Химическая связь. Строение молекул.

Существует несколько типов химических связей, но природа едина и носит электросмешанный характер. При образовании связи энергия выделяется.

1. Ковалентная. а) Полярная. б) Неполярная

2. Ионная

3. Донорно-акцепторная

4. Водородная

5. Межмолекулярное взаимодействие

Для характеристики химических связей используется следующее понятие: энергия химической связи, длина, кратность, направленность, полярность.

Энергия связи определяется энергией, выделяющейся при возникновении химической связи. Если связей несколько (однотипных), то прочность 1 связи оценивается делением на число связи. Чем больше энергии выделяется, тем связь прочнее.

Длина связи. Половина расстояния между центрами ядер двусвязных атомов. Чем меньше, тем связь прочнее.

Кратность. Оценивается числом пар, связывающих 2 взаимодействующих атома. Чем кратность выше, тем длина меньше, а прочность выше. Этан: С-С; Этилен ; Ацетилен .

Направленность. Это угол между воображаемыми линиями, проходящими через центры ядер 2 связанных атомов в молекуле.

Полярность. Оценивается смещением электронной пары к одному из ядер взаимодействующих атомов. Количественной характеристикой является дипольный момент

Диполь – электронная система, состоящая из 2 зарядов = по величине, но противоположных по знаку, находящихся на расстоянии. М=e q –дипольный момент. q-эффективный заряд. e-длина диполя.

Ковалентная полярная связь. Возникает за счет неспаренных электронов различных атомов, либо за счет неподеленной пары одного атома и свободной орбитали другого атома. Все возникшие при этом связи могут быть объяснены набором локализованных 2 центровых химических связей.

Межмолекулярные взаимодействия

Пусть А и В – вещества, где А – полярная молекула, а В – неполярная. Имеет три возможности их соединения, а именно:

а) А-А. Ориентационное взаимодействие между двумя полярными молекулами. l₁>l₀. , где k-постоянная Больцмана, а М – дипольный момент.

б) А-В. Возникает индукционное взаимодействие. Результатом является возникновение дипольного момента в неполярной молекуле. l₁>l_{0. .}

в) В-В. В неполярных молекулах могут возникать мгновенные диполи, вследствие пульсации электронного облака. Взаимодействие дисперсионное. , где пулевая энергия, присущая каждой молекуле, при T=0 K (справочная величина)

Несмотря на низкие энергии межмолекулярные взаимодействия на дисперсионном, например, основано сжижение газов.

Металлическая связь.

Металлы отличаются от других веществ 1) высокой электрической проводимостью и

2) теплопроводностью, а также они в обычных условиях являются кристаллическими веществами (за исключением ртути) с высокими координационными числами. Судя по первому свойству, очевидно, что часть электронов может перемещаться по всему объему куска металла. С другой стороны из кристаллической структуры металлов следует, что их атомы не связаны друг с другом локализованными двухэлектронными связями, ибо числа валентных электронов атома недостаточно для образования подобных связей со всеми его соседями.

Рассмотрим металлическую связь на примере лития. Каждый его атом имеет по восемь ближайших соседей. Для образования двухэлектронных связей в подобной структуре, атом лития должен предоставить восемь электронов, но это невозможно, так как его валентность всего 1. В кристалле лития орбитали соседних атомов перекрываются. Каждый атом предоставляет на связь четыре валентные орбитали и один валентный электрон. Значит, в кристалле металла число электронов меньше числа орбиталей. Поэтому электроны могут переходить из одной орбитали в другую. 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.

Таким образом, в отличие от ковалентных и ионных соединений в металлах небольшое число электронов одновременно связывают большое число атомных ядер, а сами электроны могут перемещаться в металле. Иначе говоря, в металлах имеет место сильно делокализованная химическая связь.