Вопрос 24. Характеристики химической связи: длина, энергия, валентный угол. Длина и энергия одинарных и кратных связей. Краткое определение типов химических связей

Химическая связь – явление взаимодействия атомов, обусловленное перекрыванием электронных облаков связывающихся частиц, которое сопровождается уменьшением полной энергии системы.

Основным условием образования химической связи является понижением полной энергии многоатомной системы по сравнению с энергией изолированных атомов.

Основными параметрами химической связи является её длина, энергия связи и валентные углы, характеризующие строение веществ, которые образованы из отдельных атомов.

Длина связи - это межъядерное расстояние между химическими связанными атомами.

Количественной характеристикой связи является также угол между воображаемыми прямыми линиями, проходящими через ядра химически связанных атомов, его называют валентным углом. По величине валентного угла можно определить пространственное строение молекулы (пример, молекула воды она составляет 104,5⁰).

Существенной характеристикой химической связи является ее прочность. Для оценки прочности связей обычно пользуются понятием энергии связей. Энергия связи - это работа, необходимая для разрыва химической связи во всех молекулах, составляющих один моль вещества. Чаще всего энергию связи измеряют в кДж/моль. Наиболее прочными являются ионные и ковалентные связи, энергии этих связей составляют величины от десятков до сотен кДж/моль.

Расстояние между атомами существенно уменьшается при образовании кратных связей. Чем выше кратность связи, тем короче межатомное расстояние, тем больше энергии необходимо для разрыва связи. Прочность связи обычно уменьшается с увеличением ее длины. Одинарная связь всегда слабее, чем кратные связи - двойная и тройная - между теми же атомами. Пример:

Повышение кратности связи приводит к упрочнению межатомной связи. Так энергия диссоциации на атомы молекул фтора и азота соответственно равны 159 и 940 кДж/моль.

Ионная связь образуется при взаимодействии атомов, которые резко отличаются друг от друга по электроотрицательности.Например, типичные металлы литий(Li), натрий(Na), калий(K), кальций (Ca), стронций(Sr), барий(Ba) образуют ионную связь с типичными неметаллами, в основном с галогенами. Кроме галогенидов щелочных металлов, ионная связь также образуется в таких соединениях, как щелочи и соли. Например, в гидроксиде натрия(NaOH) и сульфате натрия(Na₂SO₄) ионные связи существуют только между атомами натрия и кислорода (остальные связи — ковалентные полярные).­­­_­­­_­­­ Не обладает направленностью и насыщенностью.

Металлическая связь — химическая связь, обусловленная свободными электронами. Характерна как для чистых металлов, так и их сплавов и интерметаллических соединений. Специфика металлической связи заключается в том, что она относится к огромному количеству близко расположенных друг от друга атомов одного и того же элемента. Металлическая связь характеризуется ненаправленностью. Это означает, что в кристалле невозможно выделить пару атомов, связанных только друг с другом. Каждый атом в равной мере связан со всеми его соседями по узлам кристаллической решётки. Вторая характеристика – ненасыщенность.

Одним из наиболее важных типов межмолекулярного взаимодействия является водородная связь. Она возникает между молекулами, в состав которых входит атом водорода, связанны с наиболее электроотрицательными атомами: фтором, азотом, кислородом, реже хлором или серой. Типичным веществом, образующим прочные межмолекулярные водородные связи, является вода. Водородные связи малоустойчивы и разрушаются довольно легко (например, при плавлении льда, кипении воды). Однако на разрыв этих связей затрачивается некоторая дополнительная энергия, и поэтому температуры плавления и кипения веществ с водородными связями между молекулами оказываются значительно выше, чем у подобных веществ, но без водородных связей.

Ковалентная связь (атомная связь) — химическая связь, образованная перекрытием (обобществлением) пары валентных электронных облаков. Обеспечивающие связь электронные облака (электроны) называются общей электронной парой. Простая ковалентная связь образуется из двух неспаренных валентных электронов, по одному от каждого атома:

Существуют три вида ковалентной химической связи, отличающихся механизмом образования:

1. Простая ковалентная связь. Для ее образования каждый из атомов предоставляет по одному неспаренному электрону. При образовании простой ковалентной связи формальные заряды атомов остаются неизменными.

Если атомы, образующие простую ковалентную связь, одинаковы, то истинные заряды атомов в молекуле также одинаковы, поскольку атомы, образующие связь, в равной степени владеют обобществленной электронной парой. Такая связь называется неполярной ковалентной связью. Такую связь имеют простые вещества, например О₂; N₂; C1₂.

Если атомы различны, то степень владения обобществленной парой электронов определяется различием в электроотрицательностях атомов. Атом с большей электроотрицательностью сильнее притягивает к себе пару электронов связи, и его истинный заряд становится отрицательным. Атом с меньшей электроотрицательностью приобретает, соответственно, такой же по величине положительный заряд. Такая ковалентная связь называется полярной.

2. Донорно-акцепторный механизм. Для образования этого вида ковалентной связи оба электрона предоставляет один из атомов — донор. Второй из атомов, участвующий в образовании связи, называется акцептором. В образовавшейся молекуле формальный заряд донора увеличивается на единицу, а формальный заряд акцептора уменьшается на единицу.

3. Семиполярная связь. Этот вид ковалентной связи образуется между атомом, обладающим неподеленной парой электронов (азот, фосфор, сера, галогены и т. п.) и атомом с двумя неспаренными электронами (кислород, сера).

Примеры веществ с ковалентной связью: простой ковалентной связью соединены атомы в молекулах простых газов (Н₂, Сl₂ и др.) и соединений (Н₂О, NH₃, CH₄, СО₂, НСl и др.). Соединения с донорно-акцепторной связью — катион аммония NH₄⁺, тетрафторборат aнион BF₄^- и др.

Поиск по сайту: