2. Кількісна характеристика хімічного зв’язку – довжина зв’язку між атомами, валентні кути і енергія зв’язку.

Найважливішими характеристиками хімічного зв’язку є: енергія зв’язку, довжина зв’язку між атомами і валентні кути.

Характеристикою міцності хімічного зв’язку є енергія зв’язку Е_зв – енергія, яка необхідна для розриву (дисоціації) зв’язків в молекулі з одержанням нейтральних атомів. Вимірюється в електронвольтах (еВ) для одного зв’язку або в кДж/моль для одного моля зв’язків. Так, енергія зв’язку Н-Н в молекулі Н₂ рівна 435 кДж/моль, а середня енергія одного зв’язку С-Н у багатоатомній молекулі СН₄ рівна Е_дисс (СН₄ /4) = 1648/4 = 412 кДж/моль.

Довжина зв’язку – відстань між ядрами атомів, що утворюють сполуку. Довжини зв’язків зазвичай знаходяться в межах від 0,1 до 0,27 нм (Н₂ – 0,075; N₂ – 0,110; О₂ – 0,121, I₂ – 0,267). Зміна довжин зв’язків в схожих сполуках пов’язана зі зміною ефективних радіусів елементів, що входять в ці сполуки, наприклад, для HF, HCl, HBr і HI довжини зв’язків змінюються відповідно: 0,100; 0,127; 0,141; 0,162 нм.Довжина та енергія зв’язку залежить від кратності зв’язку (одинарний «-», подвійний «=», потрійний «=»). Зі збільшенням кратності зменшується довжина зв’язку, збільшується його енергія, і, відповідно, - стійкість його молекул. Навпаки, збільшення радіусів атомів, які утворюють зв'язок, призводить до зростання їх довжини та зменшення енергії зв’язку.

Валентний кут – кут між уявними лініями, що з’єднують центри атомів у напрямі дії хімічного зв’язку. Його вимірюють у випадках, коли в молекулі не менше трьох атомів.

Наприклад:

3. Основні типи хімічного зв’язку. Способи утворення ковалентного зв’язку, його насиченість і направленість. -зв’язки.

Хімічний зв’язок утворюється лише тоді, коли при наближенні двох атомів (або декількох) повна енергія утвореної системи зменшується, отже частина енергії, яку мали атоми до об’єднання випромінюється. Всі типи хімічного зв’язку мають подібність. Але кожний тип має свої особливості, які обумовлюють появу нових властивостей. Першою теорією хімічного зв’язку була теорія Льюіса, яка передбачала виникнення спільних для двох атомів електронних пар. Це положення є основою теорії ковалентних зв’язків. Найбільш важливими типами хімічного зв’язку є ковалентний {полярний і неполярний) та іонний. Різновидами цих типів зв’язку є донорно-акцепторний, водневий, а також міжмолекулярна (ван-дер-ваальсова) взаємодія. Між атомами металів виникає металічний зв'язок.

Ковалентний зв'язок. Цей тип хімічного зв'язку здійснюється між атомами однакової хімічної природи або між атомами, близькими за хімічними властивостями. Зв'язок утворюється внаслідок узагальнення електронів взаємодіючих атомів (утворення спільних електронних пар). Тобто, ковалентний зв'язок виникає за рахунок перекривання електронних хмар неспарених електронів різних атомів з антипаралельним спінами, які входять до складу молекули.

Початок теорії найпоширенішого виду хімічного зв’язку - ковалентного зв’язку - покладено працями видатного американського вченого Г.Льюїса, перша з яких була опублікована у 1916 р.

При утворенні ковалентного зв’язку електрони не переходять від одного атома до іншого, а утворюють одну або декілька пар, які стають спільними для атомів, що з’єднуються. Ці пари, входячи до зовнішніх оболонок атомів, доповнюють електронні шари до 8-ми електронів (октети), утворюючи стійкі оболонки благородних газів.

Так, сполучення атомів Хлору, що містять на зовнішньому енергетичному рівні по сім електронів, у молекулі хлору схематично можна уявити наступним чином:

Утворення хімічного зв’язку відбувається за рахунок неспарених електронів.

Теорія Льюїса пояснювала механізм утворення значної кількості хімічних сполук, проте пояснити природу хімічного зв’язку вона не могла. З розвитком квантової механіки було встановлено, що природа ковалентного зв’язку полягає в особливій квантово-механічній взаємодії електронів, яка зумовлює сполучення атомів.

Ковалентний зв’язок проявляється при утворенні молекул не тільки елементарних речовин (Н₂, F₂, С1₂, Вг₂, N та ін.), але також в складних речовинах, які утворюються з атомів елементів, що близько розташовані один до одного в періодичній системі (С0₂, SіС1₄, 8С1₂, С1F та ін.).

Напрямленість зв’язку - це властивість зв’язку утворюватися в певному напрямку по відношенню до взаємодіючих атомів.

Напрямленість зв’язку залежить від числа атомів та типу взаємодії електронів. Оскільки електрони мають різну форму електронних хмар,то максимальне їх перекривання при утворенні зв’язку може відбуватися лише у відповідних напрямках з утворенням певних валентних кутів.

Насиченістю ковалентного зв’язку – називають здатність елементів утворювати певну кількість зв’язків.

Хімічний зв’язок в молекулах зумовлений перекриванням валентних орбіталей взаємодіючих атомів і супроводжується зменшенням повної енергії системи. В залежності від способу перекривання і симетрії орбіталі, що утворюється, розрізняють σ-, π- -зв’язки.

σ-Зв’язок (сигма-зв’язок) утворюється в результаті перекривання електронних орбіталей уздовж лінії, що з’єднує центри атомів. У випадку σ-зв’язку відбувається максимальне перекривання орбіталей і тому, саме σ-зв’язок відповідає за геометрію молекули.

Між двома атомами можливий тільки однин σ-зв’язок:

π-Зв’язок (пі-зв’язок) виникає в результаті перекривання атомних орбіталей вздовж ліній, перпендикулярних тій, що з’єднує центри атомів (тобто ділянка перекривання знаходиться над і під лінією, що з’єднує центри атомів): Молекула азоту.

В результаті додаткового перекривання атомних орбіталей за рахунок π-зв’язку між атомами виникають кратні зв’язки: одинарний (F – F); подвійний (O=O); потрійний (N≡N).

Контрольні питання:

1. Яка природа хімічного зв’язку та його утворення?

2. За рахунок чого виникає хімічний зв'язок?

3. Назвіть шляхи утворення хімічного зв’язку.

4. Перерахуйте та охарактеризуйте кількісні характеристики хімічного зв’язку.

5. Охарактеризуйте ковалентний зв'язок, способи утворення, направленість та насиченість.

6. Охарактеризуйте та наведіть приклади σ-, π- -зв’язків.

Домашнє завдання:

Опрацювати :

Література