10. Ковалентная (атомная) связь. Метод валентных связей. Возбужденные состояния атомов. Валентность.
К.с. возникает между элементами с одинаковым или близким значением энергии сродства к электрону. Валентность атомов в соединениях с ковалентной связью определяется по числу электронных пар (одна пара – одна единица валентности).
Для оценки относительной зарядности элемента в ковалентных соединениях (хотя на самом деле никаких зарядов в этих соединениях нет) прибегают к приему: мысленно связь разорвать и руководствоваться следующим правилом: при разрыве связи в пределах периода электрон смещается от левее стоящего элемента к правее стоящего, а в пределах главной подгруппы от ниже стоящему к выше.
2 метода объяснения механизма возникновения ковалентной связи: метод валентных связей (МВС) и метод молекулярных орбиталей (МО).
В основе МВС лежит
3 положения: 1. Химическая связь образуется
двумя электронами с противоположно
направленными спинами. При этом имеет
место взаимное перекрытие электронных
орбиталей. Между атомами возникает
зона повышенной электронной плотности,
к которой притягиваются ядра с остальными
электронами.
2. Связь имеет ориентацию в направлении, обеспечивающем максимально возможное перекрывание орбиталей.
3. Чем больше взаимное перекрывание электронных орбиталей, тем прочнее связь.
Валентными являются неспаренные электроны. Их число можно изобразить с помощью электронной конфигурации атомов.
При возбуждении атомов (за счет притока энергии извне) имеет место «распаривание» электронов и переход электрона на более удалённый подуровень в пределах одного уровня.
Распаривание одной электронной пары может увеличить валентность на 2 единицы.
11. Направленность ковалентной связи. Сигма и пи-связи. Гибридизация атомных орбиталей.
К.с. возникает между элементами с одинаковым или близким значением энергии сродства к электрону.
Перекрывание облаков при образовании к.с. возможно только при определенной их взаимной ориентации в пространстве – отсюда направленность связей, приводящая к определенной форме молекул. При этом область перекрывания располагается определенным образом по отношению к взаимодействующим атомам.
1. Молекулы типа AA, BB, АВ.
Характерен для
водорода, галогенов и соединений
«галоген+водород». Молекулы имеют
линейчатую структуру. Химическая связь
действует по кратчайшему расстоянию
(
- сигма-связь).
2. Молекулы типа
Характерен для соединений, образованных элементами главной подгруппы 6-ой группы: Н2О, Н2S.
- валентный угол
- валентный угол
3. Молекулы типа
Характерен для соединений, образованных элементами главной подгруппы 5-й группы (N, P, As, Sb, Bi).
Молекула аммиака (NH3) имеет форму пирамиду с треугольным основании.
4. Молекулы типа
Главная подгруппа 4-й группы (Si,C,Ge,Sn, Pb)
Молекула метана имеет форму тетраэдра (по вершинам – атомы водорода, атом углерода – в центре).
5. Молекулы типа
Главная подгруппа 3-ей группы (B,Al,Ga,In,Tl).
Молекула
имеет вид равностороннего треугольника.
6. Молекулы типа
Характерен для некоторых соединений, образованными элементами главной подгруппы 2 группы.
ВеCl2 (линейная структура, угол – 180).
Если в молекуле имеется кратная связь между атомами (двойная или тройная), то только одна связь является прочной - пи-связь. Остальные – сигма-связи.
Пример. Рассмотрим молекулу этилена (С2Н4).
Имеет место неполная
гибридизация
Между атомами углерода одна из связей «пи». Все остальне – «сигма».