Химической связью называют совокупность взаимодействий между электронами и ядрами, приводящих к соединению атомов в молекулу. Результатом связывания атомов является образование более сложных структур – молекул, молекулярных ионов, а также ионных, атомных, молекулярных и металлических кристаллических решёток. Существование этих структур обусловлено различными типами химических связей.
Ковалентная связь – связь атомов с помощью общих электронных пар. Это наиболее общий тип химической связи. Ионная и металлическая связи могут рассматриваться как варианты сильнополярной ковалентной связи.
Существует два механизма образования ковалентной связи.
Обменный механизм. Каждый атом вносит по одному электрону: А ·+ В· = А: В. Общая пара электронов обозначается чертой : А–В. Ковалентная связь образуется двумя электронами, которые принадлежат двум атомам и обладают противоположными спинами. Механизм образования ковалентной связи заключается в перекрывании электронных облаков. Связь тем прочнее, чем в большей степени перекрываются облака.
Ковалентные связи, при образовании которых область перекрывания электронных облаков находится на линии, соединяющей ядра атомов, называется σ-связями.
π-связи – это ковалентные связи, при образовании которых область перекрывания электронных облаков находится по обе стороны от линии, соединяющей ядра атомов. Эти связи образуются, когда между двумя атомами возникают 2 или 3 общие электронные пары. Число общих электронных пар характеризует кратность связи.
H· + ·H→H··H, H–H, H2
O: +:O →O::OO=О, O2
NN →NN,NN,N2
Донорно-акцепторный механизм. При образовании связи по этому механизму один атом (донор) предоставляет неподелённую пару электронов, которая становится общей электронной парой между ним и другим атомом (акцептором). Эта связь образуется в результате перекрывания орбитали с неподелённой электронной парой атома-донора и свободной орбитали атома-акцептора: А: + В → А:В
Донорно-акцепторная связь не отличается по своим свойствам от ковалентной связи.
Если атом элемента образует ковалентные связи и по обменному, и по донорно-акцепторному механизму, то его валентность определяется общим числом орбиталей на внешнем энергетическом уровне.
Типы ковалентной связи:
Неполярная – образуется между атомами с одинаковой электроотрицательностью. Общая электронная пара, которая образует связь, в равной степени принадлежит обоим атомам и находится на одинаковом расстоянии от ядер обоих атомов.
Полярная – связь с неравномерным распределением электронной плотности между взаимодействующими атомами. Образуется между атомами, которые незначительно отличаются по электроотрицательности. Общая электронная пара, которая образует свзяь, смещается к атому более электроотрицательного элемента.
Ионная связь – связь между ионами, осуществляемая электростатическим притяжением между атомами с большой разницей электроотрицательностей. Взаимодействуют ионы. Атому металлов отдают свои валентные электроны и превращаются в положительно заряженные ионы, а атомы неметаллов принимают электроны и превращаются в отрицательно заряженные ионы. Разноимённо заряженные ионы притягиваются, образуя ионные соединения. NaCl, CaF2
Металлическая связь – связь между положительно заряженными ионами металлов и свободными электронами в кристаллической решётке металлов. Эта связь обуславливает важнейшие физические свойства металлов.
Водородная связь – это особый вид связи, которая осуществляется при взаимодействии атома водорода гидроксильной или аминогруппы одной молекулы и атомами с высокой электроотрицательностью(O, N, F, Cl) другой молекулы. Взаимодействует атом водорода и атом резко отрицательного элемента из разных молекул. Это межмолекулярная водородная связь. Внутримолекулярные водородные связи существуют в молекулах белков, ДНК и др. за счёт электростатического взаимодействия происходит притяжение положительно заряженного атома водорода одной молекулы к более ЭО атому другой молекулы. При образовании водородной связи атом водорода находится между атомами с высокой ЭО; с одним из них он связан обычной ковалентной связью, а с другим – водородной.
Типы кристаллических решёток:
1.Молекулярная – в узлах молекулы; водородные связи и другие силы межмолекулярного взаимодействия; прочность связи слабая; малая твёрдость, низкая температура плавления, многие растворимы в воде; кислород, иод, углекислый газ, вода.
2.Ионная – в узлах ионы (катионы и анионы); ионные связи; прочная; твёрдые, тугоплавкие, многие растворимы в воде, растворы и расплавы являются электролитами; соли, щелочи.
3.Атомная – в узлах атомы; ковалентные связи; очень прочная; тугоплавкие, очень твёрдые, практически нерастворимы в воде; алмаз, кремний.
4.Металлическая – в узлах атомы и катионы металлов; металлическая связь; различная прочность; металлический блеск, электропроводность, теплопроводность; металлы – простые вещества.
