Химическая связь и строение молекул

42
Энергия связи является мерой ее прочности – чем выше энергия связи, тем
прочнее молекула, тем ниже длина связи.
Так, например, расстояние между ядрами водорода и кислорода в молекуле
воды составляет 0.096 нм, угол Н-О-Н – 104.5о, а энергия связи Н-О 462
кДж/моль.
Ионная химическая связь образуется в результате электростатического
взаимодействия отрицательно и положительно заряженных ионов. Условием
образования ионной связи является большая разность в значениях
электроотрицательности атомов, образующих молекулу. Считается, что ионная
связь образуется между элементами, разность в электроотрицательности
которых достигает или превышает 2.0. К наиболее типичным соединениям с
ионной связью относятся галогениды щелочных и щелочноземельных
металлов.
При образовании ионной связи атомы стремятся отдать или принять такое
число электронов, чтобы строение их внешней электронной оболочки
оказалось аналогичным строению ближайшего к ним инертного газа (восемь
электронов на внешнем энергетическом уровне).
Например, хлорид натрия (NaC1) состоит из катионов Na+ и анионов C1-,
которые являются продуктами в результате окисления атомов натрия и
восстановления атомов хлора:
Na - 1ē = Na+ (1s22s22p6)
Cl + 1ē = Cl- (1s22s22p63s23p6)
При обычных условиях ионные соединения представляют собой
кристаллические вещества. В кристаллической решетке ионных соединений
ион 
одного 
знака 
окружен 
определенным 
количеством 
ионов
противоположного знака, число которых определяется соотношением ионного
радиуса. Каждый ион притягивает к себе ионы противоположного знака в
любом направлении. Так, в кристалле NaC1 каждый ион натрия окружен
шестью ионами хлора, также как и каждый ион хлора окружен шестью ионами
натрия. Поэтому, ионная связь характеризуется ненаправленностью и
ненасыщаемостью.

43
В 
молекулах, 
образованных 
атомами 
с 
близкими 
значениями
электроотрицательности, реализуется ковалентная связь.
Ковалентная связь образуется путем обобществления пары электронов
двумя атомами.
В образовании ковалентной связи принимают участие так называемые
«валентные» электроны – электроны внешней оболочки атома.
В случае образования двухатомной молекулы, например Н2, сближение двух
атомов приводит к взаимному проникновению их атомных орбиталей друг в
друга. При этом электронная плотность в межъядерном пространстве
увеличивается и способствует притяжению ядер. Ядра атомов притягиваются
друг к другу, энергия системы понижается. Расстояние между ядрами имеет
оптимальное значение, характеризуемое длиной связи. Сближение ядер на
более близкое расстояние приводит к их взаимному отталкиванию. 
Н
Н 
Н2
При образовании молекулы между одинаковыми атомами (молекулы
водорода, кислорода, азота, хлора) область максимального перекрывания
атомных орбиталей находится на одинаковом расстоянии от обоих ядер. Такая
связь называется ковалентной неполярной связью. В таких молекулах
электронная пара в одинаковой мере принадлежит обоим атомам. К
неполярным относятся любые двухатомные гомоядерные молекулы – Н2, N2,
О2, F2, С12, Br2, I2 и др. В случае, когда в образовании связи принимают
участие разные атомы (с разной электроотрицательностью), электронная
плотность смещена к более электроотрицательному атому. Такая связь
называется ковалентной полярной связью. Примером молекул с такой связью
могут служить галогеноводороды (НС1, НBr, HI), вода, сероводород (H2S),
аммиак (NH3), оксиды углерода (CO, CO2) и др.
Ковалентная связь характеризуется насыщаемостью и направленностью.
Направленность выражается значениями валентных углов, насыщаемость

44
определяется количеством электронов и АО, способных участвовать в
образовании связи.
Структура и свойства молекул с ковалентной связью объясняется с позиций
метода валентных связей (ВС) и метода молекулярных орбиталей (ММО). 
1. По методу ВС химическая связь между двумя атомами возникает в
результате перекрывания атомных орбиталей (АО) с образованием
электронных пар.
2. Образованная электронная пара локализована между двумя атомами.
Такая связь является двухцентровой и двухэлектронной.
3. Химическая связь образуется только при взаимодействии электронов с
антипараллельными спинами.
4. Характеристики химической связи (энергия, длина, полярность, валентные
углы) определяется типом перекрывания АО.
5. Ковалентная связь направлена в сторону максимального перекрывания АО
реагирующих атомов.
В образовании ковалентной связи могут принимать участие АО как
одинаковой, так и различной симметрии. При перекрывании АО вдоль линии
соединения атомов образуется
-связь.
s-s 
s-p
p-p
d-d
При перекрывании АО по обе стороны от линии соединения атомов
образуется
-связь.
p-p
p-d
d-d

45
При перекрывании всех четырех лопастей d-АО, расположенных в
параллельных плоскостях, образуется
-связь.
Примеры образования молекул по методу ВС.
В молекуле фтора F2 связь образована 2р-орбиталями атомов фтора:
Образование
молекулы F2
В молекуле фтороводорода НF связь образована 1s-орбиталью атома
водорода и 2р-орбиталью атома фтора:
Образовани
е молекулы
НF
Гибридизация атомных орбиталей. Для объяснения строения некоторых
молекул в методе ВС применяется модель гибридизации атомных орбиталей
(АО). У некоторых элементов (бериллий, бор, углерод) в образовании
ковалентных связей принимают участие как s-, так и p-электроны. Эти
электроны расположены на АО, различающихся по форме и энергии. Несмотря
на это связи, образованные с их участием, оказываются равноценными и
расположены симметрично. В молекулах ВеС12, ВС13 и СС14, например,
валентный угол С1ЭС1 равен 180, 120, и 109.28о. Значения и энергии длин
связей Э-С1 имеют для каждой из этих молекул одинаковое значение.
Принцип гибридизации орбиталей состоит в том, что исходные АО разной
формы и энергии при смешении дают новые орбитали одинаковой формы и
энергии. Тип гибридизации центрального атома определяет геометрическую
форму молекулы или иона, образованного им. 
Рассмотрим с позиций гибридизации атомных орбиталей строение ряда
молекул.

46

жүктеу/скачать 0.75 Mb.

Достарыңызбен бөлісу: