Лекция 4

Химическая связь. Правило Октета. Метод валентных связей (МВС). Параметры молекулы. Свойства ковалентной связи: насыщаемость, направленность и поляризуемость. Гибридизация атомных орбиталей. Геометрия молекул. Химическая связь, валентность, степень окисления.

Химическая связь – это сложное электростатическое взаимодействие, которое сопровождается перестройкой электронных оболочек атомов, приводящей к образованию простых и сложных веществ или кристаллов.

При этом потенциальная энергия атомов понижается. Следовательно, образование связи – процесс энергетически выгодный.

Основные виды химической связи: ионная, ковалентная и металлическая. Кроме того, между молекулами возникают водородная связь и вандерваальсовы взаимодействия.

В 1968 г. немецкий ученый В. Коссель высказал идею о том, что атомы при взаимодействии либо отдают электроны, либо присоединяют их, превращаясь при этом соответственно в катионы или анионы, имеющие устойчивые электронные конфигурации. Взаимное притяжение положительно и отрицательно заряженных частиц и обусловливает образование химической связи. Идеи Косселя легли в основу разработки теории ионной химической связи.

В том же году американский ученый Г. Льюнс предположил, что устойчивые внешние электронные конфигурации молекул могут возникать в результате обобщения пары электронов. Связь, образованная за счет обобществления пары электронов, поставляемых по одному от каждого атома получила название ковалентной.

Правило октета

В результате образования химической связи атомы могут приобретать такую же электронную конфигурацию, как у благородных газов, которые (за исключением гелия) имеют на внешнем уровне восемь (октет) электронов. Стремление к созданию такой устойчивой электронной конфигурации получило название октета. Оно справедливо и для ионной и ковалентной связей.

Для исследования химической связи используют два метода: метод валентных связей (МВС) и метод молекулярных орбиталей (ММО).

4.1. Метод валентных связей (мвс)

Его разработали в 1927 г. английские ученые В. Гейтлер и Ф. Лондон на примере образования молекулы водорода. При сближении атомов водорода происходит проникновение их электронных облаков друг в друга, которое называется перекрыванием электронных облаков:

Рис. Образование молекулы водорода по образованному (а) и по донорно-акцепторному (б) механизму

Электронная плотность между ядрами возрастает, ядра стягиваются друг к другу, энергия системы понижается.

Механизмы образования ковалентной связи:

1) Обменный (спаривания).

Связь возникает путем перекрывания двух одноэлектронных орбиталей. Например, образование H₂, Cl₂ и др.

2) Донорно-акцепторный.

Связь возникает за счет перекрывания двухэлектронной орбитали одного атома (донора) со свободной орбиталью другого атома (акцептора). Например, образование молекулы Н₂ из гидрид-иона и протона, образование иона аммония .

Основные положения МВС:

1) При образовании связи происходит перекрывание электронных облаков атомов и электронная плотность между ядрами увеличивается примерно до 20%.

Это приводит к притяжению атомных ядер и уменьшению энергии системы.

2) Связь осуществляется двумя электронами с анти-паралелльными спинами.

3) Все связи в молекуле рассматриваются как локализованные, двухцентровые и двухэлектронные.