4. Химическая связь

Рис. 1 Молекула воды H2O

Химическая связь - это результат взаимного "сцепления" атомов и ионов в молекуле и кристаллической решетке, в результате действия между ними электростатического притяжения. При образовании связи энергия всегда выделяется. На рисунке 2 продемонстрирована удобная схема того, на что подразделяется химическая связь.

Рис. 2 Виды химической связи

Отдельно стоит отметить водородную связь. Она образуется для веществ, которые отвечают определённым свойствам:

1. Вещество образовано атомами водорода (Н) и другого неметалла, например серы (S) или фтора (F) или кислорода (О) или азота (N).
2. Тип основной связи - ковалентная полярная связь (так как образована между неметалами разных элементов).
3. Атом неметалла имеет маленький радиус, за счет чего возможно слабое электростатическое притяжение с соседнего атома водорода (H).

Разберем каждый вид химической связи подробнее.

Ковалентная связь

Ковалентная связь - это связь, которая образуется за счет перекрывания электронных облаков, то есть образования общих электронных пар.

Разделяют 2 способа перекрывания:

1. Вдоль линии, соединяющей центры атомов (сигма связь). В таком случае есть четкая ориентация в пространстве - рисунок 3. 1 атомная орбиталь = 1 связь.

Рис. 3 Образование сигма связи

2. Выше и ниже линии, соединяющий центры атомов (П связь) - рисунок 4.

Рис. 4 Образование Пи связи.

Если между двумя атомами с ковалентным типом химической связи есть несколько связей (несколько общих пар электронов), то первая всегда сигма, а вторая и третья - Пи.

Различают 2 механизма образования ковалентной связи:

1. Обменный механизм - каждый атом предоставляет 1 неспаренный электрон. В таком случае образованная пара принадлежит сразу двум атомам.

Примеры обменных механизмов представлены на рисунках 5,6 и 7.

Рис. 5 Образование молекулы HF

Рис. 6 Образование молекулы N2

Рис. 7 Образование молекулы O2

Как видно из рисунков, пары электронов могут обозначаться либо двумя точками, либо черточкой. Одна черточка является обозначением пары электронов.

2. Донорно-акцепторный механизм. Один из атомов предоставляет свободную орбиталь, второй атом неподелённую пару электронов - рисунок 7. 2 электрона также принадлежат двум атомам.

Рис. 8 Образование молекулы СO

Как видно из рисунка 8, углерод предоставляет вакантную орбиталь (является акцептором), а кислород предоставляет пару электронов (является донором).

Ионная связь

Ионная связь - это взаимное сцепление электронов в кристаллической решетке. Не имеет направленности и насыщенности - рисунок 9.

Рис. 9 Ионный вид связи в молекуле NaCl

Металлическая связь

Металлическая связь - это химическая связь в металах и сплавах. У всех веществ металлов присутствует металлическая кристаллическая решетка.

Узлы решетки представляют собой атомы и ионы металлов. Электроны отделяются от атомов, образую электронный газ, который перемещается по кристаллической решетке - рисунок 10.

Рис. 10 Кристаллическая решетка меди

После того, как мы подробнее ознакомились с каждым типом химической связи, стоит подробнее разобрать некоторые их свойства.

1. Энергия связи - это энергия, которая выделяется или поглощается при образовании или разрыве ковалентной связи между двумя атомами. Энергия химической связи - это справочная величина.

2. Длина связи - это расстояние между ядрами двух связанных атомов. Она не может быть равна 0 и измеряется в ангстремах. Чем меньше длина связи, тем он прочнее.

Типы решеток для веществ с ковалентной связью

Для того, чтобы уточнить некоторые моменты, необходимо понимать, что существуют 2 типа решеток для веществ с ковалентным типом химической связи:

1. Атомна решетка. Атомной решеткой обладают такие вещества, как С (сажа, уголь, грифель, алмаз, углерод), Si (кремний), SiO2 (кремнезит, кремнезем, стекло, песок, оксид кремния), SiC (карбид кремния, карборунд), B4C3 (карбид бора), В (бор), Ge (германий).
2. Молекулярная решетка. Все остальные соединения, которые не вошли в список с атомной кристаллической решеткой.

Общие характеристики молекулярных веществ:

1. Чаще газы или летучие жидкости;
2. Низкая температура плавления/кипения;
3. Чем больше размер молекул, тем меньше летучесть;
4. Если есть какая-нибудь дополнительная водородная связь, то температура кипени растет, температура плавления растет, летучесть падает.

Свойства веществ с атомным строением кристаллической решетки:

1. Все твердые;
2. Очень прочные;
3. Температура плавления очень высокая.

Для вещества с ионной связью характерны ионные кристаллические решетки.

Свойства веществ с металлическим строением кристаллической решетки (металлы):

1. Твердые;
2. Высокая электропроводность;
3. Высокая теплопроводность;
4. Имеют металлический блеск;
5. Ковкость (пластичность).

На этом все, в следующей статье мы будем рассматривать такие темы, как гибридизация, степень окисления, а также законы периодической таблицы химических элементов.