Хімічний зв'язок і будова простих за складом молекул

Вчення про хімічний зв’язок є провідною темою в теоретичній хімії. 3 хімічним зв'язком пов'язана будова хімічних сполук. В свою чергу всі біофізикохімічні властивості сполук залежать від будови: властивості — функція будови. Оскільки найменшою фізичною частиною хімічної сполуки є іони, радикали, молекули, макромолекули, то мова йдеться про будову цих частинок. У посібнику розглядається будова молекул.

Під будовою слід розуміти кількість хімічних зв'язків у молекулі, види і характер зв'язку, довжина і енергія зв'язку, а також геометрія молекули.

Говорячи про зв'язок взагалі, слід мати на увазі, що хімічний зв'язок існує як між атомами у структурних одиницях речовини, так і між молекулами в масі речовини. У масі речовини поряд з хімічним зв'язком існує і фізичний зв'язок, який за природою є не що інше, як сили вандерваальса.

Природа хімічного зв'язку єдина — електронна. Перші уявлення про електронний хімічний зв'язок появилися у 1916 р. Американський вчений Льюіс запропонував теорію, яка називається теорією валентних пар. Згідно до цієї теорії атоми об'єднуються в молекули завдяки неспареним електронам зовнішнього енергетичного рівня. Спільна пара, яка належить поєднуючим атомам, називається ко-парою, а зв'язок ковалентним. Утворення ковалентного зв'язку в молекулах водню, та азота можна уявити собі, виходячи з такої схеми:

Н ­+ ¯Н =Н ­¯Н = Н₂;

­О¯+ ­О¯ = О^­_­ ^¯_¯О = О О = О₂;

¯ ­

¯N¯ + ­N­ = N N = N₂.

Зараз теорія Льюіса суттєво доповнена квантово-механічними уявленнями про хімічний зв'язок. Згідно квантової механіки в утворенні хімічного зв'язку беруть участь не тільки неспарені електрони, але і спарені електрони, як зовнішнього, так і передостаннього енергетичного рівня. Спарені електрони перед утворенням зв'язку повинні розпаритись. Об'єднуватись в ко-пари можуть лише електрони з антипаралельними спінами. Це енергетично вигідно для матеріальної частинки і відповідає принципу мінімуму енергії в системі. При об'єднанні неспарених електронів з антипаралельними спінами енергія випромінюється, що робить молекулу більш стійкішою в хімічному відношенні. При зіткненні електронів з паралельними спінами зв'язок утворитися не може, тому що це суперечить принципу мінімуму енергії в системі.

Крім того, згідно до квантової механіки в утворенні хімічного зв'язку приймають участь і енергетичні орбіталі, як правило, зовнішнього енергетичного рівня. Іншими словами, при утворенні хімічного зв'язку має місце взаємодія електромагнітних полів. Про перекривання орбіталей можна зробити уявлення, виходячи з такої схеми:

+ + +

S-S S-P

+

P-P

Дата добавления: 2014-12-08