4.2. Параметры молекул

Количественными параметрами ковалентной связи являются: энергия, длина, валентный угол и полярность.

Энергия, выделяемая при образовании связи из одиночных атомов, называется энергией связи. Она зависит, от электронной плотности перекрывающихся орбиталей и от глубины их перекрывания. Чем больше эти характеристики, тем больше энергия связи.

Длина связи – это расстояние между ядрами химически связанных атомов. Связь тем прочнее, тем меньше ее длина.

Угол, образованный направлением двух связей, называется валентным. Он создает определенную ориентацию химической связи в пространстве.

Полярность ковалентной связи. Если ковалентная связь образована одинаковыми атомами, то обобществленные электроны равномерно распределены между ними. Такая связь называется ковалентной неполярной. Примеры: H₂, O₂, Cl₂ N₂ и др. Если один из атомов в молекуле сильнее притягивает электроны связи, то возникает ковалентная полярная связь. Например в молекулах HCl, H₂O, NH₃ и др. Критерием способности атома притягивать электроны к себе может служить электроотрицательность (ЭО). Чем выше ЭО атома, тем более вероятно смещение электронной пары в сторону ядра этого атома. Поэтому разность ЭО разных атомов характеризует полярность связи. Чем больше разность ЭО, тем выше полярность связи.

Вследствие смещения электронной пары к одному из ядер повышается плотность отрицательного заряда у данного атома и соответственно он получает заряд, называемый эффективным зарядом атома (обозначается буквой «дельта» δ-). У второго атома повышается плотность положительного заряда (δ+). Вследствие этого возникает диполь, представляющий собой электрически нейтральную систему с двумя одинаковыми по величине зарядами, находящимся на определенном расстоянии (ℓ_д) друг от друга. Мерой полярности связи служит электрический момент диполя (µ). Он равен произведению эффективного заряда атома на длину диполя: µ = δ · ℓ_д.

Электрический момент диполя имеет единицу измерения Кл ·м. Внесистемная единица измерения Дебай (D), равная 3,3 ·10^–30 Кл ·м.

укажем приведенные выше характеристики на примере молекулы воды.

H2O

Длина связи (ОН) 0,0097 нм

Энергия связи (ОН) 450 кДж/моль

Полярность связи (ОН) 1,5 D

В многоатомных молекулах полный диапольный момент равен векторной сумме дипольных моментов отдельных связей.

Неполярная связь имеет µ = 0,

полярная связь имеет µ = 4D,

ионная связь имеет µ от 4D до 12 D.

С позиции поляризации связи ионная связь – это предельно поляризованная ковалентная связь.

Водородную и металлическую связи можно условно рассматривать как разновидности ковалентной связи. Таким образом, природа химической связи едина!

4.3. Виды и кратность связи

Атомные орбитали перекрываются по разному. С этих позиций различают - и - связи.

- связь возникает при перекрывании АО любой симметрии на линии связи.

Схематическое изображение:

Число образованных - связей, называется координационным. Атом, А образующий - связи партнерами (лигандами), называется центральным. Координационное число атома А в молекуле AB₄ равно 4.

- связь образуется при перекрывании р- , d- и f- орбиталей на прямой перпендикулярной линии связи. Схематическое изображение:

- связь может возникнуть только совместно с - связью. Число связей соединяющих 2 атома, называется кратностью связи. Кратность связи в молекулах H – H, H₂C = CH₂, N= N соответственно равна 1, 2, 3.