Хімічний зв’язок і будова речовини. Ковалентний зв’язок. Йонний зв'язок. Водневий і металічний зв'язок

Хімічний зв'язок - це взаємодія двох або кількох атомів, у результаті якої утворюється хімічно стійка дво- або багатоатомна система (молекула чи кристал).

Отже, під час формування кристалів або молекул утворюються хімічні зв'язки, а в процесі розпаду кристалів або молекул вони руйнуються. Утворення хімічного зв'язку супроводжується зменшенням повної енергії системи.

В основі теорії хімічного зв'язку лежать уявлення про електронну взаємодію. Найбільш стійкими угрупованнями електронів є завершені зовнішні електронні шари атомів інертних елементів (двоелектронний у гелію і восьмиелектронний у решти інертних елементів). Незавершені зовнішні електронні шари всіх інших елементів є нестійкими угрупованнями електронів. Під час з'єднання атомів з незавершеними зовнішніми електронними шарами перебудовуються їхні електронні оболонки - неспарені електрони різних атомів утворюють електронні пари, які є спільними для двох чи більшої кількості атомів або зміщуються до одного атома Відомі такі типи хімічного зв'язку: ковалентний, іонний, водневий, металічний.

Ковалентний зв'язок. Зв 'язок атомів за допомогою спільних електронних пар називається ковалентним.

Механізм утворення. Розглянемо утворення молекули водню із атомів. Електронна конфігурація атома водню - 1s¹, тобто у зовнішньому енергетичному рівні знаходиться один неспарений електрон. Під час утворення молекули водню з двох атомів, що містять неспарені електрони з антипаралельними спінами, перекриваються s-орбіталі та формується спільна електронна пара.

Спільна електронна пара належить обом атомам, кожний атом одержує стійку двоелектронну оболонку. Найбільшою електронна густина спільної електронної хмари є між ядрами атомів. Молекула водню утворюється за рахунок взаємодії спільної електронної пари з ядрами обох атомів.

У молекулах фтору F₂, хлору Сl₂, кисню O₂, азоту N₂ зв'язок між атомами ковалентний. Він утворюється в молекулах фтору та хлору за допомогою однієї пари електронів, у молекулі азоту - за допомогою трьох спільних електронних пар.

У всіх цих випадках кожний атом формує завершений стійкий зовнішній восьмиелектронний рівень.

Розглянемо утворення молекули хлороводню. Електронні конфігурації атомів водню (1s¹) та хлору (1s²2s²2р⁶3s²3р⁵) свідчать, що їхні зовнішні енергетичні рівні містять по одному неспареному електрону. У разі наближення орбіталі цих електроні" перекриваються, утворюючи спільну електронну пару.

Ковалентний зв'язок може виникати між двома атомами, один з яких має пару електронів, а другий - вакантну (вільну) орбіталь. Під час взаємодії аміаку NH₃ з хлороводнем НСІ пара електронів 2s-підрівня атома азоту, що не бере участі в утворенні зв'язків у молекулі аміаку (иеподілена електронна пара), стає спільною для водню (з хлороводню) та азоту і утворюється іон амонію NН₄⁺.

Такий механізм утворення ковалентного зв'язку називається донорно-акцепторним. У нашому прикладі донором електронної пари є атом азоту, а акцептором - іон водню (він має вільну орбіталь).

Донорно-aкцепторний механізм утворення ковалентного зв'язку спостерігається в комплексних сполуках, тобто сполуках, до складу яких входять комплексні іони [Аg(NH₃) ₂]ОН, К₄Fе(СN) ₆ тощо.

Іонний зв'язок. Під час утворення сполук з елементів, значення електронегативностей яких дуже відрізняються, спільні електронні пари повністю зміщуються до більш електронегативного атома. У результаті утворюються іони. Наприклад, під час горіння натрію в хлорі неспарені електрони s-орбіталі атома натрію та р-орбіталей атома хлору утворюють спільну електронну пару, яка повністю зміщується до атома хлору і приєднує цей електрон. Внаслідок цього виникають нетрій-іон Nа⁺ та хлорид-іон Сl.

Іони - це заряджені частки, на які перетворюються атоми в результаті втрати або приєднання електронів.

Заряд негативного іона (аніона) дорівнює числу електронів, які атом приєднав, заряд позитивного іона (катіона) - числу електронів, що атом втратив. Протилежно заряджені іони притягуються один до одного і утворюють іонні сполуки.

Сполуки, які утворюються з іонів, називаються іонними. Зв'язок між іонами - це іонний зв'язок.

Процес віддачі електронів називається окисленням, приєднання - відновленням. Таким чином, іонний зв'язок виникає за рахунок електростатичного притягання протилежно заряджених іонів, які утворилися внаслідок процесів окислення та відновлення атомів.

Форми існування іонних сполук.

Утворені сполучення іонів NаСl, Lі₂O, Са₃Р₂ - це іонні асоціати. У вигляді молекул вони існують тільки в газоподібному стані (за високих температур). Форма існування сполук за звичайних умов - це тверді кристалічні речовини. В їхніх кристалічних ґратках знаходяться іони. Кожний іон оточений певним числом протилежно заряджених іонів. Це число називається координаційним числом іона. Іонні речовини утворюються під час сполучення не лише одноатомних, а й багатоатомних іонів. Формули NаОН, Li₂O, Са₃Р₂ тощо - це емпіричні формули, що відображають молярне співвідношення іонів у кристалі. Однак між іонами і ковалентним зв'язком немає різкої межі. Іонний зв'язок можна розглядати як граничний випадок ковалентного полярного зв'язку. У багатьох сполуках зв'язок ніж атомами має проміжний характер між іонним і ковалентним. Чим більша різниця електронегативностей елементів, тин більший ступінь іонності зв'язку. Вважається, що коли різниця електронегативності елементів дорівнює 2,1, ступінь іонності зв'язку становить 50%. Зв'язки вважають іонними, якщо різниця електронегативностей елементів, що утворюють цей зв'язок, більша за 2,1.

Дата добавления: 2014-01-07