Строение молекулы. Теория химической связи. Ионная связь Металлическая связь. Ковалентная связь. Энергия связи. Длина связи. Валентный угол. Свойства химической связи.

Молекула – наименьшая частица вещества, обладающая его химическими свойствами.

Согласно теории химической связи, устойчивому состоянию элемента соответствует структура с электронной формулой внешнего уровня s²p⁶ (аргон, криптон, радон, и другие).

При образовании химической связи атомы стремятся приобрести такую устойчивую структуру. При этом возможны три типа химической связи.

Ионная связь – осуществляется в результате электростатического взаимодействия противоположно заряженных ионов. При взаимодействии атомов металлических и неметаллических элементов (разность электроотрицательности больше 1,9) атомы металлических элементов отдают лишние электроны внешнего уровня, переходя в положительно заряженные ионы, а атомы неметаллических элементов принимают электроны, достраивая внешний уровень до восьми электронов, переходя в отрицательно заряженные ионы.

Например, ₁₂Mg 1s²2s²2p⁶3s² -2e = 1s²2s²2p⁶

Mg -2e = Mg²⁺

_{8F 1s}²2s²2p⁵ +e = 1s²2s²2p⁶

F +e = F^-

Так как электрическое поле иона имеет сферическую симметрию, то при образовании связи между двумя противоположно заряженными ионами возможно электростатическое взаимодействие и с другими ионами. У ионных соединений определяющее значение имеют ненасыщенность и ненаправленность связи. Ионные соединения при обычных условиях являются кристаллическими веществами.

Металлическая связь. Осуществляется за счёт делокализованных электронов. При взаимодействии атомов только металлических элементов (в веществах называемых металлами) «лишние» электроны внешнего уровня способны перемещаться по металлу, но находятся в поле действия положительных ионов. Это взаимодействие подвижных ионов определяет, что соединения с металлической связью при обычных условиях являются кристаллами, которые имеют специфические свойства.

Ковалентная связь осуществляется за счёт электронной пары одновременно принадлежащей двум атомам.

Например: На внешнем уровне атома хлора 7 электронов

При взаимодействии с другим атомом хлора образуется устойчивая структура молекула Cl₂, где у каждого атома на внешнем уровне 8 электронов.

Рассмотрим свойства ковалентной связи с точки зрения метода валентных связей (МВС). Основные положения МВС.

1. В образовании ковалентной связи принимают участие два электрона с противоположными спинами.

2. Образование ковалентной связи происходит за счёт перекрывания атомных орбиталей валентных электронов.

3. Связь образуется по линии максимального перекрывания атомных орбиталей.

Ковалентная связь характеризуется свойствами: насыщаемость, направленность и полярность.

Способность атома к образованию химических связей называют валентностью элемента. Количественной мерой валентности принято считать число электронов способных образовывать химические связи – число валентных электронов.

Для s – элементов валентными электронами является s – электроны внешнего уровня;

Для р – элементов s- и р – электроны внешнего уровня;

Для d – элементов s – электроны внешнего уровня и d – электроны предвнешнего уровня.

Например, ₁₁Na – валентный электрон 3s¹

₅₆Ba - 6s² ₁₃Al – 3s²3p¹ ₅₃J – 5s²5p⁵ ₂₂Ti – 4s²3d²

Большинство соединений с ковалентной связью образовано по обменному механизму, при котором каждый атом поставляет по одному (неспаренному) электрону для образования общей пары.

Насыщаемость – это свойство, которое определяет стехиометрический (определённый) состав устойчивого соединения с ковалентной связью – молекулы. Для соединений образованных по обменному механизму валентность элемента определяется числом неспаренных валентных электронов.

Например, элементы кислород и водород образуют молекулу состава Н₂О.

s p

У атома элемента кислорода имеется два неспаренных валентных электрона, т.е. валентность равна 2.

Для ₁Н валентный электрон 1s¹, т.е. валентность равна 1.

Однако большинство элементов могут иметь переменную валентность. Это возможно в том случае, если в пределах одного энергетического уровня имеются свободные орбитали.

Например, элемент углерод и кислород образуют СО и СО₂

s p

s p

Исходя из свойств соединений СО и СО₂ можно сделать вывод о том, что элемент в возбуждённом состоянии образует более устойчивое соединение.

Направленность – это свойство определяющее геометрическую форму молекулы с ковалентной связью. При образовании связи принимают участие атомные орбитали различной формы:

s – электроны имеют форму орбитали

р – электроны имеют форму орбитали

Однако, когда атом находится в возбуждённом состоянии в образовании равноценных связей участвуют s- и р– гибридные орбитали.

Различают три типа гибридизации:

1. Один s – электрон и один р – электрон: s р – гибридизация

2. Один s – электрон и два р – электрона: s р² – гибридизация

3. Один s – электрон и три р – электрона: s р³ – гибридизация

В зависимости от направления перекрывания атомных орбиталей различают: s - и π – связи.

s -связь возникает при перекрывании орбиталей вдоль оси, соединяющей ядра взаимодействующих атомов. s - связь наблюдается при перекрывании s – s –, р – р – s - р – орбиталей и т.д.

Рис. 3. Перекрывание электронных облаков

при образовании s - и p - связей

π – связь возникает при перекрывании орбиталей по обе стороны от оси соединяющей ядра атомов. Наблюдается при перекрывании р – р орбиталей расположенных перпендикулярно оси, соединяющей ядра атомов.

Полярность.

В зависимости от расположения общей электронной пары (электронной плотности) между ядрами атомов различают неполярную и полярную связь.

Неполярная связь образуется атомами элементов с одинаковой электроотрицательностью. Электронная плотность распределяется симметрично относительно ядер атомов.

Связь между атомами с различной электроотрицательностью называется полярной. Общая электронная пара смещена в сторону более электроотрицательного элемента. Центры тяжести положительных (б⁺) и отрицательных (б^-) зарядов не совпадают. Чем больше разность электроотрицательности элементов образующих связь, тем выше полярность связи. При разности электроотрицательности меньше 1,9 связь считается полярной ковалентной.

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском: