Свойства ковалентной связи: насыщаемость, направленность и поляризуемость.

Свойства ковалентной связи: насыщаемость, направленность и поляризуемость.

Насыщаемость ковалентной связи обусловлена ограниченными валентными возможностями атомов, т.е. их способностью к образованию строго определенного числа связей, которое обычно лежит в пределах от 1 до 6. Общее число валентных орбиталей в атоме, т.е. тех, которые могут быть использованы для образования химических связей, определяет максимально возможную валентность элемента. Число уже использованных для этого орбиталей определяет валентность элемента в данном соединении.

Направленность ковалентной связи является результатом стремления атомов к образованию наиболее прочной связи за счет возможно большей электронной плотности между ядрами. Это достигается при такой пространственной направленности перекрывания электронных облаков, которая совпадает сих собственной. Исключение составляют s-электронные облака, поскольку их сферическая форма делает все направления равноценными. Для p- и d-электронных облаков перекрывание осуществляется вдоль оси, по которой они вытянуты, а образующаяся при этом связь называется σ-связью. σ-Связь имеет осевую симметрию, и оба атома могут вращаться вдоль линии связи, т.е. той воображаемой линии, которая проходит через ядра химически связанных атомов.

После образования между двумя атомами σ-связи для остальных электронных облаков той же формы и с тем же главным квантовым числом * остается только возможность бокового перекрывания по обе стороны от линии связи. В результате образуется π-связь. Она менее прочна, чем σ-связь: перекрывание происходит диффузными боковыми частями орбиталей. Каждая кратная связь (например, двойная или тройная) всегда содержит только одну σ-связь. Число σ-связей, которые образует центральный атом в сложных молекулах или ионах, определяет для него значение координационного числа. Например, в молекуле NH3 и ионе NH4+ для атома азота оно равно трем и четырем. Образование σ-связей фиксирует пространственное положение атомов относительно друг друга, поэтому число σ-связей и углы между линиями связи, которые называются валентными углами, определяют пространственную геометрическую конфигурацию молекул.

При оценке степени перекрывания электронных облаков следует учитывать знаки волновых функций * электронов. При перекрывании облаков с одинаковыми знаками волновых функций электронная плотность в пространстве между ядрами возрастает. В этом случае происходит положительное перекрывание, приводящее к взаимному притяжению ядер. Если знаки волновых функций противоположны, то плотность электронного облака уменьшается (отрицательное перекрывание), что приводит к взаимному отталкиванию ядер.

Поляризуемость рассматривают на основе представлений о том, что ковалентная связь может быть неполярной (чисто ковалентной) или полярной *.

Важными характеристиками химической связи являются также ее длина и кратность. Длина связи определяется расстоянием между ядрами связанных атомов в молекуле. Как правило, длина химической связи меньше, чем сумма радиусов атомов, за счет перекрывания электронных облаков. Кратность связи определяется количеством электронных пар, связывающих два атома, например: этан H3C–CH3 одинарная связь (σ-связь) этилен H2C=CH2 двойная связь (одна σ-связь и одна π-связь)

ацетилен HC≡CH тройная связь (одна σ-связь и две π-связи).

С увеличением кратности возрастает энергия связи, однако это возрастание не пропорционально кратности, т.к. π-связи менее прочны, чем σ-связь.

Донорно-акцепторная связь

Возможен и другой механизм образования ковалентной связи – донорно-акцепторный. В этом случае химическая связь возникает за счет двухэлектронного облака одного атома и свободнойорбитали другого атома. Рассмотрим в качестве примера механизм образования иона аммония (NH4+). В молекуле аммиака атом азота имеет неподеленную пару электронов (двухэлектронное облако)

У иона водорода свободна (не запонена) 1s-орбиталь, что можно обозначить как Н+ (здеськвадратозначаетячейку). Приобразованииионааммониядвухэлектронноеоблакоазотастановитсяобщимдляатомовазотаиводорода, тоестьоно превращается в молекулярное электронное облако. А значит, возникает четвертая ковалентная связь. Процесс образования иона аммония можно представить схемой

Заряд иона водорода становится общим (он делокализован, т.е. рассредоточен между всеми атомами), а двухэлектронное облако (неподеленная электронная пара), принадлежащая азоту, становится общей с Н+. В схемах изображение ячейки частоопускается.

Атом, предоставляющий неподеленную электронную пару, называется донором, а атом, принимающий ее (то есть предоставляющий свободную орбиталь), называется акцептором.

Механизм образования ковалентной связи за счет двухэлектронного облака одного атома (донора) и свободной орбитали другого атома (акцептора) называется донорно-акцепторным. Образованная таким путем ковалентная связь называется донорно-акцепторной или координационной связью.

7. Ковалентная связь характеризуется направленностью в пространстве, полярностью, кратностью, энергией и длиной.

Как мы знаем, электронные орбитали (кроме s-орбиталей) имеют пространственную направленность. Ковалентная связь, которая является результатом электронно-ядерных взаимодействий, располагается в определенном направлении по отношению к ядрам этих атомов. Если электронные облака перекрываются в направлении прямой, которая соединяет ядра атомов (т. е. по оси связи), такая ковалентная связь называется s-связью (сигма-связью). Например, в молекулах Н2, Cl2, HC1 атомы соединяются ковалентной s-связью. Ковалентные сигма-связи образуются при перекрывании орбиталей: s — s (как в Н2): s — р (как в НС1), р — р (как в С12).

При перекрывании p-орбиталей, направленных перпендикулярно оси связи, образуются две области перекрывания по обе стороны оси связи. Такая ковалентная связь называется p-связью (пи-связью) (рис. 6). Например, в молекуле азота атомы связаны одной s-связью и двумя p-связями (рис. 7).

Рис. 6. Схематическое изображение p-связи

Рис. 7. Схематическое изображение s- и p-связей в молекуле азота

Направленность ковалентной связи определяет пространственную структуру молекул, т. е. их форму. Молекула хлороводорода имеет линейную форму: она образована с помощью одной s-связи (s — р-орбитали). Молекула воды имеет угловое строение: она образуется за счет перекрытия s-орбиталей двух атомов водорода с двумя взаимно перпендикулярными р-орбиталями атома кислорода (рис. 8). Следовательно, угол между s-связями в молекуле воды должен быть равен 90°. В действительности угол равен 104,5°, что объясняется явлением гибридизации. Молекула аммиака имеет форму правильной пирамиды, молекула метана — форму тетраэдра.

Рис. 8. Строение молекулы воды

Полярность связи определяется асимметрией в распределении общего электронного облака вдоль оси связи.

Если общие электронные пары располагаются симметрично относительно обоих ядер, то такая ковалентная связь называется неполярной.

В молекулах простых веществ — водорода Н2, кислорода О2, азота N2, хлора С12, фтора F2 атомы соединяются неполярной ковалентной связью.

Если общие электронные пары смещаются к одному из атомов (располагаются несимметрично относительно ядер различных атомов), то такая ковалентная связь называется полярной.

Связь в молекулах воды Н2О, аммиака NH3, хлороводорода НС1— полярная.

Кратность ковалентной связи определяется числом общих электронных пар, которые связывают атомы.

Связь между двумя атомами при помощи одной пары электронов называется простой (связи Н — С1,С — Н,Н — О и т. д.). Связь между двумя атомами при помощи двух электронных пар называется двойной. Связь между двумя атомами при помощи трех электронных пар называется тройной.

Яндекс.Директ

Например, двойная связь наблюдается между атомами углерода в этилене Н2С = СН2 , тройная связь наблюдается в молекулах азота N N, ацетилена Н — С С — Н.

Длина связи — это равновесное расстояние между ядрами атомов. Длину связи выражают в нанометрах (нм). Чем меньше длина связи, тем прочнее химическая связь. Мерой прочности связи является ее энергия.

Энергия связи равна работе, которую необходимо затратить на разрыв связи. Выражают энергию связи в килоджоулях на моль (кДж/моль); например, в молекуле водорода энергия связи равна 435 кДж/моль. Энергия связи увеличивается с уменьшением длины связи (табл. 10).

Однако это не особый вид связи, а лишь иной механизм (способ) образования ковалентной связи. По свойствам четвертная связь N-H в ионе аммония ничем не отличается от остальных трех.

Большей частью донорами являются молекулы, содержащие атомы N, O, F, Cl связанные в ней с атомами других элементов. Акцептором может быть частица, обладающая вакантными электронными уровнями, например, атомы d-элементов, обладающие незаполненными d-подуровнями.

8.Эффективные заряды атомов в молекулах

Эффективный заряд атома, характеризует разность между числом электронов, принадлежащих данному атому в хим. соед., и числом электронов своб. атома. Для оценок Э. з. а. используют модели, в которых экспериментально определяемые величины представляют, как ф-ции точечных неполяризуемых зарядов, локализованных на атомах; напр., дипольный момент двухатомной молекулы рассматривают как произведение Э. з. а. на межатомное расстояние. В рамках подобных моделей Э. з. а. можно рассчитать, используя данные оптич. или рентгеновской спектроскопии, ЯМР и др. Однако, поскольку электронная плотность в хим. соед. делокализована и границ между атомами не существует, нельзя описать разл. характеристики соед. одним набором Э. з. а.; значения этого показателя, определенные разными эксперим. методами, могут не совпадать. Э. з. а. можно определить также на основе квантовохим. расчетов. Э. з. а., определенные в рамках к.-л. одной модели или в однотипных расчетах, используют для корреляции с различными физ.-хим. характеристиками соед., установления реакц. центров в молекулах, оценки степени ионности хим. связи.

10. Основные положения метода валентных связей сводятся к следующему.

1. Химическую связь образуют два электрона с противоположными спинами. При этом перекрываются соответствующие электронные орбитали и повышается электронная плотность между ядрами. В первом приближении можно считать, что именно в зоне перекрывания и находится общая электронная пара. Сгусток отрицательного заряда между ядрами притягивает их друг к другу; при определенном расстоянии между ядрами, соответствующем образованию связи между ними, притяжение уравновешивается отталкиванием положительных зарядов ядер. Такова физическая причина образования химической связи.

2. Связь локализована в направлении максимального перекрывания Ψ-функций электронов.

3. Чем сильнее перекрывание, тем прочнее химическая связь. По характеру перекрывания орбиталей обычно выделяют - и-связи (рис. 3.4 и 3.5).

Связи, образованные электронными орбиталями, имеющими максимум зоны перекрывания на линии, соединяющей ядра, называются -связями. На рис. 3.4 представлены -связи, образованные s- и p-орбиталями.

Рис. 3.4. -связи, образованные s- и p-орбиталями

Связи, образованные электронными орбиталями, дающими максимумы перекрывания по обе стороны от линии, соединяющей ядра, называются -связями. На рис. 3.5 представлена -связь, образованная p-орбиталями.

Рис. 3.5. -связь, образованная p-орбиталями

В подавляющем большинстве случаев -связи менее прочные, чем -связи. В кратной связи только одна связь -типа, все остальные (одна или две) относятся к -связям.

4. Численное значение валентности атома равно количеству неспаренных электронов, которые есть на внешнем электронном слое в основном состоянии или могут быть в возбуждённом состоянии. Для s- и p-элементов возбуждение электронов возможно только в пределах внешнего электронного слоя. В случае d-элементов к рассмотрению привлекаются и d-электроны предвнешнего слоя, имеющие энергию, близкую к энергии электронов внешнего слоя.

Планетарная модель атома: опыт Резерфорда

В 1903 году английским ученым Томсоном была предложена модель атома, которую в шутку назвали «булочкой с изюмом». По его версии атом представляет собой сферу с равномерным положительным зарядом, в которой как изюминки вкраплены отрицательно заряженные электроны.Однако дальнейшие исследования атома показали, что эта теория несостоятельна. И через несколько лет другой английский физик – Резерфорд провел серию опытов. На основе результатов им была выстроена гипотеза о строении атома, которая до сих пор является всемирно признанной.

Планетарная модель строения атома

Как следует из названия, атом сравнивается с планетой. В данном случае планету представляет из себя ядро атома. А вокруг ядра на довольно большом расстоянии вращаются электроны, как и вокруг планеты вращаются спутники. Только скорость вращения электронов в сотни тысяч раз превосходит скорость вращения самого быстрого спутника. Поэтому при своем вращении электрон создает как бы облако над поверхностью ядра. И существующие заряды электронов отталкивают такие же заряды, образованные другими электронами вокруг других ядер. Поэтому атомы не «слипаются», а располагаются на некотором расстоянии друг от друга.

И когда мы говорим о столкновении частиц, имеется в виду, что они подходят друг к другу на достаточно большое расстояние и отталкиваются полями своих зарядов. Непосредственного контакта не происходит. Частицы в веществе вообще расположены очень далеко друг от друга. Если бы каким-либо способом удалось схлопнуть вместе частицы какого-либо тела, оно бы уменьшилось в миллиарды раз. Земля стала бы меньше яблока размером. Так что основной объем любого вещества, как ни странно это звучит, занимает пустота, в которой расположены заряженные частицы, удерживающиеся на расстоянии электронными силами взаимодействия.

Согласно Резерфорду атом представляет собой систему зарядов, в центре которой расположено тяжелое положительно заряженное ядро, имеющее размеры до ~10-12 см, а вокруг ядра вращаются отрицательно заряженные электроны, суммарный заряд которых равен по модулю заряду ядра. Почти вся масса атома сосредоточена в ядре.

23.

По вертикали периодическая система подразделяется на восемь групп, которые делятся на главные – А, состоящие из s- и p-элементов, и побочные – B-подгруппы, содержащие d-элементы. Подгруппа III B, кроме d-элементов, содержит по 14 4f- и 5f-элементов (4f- и 5f-семейства). Главные подгруппы содержат на внешнем электронном слое одинаковое число электронов, которое равно номеру группы.

В главных подгруппах валентные электроны (электроны, способные образовывать химические связи) расположены на s- и p-орбиталях внешнего энергетического уровня, в побочных – на s-орбиталях внешнего и d-орбиталяхпредвнешнего слоя. Для f-элементов валентными являются (n – 2)f- (n – 1)d- и ns-электроны.

27 Электронные семейства элементов, их химические свойства

В зависимости от строения электронных оболочек атомов все элементы периодической системы делят на четыре семейства: s-, p-, d- и f-элементы.

К семейству s-относят химические элементы, в атомах которых происходит заполнение электронами s-подуровня внешнего уровня. К ним относятся первые два элемента каждого периода.

Элементы, у которых происходит заполнение электронами p-подуровня внешнего уровня, принадлежат к p-элементам. К ним относятся последние шесть элементов каждого периода.

Семейство d-элементов включает переходные элементы, у которых заполняется d-подуровень второго снаружи уровня. К ним относятся элементы больших периодов, расположенных между s- и p-элементами.

У семейства f-элементов происходит заполнение f-подуровня третьего снаружи уровня. К ним относятся лантаноиды и актиноиды.

28 Свойства атомов. Их периодичность

Такие свойства атомов, как их размер, энергии ионизации и сродства к электрону, электроотрицательность, степень окисления связаны с электронной конфигурацией атома. В их изменении с увеличением порядкового номера элемента наблюдается периодичность.

Радиус атома– важная его характеристика. Чем больше атомный радиус, тем слабее удерживаются внешние электроны. И, наоборот, с уменьшением атомного радиуса электроны притягиваются к ядру сильнее.

В периоде атомный радиус, в общем, уменьшается слева направо. Это объясняется увеличением силы притяжения электронов с ростом заряда ядра. В подгруппах сверху вниз атомный радиус возрастает, так как в результате прибавления дополнительного электронного слоя увеличиваются объём атома, а значит, и его радиус.

Энергия ионизации (I) – это энергия, необходимая для отрыва наиболее слабосвязанного электрона от атома. Она обычно выражается в электроно-вольтах (эВ). При отрыве электрона от атома образуется соответствующий катион.

Энергия ионизации для элементов одного периода возрастает слева направо с ростом заряда ядра. В подгруппе она уменьшается сверху вниз вследствие увеличения расстояния электрона от ядра.

Энергия ионизации связана с химическими свойствами элементов. Так, щелочные металлы, имеющие небольшую энергию ионизации, обладают ярко выраженными металлическими свойствами. Химическая инертность благородных газов обусловлена их высокими значениями энергии ионизации.

Атомы могут не только отдавать, но и присоединять электроны. При этом образуются соответствующий анион.

Энергия сродства к электрону (E)– энергия, которая выделяется при присоединении к атому одного электрона. Энергия сродства к электрону, как и энергия ионизации, выражается в электроно-вольтах. Наиболее велика она у галогенов, имеющих на внешнем уровне по 7 электронов. Это свидетельствует об усилении неметаллических свойств элементов по мере приближения к концу периода.

Определение электроотрицательности (ЭО) дал американский ученый ЛинусПолинг (1901-1990):электроотрицательность есть способность атома в молекуле притягивать к себе электроны.

Здесь имеются ввидувалентные электроны, то есть электроны, которые участвуют в образовании химической связи. Очевидно, у благородных газов электроотрицательность отсутствует, так как внешний уровень в их атомах завершен и устойчив.

Для количественной характеристики предложено считать мерой электроотрицательности энергию, равную арифметической сумме энергий ионизации и сродства к электрону, то есть

ЭО = I+E.

Фтор имеет наибольшее значение электроотрицательности. Наименьшее значение электроотрицательности имеют атомы щелочных металлов. Обычно электроотрицательность лития принимают за 1 и сравнивают с ней электроотрицательность других элементов, получая удобные для сравнения значения относительной электроотрицательности (χ).

Относительная электроотрицательность подчиняется периодическому закону: в периоде она растёт с увеличением порядкового номера элемента, в группе уменьшается. Её значения служат мерой неметаличности элементов. Очевидно, чем больше относительнаяэлектроотрицательность, тем сильнее неметаллические свойства элементов. При химическом взаимодействии элементов электроны смещаются от атома с меньшей относительной электроотрицательностью к атому с большей относительной электроотрицательностью.

Выводы о взаимосвязи строения атомов и свойств химических элементов, а также причины периодического изменения их свойств, сходства и различия между ними:

1) свойства химических элементов, расположенных в порядке возрастания заряда ядра, изменяются периодически потому, что периодически повторяется сходное строение внешнего электронного слоя атомов элементов;

2) плавное изменение свойств элементов в пределах одного периода можно объяснить постепенным увеличением числа электронов на внешнем слое атомов;

3) завершение внешнего электронного слоя атома приводит к резкому скачку в свойствах, при переходе от галогена к инертному элементу; появление нового внешнего электронного слоя – причина резкого скачка в свойствах при переходе от инертного элемента к щелочному металлу;

4) свойства химических элементов, принадлежащих к одному семейству, сходны потому, что на внешнем электронном слое их атомов одинаковое число электронов.

Свойства ковалентной связи: насыщаемость, направленность и поляризуемость.

Насыщаемость ковалентной связи обусловлена ограниченными валентными возможностями атомов, т.е. их способностью к образованию строго определенного числа связей, которое обычно лежит в пределах от 1 до 6. Общее число валентных орбиталей в атоме, т.е. тех, которые могут быть использованы для образования химических связей, определяет максимально возможную валентность элемента. Число уже использованных для этого орбиталей определяет валентность элемента в данном соединении.

Направленность ковалентной связи является результатом стремления атомов к образованию наиболее прочной связи за счет возможно большей электронной плотности между ядрами. Это достигается при такой пространственной направленности перекрывания электронных облаков, которая совпадает сих собственной. Исключение составляют s-электронные облака, поскольку их сферическая форма делает все направления равноценными. Для p- и d-электронных облаков перекрывание осуществляется вдоль оси, по которой они вытянуты, а образующаяся при этом связь называется σ-связью. σ-Связь имеет осевую симметрию, и оба атома могут вращаться вдоль линии связи, т.е. той воображаемой линии, которая проходит через ядра химически связанных атомов.

После образования между двумя атомами σ-связи для остальных электронных облаков той же формы и с тем же главным квантовым числом * остается только возможность бокового перекрывания по обе стороны от линии связи. В результате образуется π-связь. Она менее прочна, чем σ-связь: перекрывание происходит диффузными боковыми частями орбиталей. Каждая кратная связь (например, двойная или тройная) всегда содержит только одну σ-связь. Число σ-связей, которые образует центральный атом в сложных молекулах или ионах, определяет для него значение координационного числа. Например, в молекуле NH3 и ионе NH4+ для атома азота оно равно трем и четырем. Образование σ-связей фиксирует пространственное положение атомов относительно друг друга, поэтому число σ-связей и углы между линиями связи, которые называются валентными углами, определяют пространственную геометрическую конфигурацию молекул.

При оценке степени перекрывания электронных облаков следует учитывать знаки волновых функций * электронов. При перекрывании облаков с одинаковыми знаками волновых функций электронная плотность в пространстве между ядрами возрастает. В этом случае происходит положительное перекрывание, приводящее к взаимному притяжению ядер. Если знаки волновых функций противоположны, то плотность электронного облака уменьшается (отрицательное перекрывание), что приводит к взаимному отталкиванию ядер.

Поляризуемость рассматривают на основе представлений о том, что ковалентная связь может быть неполярной (чисто ковалентной) или полярной *.

Важными характеристиками химической связи являются также ее длина и кратность. Длина связи определяется расстоянием между ядрами связанных атомов в молекуле. Как правило, длина химической связи меньше, чем сумма радиусов атомов, за счет перекрывания электронных облаков. Кратность связи определяется количеством электронных пар, связывающих два атома, например: этан H3C–CH3 одинарная связь (σ-связь) этилен H2C=CH2 двойная связь (одна σ-связь и одна π-связь)

ацетилен HC≡CH тройная связь (одна σ-связь и две π-связи).

С увеличением кратности возрастает энергия связи, однако это возрастание не пропорционально кратности, т.к. π-связи менее прочны, чем σ-связь.

Донорно-акцепторная связь

Возможен и другой механизм образования ковалентной связи – донорно-акцепторный. В этом случае химическая связь возникает за счет двухэлектронного облака одного атома и свободнойорбитали другого атома. Рассмотрим в качестве примера механизм образования иона аммония (NH4+). В молекуле аммиака атом азота имеет неподеленную пару электронов (двухэлектронное облако)

У иона водорода свободна (не запонена) 1s-орбиталь, что можно обозначить как Н+ (здеськвадратозначаетячейку). Приобразованииионааммониядвухэлектронноеоблакоазотастановитсяобщимдляатомовазотаиводорода, тоестьоно превращается в молекулярное электронное облако. А значит, возникает четвертая ковалентная связь. Процесс образования иона аммония можно представить схемой

Заряд иона водорода становится общим (он делокализован, т.е. рассредоточен между всеми атомами), а двухэлектронное облако (неподеленная электронная пара), принадлежащая азоту, становится общей с Н+. В схемах изображение ячейки частоопускается.

Атом, предоставляющий неподеленную электронную пару, называется донором, а атом, принимающий ее (то есть предоставляющий свободную орбиталь), называется акцептором.

Механизм образования ковалентной связи за счет двухэлектронного облака одного атома (донора) и свободной орбитали другого атома (акцептора) называется донорно-акцепторным. Образованная таким путем ковалентная связь называется донорно-акцепторной или координационной связью.

7. Ковалентная связь характеризуется направленностью в пространстве, полярностью, кратностью, энергией и длиной.

Как мы знаем, электронные орбитали (кроме s-орбиталей) имеют пространственную направленность. Ковалентная связь, которая является результатом электронно-ядерных взаимодействий, располагается в определенном направлении по отношению к ядрам этих атомов. Если электронные облака перекрываются в направлении прямой, которая соединяет ядра атомов (т. е. по оси связи), такая ковалентная связь называется s-связью (сигма-связью). Например, в молекулах Н2, Cl2, HC1 атомы соединяются ковалентной s-связью. Ковалентные сигма-связи образуются при перекрывании орбиталей: s — s (как в Н2): s — р (как в НС1), р — р (как в С12).

При перекрывании p-орбиталей, направленных перпендикулярно оси связи, образуются две области перекрывания по обе стороны оси связи. Такая ковалентная связь называется p-связью (пи-связью) (рис. 6). Например, в молекуле азота атомы связаны одной s-связью и двумя p-связями (рис. 7).

Рис. 6. Схематическое изображение p-связи

Рис. 7. Схематическое изображение s- и p-связей в молекуле азота

Направленность ковалентной связи определяет пространственную структуру молекул, т. е. их форму. Молекула хлороводорода имеет линейную форму: она образована с помощью одной s-связи (s — р-орбитали). Молекула воды имеет угловое строение: она образуется за счет перекрытия s-орбиталей двух атомов водорода с двумя взаимно перпендикулярными р-орбиталями атома кислорода (рис. 8). Следовательно, угол между s-связями в молекуле воды должен быть равен 90°. В действительности угол равен 104,5°, что объясняется явлением гибридизации. Молекула аммиака имеет форму правильной пирамиды, молекула метана — форму тетраэдра.

Рис. 8. Строение молекулы воды

Полярность связи определяется асимметрией в распределении общего электронного облака вдоль оси связи.

Если общие электронные пары располагаются симметрично относительно обоих ядер, то такая ковалентная связь называется неполярной.

В молекулах простых веществ — водорода Н2, кислорода О2, азота N2, хлора С12, фтора F2 атомы соединяются неполярной ковалентной связью.

Если общие электронные пары смещаются к одному из атомов (располагаются несимметрично относительно ядер различных атомов), то такая ковалентная связь называется полярной.

Связь в молекулах воды Н2О, аммиака NH3, хлороводорода НС1— полярная.

Кратность ковалентной связи определяется числом общих электронных пар, которые связывают атомы.

Связь между двумя атомами при помощи одной пары электронов называется простой (связи Н — С1,С — Н,Н — О и т. д.). Связь между двумя атомами при помощи двух электронных пар называется двойной. Связь между двумя атомами при помощи трех электронных пар называется тройной.

Яндекс.Директ

Например, двойная связь наблюдается между атомами углерода в этилене Н2С = СН2 , тройная связь наблюдается в молекулах азота N N, ацетилена Н — С С — Н.

Длина связи — это равновесное расстояние между ядрами атомов. Длину связи выражают в нанометрах (нм). Чем меньше длина связи, тем прочнее химическая связь. Мерой прочности связи является ее энергия.

Энергия связи равна работе, которую необходимо затратить на разрыв связи. Выражают энергию связи в килоджоулях на моль (кДж/моль); например, в молекуле водорода энергия связи равна 435 кДж/моль. Энергия связи увеличивается с уменьшением длины связи (табл. 10).

Однако это не особый вид связи, а лишь иной механизм (способ) образования ковалентной связи. По свойствам четвертная связь N-H в ионе аммония ничем не отличается от остальных трех.

Большей частью донорами являются молекулы, содержащие атомы N, O, F, Cl связанные в ней с атомами других элементов. Акцептором может быть частица, обладающая вакантными электронными уровнями, например, атомы d-элементов, обладающие незаполненными d-подуровнями.

8.Эффективные заряды атомов в молекулах

Эффективный заряд атома, характеризует разность между числом электронов, принадлежащих данному атому в хим. соед., и числом электронов своб. атома. Для оценок Э. з. а. используют модели, в которых экспериментально определяемые величины представляют, как ф-ции точечных неполяризуемых зарядов, локализованных на атомах; напр., дипольный момент двухатомной молекулы рассматривают как произведение Э. з. а. на межатомное расстояние. В рамках подобных моделей Э. з. а. можно рассчитать, используя данные оптич. или рентгеновской спектроскопии, ЯМР и др. Однако, поскольку электронная плотность в хим. соед. делокализована и границ между атомами не существует, нельзя описать разл. характеристики соед. одним набором Э. з. а.; значения этого показателя, определенные разными эксперим. методами, могут не совпадать. Э. з. а. можно определить также на основе квантовохим. расчетов. Э. з. а., определенные в рамках к.-л. одной модели или в однотипных расчетах, используют для корреляции с различными физ.-хим. характеристиками соед., установления реакц. центров в молекулах, оценки степени ионности хим. связи.

10. Основные положения метода валентных связей сводятся к следующему.

1. Химическую связь образуют два электрона с противоположными спинами. При этом перекрываются соответствующие электронные орбитали и повышается электронная плотность между ядрами. В первом приближении можно считать, что именно в зоне перекрывания и находится общая электронная пара. Сгусток отрицательного заряда между ядрами притягивает их друг к другу; при определенном расстоянии между ядрами, соответствующем образованию связи между ними, притяжение уравновешивается отталкиванием положительных зарядов ядер. Такова физическая причина образования химической связи.

2. Связь локализована в направлении максимального перекрывания Ψ-функций электронов.

3. Чем сильнее перекрывание, тем прочнее химическая связь. По характеру перекрывания орбиталей обычно выделяют - и-связи (рис. 3.4 и 3.5).

Связи, образованные электронными орбиталями, имеющими максимум зоны перекрывания на линии, соединяющей ядра, называются -связями. На рис. 3.4 представлены -связи, образованные s- и p-орбиталями.

Рис. 3.4. -связи, образованные s- и p-орбиталями

Связи, образованные электронными орбиталями, дающими максимумы перекрывания по обе стороны от линии, соединяющей ядра, называются -связями. На рис. 3.5 представлена -связь, образованная p-орбиталями.

Рис. 3.5. -связь, образованная p-орбиталями

В подавляющем большинстве случаев -связи менее прочные, чем -связи. В кратной связи только одна связь -типа, все остальные (одна или две) относятся к -связям.

4. Численное значение валентности атома равно количеству неспаренных электронов, которые есть на внешнем электронном слое в основном состоянии или могут быть в возбуждённом состоянии. Для s- и p-элементов возбуждение электронов возможно только в пределах внешнего электронного слоя. В случае d-элементов к рассмотрению привлекаются и d-электроны предвнешнего слоя, имеющие энергию, близкую к энергии электронов внешнего слоя.