Вопрос №7,8. Химическая связь. Виды химической связи. Энергетические и геометрические характеристики связи.

Химическая связь возникает благодаря взаимодействию электрических полей, создаваемых электронами и ядрами атомов, участвующих в образовании молекулы или кристалла. В зависимости от типов атомов, образующих химическую связь, выделяют и типы химической связи: ковалентную, ионную, металлическую и др.

Состояние молекулы находится в более энерговыгодном состоянии. Образование химической связи – экзотермический процесс.

1. Метод валентных связей: образование химической связи между атомами является результатом перекрывания электронных облаков, происходящего при сближении взаимодействующих атомов. Вследствие такого взаимопроникновения плотность отрицательного электрического заряда в межъядерном пространстве возрастает. Положительно заряженные ядра атомов притягиваются к области перекрывания электронных облаков. Это притяжение преобладает над взаимным отталкиванием одноименно заряженных электронов, так что в результате образуется устойчивая молекула. Спины электронов должны быть противоположно направленными.

Ковалентная связь образуется двумя электронами с противоположно направленными спинами, причем эта электронная пара принадлежит двум атомам. Ковалентная связь тем прочнее, чем в большей степени перекрываются электронные облака. Валентность элемента – мера способности его атомов соединяться с другими атомами в определенных соотношениях.

Свойства связи: насыщаемость – способность атома образовывать ограниченное число ковалентных связей. Количество связей ограничено числом его внешних атомных орбиталей. Направленность связи обусловлена молекулярным строением вещества и геометрической формы их молекулы. Углы между двумя связями называют валентными. Полярность обусловлена неравномерным распределением электронной плотности вследствие различий в электроотрицательностях атомов. По этому признаку ковалентные связи подразделяются на неполярные (молекула состоит из одинаковых атомов) и полярные (разные атомы, поэтому происходит смещение общего электронного облака в сторону более электроотрицательного атома, порождая дипольный момент).

Механизм образования связи: обменный (наличие 2 электронов и 2 орбиталей) и донорно-акцепторный (вакантная орбиталь и неподеленная электронная пара).

Теория гибридизации: если в образовании связей принимают участие электроны разных подуровней (разные по форме), то происходит их объединение (гибридизация), и из разных по форме электронных облаков образуется точно такое же количество, но одинаковых по форме.

+ метода ВС: наглядность;

- метода ВС: сложная математика, с трудом описывает системы с нечетным числом электронов, не позволяет прогнозировать магнитные свойства, метод оторван от реального эксперимента.

Предельным случаем ковалентной полярной является ионная связь. Ионная связь в чистом виде не существует, так как в любой химической связи всегда имеется та или иная доля ковалентного характера. Связь такого типа упрощенно считается осуществляемой в результате взаимодействия электростатического притяжения противоположно заряженных ионов. Дипольный момент ковалентной полярной связи 0-4 Кл*м, ионной 4-11 Кл*м.

Предполагается, что при образовании ионной связи атомы стремятся отдать или приобрести столько электронов, чтобы строение их внешнего электронного уровня оказалось аналогичным строению устойчивого внешнего уровня ближайшего по расположению благородного газа.

Ионная связь не обладает насыщаемостью и направленностью. Достаточно прочна, соединения имеют достаточно высокую температуру плавления. Низкая электропроводность в твердом состоянии.

Металлическая связь – химическая связь, которая обусловлена взаимодействием положительных ионов металлов, составляющих кристаллическую решетку, с электронным газом из валентных электронов. В узлах кристаллической решетки расположены положительные ионы металла. Между ними беспорядочно, подобно молекулам газа, движутся валентные электроны, удерживающие вместе положительные ионы. В большинстве случаев проявляются высокие координационные числа (например, 8 или 12). Так, щелочные металлы кристаллизуются в кубической объемно-центрированной решетке. Катионы металлов не статичны, а колеблются, при повышении температуры возникают столкновения, уменьшающие электропроводность.

Водородная связь: катион водорода осуществляет дополнительную связь с наиболее электроотрицательными элементами (фтор, кислород, азот). Радиация рвет эти связи.