2.2. Химическая связь и строение молекул Содержание материала для самостоятельного изучения

Химическая связь и валентность элементов. Основные типы химической связи: ковалентная (полярная, неполярная), ионная, металлическая, водородная. Механизмы и способы образования ковалентной связи (обменный и донорно-акцепторный механизмы, - и -связь). Характеристики связи: энергия, длина, направленность, насыщаемость, полярность и поляризуемость.

Литература: [1 – гл. 2, §§ 2.1 – 2.3]; [2 – гл. IV, §§ 38 – 42, 46, 47].

Основные теоретические положения

Химической связью называются различные виды взаимодействия, обуславливающие устойчивое существование двух- и многоатомных соединений: молекул, ионов, кристаллических и иных соединений.

Химическая связь образуется за счет валентных электронов (расположенных на последних энергетических уровнях) атомов, находящихся в разных энергетических состояниях.

Химическая связь имеет энергетические и геометрические характеристики: энергию, длину, дипольный момент, полярность, направленность, насыщаемость, поляризуемость. Характеристики связи атомов в молекуле определяют строение и свойства веществ, поэтому знание механизмов и способов образования химической связи является важнейшей задачей химии.

Энергия химической связи - это мера прочности связи. Её величина определяется работой, необходимой для разрушения связи, или выигрышем в энергии при образовании связи (кДж/моль). Для определения энергии единичной связи необходимо энергию образования 1 моль вещества разделить на число Авогадро.

К геометрическим параметрам относятся длина химической связи, углы между связями в молекулах, кристаллах, комплексах и т.п.

Длина химической связи. Под длиной связи понимают расстояние между центрами ядер атомов в молекуле (или кристалле), когда силы притяжения уравновешены силами отталкивания и энергия системы минимальна. Чем связь прочнее, тем она короче.

В зависимости от распределения электронной плотности химическая связь может быть ковалентной, ионной и металлической (табл. 2.3).

Таблица 2.3

Основные виды химической связи

Химическая связь
Ионная	Ковалентная		Металлическая
Ме I, II гр. (А) – неМе VI, VII гр. (А) ∆Э.О >1,7 NaCl, BaO и др.	Полярная	Неполярная	Связь между положительными ионами, осуществляемая за счет обобществленных электронов Ме – Ме
	Ме – неМе ∆Э.О <1,7 PbCl2, NiO и др.	неМе – неМе (одинаковые) ∆Э.О = 0 NH4OH, SiO2 и др.
	неМе – неМе (различные) ∆Э.О ≠ 0 NH4OH, SiO2 и др.

Ковалентная связь с позиций метода валентных связей (МВС) возникает за счет образования общей электронной пары, то есть перекрывания электронных облаков неспаренных электронов с антипараллельными спинами, принадлежащих атомам, между которыми образуется химическая связь. Непременным условием возникновения химической связи является выделение энергии. Чем больше выделяется энергия, тем прочнее связь, тем устойчивее образовавшаяся система. Если электронная пара или, точнее, область перекрывания электронных облаков расположена симметрично относительно ядер связывающихся атомов и принадлежит им в равной степени, то такая связь называется ковалентной неполярной. Этот вид связи характерен для атомов с одинаковой электроотрицательностью, например, Н₂, Сl₂, F₂, N₂, О₂ и др. Если связь образуется между атомами с разными свойствами, то электронное облако смещается к атому с большей электроотрицательностью и возникающая при этом связь называется ковалентной полярной.

Полярность связи (полярная и неполярная) определяется разностью электроотрицательностей атомов. Чем выше электроотрицательность одного из атомов, тем более вероятно смещение общей электронной пары в сторону ядра этого атома. Ковалентная связь является тем более прочной, чем более полно перекрываются электронные облака.

Ионная связь – результат электростатического взаимодействия противоположно заряженных ионов. Она возникает за счет перехода валентного электрона с атомной орбитали типичного металла (I, II группы главной подгруппы) на атомную орбиталь типичного неметалла (VI, VII группы главной подгруппы). При этом атом типичного металла превращается в положительно заряженный ион, а атом неметалла приобретает отрицательный заряд. Между противоположно заряженными ионами возникает сила электростатического притяжения (ионная связь). Перешедший электрон металла спаривается с одиночным электроном неметалла, и оба атома образуют при этом устойчивую восьмиэлектронную оболочку ближайшего инертного газа. Ионную связь можно рассматривать как частный случай предельно полярной ковалентной связи. Чем более полярная связь, тем большей долей ионности она характеризуется.

Металлическая связь – многоцентровая химическая связь, основанная на обобществлении внешних электронов атомов металла. В кристалле или расплаве металла валентные электроны делокализованы и обслуживают весь металлический образец, обеспечивая его тепло-, электропроводность и пластичность.