2015-04-30
1558
Химическая связь – явление взаимодействия атомов, обусловленное перекрыванием электронных облаков связывающихся частиц, которое сопровождается уменьшением полной энергии с-мы.
В зависимости от характера распределения электронной плотности в веществе различают три основных типа химической связи: ковалентную, ионную и металлическую. Однако в «чистом» виде перечисленные типы связи проявляются редко. В большинстве соединений имеет место наложение разных типов связи.
Ионная связь. В 1916 г. нем уч В.Косселем была высказана идея о том, что атомы при взаимодействии либо отдают, либо принимают электроны, превращаясь при этом соответственно в катионы или анионы, умеющие устойчивые электронные конфигурации. Взаимное их электростатическое притяжение обуславливает химическую связь, называемую ионной. Согласно этой теории, в решетке ионного кристалла происходит не только притяжение м-у разноименными ионами,но и отталкивание одноименных ионов. В этих условиях устойчивость подобных кристаллов объясняется тем, что рас-я м-у разноименными ионами меньше, чем м-у одноименными. Поэтому кулоновкие силы притяжения превалируют над силами оттналкивания, что и обеспечивает хим связь.
Природу ионной связи, структуру и свойства ионных соединений можно объяснить электростатическим взаимодействием ионов. Способность элементов образовывать простые ионы обусловлена электронной структурой их атомов. Эту способность можно оценить величиной энергии ионизации и сродства атомов к электрону. Легче всего образуют катионы элементы с малой энергией ионизации — щелочные и щелочно-земельные металлы. Образование же в условиях обычных химических превращений простых катионов других элементов менее вероятно, так как это связано с затратой большой энергии на ионизацию атомов.
Простые анионы легче всего образуют р-элементы VII группы вследствие их высокого сродства к электрону. Присоединение одного электрона к атомам кислорода, серы, углерода, некоторым другим элементам сопровождается выделением энергии. Присоединение же последующих электронов с образованием свободных многозарядных простых анионов места не имеет. Поэтому соединения, состоящие из простых ионов, немногочисленны. Они легче всего образуются при взаимодействии щелочных и щелочно-земельных металлов с галогенами. Однако и в этом случае электронная плотность между ионами не равна нулю, и поэтому можно говорить лишь о преимущественном проявлении ионной связи. (Радиусы одноатомных многозарядных ионов представляют собой условные величины.)
Электрические заряды ионов обусловливают их притяжение и отталкивание и в целом определяют стехиометрический состав соединения. Ионы можно представить как заряженные шары, силовые поля которых равномерно распределяются во всех направлениях в пространстве. Поэтому каждый ион может притягивать к себе ионы противоположного знака в любом направлении. Иначе говоря, ионная связь в отличие от ковалентной характеризуется ненаправленностью.
Понятно, что взаимодействие друг с другом двух ионов противоположного знака не может привести к полной взаимной компенсации их силовых полей. В силу этого у них сохраняется способность притягивать ионы противоположного знака и по другим направлениям. Следовательно, в отличие от ковалентной ионная связь характеризуется также ненасыщаемостью.
Ковалентная связь. В том же году ам уч Г. Льюис предложил, что устойчивые внешние электронные конфигурации у м-л могут возникнуть в р-те обобществления электронов. Связь, образованная путем обобществления пары электронов, поставляемых по одному от каждого атома. Получила название ковалентной.
Под насыщаемостью понимают способноть атомов образовывать ограниченное число ковалентных связей. Это связано с тем, что одна орбилать атома может принимать участие в образовании только одной ковалентной хим связи. Однако и при насыщенных ковал связях могут образовываться более сложные м-лы по донорно-акцепторному миханизму.
Направленность – св-во, определяющее геометрическую структуру м-лы. Причина направленности заключается в том, что перекрывание электронных орбиталей возможно только при их определенной взаимной ориентации, обеспечивающей наибольшую электронную плотность в области перекрывания. В этом случае образуется наиболее прочная хим связь.
Металлическая связь. В кристалле металла число электронов значительно меньше числа орбиталей. Поэтому электроны могут переходить из одной орбитали в другую. Тем самым электроны принимают участие в образовании связи между всеми атомами кристалла металла. К тому же атомы металлов характеризуются невысокой энергией ионизации — валентные электроны слабо удерживаются в атоме, т. е. легко перемещаются по всему кристаллу. Возможность перемещения электронов по кристаллу определяет также электрическую проводимость металла.
Т.о., в отличие от ковалентных и ионных соединений в металлах небольшое число электронов одновременно связывает большое число атомных ядер, а сами электроны могут перемещаться в металле. Иначе говоря, в металлах имеет место сильно делокализованная химическая связь, так называемая металлической связи. Согласно одной из теорий металл можно рассматривать как плотно упакованую структуру из положительно заряженных ионов, связанных друг с другом коллективизированными электронами (электронным газом).
Стоит отметить, что образуя хим связь атомы стремятся к созданию октета – внешней восьмиэлектронной оболочки.
Энергией связи называют ту величину, к-ую необходимо затратить для ее разрыва. При этом м-ла находится в невозбужденном состоянии. Эта величина определяет прочность связи. Чем больше энергия, затрачиваемая на разрыв связи, тем прочнее связь. Чем больше длина, тем меньше прочность.
Длиной связи наз среднее рас-е м-у ядрами, отвечающее минимуму энергии связи. На длину связи влияет ее кратность, к-ая определяется числом электронных пар, связывающих два атома. С увеличением кратности связей происходит их упрочнение, межъядерные силы уменьшаются.
