Основные характеристики химической связи

Типы химической связи

Химическая связь – это взаимодействие, которое связывает атомы в молекулы, ионы, кристаллы. Основным условием образования химической связи является понижение энергии многоатомной системы по сравнению с энергией изолированных атомов. Понижение энергии является результатом взаимодействия электрических полей, образуемых электронами тех атомов, которые участвуют в образовании химического соединения.

В зависимости от особенностей распределения электронной плотности между взаимодействующими атомами существуют три типа химической связи: ковалентная, ионная и металлическая. Каждый тип связи придает веществам характерные свойства. Например, кристаллические вещества с ковалентной связью (алмаз, кремний, бор и т.д.) отличаются твердостью, хрупкостью, термостойкостью, электроизоляционными свойствами, они не растворяются в воде. Вещества с ионной связью (NaCl, КBr, Nа₂SO₄ и т.д.) обычно тоже твердые, хрупкие, не проводят тока, но, как правило, растворяются в воде и эти растворы – электролиты. Металлические вещества (металлы и их сплавы) отличаются электро- и теплопроводностью и пластичны. Твердые вещества, образованные за счет межмолекулярного взаимодействия (сахар, парафин и т.д.) механически непрочны, легко плавятся и испаряются, хорошо растворяются, но их растворы – неэлектролиты.

Во многих веществах одновременно «присутствуют» несколько различных типов связи, например, в сульфате натрия – ионная связь между ионами Na⁺ и SO₄^2- и ковалентная – между серой и кислородом в сульфат-ионах.

Основные характеристики химических связей – это длина, энергия и валентный угол.

Длиной химической связи (l _св) называется расстояние между ядрами атомов в соединениях. В однотипных соединениях длина связи закономерно изменяется в согласии с изменением атомных радиусов, например, в молекулах галогеноводородов HF – HCl – HBr – HI длина связи возрастает, т.к. увеличивается радиус атомов в ряду F – Cl – Br – I.

Энергией связи (Е_св) называется энергия, выделяющаяся при образовании химической связи или затрачиваемая на её разрыв. Молекулы распадаются при нагревании, действии электрических разрядов или радиации; по затраченной при этом энергии определяется энергия связи. В однотипных молекулах наблюдается зависимость между длиной и энергией связи: чем меньше длина связи, тем больше ее энергия, например:

Молекула HF HCl HBr HI

l _св, нм 0,092 0,128 0,142 0,162

Е_св, кДж/моль 566 432 366 298

Пример 1. Расположите в ряд по уменьшению энергии связи соединения углерода с галогенами.

Решение. Согласно закономерностям периодической системы, радиус атомов в группах, в том числе в ряду F – Cl – Br – I увеличивается, поэтому длина связи в ряду CF₄ – CCl₄ – CBr₄ – CI₄ тоже увеличивается, а поскольку молекулы однотипны, то энергия связи уменьшается. Этот вывод подтверждается опытными данными по энергии связи в молекулах (кДж/моль): CF₄ –, CCl₄ –, CBr₄ –, CI₄ –.

Валентным углом называется угол, образованный воображаемыми линиями, соединяющими центры атомов (рис. 1).

Рис. 1. Примеры молекул с различными валентными углами

Пример 2. Среди молекул Cl₂, Br₂, I₂ укажите молекулу с наименьшей длиной и наибольшей энергией связи.

Решение. Согласно закономерностям периодической системы, радиус атомов в группах, в том числе в ряду Cl – Br – I увеличивается, следовательно, молекулой с наименьшей длиной и наибольшей энергией связи является молекула хлора Cl₂. Этот вывод подтверждается опытными данными:

Молекула	Cl2	Br2	I2
Длина связи, нм	0,199	0,228	0,267
Энергия связи, кДж/моль	242,3	192,9	151,0

Для объяснения механизма образования ковалентной химической связи разработано несколько методов (теорий). Наиболее общими являются метод валентных связей (метод ВС) и молекулярных орбиталей (метод МО).

Дата добавления: 2014-12-16