Химическая связь

ХИМИЧЕСКАЯ СВЯЗЬ.

1. Общие положения.

Химическая связь – это совокупность сил, удерживающих вместе два или несколько атомов или ионов. Химическая связь, несмотря на разнообразие ее механизмов, обусловлена силами электрического притяжения и отталкивания, которые, в свою очередь, зависят от строения электронных оболочек взаимодействующих атомов.

Химическая связь имеет свою меру. Так, она существует между двумя атомами, если их взаимное пространственное расположение обладает меньшей энергией, чем бесконечно удаленное положение. Выигрыш энергии называется энергией связи. Чем прочнее связь, тем больше ее энергия и тем меньше общая энергия системы. В образовании химической связи принимают участие электроны валентных оболочек, т.е. валентные электроны. Взаимодействие замкнутых оболочек, как правило, ничтожно мало.

Когда два атома приближаются друг к другу, между ними происходит взаимодействие, имеющее две принципиальные составляющие – притяжение и отталкивание. Чем больше сближаются атомы, тем больше энергия их взаимодействия, тем больше и энергия обеих составляющих.

Силы притяжения и отталкивания неоднородны, среди них можно выделить основные "действующие силы":

Притяжение:

а) электростатическое взаимодействие между противоположно заряженными ионами или частичными (эффективными) зарядами,

б) электронное взаимодействие с образованием связывающих орбиталей,

в) дисперсионные (дипольные) силы.

Отталкивание:

а) электростатическое взаимодействие одноименно заряженных ионов или частичных зарядов,

б) электронное взаимодействие замкнутых оболочек,

в) электростатическое отталкивание сблизившихся ядер.

Вклад того или иного вида взаимодействия в химическую связь между атомами может быть различным. В зависимости от доминирующего типа взаимодействия различают ионную, ковалентную, металлическую и ван-дер-ваальсову связи.

2. Ковалентная связь.

При образовании связи атомы стремятся достичь конфигурации замкнутых оболочек, приобретая, отдавая или обобществляя электроны. В чистом виде приобретение или отдача электронов крайне редки. В основном происходит их обобществление (например, в молекуле Н2), как правило, с некоторым смещением в сторону одного из атомов (как, например, в НСl). Образованная таким образом связь называется ковалентной.

Основными характеристиками ковалентной связи являются:

1. насыщаемость,
2. поляризуемость
3. направленность.

Эти свойства следуют из характера распределения электронной плотности в молекуле или ионе. Однозначно рассчитать такое распределение можно только для иона Н2+, во всех остальных случаях используются два принципиально разных типа приближения – метод валентных связей (МВС) и метод молекулярных орбиталей (ММО). Эти два метода являются альтернативными, каждый из них имеет свои достоинства и недостатки. Поскольку универсальной теории химической связи не существует, мы пользуемся той или иной моделью в зависимости от стоящих перед нами задач.

2.1. Метод валентных связей.

Основным положением метода валентных связей (МВС) является принцип обобществления электронных пар. Суть его заключается в том, что между каждой парой атомов ковалентная связь осуществляется обобществлением одной или нескольких пар электронов. Каждая связь локализована между двумя атомами, т.е. является двухцентровой.

Согласно МВС различают два способа образования связи – донорно-акцепторный и валентный.

В первом случае происходит взаимодействие электронной пары одного атома с вакантной орбиталью другого атома: