Межмолекулярные взаимодействия

Металлическая связь

Металлы объединяют свойства, имеющие общий характер и от­личающиеся от свойств других веществ. Такими свойствами явля­ются сравнительно высокие температуры плавления, способность к отражению света, высокая тепло- и электропроводность. Эти осо­бенности обязаны существованию в металлах особого вида связи – металлической связи.

Металлическая связь – связь между положительными ионами в кристаллах металлов, осуществляемая за счет притяжения электронов, свободно перемещающихся по кристаллу. В соответствии с положением в периодической системе атомы металлов имеют не­большое число валентных электронов. Эти электроны достаточно слабо связаны со своими ядрами и могут легко отрываться от них. В результате в кристаллической решетке металла появляются положи­тельно заряженные ионы и свободные электроны. Поэтому в кри­сталлической решетке металлов существует большая свобода пере­мещения электронов.

Именно этим и объясняется, например, пластичность метал­лов, т.е. возможность смещения ионов и атомов в любом направле­нии без нарушения связи.

Металлическая связь отличается от ковалентной ненаправленностью (валентные электроны распределены по кристаллу равно­мерно) и меньшей прочностью (ее энергия в 3–4 раза меньше энергии ковалентной связи).

Электрически нейтральные атомы и молекулы способны к дополнительному взаимодействию друг с другом.

Водородная связь – связь между положительно заряженным атомом водорода одной молекулы и отрицательно заряженным атомом другой молекулы (F, O, N, реже Cl, S и др.). Водородная связь имеет частично элек­тростатический, частично донорно-акцепторный характер.

Взаимодействие между молекулами воды оказывается достаточ­но сильным, таким, что даже в парах воды присутствуют димеры и тримеры состава (Н₂О)₂, (Н₂О)₃ и т.д. В растворах же могут возни­кать длинные цепи ассоциатов (Н₂О)_n:

Водородные связи возникать как между различными моле­кулами, так и внутри молекулы, если в этой молекуле имеются группы с донорной и акцепторной способностями. Так, именно внутримоле­кулярные водородные связи играют основную роль в образовании пептидных цепей, которые определяют строение белков. Одним из наиболее известных примеров влияния внутримолекулярной водород­ной связи на структуру является дезоксирибонуклеиновая кислота (ДНК). Молекула ДНК свернута в виде двойной спирали. Две нити этой двойной спирали связаны друг с другом водородными связями.

Водородная связь имеет промежуточный характер между валентным и межмолекулярным взаимодействием. Она связана с уникальными свойствами поляризованного атома водорода, его малыми размерами и отсутствием электронных слоев.

Энергия водородной связи (8-40 кДж/моль) значительно меньше энергии ковалентной связи (150-400 кДж/моль), но этой энергии достаточно, чтобы вызвать ассоциацию молекул.

Ван-дер-ваальсова связь (межмо­лекулярное взаимодействие). Все вещества в зависимости от внешних условий (температуры и давления) могут существовать в различных агрегатных состояниях. Так, при низких темпера­турах оказывается возможным «согласованное» движение электро­нов, при котором у молекулы могут воз­никать наведенные диполи без переда­чи атомами электронов, и между ними возникают так называе­мые индукционные силы притяжения. Такой вид взаимодействия называется ван-дер-ваальсовой связью. Энергия такой связи намного (в сот­ни раз) меньше энергий ковалентных, ионных или металлических. Вандерваальсовы силы обусловливают притяжение молекул и агрегацию вещества, превращение газообраз­ного вещества в жидкое и далее в твердое состояние.

Связь между молекулами может осуществляться как электростатическим, так и донорно-акцепторным взаимодействием, что обусловливает разнообразие сложных соединений и их характерных свойств – так образуются комплексные соединения, рассматриваемые в отдельной главе.