Ионная связь.

Первая теория разработана Косселем в начале 20 века. Ионная связь – это предельный случай полярной ковалентной связи. В результате передачи электронов отодного атома к другому, атомы приобретают электронную конфигурацию инертного газа, образую отрицательно и положительно заряженные ионы: Na^* + Cl = Na⁺ ( Cl )^-.

Ионная связь образуется, когда в взаимодействие вступают атомы с сильно различающимися электроотрицательностями(ЭО). Чем больше разность ЗО, тем более ионный характер химической связи. Условно принято: ЭО 2 – связь ионная; 0.4  ЭО  2 –полярная ковалентная; ЭО  0,4 –ковалентная неполярная. Например: НF ЭО = 4-2,1 =1,9 – связь полярная ковалентная. NaF ЭО = 4- 0,9 = 3,1 – связь ионная. Чисто ионной связи не существует. Доказательством этого служит определение эффетивного заряда иона из величины дипольного момента: Н^+0,17Cl^-0,17 , Cs^+0,98F^-0,98. У фторида цезия максимальная степень ионности связи. Есть такая характеристика – степень ионности связи = М_экс/М_расч100%, где М – дипольный момент. (НI)= 5%,  (HBr)= 12%, (HCl)=17%.

Для ионной связи характерно отсутствие направленности и насыщаемости. Соединения с ионной связью – это кристаллические вещества (ионные кристаллы): оксиды, сульфиды, галогениды щелочных и щелочноземельных металлов – твердые вещества с достаточно прочными связями, средней твердости, с довольно высокими температурами плавления (200⁰С); в твердом состоянии не проводят электрический ток. В узлах кристаллической решетки находятся ионы: катионы и анионы. Отдельных молекул там выделить нельзя.

Ионные кристаллы в расплавах и растворах существуют в виде ионов, т.е. обладают ионной проводимостью (проводники 2 рода). Соединения с ковалентной полярной связью в полярных растворителях(воде) также становятся ионными: это кислоты, основания, соли, амфотерные гидроксиды. Рассмотрим, почему диссоциация идет по тому или иному типу (кислоты или основания). Это тоже можно объяснить, рассчитывая разность относительных электроотрицательностей элементов. Примеры: ОЭО О(3,5), Н(2,1), Na(0.9), S(2,5), Zn(1,6).

Окраска ионных соединений часто зависит от электростатического взаимодействия между катионом и тем или иным анионом. Например: СuSO₄ – бесцветное соединение; СuSO₄ 5Н₂О – синее; СuCl₂ – желтое; СuCl₂ 2Н₂О – зеленое; СuS – черное; Сu(ОН)₂ – синее. Соединения с ковалентной связью могут быть окрашены (NО₂), но чаще бесцветны. Металлы не растворяются в полярных и неполярных растворителях. Ионные соединения растворяются в полярных растворителях и не растворяются в неполярных, и наоборот. «Подобное растворяется в подобном» - сказал Менделеев.

Водородная связь.

Атом водорода может быть связан одновременно с двумя атомами: с одним химической связью, а с другим водородной. Водородная связь - это слабая химическая связь, которую образует положительно поляризованный атом водорода с отрицательно поляризованным атомом в другой молекуле за счет сил электростатического притяжения. Причина образования водородной связи – способность малого по размеру атома водорода глубоко внедряться в электронную оболочку другого атома. Водородная связь характерна для соединений водорода с небольшими по размеру атомами элементов второго периода с высокой электроотрицательностью: азотом, кислородом, фтором.

Например, водородные связи образуются между молекулами воды, фтороводорода, аммиака, этилового спирта: F - H…F – H…F – H.

Энергия водородной связи примерно в 10 раз меньше одинарной ковалентной связи и составляет 10-40кДж. Наличие водородных связей между молекулами повышает температуры плавления и кипения этих веществ по сравнению с их аналогами. Для сравнения приведены температуры кипения и плавления воды, сероводорода и селеноводорода:

Н₂О Н₂S Н₂Sе

Т_пл⁰С 0 -80 -70

Т_кип⁰С 100 -50 -30

Водородные связи между молекулами воды определяют ее особые свойства. Известно более 40 различных структур воды. За счет водородных связей возникает каркасная структура льда, обуславливающая его меньшую плотность по сравнению с жидкой водой. Максимальная плотность воды при 4⁰С. При плавлении водородные связи разрушаются всего на 10%, а при кипении – полностью.

Водородная связь может осуществляться внутри одной молекулы (внутримолекулярная водородная связь). Прочность такой связи достигает величин химической связи – до 400кдж. Она широко распространена в органических соединениях, а также имеет место в гидратированных ионах Н⁺ и ОН^-, в ионе дифторида водорода:

Образование водородных связей играет важную роль в таком понятии, как комплементарность – взаимное соответствие в химическом строении взаимодействующих молекул. Это соответствие обеспечивается за счет образования вторичных связей между ними (чаще всего водородных). Комплиментарные структуры подходят как ключ к замку. Примеры комплементарных структур: спаривание двух нитей ДНК, соединение фермента с субстратом, антигена с антителом.