Основные характеристики связи.
Энергия связи(Е, кДж/моль) – количество энергии, выделяющееся при образовании химической связи. Чем больше энергия связи, тем устойчивее молекулы.
Длина связи– расстояние между ядрами химически связанных атомов.
Кратность связи– определяется количеством электронных пар, связывающих два атома. С увеличением кратности связи длина связи уменьшается, а прочность ее возрастает.
Валентный угол – угол между воображаемыми линиями, которые можно провести через ядра связанных атомов. Валентный угол определяет геометрию молекул.
Дипольный моментвозникает, если связь образована между атомами элементов с разной электроотрицательностью и служит мерой полярности молекулы.
Ковалентная связьобразуется путем обобществления пары электронов двумя атомами. Особенностями ковалентной химической связи являются ее направленность и насыщаемость. Направленность обусловлена тем, что атомные орбитали имеют определенную конфигурацию и расположение в пространстве. Перекрывание орбиталей при образовании связи осуществляется по соответствующим направлениям. Насыщаемость обусловлена ограниченными валентными возможностями атомов.
Различают ковалентную полярную и неполярную связь. Ковалентная неполярная связь образуется между атомами с одинаковой электроотрицательностью; обобществленные электроны равномерно распределены между ядрами взаимодействующих атомов. Ковалентная полярная связьобразуется между атомами с различной электроотрицательностью; общие электронные пары смещены в сторону более электроотрицательного элемента.
Описание связей в молекуле основано на определении распределения электронной плотности вблизи ядра. Это трудная, а зачастую и неразрешимая задача. Поэтому на практике используют упрощенные методы – метод валентных связей (ВС) и метод молекулярных орбиталей (МО).
Метод ВС рассматривает химическую связь как результат притяжения ядер двух атомов к одной или нескольким общим для них электронным парам.
Возможны два механизма образования ковалентной связи: 1) спаривание электронов двух атомов при условии противоположной ориентации их спинов (обменный механизм); 2) донорно-акцепторное взаимодействие, при котором общей становится электронная пара одного из атомов (донора) при наличии энергетически выгодной свободной орбитали другого атома (акцептора).
Часто в образовании связи участвуют электроны разных подуровней, а, следовательно, орбитали разных конфигураций. В этом случае может происходить гибридизация(смешение) электронных облаков (орбиталей). Образуются новые, гибридные облака с одинаковой формой и энергией. Число гибридных орбиталей равно числу исходных. В гибридной АО электронная плотность смещается в одну сторону от ядра, поэтому при взаимодействии ее с АО другого атома происходит максимальное перекрывание, приводящее к повышению энергии связи. Гибридизация АО определяет пространственную конфигурацию молекул.
Так, при смешении одной s-орбитали и одной p-орбитали, образуются две гибридные орбитали, угол между которыми 180о, такой тип гибридизации называется sp-гибридизацией (рис. 4.2.1, а). Молекулы, в которых осуществляется sp-гибридизация, имеют линейную геометрию (C2H2, BeF2).
При смешении одной s и двух p-орбиталей образуются 3 гибридные орбитали, угол между которыми 120о. Такой тип гибридизации называется sp2-гибридизацией, ему соответствует образование плоской треугольной молекулы (BF3, C2H4) (рис. 4.2.1, б).
При смешении одной s и трех p-орбиталей образуются четыре sp3-гибридные орбитали, угол между которыми 109о28'. Форма такой молекулы является тетраэдрической (рис. 4.2.1, в). Примеры таких молекул: CCl4, CH4, GeCl4.
При определении типа гибридизации необходимо также учитывать неподеленные электронные пары элемента. Например, кислород в молекуле воды (Н2О) имеет sp3-гибридизацию (4 гибридных орбитали), а химическая связь с атомами водорода образована двумя электронными парами.
Возможны также более сложные виды гибридизации с участием d и f-орбиталей атомов.
Ионная связьпредставляет собой электростатическое взаимодействие отрицательно и положительно заряженных ионов в химическом соединении. Ее можно рассматривать как предельный случай ковалентной полярной связи. Такая связь возникает лишь в случае большой разности электроотрицательностей взаимодействующих атомов, например между катионами s-металлов I и II групп периодической системы и анионами неметаллов VI и VII групп (LiF, CsCl, KBr и др.).
Так как электростатическое поле иона имеет сферическую симметрию, то ионная связь не обладает направленностью. Ей также не свойственна насыщаемость. Все ионные соединения в твердом состоянии образуют ионные кристаллические решетки, в узлах которых каждый ион окружен несколькими ионами противоположного знака. Чисто ионной связи не существует. Можно говорить лишь о доле ионности связи.
Металлическая связь. В отличие от ковалентных и ионных соединений в металлах небольшое число электронов одновременно связывает большое число ядерных центров, а сами электроны могут перемещаться в металле. Таким образом, в металлах имеет место сильно нелокализованная химическая связь.
4. БИОГЕННЫЕ ЭЛЕМЕНТЫ
Элементы необходимые организму для построения и жизнедеятельности клеток и органов, называют биогенными элементами.
КЛАССИФИКАЦИЯ: