Молекула – наименьшая частица вещества, обладающая его химическими свойствами.
Согласно теории химической связи, устойчивому состоянию элемента соответствует структура с электронной формулой внешнего уровня s2p6 (аргон, криптон, радон, и другие).
При образовании химической связи атомы стремятся приобрести такую устойчивую структуру. При этом возможны три типа химической связи.
Ионная связь – осуществляется в результате электростатического взаимодействия противоположно заряженных ионов. При взаимодействии атомов металлических и неметаллических элементов (разность электроотрицательности больше 1,9) атомы металлических элементов отдают лишние электроны внешнего уровня, переходя в положительно заряженные ионы, а атомы неметаллических элементов принимают электроны, достраивая внешний уровень до восьми электронов, переходя в отрицательно заряженные ионы.
Например, 12Mg 1s22s22p63s2 -2e = 1s22s22p6
Mg -2e = Mg2+
8F 1s22s22p5 +e = 1s22s22p6
F +e = F-
Так как электрическое поле иона имеет сферическую симметрию, то при образовании связи между двумя противоположно заряженными ионами возможно электростатическое взаимодействие и с другими ионами. У ионных соединений определяющее значение имеют ненасыщенность и ненаправленность связи. Ионные соединения при обычных условиях являются кристаллическими веществами.
|
|
Металлическая связь. Осуществляется за счёт делокализованных электронов. При взаимодействии атомов только металлических элементов (в веществах называемых металлами) «лишние» электроны внешнего уровня способны перемещаться по металлу, но находятся в поле действия положительных ионов. Это взаимодействие подвижных ионов определяет, что соединения с металлической связью при обычных условиях являются кристаллами, которые имеют специфические свойства.
Ковалентная связь осуществляется за счёт электронной пары одновременно принадлежащей двум атомам.
Например: На внешнем уровне атома хлора 7 электронов
При взаимодействии с другим атомом хлора образуется устойчивая структура молекула Cl2, где у каждого атома на внешнем уровне 8 электронов.
Рассмотрим свойства ковалентной связи с точки зрения метода валентных связей (МВС). Основные положения МВС.
1. В образовании ковалентной связи принимают участие два электрона с противоположными спинами.
2. Образование ковалентной связи происходит за счёт перекрывания атомных орбиталей валентных электронов.
3. Связь образуется по линии максимального перекрывания атомных орбиталей.
Ковалентная связь характеризуется свойствами: насыщаемость, направленность и полярность.
Способность атома к образованию химических связей называют валентностью элемента. Количественной мерой валентности принято считать число электронов способных образовывать химические связи – число валентных электронов.
|
|
Для s – элементов валентными электронами является s – электроны внешнего уровня;
Для р – элементов s- и р – электроны внешнего уровня;
Для d – элементов s – электроны внешнего уровня и d – электроны предвнешнего уровня.
Например, 11Na – валентный электрон 3s1
56Ba - 6s2 13Al – 3s23p1 53J – 5s25p5 22Ti – 4s23d2
Большинство соединений с ковалентной связью образовано по обменному механизму, при котором каждый атом поставляет по одному (неспаренному) электрону для образования общей пары.
Насыщаемость – это свойство, которое определяет стехиометрический (определённый) состав устойчивого соединения с ковалентной связью – молекулы. Для соединений образованных по обменному механизму валентность элемента определяется числом неспаренных валентных электронов.
Например, элементы кислород и водород образуют молекулу состава Н2О.
s p
У атома элемента кислорода имеется два неспаренных валентных электрона, т.е. валентность равна 2.
Для 1Н валентный электрон 1s1, т.е. валентность равна 1.
Однако большинство элементов могут иметь переменную валентность. Это возможно в том случае, если в пределах одного энергетического уровня имеются свободные орбитали.
Например, элемент углерод и кислород образуют СО и СО2
s p
s p
Исходя из свойств соединений СО и СО2 можно сделать вывод о том, что элемент в возбуждённом состоянии образует более устойчивое соединение.
Направленность – это свойство определяющее геометрическую форму молекулы с ковалентной связью. При образовании связи принимают участие атомные орбитали различной формы:
s – электроны имеют форму орбитали
р – электроны имеют форму орбитали
Однако, когда атом находится в возбуждённом состоянии в образовании равноценных связей участвуют s- и р– гибридные орбитали.
Различают три типа гибридизации:
1. Один s – электрон и один р – электрон: s р – гибридизация
2. Один s – электрон и два р – электрона: s р2 – гибридизация
3. Один s – электрон и три р – электрона: s р3 – гибридизация
В зависимости от направления перекрывания атомных орбиталей различают: s - и π – связи.
s -связь возникает при перекрывании орбиталей вдоль оси, соединяющей ядра взаимодействующих атомов. s - связь наблюдается при перекрывании s – s –, р – р – s - р – орбиталей и т.д.
Рис. 3. Перекрывание электронных облаков
при образовании s - и p - связей
π – связь возникает при перекрывании орбиталей по обе стороны от оси соединяющей ядра атомов. Наблюдается при перекрывании р – р орбиталей расположенных перпендикулярно оси, соединяющей ядра атомов.