(гибридизованной) орбиталью. Как правило, гибридизация затрагивает лишь высшие и близкие по энергии атомные орбитали, занятые электронами.

В результате гибридизации появляются новые гибридные орбитали, которые ориентируются в пространстве таким образом, чтобы расположенные на них электронные пары (или неспаренные электроны) оказались максимально удаленными друг от друга, что соответствует минимуму энергии межэлектронного отталкивания. Поэтому тип гибридизации определяет геометрию молекулы или иона.

ТИПЫ ГИБРИДИЗАЦИИ

Вопрос № 11. Ионная связь

Ионная связь – это химическая связь между ионами, осуществляемая электростатическим притяжением. Ионы образуются путем полного смещения электронной пары к одному из атомов. Этот тип связи образуется, если разность электроотрицательности атомов велика, т.е. ∆Χ ≥ 2,1.

Если 1,4 < ∆Χ < 2 ,1, то связь ионно-ковалентная, имеет свойства ионной связи. Ионная связь – это предельный случай ковалентной полярной связи (происходит полная отдача электронов одним из атомов). К типичным соединениям с ионным типом связи относятся галогениды щелочных металлов

(NaCl).

19

Механизм образования ионной связи:

Таким образом, в механизме возникновения ковалентной и ионной связи нет принципиального различия. Они различаются лишь степенью поляризации (смещением общих электронных пар). Природа же химических связей едина. Предсказать полярность связи можно на основании значений электроотрицательности атомов элемента. Чем больше разность электроотрицательности связанных атомов, тем сильнее выражена полярность.

Таким образом, если электроотрицательности атомов различаются очень сильно (например, атомов щелочных металлов и галогенов), то при их сближении валентные электроны одного атома полностью переходят к другому атому. В результате этого перехода оба атома становятся ионами и принимают электронную структуру ближайшего благородного газа. Например, при взаимодействии атомов натрия и хлора, они превращаются в ионы Na+ и Сl–, между которыми возникает электростатическое притяжение. Ионные кристаллы состоят из бесконечных рядов чередующихся положительных и отрицательных ионов, связанных электростатическими силами. При растворении ионных кристаллов или их плавлении в раствор или расплав переходят положительные и отрицательные ионы.

Следует отметить, что ионные связи обладают большой прочностью, поэтому для разрушения ионных кристаллов необходимо затратить большую энергию. Этим объясняется тот факт, что ионные соединения имеют высокие температуры плавления.

В отличие от ковалентной связи ионная связь не обладает свойствами насыщаемости и направленности. Причина этого состоит в том, что электрическое поле, создаваемое ионами, имеет сферическую симметрию и действует одинаково на все ионы. Поэтому количество ионов, окружающих данный ион, и их пространственное расположение определяются только величинами зарядов ионов и их размерами.

20

Вопрос № 12. Металлическая связь

Металлическая связь характерна для элементов, атомы которых на внешнем уровне имеют мало валентных электронов, слабо удерживающихся в атоме и большое количество энергетически близких свободных орбиталей. Это создает условия для свободного перемещения электронов по орбиталям атомов металла. Таким образом, металлическая связь – это связь между ионами металла, осуществляемая за счет общих электронов, свободно перемещающихся по кристаллу. Слабо связанные с ядрами атомов оторвавшиеся валентные электроны соединяются с «+» ионами и образуют временно атомы, потом снова отрываются и соединяются уже с другими ионами и т.д. Такие электроны называются «обобществленными», т.е.

собой ряд положительных ионов, локализованных в определенных положениях кристаллической решетки, и большое количество электронов, сравнительно свободно перемещающихся в поле положительных центров. В этом состоит важное отличие металлических связей от ковалентных, которые имеют строгую направленность в пространстве.

В чистом виде металлическая связь характерна для металлов щелочных и щелочноземельных. У многих металлов между соседними атомами возникают и ковалентные связи, т.е. в кристалле обычно наблюдается комбинация ковалентной и металлической связей.

21

Свойства металлической связи:

1.Ненаправлена в пространстве. Связь между положительными ионами металла осуществляется за счет большого количества электронов, сравнительно свободно перемещающихся в поле положительных центров (валентные электроны распределены по кристаллу неравномерно).

2.Ненасыщаема.

Важнейшим признаком металлов считают высокую электропроводность, которая уменьшается с ростом температуры. Электроны в металле беспорядочно движутся, переходя от одного атома к другому. А положительно заряженные ионы лишь слегка колеблются около своего положения в кристаллической решетке. Благодаря наличию свободных, не связанных с определенными атомами, электронов, металлы хорошо проводят электрический ток и тепло. При нагревании металла колебания катионов усиливаются. Электронам труднее продвигаться между ними, поэтому электрическое сопротивление металла увеличивается.

Наличие свободных электронов обусловливают высокую теплопроводность металлов и характерный металлический блеск. Их высокая пластичность и ковкость связаны с возможностью взаимного смещения катионов в металлической кристаллической решетке без разрыва химической связи.

Вопрос № 13. Водородная связь

Водородная связь – это своеобразная химическая связь. Она может быть межмолекулярной и внутримолекулярной.

Межмолекулярная водородная связь возникает между молекулами, в

состав которых входят водород и сильно электроотрицательный элемент – фтор, кислород, азот, реже хлор, сера. Поскольку в такой молекуле общая электронная пара сильно смещена от водорода к атому электроотрицательного элемента, а положительный заряд водорода сконцентрирован в малом объеме, то протон взаимодействует с неподеленной электронной парой другого атома или иона, обобществляя ее. В результате образуется вторая, более слабая связь, получившая название водородной.

22

Обычно водородную связь обозначают точками и этим указывают, что она намного слабее ковалентной связи (примерно в 15–20 раз). Тем не менее она ответственна за ассоциацию молекул.

Водородная связь присутствует в спиртах, карбоновых кислотах, аминах, фенолах, сложных эфирах, белках и других соединениях. Таким образом, водородная связь в большей степени характерна для органических соединений, а также некоторых полимеров. Их свойства напрямую зависят от прочности межмолекулярных связей. Эта характеристика имеет большое влияние на биологические процессы, происходящие в природе и в теле человека.

Механизм образования водородной связи

Водородная связь имеет частично электростатический, частично донорноакцепторный характер. При этом донором является электроотрицательный элемент, а акцептором – протон. Например, водородная связь между молекулами НF: Н-F…H-F . С вязь в молекуле HF сильно полярная и у водорода освобождается орбиталь, .т.е. он превращается в ион Н+. На эту орбиталь попадает неподеленная электронная пара атома фтора соседней молекулы.

Внутримолекулярная водородная связь характерна для многих органических веществ. Это связь, объединяющая части одной и той же молекулы, например, белков. Наиболее важный пример, где присутствует внутримолекулярная водородная связь – молекула ДНК. В молекуле ДНК нити двойной спирали связаны между собой водородной внутримолекулярной связью.

Знание механизма образования конкретных связей необходимо для понимания процессов, протекающих в биологических системах. В частности, вторичная и третичная структуры белков определяются образованием большого числа внутримолекулярных водородных связей.

23