А.А. Клопотов, а.И. Потекаев, э.В. Козлов, ю.И. Тюрин, к.П. Арефьев, н.О. Солоницина, в.Д. Клопотов

Ковалентная связь

Стабильный (ns+ np) – октет электронов, характерный для инерт- ных газов, можно получить также путем обобществления принадлежа- щих разным атомам электронов. Например, у атома хлора не хватает всего одного электрона для образования стабильной конфигурации типа аргона. Следовательно, два атома хлора могут обобществить между со- бой два электрона, образуя молекулу хлора Cl₂.

Такая связь называется ковалентной. Два обобществленных элек- трона должны иметь противоположно направленные спины, а ковалент- ную связь можно представить как обменное взаимодействие принадле- жащих двум атомам электронов, в результате чего возникает эффект ре- зонанса, т. е. электроны принадлежат частично обоим атомам и не свя- заны ни с одним из них.

Ковалентная связь отличается от ионной тем, что они жестко свя- зывают взаимодействующие атомы, т. е. ковалентные связи являются пространственно направленными.

Кристаллы, подобные алмазу, в которых единственным типом свя- зи является ковалентная связь, отличаются высокими температурами плавления, высокой прочностью и твердостью. При этом они, подобно ионным кристаллам, являются изоляторами, т. к. все внешние электро- ны прочно связаны в ковалентных связях. Но при плавлении ионные кристаллы становятся проводниками, а ковалентные кристаллы являют- ся изоляторами как в твердом, так и в жидком состоянии.

Металлическая связь

Металлическую связь можно предоставить как связь, возникаю- щую за счет сил взаимодействия положительно заряженных ионов, ок- руженных газом «свободных» электронов. Свободные электроны не связаны с каким-либо определенным атомом, их подвижность в ионной решетке обуславливает тепло- и электропроводимость. Представления о металлической связи развивались первоначально в направлении объяс- нения особенностей физических свойств металлов. Энергию кристалла, имеющего металлический характер связи, можно записать в виде:

U =^

Ae² B



1 2

_{Ω3 Ω3}

Ce²

^ ,

Ω

гдеΩ– атомный объем (т. е. объем, приходящийся на одинатом).

28

Глава1 кристаллогеометрическиеикристаллохимическиехарактеристики металлическихсоединений.Размерныеэффектывметаллическихсистемах

Первое слагаемое этоговыражения представляет собойпотенциаль- ную энергию свободных электронов, второе – кинетическую, а третье – кинетическую энергию электронов, занимающих более низкиеэнергети-ческиесостояния.Минимумрезультирующей энергиисоответствуетли-нейному размеруr₀, которыйможнорассматривать какатомныйрадиус,

соответствующий

⁴r³

Ω_.

₃ 0

Расчеты периодов решётки, теплоты сублимации и коэффициентов сжимаемости для щелочных металлов подгруппы периодической таб- лицы 1А показали очень хорошее согласие с экспериментально опреде- ленными значениями этих величин. Однако для металлов подгруппы 1В в Периодической таблице (т. е. меди, серебра, золота) такого согласия нет. Ионные остовы этих металлов приходят в соприкосновение до того, как межатомное расстояние достигает значение r₀, соответствующего минимуму энергии. Различие между структурами и свойствами метал- лов подгруппы 1А и 1В доказывает тот факт, что металлическая связь не накладывает ограничений на число ближайших соседних атомов и что величина сил взаимного притяжения между электронами и ионами может быть существенно различной3.

Как и ковалентная связь, этот тип связи характеризуется обобщест- влением электронов, но в этом случае валентных электронов мало (один, три), а координационное число всегда больше – 8, 12, поэтому все валентные электроны обобществлены полностью и «свободно» пе- ремещаются в ионные решетки3.

Силы Ван-дер-Ваальса

В молекулярных кристаллах атомы связаны между собой силами Ван-дер-Ваальса. Физической причиной существования сил Ван-дер- Ваальса является возникновение индуцированных и флуктуационных электрических диполей и связанных с ними дипольных моментов. Эти силы изменяются обратно пропорционально шестой (или седьмой) сте- пени расстояния. Данный тип связи отмечен для жидкого и твердого со- стояния инертных газов Н₂, О₂, N₂, многих органических соединений.

Существует промежуточный между ионным и ван-дер- ваальсовским тип межатомной связи, называемый водородной связью. Эта связь характерна для соединений водорода с электроотрицательны- ми элементами О, N, Н. В этих соединениях атом водородаосуществля-