Уважаемые читатели! Предлагаю вашему вниманию материал, посвященный фундаментальной теме органической и неорганической химии — типам химических связей. Понимание природы связей в молекулах органических и неорганических веществ является ключом к прогнозированию их свойств и реакционной способности.
Химическая связь представляет собой совокупность сил, удерживающих атомы в молекуле или кристалле. Природа химической связи электрическая. Различают несколько основных типов химических связей: ионная, ковалентная (полярная и неполярная, - и -связи) и металлическая. Особое место занимают более слабые взаимодействия, такие как водородная связь.
1. Ионная связь
Ионная связь – это электростатическая сила притяжения между разноименно заряженными ионами (катионами и анионами), образующимися в результате полного перехода электронов от одного атома к другому.
Механизм образования:
Образование ионной связи происходит между атомами, сильно различающимися по электроотрицательности, как правило, между металлами и неметаллами.
1. Атом металла (обладающий низкой энергией ионизации) отдает один или несколько электронов, превращаясь в положительно заряженный катион.
2. Атом неметалла (обладающий высоким сродством к электрону) принимает эти электроны, завершая свой внешний электронный уровень (обычно до восьми электронов), превращаясь в отрицательно заряженный анион.
3. Возникающие ионы притягиваются электростатическими силами, формируя ионную связь.
В твердом состоянии ионные соединения не существуют в виде отдельных молекул, а образуют упорядоченную трехмерную структуру, называемую ионной кристаллической решеткой. Например, в кристалле хлорида натрия каждый ион окружен шестью ионами противоположного заряда. Вещества с ионной связью обычно являются твердыми, тугоплавкими и имеют высокие температуры кипения.
2. Ковалентная связь
Ковалентная связь возникает в результате образования общей электронной пары между атомами.
Механизм образования:
Ковалентная связь формируется при перекрывании атомных орбиталей (электронных облаков) взаимодействующих атомов. В области перекрывания локализуется повышенная электронная плотность, которая притягивает положительно заряженные ядра обоих атомов, связывая их в молекулу. Чем больше область перекрывания электронных облаков, тем прочнее связь.
Классификация по полярности:
Полярность ковалентной связи определяется электроотрицательностью атомов, ее образующих — способностью атома смещать к себе общую электронную пару.
1. Неполярная ковалентная связь: образуется между одинаковыми атомами (например, H2, Cl2). Общая электронная пара расположена симметрично посередине между ядрами.
2. Полярная ковалентная связь: образуется между разными атомами. Общая электронная пара смещена к более электроотрицательному атому. В результате на атомах возникают частичные заряды. Молекулы с такими связями являются диполями. Полярная ковалентная связь образуется между атомами разных неметаллов. Например, хлорид водорода, сульфид серы и т. д.
Донорно-акцепторный механизм:
Особый способ образования ковалентной связи, при котором один атом (донор) предоставляет неподеленную электронную пару, а другой атом (акцептор) — свободную (вакантную) орбиталь. Например, при образовании иона аммония из аммиака и катиона водорода.
Сигма- и пи-связи
Ковалентные связи также классифицируют по способу перекрывания атомных орбиталей:
Сигма-связь - осевое (аксиальное) перекрывание орбиталей вдоль линии, соединяющей центры ядер. Это самая прочная ковалентная связь. Обеспечивает свободное вращение атомов и групп. В составе все связи одинарные.
Пи-связь – боковое (аксиальное) перекрывание негибридных p-орбиталей вне линии, соединяющей центры ядер. Менее прочная и более реакционноспособная, чем -связь. Вращение затруднено. В составе двойные и тройные связи.
3. Металлическая связь
Металлическая связь – это связь между атомами металлов, обусловленная наличием обобществленных (свободных) электронов (электронный газ), перемещающихся между положительно заряженными ионами и атомами в кристаллической решетке.
Эта связь не направленна и объясняет характерные физические свойства металлов, такие как высокая электро- и теплопроводность, пластичность (ковкость) и металлический блеск.
4. Водородная связь
Водородная связь — это химическая связь средней силы, возникающая между атомом водорода, ковалентно связанным с сильно электроотрицательным атомом (F, O, N), и другим электроотрицательным атомом (акцептором) с неподеленной электронной парой.
Особенности:
• Происхождение: Обусловлена сильной полярностью связи . Атом водорода приобретает значительный частичный положительный заряд, что позволяет ему притягиваться к неподеленной паре соседнего электроотрицательного атома.
• Сила: Водородная связь значительно слабее обычных ковалентных связей (примерно в 10–20 раз).
• Влияние на свойства: Наличие водородных связей приводит к ассоциации молекул (например, спиртов и воды), что объясняет аномально высокие температуры кипения и хорошую растворимость низших спиртов и карбоновых кислот в воде.
Таким образом, химические связи, хотя и имеют общую электрическую природу, проявляют себя в органической химии через различные механизмы, тесно связанные со строением атомов и молекул.
Стань покорителем химии вместе с нами!
В этой статье мы узнали, какие есть типы химических связей. Для сдачи ЕГЭ на высокие баллы необходимо научиться применять знания на заданиях формата экзамена. В онлайн школе Lomonosov.school вы сможете не только наработать свои знания для сдачи ЕГЭ, но и научитесь применять их для решения заданий.