3 Металлическая связь

Атомы большинства металлов на внешнем энергетическом уровне содержат небольшое число электронов. Эти электроны слабо связаны с атомным остовом (ионом) и при сближении нескольких атомов металлов легко утрачивают связь с отдельными атомами и обобществляются, образуя электронный газ – совокупность практически свободных электронов. Металл можно представить как плотно упакованную структуру положительных ионов, связанных друг с другом электронным газом. При этом сравнительно небольшое число обобществленных электронов связывает большое число атомов (рис.2.4).

Химическая связь, образующаяся в результате электрического притяжения между ионами металла и обобществленными электронами (электронным газом), называется металлической связью.

Металлическая связь имеет некоторое сходство с ковалентной связью, поскольку основана на обобществлении валентных электронов. Однако при ковалентной связи обобщены валентные электроны только двух соседних атомов, в то время как при металлической связи в обобществлении этих электронов принимают участие всеатомы. Именно поэтому кристаллы с ковалентной и ионной связью хрупки, а с металлической – пластичны.

Подобно ионной связи металлическая связь не обладает свойствами насыщаемости и направленности. Энергия металлической связи по порядку величины сравнима с энергией ковалентной и ионной связи (200–2000 кДжмоль^–1).

Рис. 2.5. Схема образования водородных связей между двумя молекулами воды (а) и уксусной кислоты (б). Водородная связь обозначена пунктиром.

4 Водородная связь

Еще одним, своеобразным, типом химической связи является водородная связь.

Водородная связьвозникает между молекулами, в состав которых входят водород и сильно электроотрицательный элемент. Поскольку в такой молекуле общая электронная пара от водорода сильно смещена к атому электроотрицательного элемента, а положительный заряд водорода сконцентрирован в малом объеме, то протон одной молекулы взаимодействует с электронной парой другой молекулы,обобществляяее. Образуется (кроме уже существующей полярной ковалентной) еще одна, более слабая связь (между атомами, входящими в состав разных молекул), которая и получила название водородной. (Схема образования водородных связей между двумя молекулами воды (а) и уксусной кислоты (б) изображена на рис.2.5.)

Водородная связь намного слабее ковалентной связи. Её энергия составляет всего 20–100 кДжмоль^–1. Тем не менее она оказывает сильное влияние на свойства многих веществ. Наличием водородных связей, например, объясняется повышенная температура кипения воды (H₂O, 100⁰С) по сравнению с водородными соединениями элементов подгруппы кислорода (H₂S, H₂Se и др.). Не будь водородных связей, вода плавилась бы при температуре –100°С, кипела при –80°С и при обычных условиях была бы газом. А значит жизнь на Земле была бы невозможна.

1Статического электрического поля нейтрального атома недостаточно для того, чтобы атом мог удержать дополнительный электрон. Однако появление электрического поля этого электрона приводит к перераспределению электронной плотности (поляризации) атома, в результате чего возникает потенциал притяжения, который во многих случаях достаточно велик для того, чтобы свободный атом мог присоединить добавочный электрон.

21) Значения, указанные в скобках, получены методом полуэмпирического расчета.

2) Лантаноиды имеют значения относительных электроотрицательностей в области 1,08 – 1,14; актиноиды имеют значения относительных электроотрицательностей в области 1,11 – 1,20; элементы VIII группы периодической системы (благородные газы) имеют нулевую электроотрицательность.

Условной границей между металлами и неметаллами считается значение относительной электроотрицательности равное 2.