2. Chemická vazba, podmínky vzniku a důležité vlastnosti vazby

vznik chemické vazby

polarita vazby

charakteristika vazby – kovalentní, iontová, kovová

vliv chemické vazby na vlastnosti látek

slabé vazebné interakce – van der Waalsovy síly, vodíková vazba

2. Химическая связь, условия возникновения и важные свойства связи

возникновение химической связи

полярность связи

характеристика связи — ковалентная, ионная, металлическая

влияние химической связи на свойства веществ

слабые взаимодействия связи — Силы Ван-дер-Ваальса, водородная связь

1. Химическая связь – это взаимное притяжение атомов, приводящее к образованию молекул и кристаллов, в результате действия между ними электрических сил притяжения. Химическая связь может образовываться путем предоставления от каждого из атомов по одному или нескольким неспаренным электронам с образованием электронных пар, либо при доминировании одним атомом электронной пары над другим атомом электронной орбитали. В образовании химической связи участвуют только электроны внешней электронной оболочки, а внутренние электронные уровни не затрагиваются. В результате, при образовании химической связи у каждого атома образуется заполненная электронная оболочка внешнего электронного уровня. Химическая связь характеризуется длиной, энергией и полярностью. Длина химической связи это расстояние между ядрами связанных атомов. Энергия химической связи показывает сколько необходимо затратить энергии на разведение двух атомов, между которыми существует химическая связь, и на расстояние, при котором эта химическая связь будет разорвана.

2. Полярность – это характеристика химической связи, показывающая перераспределение электронной плотности в пространстве вблизи ядер по сравнению с исходным распределением этой плотности в нейтральных атомах, образующих данную связь. Связи строго неполярны лишь в двухатомных гомоядерных молекулах, в остальных случаях они в той или иной степени полярны. Обычно ковалентные связи слабо полярны, ионные связи сильно полярны.

Валентность — способность атома образовывать определенное количество химических связей с другими атомами. В различных соединениях атомы одного и того же элемента могут проявлять различную валентность. Валентность атома определяется числом неспаренных электронов в основном или возбужденном состоянии, участвующих в образовании химической связи с другим атомом.

Валентные электроны – это электроны, которые могут участвовать в образовании химической связи. В образовании химической связи могут участвовать только неспаренные электроны атома.

3. Существует три основных вида химической связи – ковалентная, ионная и металлическая.

Ковалентная связь – это химическая связь между атомами, возникающая между атомами за счет образования общих электронных пар. Она может быть образована атомами одного итого же элемента и тогда она неполярная; например, такая ковалентная связь существует в молекулах одноэлементных газов H₂, O₂, N₂, Cl₂ и др. Ковалентная связь может быть образована атомами разных элементов, сходных по химическому характеру, и тогда она полярная; например, такая ковалентная связь существует в молекулах H₂O, NF₃, CO₂. Ковалентная связь образуется между атомами элементов, обладающих электроотрицательным характером. Электроотрицательность - это способность атомов химического элемента оттягивать к себе общие электронные пары, участвующие в образовании химической связи. Так как разные элементы обладают разной электроотрицательностью, то общая электронная пара оказывается смещенной в сторону более электроотрицательного элемента. В результате на атоме образуется частичный отрицательный заряд, соответственно на атоме менее электроотрицательного элемента возникает такой же частичный, но уже положительный заряд. Следовательно, по линии ковалентной связи возникает два полюса – отрицательный и положительный. Такую ковалентную связь называют полярной. Ковалентную связь между атомами одного элемента называют неполярной, так как в этом случае зарядов-полюсов по линии связи не возникает. Для веществ с ковалентной связью характерны два типа решеток – молекулярные и атомные.

Ионная связь – это химическая связь, образующаяся между катионами и анионами за счет их электростатического притяжения. Такая связь образуется при большой разнице в электроотрицательностях атомов, когда менее электроотрицательный атом почти полностью отдает свои валентные электроны и превращается в катион, а другой, более электроотрицательный атом, эти электроны присоединяет и становится анионом. Ионно-связанные соединения не имеют молекулярного строения и представляют собой твердые вещества, образующие ионно-кристаллические решетки, с высокими температурами кипения и плавления, они высокополярны, часто солеобразны, в водных растворах электропроводны. Соединений с чисто ионными связями практически не существует.

Металлическая связь— это связь в металлах и сплавах, между положительными ионами, осуществляемая за счет притяжения электронов, свободно перемещающихся по кристаллу. Атомы большинства металлов на внешнем уровне содержат небольшое число электронов, эти электроны легко отрываются, а атомы превращаются в положительные ионы. Оторвавшиеся электроны свободно перемещаются от одного иона к другому, связывая их в единое целое. Соединяясь с ионами, эти электроны временно образуют атомы, потом снова отрываются и соединяются уже с другим ионом и т.д. Металлическая связь имеет некоторое сходство с ковалентной, так как основана на обобществлении внешних электронов. Однако при образовании ковалентной связи обобществляются внешние неспаренные электроны только двух соседних атомов, в то время как при образовании металлической связи в обобществлении электронов участвуют все атомы.

4. Химические связи можно рассматривать с точки зрения превращения энергии: если при создании молекулы ее энергия меньше, чем сумма энергий составляющих ее изолированных атомов, то она может существовать, т. е. ее связь устойчива.

Каждое вещество характеризуется определенными физическими и химическими свойствами. Когда какое-нибудь простое вещество вступает в химическую реакцию и образует новое вещество, то оно при этом теряет большинство своих свойств. Например, железо, соединяясь с серой, теряет металлический блеск, ковкость, магнитные свойства и др. Следовательно, в сульфиде железа нет железа, каким мы знаем его в виде простого вещества. Но так как из сульфида железа при помощи химических реакций можно снова получить металлическое железо, то говорят что в состав сульфида железа входит элемент железо, понимая под этим тот материал, из которого состоит металлическое железо. Точно так же водород и кислород, входящие в состав воды, содержатся в воде не в виде газообразных водорода и кислорода с их характерными свойствами, а в виде элементов — водорода и кислорода. Если же элементы находятся в "свободном состоянии", т. е. не связаны химически ни с каким другим элементом, то они образуют простые вещества.

Атомы в молекулах удерживаются химическими связями. Химические связи отличаются насыщаемостью. Валентность атомов определяет характер строения и химические свойства молекул. Структура вещества, под которой понимают упорядоченную связь и взаимодействие между элементами системы, определяет целостные ее свойства.

5. Ван-дер-Ваальсовы силы — силы межмолекулярного взаимодействия с энергией 10 — 20 кДж/моль. К вандерваальсовым силам относятся взаимодействия между диполями. Эти взаимодействия в основном определяют силы, ответственные за формирование пространственной структуры биологических макромолекул. Существует три типа вандерваальсовых сил, причем все они имеют электрическую природу: ориентационные, дисперсионные и индукционные силы.

Ван-дер-ваальсово взаимодействие возникает за счет возникновения наведенных дипольных моментов. Такой вид взаимодействия может возникать как между разными молекулами, так и внутри одной молекулы между соседними атомами за счет возникновения дипольного момента у атомов при движении электронов. Ван-дер-ваальсово взаимодействие может быть притягивающим и отталкивающим. Межмолекулярное взаимодействие носит характер притяжения, а внутримолекулярное — отталкивания. Внутримолекулярное Ван-дер-ваальсово взаимодействие оказывает существенный вклад в геометрию молекулы.

Водородная связь – это химическая связь между атомами водорода одной молекулы и атомами наиболее электроотрицательных элементов другой молекулы.

Водородная связь имеет частично электростатическую, а частично донорно-акцепторную природу. Водородные связи влияют на химические и физические свойства соединений. Межмолекулярные водородные связи обуславливают ассоциацию молекул, что приводит к повышению температур плавления и кипения. Внутримолекулярная водородная связь образуется при благоприятном пространственном расположении в молекуле соответствующих групп атомов и специфически влияет на их свойства. Например повышает кислотность салициловой кислоты. Благодаря внутримолекулярной водородной связи возможно образование спиральной структуры ДНК.