Природа химической связи

Металлическая связь — химическая связь, обусловленная наличием относительно свободных электронов. Характерна как для чистых металлов, так и их сплавов и интерметаллических соединений.

         Сущность процесса образования металлической связи состоит в

7

следующем: атомы металлов легко отдают валентные электроны и превращаются в положительные заряженные ионы. Относительно свобо-дные электроны, оторвавшиеся от атома, перемещаются между положи-тельными ионами металлов. Между ними возникает металлическая связь, т. е. Электроны как бы цементируют положительные ионы кристаллической решетки металлов.

Водородная связь

   Связь, которая образуется между атомов водорода одной молекулы и атомом сильно электроотрицательного элемента (O, N, F) другой молекулы, называется водородной связью.

    Может возникнуть вопрос: почему именно водород образует такую специфическую химическую связь?

    Это объясняется тем, что атомный радиус водорода очень мал. Кроме того, при смещении или полной отдаче своего единственного электрона водород приобретает сравнительно высокий положительный заряд, за счет которого водород одной молекулы взаимодействует с атомами электроотрицательных элементов, имеющих частичный отрицательный заряд, выходящий в состав других молекул (HF, H2­O, NH3).

Рассмотрим некоторые примеры. Обычно мы изображаем состав воды химической формулой H2O. Однако это не совсем точно. Правильнее было бы состав воды обозначать формулой (H2O)n, где n = 2,3,4 и т. д. Это объясняется тем, что отдельные молекулы воды связаны между собой посредством водородных связей.

Водородную связь принято обозначать точками. Она гораздо более слабая, чем ионная или ковалентная связь, но более сильная, чем обычное межмолекулярное взаимодействие.

Наличие водородных связей объясняет увеличения объема воды при понижении температуры. Это связано с тем, что при понижении температуры происходит укрепление молекул и поэтому уменьшается плотность их «упаковки».

При изучении органической химии возникал и такой вопрос: почему температуры кипения спиртов гораздо выше, чем соответствующих углеводородов? Объясняется это тем, что между молекулами спиртов тоже образуются водородные связи.

Повышение температуры кипения спиртов происходит также вследствие укрупнения их молекул.

Водородная связь характерна и для многих других органических соединений (фенолов, карбоновых кислот и др.). Из курсов органической химии и общей биологии вам известно, что наличием водородной связи объясняется вторичная структура белков, строение двойной спирали ДНК, т. е. явление комплиментарности. 

8

Заключение

Образование химической связи является результатом уменьшения электронной энергии в системе, которое связано с особыми свойствами атомных систем.

Первый  существенный  вклад  в  энергию  связи  обусловлен  концентрацией

положительного заряда в молекуле. Этот вклад имеет электрическую природу. В атомных системах, в отличие от электростатических,  где заряды неподвижны относительно друг друга,  энергия  увеличивается  с  возрастанием  положительного  заряда  ядра пропорциональна квадрату заряда ядра.

Второй вклад в энергию связи, также имеющий электрическую природу, обусловлен с родством атомов к электрону.

Для  разрушения  молекулы  на  атомы  необходимо  сообщить  энергию,  равную разнице  энергий  электронов  в  атомах  и  молекуле  плюс  дополнительную  энергию, приблизительно  равную  первой,  расходуемую  на  компенсацию  снижения  электронной энтропии, имеющего место в процессе разрушения связи.

Простую  модель  двухатомной  связи  можно  представить  в  виде  двух  ядер,  между которыми  в  плоскости,  перпендикулярной  оси,  соединяющей  ядра,  вращаются связывающие электроны. При этом предполагается, что между заряженными частицами (электроны, ядра) действуют  только  электростатические  силы. Если  соединяющиеся  в молекулу  атомы  имеют  одинаковые  потенциалы  ионизации,  плоскость  вращения электронов  располагается  на  равном  расстоянии  от  каждого  из  ядер.  Если  же

потенциалы ионизации различны, то плоскость вращения электронной пары смещается в сторону атома с большим ППИ. Адекватность модели реальной картине подтверждена совпадением результатов расчета и эксперимента.

На основе этой модели найдены следующие теоретические зависимости:

•  зависимость  ковалентной  неполярной  и  полярной  связи  от  первого 

9

потенциала ионизации соединяющихся атомов;

•  зависимость энергии связи от числа связывающих электронов;

•  зависимость длины связи от ППИ реагирующих атомов;

•  зависимость дипольного момента молекулы от ППИ взаимодействующих атомов.

10

Литература:

1. Краснов К. С. Молекулы и химическая связь. 2-ое изд. М: Высшая школа, 1984. 295 с.

2.Маррел Дж., Кеттл С., Теддер Дж. Химическая связь. М.: Мир, 1980. 384 с.

3.Пиментел Г., Спратли Р. Как квантовая механика объясняет химическую связь. Пер. с англ. М.: Мир, 1973. 332 с.

4.Рюденберг К. Физическая природа химической связи. М.: Мир, 1964. 164 c.

5. Татевский В. М. Строение молекул. М.: Химия, 1977. 512 с (Глава VIII. «Проблема химической связи в квантовой механике»)

6. Татевский В. М. Квантовая механика и теория строения молекул. М.: Изд-во МГУ, 1965. 162 с.

7.Яцимирский К. Б., Яцимирский В. К. Химическая связь. Киев: Вища школа, 1975. 304 c.