6. Образование химической связи. Энергия связи и длина связи.

При взаимодействии атомов между ними может возникнуть связь, приводящая к образованию устойчивой многоатомной системы – молекулы, молекулярного иона, кристалла. Чем прочнее связь, тем больше энергии необходимо затратить на ее разрыв. При образовании связи выделятся энергия, следовательно, уменьшается свободная потенциальная энергия системы взаимодействующих электронов и ядер.

Потенциальная энергия образующейся молекулы всегда меньше, чем суммарная потенциальная энергия исходных свободных атомов.

Длина связи – межъядерное расстояние в невозбужденной молекуле, обычно равно 1-2 ангстрем (0,1-0,2 нм).

Энергия связи – энергия, выделяющаяся при образовании данного вида связи (150-1000 кДж/моль).(чем больше энергия связи, тем больше нужно затратить энергии на разрыв связи, и тем прочнее связь).

Химическая связь возникает в результате перегруппировки электронов- передачи электронов от атома к атому или смещения электронов, приводящего к возникновению общих электронных пар.(электронная(электровалентная, гетерополярная) и атомная(ковалентная(полярная, неполярная), гомеополярная),донорно-акцепторная, металлическая и водородная связи).

 

7. Ковалентная (атомная) связь. Метод валентных связей. Возбужденные состояния атомов. Валентность.

Ков. связь – Это связь между атомами за счет образования общих электронных пар. Возникает между элементами с одинаковым или близким значением энергии сродства к электрону. Механизм возникновения ковалентной связи: 2 метода объяснения: 1 – метод валентных связей, 2 – метод молекулярных орбиталей.

М.В.С. - приближённый расчётный метод, основанный на представлении о том, что каждая пара атомов в молекуле удерживается вместе при помощи одной или нескольких общих электронных пар. Валентными являются неспаренные электроны.

Валентность - способность атомов химических элементов образовывать определённое число химических связей с атомами других элементов. Например, Валентность хлора в основном состоянии равна единице, поскольку атом имеет один неспаренный электрон. Возбужденное состояние атома – это его новое энергетическое состояние с новым распределением электронов в пределах валентного уровня.

8. Направленность ковалентной связи. Сигма и п-связи. Гибридизацияатомных орбиталей.

Перекрывание электронных облаков при образовании ковалентных связей возможно только при определенной их ориентации в пространстве – отсюда направленность ковалентных связей, приводящая к той или иной стереохимии молекул, т.е. к определенной их форме.

1)AA, BB. Этот тип молекул характерен для водорода (сигма-связь), галогенов, и соединений водорода с галогенами.(H2,Cl2,HCl). Молекулы водорода имеют линейную структуру. Химическая связь действует по кратчайшему расстоянию, связывая атомы  сигма - связью.

2)А₂В. Этот тип характерен для соединений, образованных элементами главной подгруппы 6-ой группы: Н₂О, Н₂S.(см.рис)  ( Н₂О – валентный угол –105⁰, Н₂S – 92⁰35’,молекула воды имеет угловое строение). Максимальная плотность возникает притемп.=4 градуса Цельсия.

3)А₃В. Элементы главной подгруппы 5 группы(N,P,As,Sb). NH₃ – тетраэдр, пирамида на треугольном основании.

4)А₄В Главная подгруппа 4 группа(Si,C,Ge,Sn,Pb). СН₄ – электроны последнего уровня углерода – s²p².(тетраэдер). После возбуждения - sp³. Гибридизация электронных облаков. s²p² ® sp³ ® q⁴ Гибридизация требует затрат энергии, но эта энергия компенсируется при протекании реакции образования связи. Все связи энергетически равноценны.

5)АВ₃ – характерно для соединений гл. подгруппы 3-ей группы.(B,Al,Ga,In,Tl) BCl3. s²p ®после возбуждения sp² ®после гибридизации q³.(равносторонний треугольник).

6)АВ₂ –для некоторых соединений, образованными элементами главной подгруппы 2 группы. ВеCl₂ (линейная структура, угол – 180⁰). sp ®spà q²   d² sp³ ® q⁶.

Если в молекуле имеется кратная связь между атомами (двойная и тройная), то только одна связь является прочной - сигма-связь. Видно на примере этилена. S²p²->sp³->sp²p->q³p – неполная гибридизация. Поскольку сигма связи действуют по кратчайшему расстоянию, повышенная электронная плотность оказывается в области между ядрами, за счет чего происходит стягивание ядер. В случае пи-связи повышенная плотность возникает вдали от межъядерной линии, дополнительное стягивание не возникает.

Гибридизация орбиталей — гипотетический процесс смешения разных (s, p, d, f) орбиталей центрального атома многоатомной молекулы с возникновением одинаковых орбиталей, эквивалентных по своим характеристикам. (короч если у атома есть разные орбитали, то в итоге из них образуются одинаковые)