РОЗДІЛ 4
Природа хімічного зв’язку
При взаємодії атомів між ними може виникнути хімічний зв’язок, який призводить до утворення стійкої багатоатомної системи – молекули, моле-кулярного іону, кристалу.
У 1807 р. видатний англійський фізик Г. Деві припустив, що молекули утворюються завдяки електростатичному притягуванню різнойменно за-ряджених атомів. Ця ідея була розвинута відомим шведським хіміком І.Я. Берцеліусом, який розробив у 1812-1818 рр. електростатичну тео-рію хімічного зв’язку. Згідно з цією теорією, усі атоми мають позитивні та негативні полюси, причому в одних атомах переважає позитивний полюс (“електропозитивні” атоми), а в інших – негативний (“електронегативні” атоми). Вдало пояснюючи деякі хімічні явища, електрохімічна теорія однак заперечувала ряд факторів. Так, з точки зору цієї теорії, не було по-яснено існування молекул, утворених однаковими атомами (H2, О2, Cl2), які мають за Берцеліусом однойменні заряди. З розвитком хімії знаходи-лась все більша кількість подібних протиріч, тому теорія Берцеліуса швид-ко перестала користуватися успіхом.
При всій своїй недосконалості, теорія Деві-Берцеліуса містила в собі раціональну думку про електричне походження сил, які обумовлюють ут-ворення хімічного зв’язку.
Значним кроком у розвитку уявлень про будову молекул стала теорія хімічної будови, створена О.М. Бутлеровим.
Хімічний зв’язок виникає завдяки взаємодії електричних полів, які утворені електронами і ядрами атомів, що беруть участь в утворенні моле-кули чи кристалу. Пізнання характеру цієї взаємодії стало можливим на основі уявлень про будову атома і про корпускулярно-хвильові власти-вості електрона. При утворенні хімічного зв’язку енергія завжди виділя-ється за рахунок зменшення потенціальної енергії системи електронів та ядер, що взаємодіють. Таким чином, умовою утворення хімічного зв’язку є зменшення потенціальної енергії системи атомів, які взаємодіють.
Вирішення питання про природу хімічного зв’язку стало можливим тільки після відкриття електронної будови атомів, так як це дало можли-вість встановити фундаментальну роль електронів в утворенні хімічного зв’язку.
З цих позицій пояснюється механізм утворення молекул. На зовнішньому енергетичному рівні атома може знаходиться від 1 до 8 електронів. Якщо на зовнішньому рівні знаходиться максимальне число електронів, яке він може вмістити, тоді такий рівень називається завершеним. Завершені рівні відрізняються великою міцністю і характерні для атомів благородних га-зів: так, на зовнішньому рівні у Гелію два електрони (s2), а у решти еле-ментів VIIIA-підгрупи – по вісім електронів (s2p6). У атомів інших еле-ментів зовнішні енергетичні рівні незавершені. В процесі хімічної реакції завершуються зовнішні рівні, що досягається або приєднанням, або від-дачею електронів, а також утворенням спільних електронних пар.
Роль віддачі і приєднання електронів в утворенні хімічного зв’язку вперше була розглянута німецьким вченим Косселем у 1916 р. У цьому ж році американським вченим Льюісом було запропоновано теорію утво-рення хімічного зв’язку за допомогою електронних пар, які одночасно на-лежать обом атомам. На базі робіт Косселя і Льюіса розвивалося сучасне вчення про хімічний зв’язок.
Хімічний зв’язок утворюється валентними електронами: у s- і p-еле-ментів – зовнішніми електронами, у d-елементів – зовнішніми ns- і перед-зовнішніми (n-1)d-електронами, у f-елементів ns-, (n-1)d- і (n-2)f-елек-тронами. За сучасним уявленням хімічний зв’язок має електронну приро-ду. Але утворюється він по-різному. Тому розрізняють три основні типи хімічних зв’язків: ковалентний, іонний і металічний.