Молекулы, ионы, свободные радикалы.

Атомы элементов могут образовать три вида частиц, участвующих в химических процессах - молекулы, ионы и свободные радикалы.

Молекулой называется наименьшая нейтральная частица вещества, обладающая его химическими свойствами и способная к самостоятельному существованию. Различают одноатомные и многоатомные молекулы (двух-, трехатомные и т.д.). В обычных условиях из одноатомных молекул состоят благородные газы; молекулы высокомолекулярных соединений, напротив, содержат много тысяч атомов.

Ион - заряженная частица, представляющая собой атом или группу химически связанных атомов с избытком электронов (анионы) или недостатком их (катионы). В веществе положительные ионы всегда существуют вместе с отрицательными. Так как электростатические силы, действующие между ионами, велики, то невозможно создать в веществе сколько-нибудь значительный избыток ионов одного знака.

Свободным радикалом называется частица, обладающая ненасыщенными валентностями, т. е. частица с неспаренными электронами. Такими частицами являются, например ·СН₃ и ·NH₂. В обычных условиях свободные радикалы, как правило, не могут существовать длительное время, поскольку чрезвычайно реакционноспособны и легко реагируют, образуя инертные частицы. Так, два метильных радикала ·СНз соединяются в молекулу С₂Н₆ (этан). Протекание многих реакций невозможно без участия свободных радикалов. При очень высоких температурах (например, в атмосфере Солнца) единственными двухатомными частицами, которые могут существовать, являются свободные радикалы (·CN, ·ОН, ·СН и некоторые другие). Много свободных радикалов присутствует в пламени.

Известны свободные радикалы более сложного строения, которые сравнительно стабильны и могут существовать при обычных условиях, например радикал трифенилметил (С₆Н₅)₃С· (с его открытия началось изучение свободных радикалов). Одной из причин его стабильности являются пространственные факторы - большие размеры фенильных групп, которые препятствуют соединению радикалов в молекулу гексафенилэтана.

Теория химического строения А. М. Бутлерова.

В 1861 г. русский химик А. М. Бутлеров выдвинул теорию, сущность которой можно сформулировать следующим образом:

а) атомы в молекуле соединяются друг с другом в определенном порядке;

б) соединение атомов происходит в соответствии с их валентностью; согласно теории А. М. Бутлерова, валентность атома определяется числом образуемых им химических связей. Этим определением пользуются и сейчас;

в) свойства вещества зависят не только от природы составляющих их атомов и их числа, но и от их взаимного расположения, т. е. от химического строения молекул.

Эта теория объяснила многообразие органических веществ. А. М. Бутлеров показал, что внутренняя структура молекул познаваема, доступна для сознательного воспроизведения. Изучая химические превращения, на основе теории А. М. Бутлерова можно установить строение молекул; эта теория указала химические методы исследования строения вещества.

По современным представлениям химическая связь между атомами имеет электростатическую природу. Под химической связью понимают электрические силы притяжения, удерживающие частицы друг около друга.

Частицы, которые принимают участие в образовании химических связей, могут быть атомами, молекулами или ионами.

Ковалентная связь.

Каждая химическая связь в структурных формулах представляется валентной чертой, например:

H−H (связь между двумя атомами водорода)

H₃N−H⁺ (связь между атомом азота молекулы аммиака и катионом водорода)

(K⁺)−(I⁻) (связь между катионом калия и иодид-ионом).

Химическая связь образуется за счет притяжения ядер атомов к паре электронов (обозначаются точками ··), которую в электронных формулах сложных частиц (молекул, сложных ионов) изображают валентной чертой −, в отличие от собственных, неподеленных пар электронов каждого атома, например:

:::F−F:::

(F₂);

H−Cl:::

(HCl);

.. H−N−H | H

(NH₃)

Химическая связь называется ковалентной, если она образована путем обобществления пары электронов обоими атомами.