Реклама

  •  

    химическая связь

     

    ХИМИЧЕСКАЯ СВЯЗЬ - межатомное взаимодействие, приводящее к образованию молекул или молекулярных соединений. X. с. отличается от др. межатомных взаимодействий тем, что при её возникновении происходит перестройка электронных оболочек связывающих атомов. X. с. осуществляется либо путём перехода одного или неск. электронов одного атома к другому (и о н н а я, или э л е кт р о в а л е н т н а я, X. с.), либо обобществлением электронов парой (группой) атомов (к о в а л е н т н а я, или гомео-полярная, X. с.). Устойчивость образующейся системы атомов (молекулы) объясняется тем, что её энергия меньше суммарной энергии свободных атомов; разность этих энергий наз. энергией X. с. она обычно

    200- 1000 кДж/моль (2-10 эВ).

    В образовании X. с. участвуют внешние, самые подвижные электроны атомов; электроны внутренних, полностью заполненных электронных оболочек в этом процессе практически не участвуют, на их поведении вступление атома в X. с. сказывается слабо. X. с. обусловлена эл--магн. взаимодействием атомов, однако в рамках классич. электродинамики достаточно точно описать X. с. нельзя: молекула - квантовая система и подчиняется законам квантовой механики. Деление X. с. по механизму её осуществления на ионную и ковалентную условно, т. к. реально в большинстве молекул X. с. носит смешанный характер и наз. с е-м и п о л я р н о й X. с.

    К X. с. иногда относят донорно-акцепторную связь, а также металлическую связь. к-рые имеют энергию связи того же порядка величины, что и X. с.

    Ионная X. с. характерна для солей оснований и многих др. соединений, молекулы к-рых представляют собой совокупность положительного и отрицательного ионов. связанных эл--статич. силами притяжения. В 1916 В. Коссель (W. Kossel) предложил классич. теорию ионной связи, к-рая объяснила мн. её особенности. В этой теории использовались нек-рые квантовые представления о строении атома. Так, в ней постулировалось, что образование ионов при ионной связи происходит т. о. чтобы ионы имели более устойчивую электронную конфигурацию, близкую к конфигурации атомов инертных газов. Такая перестройка должна быть связана с выделением энергии и; следовательно, с повышением устойчивости системы.

    Атомы металлов, имеющие во внеш. электронной оболочке, как правило, один, два или три валентных электрона, отдают их атому неметалла, у к-рого до заполнения внеш. электронной оболочки не хватает одного, двух или трёх электронов. В таком процессе образуются два иона с полностью заполненными внеш. электронными оболочками. Напр. при образовании молекулы LiF атом Li с электронной конфигурацией 1s 2 2s 1 отдаёт электрон 2s атому F с электронной конфигурацией 1s 2 2s 2 p 5. Образующиеся ионы Li + и F - имеют соответственно конфигурации 1s 2 и 1s 2 2s 2 p 6. т. е. устойчивые электронные конфигурации атомов инертных газов Не и Ne соответственно.

    Прочность ионной X. с. определяется потенц. энергией взаимодействия ионов U(r):

    где е - заряд электрона; r - расстояние между атомными ядрами; р 1 и р 2 - дипольные моменты, образовавшиеся в результате поляризации каждого иона в электрич. поле др. иона; a1 и a2 - их поляризуемости; b - эмпирич. константа. Первый член учитывает энергию кулоновского притяжения ионов, второй - энергию обменного отталкивания электронных оболочек (см. Обменное взаимодействие ),третий и четвёртый члены характеризуют энергию взаимодействия свободных зарядов ионов с диполями р 1 и р 2. пятый член описывает энергию взаимодействия диполей p 1 и р 2. шестой и седьмой - энергии деформации диполей (в квазиупругом приближении). Равновесное межъядерное расстояние r 0. при к-ром силы притяжения и отталкивания уравновешены, определяется из условия dU/dr = 0; оно равно сумме радиусов ионов (см. Атомный радиус ).

    Ионные соединения в твёрдом состоянии представляют собой ионные кристаллы. При испарении ионного соединения из твёрдого состояния, расплава или раствора положит. и отрицат. ионы покидают конденсированную фазу попарно, образуя в газообразном состоянии ионные молекулы. Ионная X. с. возможна и при взаимодействии сложных (комплексных) ионов SO4 2-. SiF6 2-. NH4 + и др. в к-рых атомы, как правило, связаны ковалентной X. с.

    Модель ионной X. с. имеет ограниченную применимость. Она используется в теории внутрикристаллического поля для объяснения свойств неорганич. координац. соединений, в к-рых центр. ион переходного металла находится в поле окружающих его ионов или дипольных молекул (в поле лигандов). В теории кристаллич. поля устойчивость координац. соединения обеспечивается эл--статич. взаимодействием между центр. ионом и лигандами. В поле лигандов уровни энергии центр. иона расщепляются (Штарка эффект ). характер этого расщепления определяется симметрией поля лигандов.

    Ковалентная X. с. возникает при соединении в молекулу нейтральных атомов, валентные электроны к-рых обобществляются участвующими в X. с. атомами. Этот тип X. с. получил объяснение лишь в 1927 на основе квантовой механики. когда В. Гайтлер (W. Haitler) и Ф. Лондон (F. London) построили квантовую теорию молекулы водорода. Молекула Н2 (рис. 1) состоит из двух ядер с зарядом + е (протонов) а и b. находящихся друг от друга на расстоянии R. и двух отрицательно заряженных электронов 1 и 2. Потенц. энергия взаимодействия этих заряж. частиц между собой

    где первые 4 отрицат. члена выражают энергию 1-го и 2-го электронов в поле своего и чужого ядра; пятый и шестой (положительные) члены - энергию взаимного отталкивания электронов и отталкивания ядер. Полная внутр. энергия молекулы (без учёта энергии её движения как целого и влияния внеш. полей), кроме потенц. энергии взаимодействия составляющих её частиц, включает и кинетич. энергию электронов и ядер. Полная энергия молекулы, её осн. характеристика как квантовой системы, принимает дискретные значения и определяет квантовые состояния молекулы. Значения (R )полной внутр. энергии молекулы являются решением Шрёдингера уравнения

    где оператор Гамильтона в т. н. адиабатическом приближении (в пренебрежении движением ядер и спин-орбитальным взаимодействием )можно записать в виде

     



  • На главную
     
    [© 2014 Все о связи