Всем привет! Если Вы хотите узнать, что такое химическая связь, как она устроена и какие бывают её виды, то эта статья специально для вас. Я попытался выразиться максимально простым и доступным языком, чтобы каждый читатель смог разобраться в данной теме.
Прежде, чем начать читать могу посоветовать просмотреть мою статью "В мире атомов". Там я разобрал строение атома, что будет базой для изучения химической связи. Так что если вы хотите действительно разобраться в данном вопросе, то прошу, дерзайте.
Теперь можем начинать.
Общие представления и сведения
Мы знаем, что основой любого вещества являются атомы. Они связанны между собой в структуры, которые мы называем молекулы. "Как это происходит?" - вот вопрос, на который я хочу дать ответ в этой статье.
Замечу, что только электроны внешнего уровня, их ещё называют валентными, способны участвовать в образовании связи, т.к остальные "экранируются" и до них мы просто не можем достать.
Начнем с того, что химическая связь заключается в перекрывании атомных орбиталей и обобщении электронной плотности в молекуле. Одна связь должна содержать два электрона, это общие правило, касающиеся всех молекул. Различают два механизма образования связи, с точки зрения перехода электронов.
Обменный и донорно-акцепторный механизм образования связи
Чтобы упростить понимание давайте рассмотрим пример, которым нам послужит молекула аммиака.
Мы знаем что молекула аммиака имеет формулу NH₃. Теперь вспомним что в одной связи должны участвовать два электрона. Как видно из электронных конфигураций у азота есть три неспаренных электрона, а у каждого из трех водородов их по одному. Получается, что для образования каждой связи один электрон берется от азота, а другой от водорода.
- Если для образования связи каждый атом предоставляет по одному электрону то такая связь считается образованной по обменному механизму.
Также известно, что молекула аммиака способна давать катион аммония, формула которого NH₄⁺. Он образуется по реакции: NH₃ + H⁺ → NH₄⁺
Связь между еще одним атомом, точнее катионом водорода образуется благодаря тому что у водорода свободна s1 орбиталь, а у азота имеется пара электронов на 2s орбитали.
- Если для образования связи один атом предоставляет электронную пару, а другой свободную орбиталь, то такой механизм называется донорно-акцепторным.
Ту частицу, которая предоставляет пару электронов принято называть донором
Ту частицу, которая предоставляет свободную орбиталь называют акцептором
Помимо этого орбитали, которые перекрываются для образования связи, могут быть различной формы.
В зависимости от таго как перекрываются орбитали в пространстве выделяют два основных типа
σ и π связь
Два основных типа перекрывания орбиталей обозначаются греческими буквами σ (сигма) и π (пи). В чем заключается между ними разница? Сейчас я отвечу на этот вопрос.
При образовании σ-связи орбитали перекрываются в одной области, при этом их перекрытие происходит достаточно сильно. Это обуславливает высокую прочность данного соединения. Электронная плотность "зажата" между двумя ядрами.
При образовании же π-связи перекрывание происходит в двух областях. Электронная плотность равномерно распределяется над и под плоскостью молекулы. Перекрывание орбиталей здесь довольно слабое, поэтому данный тип связи является менее прочным, но в отличии от предыдущего здесь электроны болле свободны, что позволят поляризовать связь (сместить электронную плотность, тем самым образовать полюса у молекулы).
В начал XX века в обиход ученых был введен новый термин "электроотрицательность" или сокращенно ЭО. Автором этой идеи стал американский химик Лайнус Полинг. Идея заключается в следующем:
Различные атомы имеют разные размеры, заряды ядер и количества электронов. Значит атомы разных химических элементов будут с разной силой удерживать свои валентные электроны. А если мы рассмотрим эти же атомы в составе химической связи, то тот, который сильнее держит свои электроны будет смещать общую электронную плотность в свою сторону. Таким образом под электроотрицательностью мы понимаем способность атомов смещать электронную плотность в химической связи.
Полинг же предложил шкалу ЭО, где элементу с большим её значением - фтору было присвоено значение 4
Отсюда берет своё начало идея о полярности связи, то есть смещение электронной плотности в молекуле, что приводит появлению зарядов на разных её концах.
Полярность связи
По полярности выделяют три типа связи:
- Ионная
- Ковалентно полярная
- Ковалентно не полярная
Ионная связь характеризуется тем, что электронная плотность практически полностью смещена к более электроотрицательному элементу. Значит у них должна быть большая разница в ЭО, этому условию соответствуют соединения металлов с неметалами. Например NaCl, CaS, AlN и т.д.
В ковалентной полярной связи тоже происходит смещение электронной плотности, просто оно не столь значительно как в ионной. Такой тип связи наблюдаться, как правило, между атомами неметаллов. Например HCl, CO, NO и т.д.
И для ковалентно не полярной связи название говорит само за себя: смещение электронной плотности полностью отсутствует. Или, если сказать по-другому, связь образованна между двумя одинаковыми элементами. Примером могут послужить все двухатомные молекулы простых веществ.
На этом я заканчиваю свою статью. Если Вы дочитали её до этого момента, то большое спасибо! Я буду рад, что мои старания были не напрасны.
