25.Ионная связь как одна из составляющих реальной химической связи

Первые (электронные) представления на связь были развиты учеными Косселем и Льюисом в 1916 году.

Представления Косселя.

Ионная связь образуется в результате электростатического притяжения противоположно заряженных электронов. (рисунок из тетради)По свойствам ионная связь является ненаправленной и ненасыщенной.

Ненаправленность – способность иона данного знака (+,-) притягивать к себе ионы другого знака (-,+) по любым направлениям.(рисунок из тетради)

Ненасыщенность– проявляется в том, что присоединив к себе ионы другого знака, данный ион продолжает сохранять способность притягивать к себе ионы другого знака и по другим направлениям.(рисунок из тетради)

По этой причине (ненасыщенность, ненаправленность) ионные структуры довольно высоко координированы. (NaClк.ч.=6;CaFк.ч._Ca=8, к.ч._F=4.)

Первоначально Коссель считал, что при химическом взаимодействии разнородные атомы стремятся приобрести конфигурацию внешней оболочки благородных газов. Это достигается отдачей и присоединением электронов нетральными атомами химических элементов. Атомы, отдающие свои электроны, превращаются в положительно заряженные ионы (катионы). Атомы, присоединяющие электроны, превращаются в отрицательно заряженные ионы (анионы). Химическая связь осуществляется за счет электростатического притяжения образовавшихся разноименных ионов. В этом заключается сущность теории ионной связи. Согласно теории ионной связи, в решетке ионного кристалла (NaCl) происходит не только притяжение между разноименными ионами, но и отталкивание одноименных ионов. В этих условиях устойчивость подобных кристаллов объясняется тем, что расстояния между разноименными ионами меньше, чем между одноименными. Однако идеально ионных соединений вообще не существует, а следовательно, истинной ионной связи тоже. Даже при химическом взаимодействии наиболее электроположительных и электроотрицательных элементов образуются соединения, в которых химическая связь не на 100% ионная. Прежде всего об этом свидетельствуют экспериментальных данные по эффективным зарядам атомов, входящих в состав соединений. Эффективный заряд атома, входящего в сотав соединений, определяется как алгебраическая сумма его отрицательного электронного заряда и положительного заряда ядра. К чисто ионным соединениям близки только галогениды щелочных металлов, хотя и для них эффективные заряды не достигают единицы.

Недостатки ионной связи.

1. Ионная связь не объясняет образование молекул из одинаковых атомов. Или образование связи между атомами, близкими по электроотрицательности.

2. Не существует в молекулах, кристаллах и комплексах отрицательных многозарядных ионов (объясняется с позиции электронного родства). Идеальной ионной связи не существует, поэтому можно лишь говорить о какой-то доле ионной связи в молекуле, кристалле, комплексе.

Металлическая связь

Металлическая связь – это связь, образованная между атомами в условиях сильновыраженной делокализации (распространение валентных электронов по нескольким химическим связям в соединении) и дефицита электронов в атоме (кристалле). Является ненасыщенной и пространственно ненаправленной.

Делокализация валентных электронов в металлах является следствием многоцентрового характера металлической связи. Многоцентровость металлической связи обеспечивает высокую электрическую проводимость и теплопроводность металлов.

Насыщаемость определяется числом валентных орбиталей, участвующих в образовании хим. связи. Количественная характеристика – валентность. Валентность – число связей, которые может образовывать один атом с другими; - определяется числом валентных орбиталей, участвующих в образовании связи по обменному и донорно-акцепторному механизму.

Направленность – связь образуется в направлении максимального перекрывания электронных облаков; - определяет химическое и кристаллохимическое строение вещества (как связаны атомы в кристаллической решетке).

При образовании ковалентной связи электронная плотность концентрируется между взаимодействующими атомами (рисунок из тетради). В случае металлической связи электронная плотность делокализована по всему кристаллу.(рисунок из тетради)

(пример из тетради)

По причине ненасыщенности и ненаправленности металлической связи, металлические тела (кристаллы) являются высоко симметричными и высоко координированными. Подавляющему большинству кристаллических структур металла отвечают 3 типа упаковок атома в кристаллах:

1. ГЦК– гренецентрированна кубическая плотноупокованная структура. Плотность упаковки – 74,05%, координационное число = 12.

2. ГПУ– гексогональная плотноупакованная структура, плотность упаковки = 74,05%, к.ч. = 12.

3. ОЦК– объем центрируется, плотность упаковки = 68,1%, к.ч. = 8.

Металлическая связь не исключает некоторой доли ковалентности. Металлическая связь в чистом виде характерна только для щелочных и щелочно-земельных металлов.

Чистая металлическая связь характеризуется энергией порядка 100/150/200 кДж/моль, в 4 раза слабее ковалентной.