Ковалентний зв’язок

Утворення ковалентного (гомополярного) зв’язку між атомами здійснюється внаслідок узагальнення електронів в результаті перекриття атомних орбіталей атомів. Такий зв’язок може утворюватися навіть між однаковими атомами. Між ними виникає спільна пара електронів з антипаралельними спінами, що приводить до мінімізації потенціальної енергії молекули. В утворенні таких хімічних зв’язків важливе значення має орбітальне розташування електронів.

, , .

Як видно, при утворенні ковалентного зв’язку атом набуває стійку електронну конфігурацію благородного газу (правило октету). При перекриванні орбіталей найбільша густина електронів буде між ядрами. В результаті між позитивно зарядженими ядрами ніби з’являється негативний заряд, до якого вони притягуються. Отже, чим сильніше перекриваються атомні орбіти при утворенні молекулярних орбіт, тим міцніший хімічний зв’язок. Віддаль між центрами атомів у молекулі є меншою від суми їх радіусів внаслідок зближення центрів при перекритті орбіталей. Цю віддаль називають довжиною хімічного зв’язку. Наприклад:

, , .

Існує загальне правило, відповідно до якого віддаль між зв’язаними атомами зменшується зі збільшенням числа узагальнених електронних пар.

При утворенні електронних пар атомами з різною електронегативністю, електронні оболонки зміщуються до атомів з більшою електронегативністю і молекула буде полярною (утворюється диполь). Так виникають полярні ковалентні зв’язки.

Ковалентний зв’язок є сильним зв’язком. Наприклад , в кристалах алмазу атоми вуглецю мають енергію зв’язку 7,3 еВ. Це величина близька до енергії зв’язку в іонних кристалах. Але відмінність є в тому, що ковалентний зв’язок здійснюється нейтральними атомами і має властивість направленості. В кристалах вуглецю, кремнію, і германію, що мають структуру алмазу, кожен атом знаходиться в центрі октаедра, утвореного чотирма найближчими до нього атомами . При такій структурі кристалу об’єм заповнюється лише на 34% (алмаз) в той час як ізотропні структури заповнені на 74% і кожен атом має дванадцять найближчих сусідів. Однак завдяки направленості ковалентних зв’язків структури типу алмазу виявляють високу міцність. Тому ковалентні зв’язки іноді ще називають каркасними . Завдяки каркасним зв’язкам різноманітні унікальні властивості мають силікатні матеріали, які вивчає хімія силікатів.

Металічний зв’язок

Такий зв’язок властивий елементам, що мають невелике число валентних електронів при великому числі незаповнених орбіталей у зовнішньому квантовому шарі.

При кристалізації ме6талів атоми упаковуються з максимально можливою щільністю так, щоб їхні незаповнені орбіталі виявилися якнайщільніше заселеними невеликою кількістю валентних електронів сусідніх атомів. В цих умовах валентний електрон даного атома вільно переміщується по доступним орбіталям інших атомів, тобто, він стає нелокалізованим. Такий нелокалізований хімічний зв’язок називається металічним. Його часто описують використовуючи модель вільних електронів. Вважається, що у вузлах кристалічної гратки металу знаходяться позитивно заряджені іони металу, які занурені в електронний газ нелокалізованих електронів.