3 Химическая связь

Химической связью называют различные виды взаимодействий, обуславливающие устойчивое существование двух–и многоатомных соединений: молекул, ионов, кристаллов и других веществ. При образовании химической связи происходит: снижение общей энергии двух–и многоатомной системы по сравнению с суммой энергий изолированных частиц, из которых эта система состоит; перераспределение электронной плотности в области химической связи по сравнению с простым наложением электронных плотностей несвязанных атомов, сближенных на расстояние длины связи.

Энергией химической связи Е_св. называют количество энергии, выделяющееся при образовании связи (кДж/моль).

Чем больше энергия связи, тем устойчивее молекула, тем прочнее связь.

Важной характеристикой связи является длина связи 1_св, равная расстоянию между ядрами атомов в соединении. Она зависит от размеров электронных оболочек и степени их перекрывания. Связь обозначается черточкой, например: Н–J, О=О, Н–С=С-Н.

Правило октета. В результате образования химической связи атомы стремятся приобрести такую же электронную конфигурацию, как у благородных газов ns²nр⁶, то есть восемь электронов на внешней оболочке. Например, N 1s²2р³ + 3 Н 1s¹ = NH₃.

3.1Основные виды химической связи

3.1.1 Ковалентной связью называется химическая связь, образованная путем обобществления пары электронов двумя атомами. При этом снижается энергия системы.

Особенностями ковалентной химической связи является ее направленность и насыщенность.

Направленность ковалентной связи объясняется тем, что атомные орбитали пространственно ориентированы и перекрывание электронных облаков происходит по определенным направлениям. Количественно она выражается в виде валентных углов между направлениями химической связи в молекуле.

Насыщаемость связана с ограничением числа электронов, находящихся на внешних оболочках, и определяет стехиометрию молекулярных химических соединений, от которой зависят формульный состав, массовые соотношения элементов, расчеты по формулам и уравнениям и т.д.

Полярность ковалентной связи. Связь, образованная одинаковыми атомами называется гомеополярной, или неполярной, так как обобществленные электроны равномерно распределены между атомами, например, в молекулах Н₂, О₂, N₂, S₈.

Если же один из атомов сильнее притягивает электроны, то электронная пара смещается к нему и возникающая связь называется ковалентной полярной.

Чем выше электроотрицательность (ЭО) атома, тем более вероятно смещение электронной пары в сторону ядра данного атома, поэтому разность ЭО (ΔЭО) атомов характеризует полярность связи. Атом, к которому смещается электронная плотность, приобретает эффективный заряд δ^–, второй атом имеет эффективный заряд δ⁺. Вследствие этого возникает диполь, имеющий два одинаковых по величине заряда δ+ и δ-, и длину диполя 1_Д. Мерой полярности связи служит электрический момент диполя μ_св = δ·1_Д, Кл·м, где δ –эффективный заряд, 1_Д – длина диполя. В качестве внесистемной единицы для измерения μ используют Дебай D, 1 D = 3.3·10^-30 Кл·м.

Порядок связи (кратность связи) – это число обобществленных поделенных пар между двумя связанными атомами. Чем выше порядок связи, тем прочнее связаны между собой атомы и тем короче сама связь.

Например, порядок связи в молекулах H₂, O₂ и N₂ равен 1, 2 и 3 соответственно, поскольку связь в этих случаях образуется за счёт перекрывания одной, двух и трех пар электронных облаков.

В образовании ковалентной связи могут принимать участие АО как одинаковой, так и различной симметрии. При перекрывании АО вдоль линии соединения атомов образуется -связь. Схема образования -связи приведена на рисунке 4.

s– s s–p p–p d–d

Рисунок 4 – схема образования -связи

При перекрывании АО по обе стороны от линии соединения атомов образуется -связь. Схема образования –связи приведена на рисунке 5.

p-p p-d d-d

рисунок 5 – схема образования –связи –связи