Правило Хунда1

Энергетический подуровень электроны заполнют таким образом, чтобы суммарный спин их был максимальным.

5. Химическая связь

5.1. Понятие химической связи

Учение о природе химической связи даёт ответы на следующие вопросы.

Почему одни атомы соединяются в молекулы, а другие такой способностью не обладают?

Почему у молекулы появляются свойства, отличающиеся от свойств образующих её атомов?

Почему одни молекулы очень устойчивы, а другие распадаются на атомы уже в обычных условиях?

Почему некоторые вещества состоят из ионов, а другие – из молекул?

Химическая связь – это взаимодействие, которое связывает отдельные атомы в молекулы, кристаллы.

По современным представлениям химическая связь имеет электрическое происхождение. В её образовании участвуют преимущественно внешние электроны атомов. Между электронами и ядрами атомов возникают электростатические силы притяжения, удерживающие атомы друг около друга в виде молекул или кристаллов.

Обычно условно выделяют три типа химической связи: ковалентную, ионную и металлическую. Ковалентная связь по своей природе представляет собой универсальный тип химической связи. Ионную же связь можно рассматривать как предельный случай ковалентной связи между атомами, резко отличающимися по электроотрицательности. Металлическая связь характерна только для металлов и их сплавов и имеет ту же природу, что и ковалентная связь, отличаясь от нее некоторыми особенностями.

Для объяснения природы ковалентной связи и механизма её образования используют обычно две теории, известные под названием метод валентных связей (метод ВС) и метод молекулярных орбиталей (метод МО). В теоретической химии доминирует метод МО.

5.2. Электроотрицательность

Под электроотрицательностью (ЭО) понимается способность атома в молекуле или сложном ионе притягивать электроны, участвующие в образовании ковалентной химической связи.

Это понятие используется для оценки некоторых свойств химической связи. Однако электроотрицательность – это сродство атома к электрону, поскольку она относится не к изолированныму, а к химически связанному атому. Электроотрицательность атома в молекуле представляет способность конкурировать с другими, связанными с ним атомами, в притяжении общих электронов, участвующих в образовании между ними химических связей.

Электроотрицательность связана со способностью изолированного атома удерживать свои внешние электроны (энергия ионизации атома – Е_и), а также с его способностью притягивать дополнительные электроны (сродство к электрону – Е_ср). Поэтому электроотрицательность атома часто рассматривается как функция (полусумма значений) этих двух видов энергии:

.

Чем больше ковалентных химических связей у атома, тем большей способностью он обладает к передаче электронов, и электроотрицательность его меняется с изменением степени окисления. Так, атом серы в молекуле SС1₂, несомненно, должен иметь бόльшую ЭО, чем атом серы в молекуле SF₆, в которой он теряет большее число электронов. При этом допускается, что значение ЭО для одного из атомов в молекуле не зависит от числа химических связей с другими атомами. За ЭО i-го атома элемента принимают некоторую эмпирическую, усреднённую величину.

Шкала относительных электроотрицательностей атомов (ОЭО) по Полингу¹ рассчитана на основе термохимических данных. В этой шкале произвольно принята величина ОЭО наиболее электроотрицательного электронейтрального атома фтора, равная 4,0. Электронейтральному атому каждого химического элемента приписывается вполне определённое значение ОЭО, не зависящее от ОЭО атомов, с которыми данный атом вступает в химические связи.

В каждом периоде периодической системы химических элементов ОЭО атомов возрастает слева направо, т. е. с увеличением порядкового (атомного) номера элемента, а в каждой группе убывает, как правило, сверху вниз. Таким образом, с увеличением электроотрицательности электронейтральных атомов элементов их восстановительные свойства ослабевают. Чем дальше отстоят атомы элементов друг от друга по шкале ОЭО, тем бόльшую склонность они обнаруживают к образованию ионной химической связи.

При составлении химических формул веществ, состоящих из атомов элементов – неметаллов, более электроотрицательные из них указываются правее, например:BN, BCl₃, CH₄, NH₃, H₂O, HCl, Cl₂O, ОF₂, BrCl, Вr₃N и т. д.