронных облаков, а также их расположение в пространстве: Рис.3. Пространственное расположение электронных облаков  для различных типов гибридизации. - для образования гибридных облаков необходимы затраты энергии, но они компенсируются, т.к. энергия связи с гибридными облаками больше, чем энергия связи с «чистыми» облаками; - число гибридных АО равно числу исходных АО.