Химическая связь. №5

Учение о химической связи - центральный вопрос современной химии.

Без него нельзя понять причин многообразия химических соединений, механизма их образования, строения и реакционной способности.

Образование молекул из атомов приводит к выигрышу энергии, т.к. в обычных условиях молекулярное состояние устойчивее, чем атомное.

У атома на внешнем энергетическом уровне от одного до восьми электронов.

Если число электронов на внешнем энергетическом уровне максимальное, то такой уровень называется завершенным. Завершенные уровни характеризуются большой прочностью.

Таковы внешние уровни атомов благородных газов: у гелия на внешнем уровне 2 электрона, у остальных по 8.

Внешние уровни атомов других элементов незавершенные и в процессе химического взаимодействия они завершаются.

Химическая связь образуется за счет валентных электронов, но осуществляется по-разному.

Различают 3 основных типа связей: ковалентную, ионную и металлическую.

Ковалентная связь.

Механизм образования ковалентной связи рассмотрим на примере образования водорода:

Н + Н = Н₂

Ядро свободного атома водорода окружено сферическим электронным облаком, образованным 1S –электроном. При сближении атомов до определенного расстояния происходит частичное перекрывание их электронных облаков (орбиталей). В результате между центрами обоих ядер возникает молекулярное двуэлектронное облако, обладающее максимальной электронной плотностью в пространстве между ядрами.

Увеличение плотности отрицательного заряда благоприятствует сильному возрастанию сил притяжения между ядрами и молекулярным облаком.

Итак, ковалентная связь образуется в результате перекрывания электронных облаков атомов, сопровождающегося выделением энергии.

В результате возникновения химической связи между двумя атомами водорода каждый из них достигает конфигурации благородного газа гелия.

Изображают химические связи по – разному:

1. внешние электроны атомов для наглядности обозначают в виде точек у символа элемента; тогда образование молекулы водорода можно показать схемой:

Н^. + ^.Н →Н : Н

2. с помощью квантовых ячеек (орбиталей) как размещение двух электронов с противоположными спинами в одной квантовой ячейке:

3. часто, особенно в органической химии, ковалентную связь изображают черточкой:

| |

Н – Н; -С-С- и т.д.

| |

С позиции валентных связей рассмотрим механизм образования молекул Cl₂, N_2.

В молекуле Cl₂ на внешнем энергетическом уровне находится 7 электронов (2S²2P⁵), из них 6 спарены, а седьмой р-электрон неспаренный.

При сближении 2-х атомов хлора не спаренные электроны спариваются

Cl ·^.+ ·Cl → Cl ^{. .} Cl

В молекуле азота атомы имеют 3 общие электронные пары:

:N: + :N: →:N::N:

Химическая связь, осуществляемая электронными парами, называется ковалентной.

Соединения с ковалентной связью называются гомеополярными или атомными.

Различают неполярную и полярную ковалентную связь.

В случае неполярной ковалентной связи электронное облако, Образованное общей электронной парой, распределяется в пространстве симметрично относительно ядер их атомов.

Примером являются двухатомные молекулы, состоящие из атомов одного элемента: Н₂, О_2, Cl₂, N_2, в которых электронная пара в одинаковой мере принадлежит обоим атомам.

В случае полярной ковалентной связи электронное облако связи смещено к атому с большей относительной электроотрицательностью.

Например:

HCl, H₂O, H₂S, NH₃ и т.д.

Н •+• Cl: → H :Cl :

Электронная пара смещена к атому хлора, т.к. его электроотрицательность больше, чем у атома водорода.