Добавил:
Upload Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:
Материя.docx
Скачиваний:
12
Добавлен:
26.09.2019
Размер:
3.05 Mб
Скачать

6 . Химическая связь.

Объяснение механизма образования связи в молекуле Н2 (модель Гейтлера-Лондона).

Метод валентных связей впервые был использован в 1927 г. Немецкими учеными В. Гейтлером и Ф. Лондоном, которые провели квантово-механический расчет молекулы водорода. Гейтлер и Лондон показали, что при сближении двух атомов водорода с антипараллельными спинами происходит уменьшение энергии системы (кривая 1), что обусловлено увеличением электронной плотности в пространстве между ядрами взаимодействующих атомов. Рассчитанная ими энергия связи отличалась от экспериментальной не более чем на 10%. При сближении атомов с параллельными спинами энергия системы возрастает (кривая 2), и молекула в этом случае не образуется. Позднее метод ВС получил дальнейшее развитие и был распространен на другие молекулы.

Метод валентных связей.

Обычно используют приближенные методы расчета двух- и многоатомных систем с ковалентной связью: метод валентных связей (ВС) и метод молекулярных орбиталей (МО). В методе ВС предполагается, что атомы в молекуле сохраняют свою индивидуальность. Электронная пара заселяет орбиталь то одного, то другого атома. Метод ВС базируется на следующих основных положениях:

  • Химическая связь между двумя атомами возникает как результат перекрывания АО с образованием электронных пар (обобществление двух электронов);

  • Атомы, вступающие в химическую связь, обмениваются между собой электронами, которые образуют связывающие пары. Энергия обмена электронами между атомами (энергия притяжения атомов) вносит основной вклад в энергию химической связи. Дополнительный вклад в энергию связи дают кулоновские силы взаимодействия частиц;

  • в соответствии с принципом Паули химическая связь образуется лишь при взаимодействии электронов с антипараллельными спинами;

  • характеристики химической связи (энергия, длина, полярность и др.) определяется типом перекрывания АО.

С войства ковалентной связи: прочность связи, полярность связи, насыщенность связи, направленность.

П рочность определяется энергией, которая выделяется при образовании связи (кДж/моль), а также длинной связи. Длина связи это расстояние между ядрами отдельных атомов в устойчивом состоянии. При таком состоянии выделяется энергия, называемая энергией связи Есв. Чем больше длина связи, тем прочность связи меньше, выражается в «А0»,нм. Ковалентные связи очень прочные, т. к. происходит взаимодействие вплоть до отталкивания ядер (близкодействие), она определяется также кратностью связи, т. е. числом электронных пар, участвующих в связи. Н-Н, О=О, N≡N.

Полярность связи. Если два атома обладают одинаковой электроотрицательностью, то область перекрывания находится посередине между ядрами. Такая связь неполярная

Если один из атомов обладает большей электроотрицательностью, то область перекрывания смещается в сторону более электроотрицательного элемента. Возникают два полюся «+» и «-», то есть диполь. - диполь. – диполь

Т аким образом, полярность в молекуле связи связана со смещением области перекрывания в сторону более электроотрицательного элемента. Полярность выражается величиной дипольного момента связи: P=l*ē. Измеряется в Кл/м или Дебай.

l – расстояние между центрами тяжести положительных и отрицательных зарядов.

ē - заряд электрона

Р – дипольный момент связи.

1 Дебай = 3,3*10-30 Кл/м.

Если в молекуле несколько связей, то в целом молекула может быть, как полярной, так и не полярной.

Н асыщаемость – определенный предел способности атома, присоединять к себе другие атомы. Ковалентная связь насыщаема, так как в связи участвуют валентные электроны, а их число строк ограничено.

Направленность связи. Ковалентная связь в молекуле направлена. Она осуществляется за счет перекрывания валентных орбиталей, а области «х» - это заряженное поле. Согласно модели Гиллеспи: один атом является центральным, а остальные боковым, чтобы образовалась устойчивая молекула.

О бменный и донорно-акцепторный механизм образования ковалентной связи.

Согласно обменному механизму, каждый атом отдает на образование общей электронной пары по одному неспаренному электрону.

С ледует учитывать, что общая электронная пара образуется не только по обменному варианту, но и по донорно-акцепторному варианту. Каждый атом водорода отдает на связь по одному неспаренному электрону. Донор отдает на связь оба электрона, акцептор дает свободную орбиталь и оба электрона становятся общими.

Понятие о возбуждении и гибридизации электронов.

Гибридизация – процесс перераспределения валентных орбиталей центрального атома и выравнивания их по форме и энергии с целью образования устойчивой молекулы.

Рассмотрим расположение областей перекрывания относительно осей связей. Ось перекрывания – это воображаемая линия, проходящая через ядра атомов в молекуле.

  1. Е сли область перекрывания находится на оси связи, такая связь называется сигма (ᵹ) связью.

  1. Если область перекрывания не находится на оси связи, а находится по обе стороны от нее, то это π связь.

  1. Е сли перекрываются d-орбитали, это (Δ)дельта связь

Алгоритм построения молекул с учетом гибридизации электронов на примере молекул: H2S, MgCl2, AsH3, CCl4.

Алгоритм построения молекулы:

        1. Выбираем центральный атом и выписываем из него валентные электроны.

        2. перевести в возбужденное состояние.

        3. подписываем клеточки.

        4. Складываем их в строчку.

        5. рисуем оси.

        6. наносим на них гибридные облака

        7. Проводим соседние атомы.

        8. Указываем тип гибридизации, валентный угол, форму молекулы, полярность связи и полярность молекулы в целом.

Комплексные соединения: строение, характер химических связей между составными частями, диссоциация.

Координационным или комплексным называют соединение, содержащее в своем составе положительно или отрицательно заряженный сложный ион, способный к существованию как в кристалле так и в растворе.

Схема комплексной молекулы.

Число показывающее, сколько лигандов присоединено (скоординировано) к центральному атому – комплексообразователю, называется координационным числом комплексообразователя. Комплексное соединение, растворяясь в воде и других полярных растворителях, подвергается электролитической диссоциации с образованием устойчивых комплексных ионов, образующих врутреннюю сферу молекулы. [Cu(NH3)4]SO4=[Cu(NH3)4]2++SO42-

Ионы внешней сферы комплексной молекулы связаны с центральным атомом ионной связью. Благодаря электростатической связи ионы внешней сферы подвергаются электролитической диссоциации под действием полярных молекул растворителя, например воды. Лиганды же не разрывают связь с атомом комплексообразователя в полярном растворителе, что свидетельствует о ковалентном характере связи лигандов с центральным атомом. Эта связь объясняется донорно-акцепторной схемой теории валентной связи, центральный атом служит акцептором, а Лиганды доноры электронной пары.

Таким образом, химическая связь в координационном соединении представляет совокупность ковалентной и ионной связи. Получают комплексные соединения обычными методами химического синтеза: реакцией ионного обмена, присоединения, вытеснения и т.п. Основным условием является обеспечение прочной связи лигандов с центральным атомом.

Отличие от двойных солей.

Двойные соли имеют сложный состав, как и комплексные соединения. Например, кристаллический сульфат железа (II) аммония, называемый солью Мора. (NH4)2Fe(SO4)26H2O. В отличие от комплексного соединения, двойная соль диссоциирует на все «простые» ионы, входящие в ее 7. Ионная связь и ее свойства: насыщаемость, направленность, полярность.

И онная связь образуется между атомами, которые максимально отличаются по электроотрицательности. Это элементы 1а и 7а групп. Ионная связь обусловлена электростатическим кулоновским взаимодействием полей разноименно заряженных ионов. Ионная связь не очень прочная так как ионы действую на большом расстоянии. Так как поле иона Na+ имеет сферическую симметрию, то ион Cl - может подойти с любой стороны то есть ионная связь не направлена. Несмотря на то, что Na имеет один валентный электрон к ионному Na+ могут подойти много ионов Cl -, то ее ионная связь не насыщенна. Ионная связь является, в крайнем случае, полярной связью. Она полярна уже по своей сути, нет четкого разделения между ионной и ковалентной связью.

Сопоставление с ковалентной связью. Ионная связь по сравнению с ковалентной менее прочная, т.к. ионы действую на большом расстоянии. Ионная связь в отличие ковалентной характеризуется ненаправленностью. В отличие от ковалентной ионная связь характеризуется также не насыщаемостью.