Ковалентная связь
-
Ковалентная связь
- Химическая связь, включающая совместное использование электронов
- Устойчивый баланс сил притяжения и отталкивания
- Позволяет атомам достичь полной валентной оболочки
-
История термина
- Термин «ковалентная связь» введен в 1939 году
- Приставка «со-» означает «совместно»
- Ковалентность наиболее высока между атомами с одинаковой электроотрицательностью
-
Типы ковалентных связей
- Сигма (σ) связи: самые прочные, возникают из-за прямого перекрытия орбиталей
- Пи (π) связи: слабее, возникают из-за бокового перекрытия
- Двойная связь: одна σ- и одна π-связи
- Тройная связь: одна σ- и две π-связи
-
Влияние электроотрицательности
- Неполярные связи: H–H
- Полярные связи: H−Cl
- Полярность требует геометрической асимметрии
-
Ковалентные структуры
- Отдельные молекулы: прочные связи, но слабые силы притяжения
- Молекулярные структуры: слабые силы притяжения, жидкости и твердые вещества
- Макромолекулярные структуры: цепочки атомов, полимеры и биополимеры
- Сетчатые ковалентные структуры: листы и трехмерные структуры, высокие температуры плавления и кипения
-
Одноэлектронные и трехэлектронные связи
- Одноэлектронные связи: H+2, Li+2, дилитий
- Трехэлектронные связи: He+2, NO, O2, диоксид хлора
- Молекулы с нечетными электронными связями реакционноспособны
-
Резонанс
- Суперпозиция структур Льюиса для объяснения электронной конфигурации
- Нитрат-ион: три эквивалентные структуры, средний порядок связи 4/3
-
Ароматичность
- Правило Хюккеля: 4n + 2 π-электронов для стабильности
- Бензол: 6 π-связывающих электронов, правильный шестиугольник
- Гетероциклические ароматические соединения: различия в электроотрицательности влияют на химическое поведение
-
Гипервалентность
- Модель трехцентровой четырехэлектронной связи
- Интерпретация волновой функции в терминах несвязывающихся орбиталей и резонанса сигма-связей
-
Трехцентровые двухэлектронные связи
- Три атома используют два электрона для соединения
- Встречаются в гидридах бора, таких как диборан
- Обеспечивают достаточное количество связующих орбиталей
-
Квантово-механическое описание
- Теория валентных связей (VB) и теория молекулярных орбиталей (MO)
- VB: атомные гибридные орбитали заполняются электронами, затем выполняется линейная комбинация
- MO: линейная комбинация атомных орбиталей, затем заполнение молекулярных орбиталей электронами
-
Сравнение теорий VB и MO
- VB: локализованные связи, подходит для расчета энергий связей и реакций
- MO: делокализованные орбитали, подходит для расчета энергий ионизации и спектральных полос
-
Современные расчеты
- Начинаются с молекулярной орбитали, но выходят за ее пределы
- МО легче адаптируется к численным вычислениям
-
Ковалентность и электронная плотность
- Оценка ковалентности зависит от базового набора методов
- Альтернативное определение ковалентности через центр масс атомных орбиталей
-
Аналогичный эффект в ядерных системах
- Эффект ковалентного связывания в ядерных системах с кварками
- Обмен кварками доминирует над взаимодействием Юкавы