Химическая связь
-
Химическая связь и её типы
- Химическая связь объединяет атомы или ионы в молекулы, кристаллы и другие структуры.
- Связи могут быть ионными, ковалентными или металлическими.
- Связи различаются по прочности: сильные (ковалентные, ионные, металлические) и слабые (диполь-дипольные, дисперсионная сила Лондона, водородная связь).
-
Электростатические и квантовые эффекты
- Электростатические силы притягивают противоположно заряженные ионы.
- Квантовая теория объясняет оптимальное расстояние между ядрами.
- Электроны распределяются между ядрами, стабилизируя парные ядра.
-
Ковалентные связи
- Ковалентные связи образуются при втягивании электронов между ядрами.
- Энергия высвобождается за счет уменьшения кинетической энергии электронов.
- Ковалентные связи могут быть полярными и приводить к образованию молекул.
-
Ионные связи
- Ионные связи возникают при переносе электронов между атомами.
- Ионы приобретают заряды, что приводит к электростатическому притяжению.
- Ионные связи прочны, но хрупки.
-
Металлические связи
- Металлические связи возникают при потере электронов атомами металла.
- Электроны делокализованы между многими атомами, что делает связь прочной.
- Металлические связи обеспечивают пластичность металлов.
-
История изучения химической связи
- Ранние теории предполагали химическое сродство.
- Ньютон предложил теорию атомной связи в 1704 году.
- Берцелиус разработал теорию химического соединения в 1819 году.
- Франкленд, Кекуле, Купер, Бутлеров и Кольбе разработали теорию валентности.
- Абегг предложил правило валентности в 1904 году.
- Резерфорд открыл атомное ядро в 1911 году.
- Бор разработал модель ядерного атома с электронными орбитами в 1913 году.
- Льюис разработал концепцию электронных парных связей в 1916 году.
-
Теории химической связи
- Вальтер Коссель предложил модель ионной связи в 1916 году.
- Нильс Бор предложил модель двухатомной молекулы в 1913 году.
- Эйвинд Буррау получил первое квантовое описание простой химической связи в 1927 году.
-
Методы квантовой химии
- Уолтер Хайтлер и Фриц Лондон предложили метод валентных связей в 1927 году.
- Джон Леннард-Джонс ввел приближение линейной комбинации атомных орбиталей в 1929 году.
- Х. H. Джеймс и А. S. Кулидж провели расчет молекулы дигидрогена в 1933 году.
-
Связи в химических формулах
- Химические связи обозначаются по-разному в зависимости от типа обсуждения.
- Прочные химические связи удерживают атомы вместе в молекулах.
-
Типы химических связей
- Ионная связь возникает при большой разнице в электроотрицательности.
- Ковалентная связь образуется при разделении валентных электронов.
-
Ионная связь
- Ионная связь приводит к разделению положительных и отрицательных ионов.
- Ионные связи обычно возникают в солях металлов.
-
Ковалентная связь
- Ковалентная связь разделяет валентные электроны между атомами.
- Неполярные ковалентные связи имеют небольшую разницу в электроотрицательности.
- Полярные ковалентные связи имеют значительную ионную составляющую.
-
Единичные и множественные связи
- Единственная связь соответствует разделению одной пары электронов.
- Двойная связь имеет две общие пары электронов.
-
Тройная связь
- Состоит из трех общих электронных пар
- Образует одну сигма- и две пи-связи
- Пример: азот
-
Четырехкратные и более высокие связи
- Очень редки
- Возникают только между определенными атомами переходных металлов
-
Координатная ковалентная связь
- Два общих связывающих электрона принадлежат одному атому
- Пример: BF3 и NH3 образуют аддукт F3B←NH3
- BF3 — акцептор электронной пары, NH3 — донор
- Электроны распределяются примерно поровну
-
Комплексы переходных металлов
- Связаны координационными ковалентными связями
- Пример: Ag+ реагирует с NH3, образуя Ag(NH3)2+
-
Металлическое соединение
- Связывающие электроны делокализуются по решетке атомов
- Приводит к классическим свойствам металла
-
Межмолекулярное связывание
- Ван-дер-Ваальсовы силы, силы Кеесома, дисперсионные силы Лондона
- Водородные связи ответственны за высокие температуры кипения воды и аммиака
-
Теории химической связи
- Ионные связи: электроны локализованы на одном атоме, сила зависит от электростатических потенциалов
- Ковалентные связи: делокализация электронов, теория валентных связей и молекулярных орбиталей
- Ковалентные связи анизотропны, классифицируются как сигма- и пи-связи
- Полярные ковалентные связи: промежуточные между ионными и ковалентными