Химическа връзка: определение, видове, класификация и характеристики на определението

Концепцията за химическо свързване няма никакво значение в различни области на химията като наука. Това се дължи на факта, че с негова помощ отделните атоми могат да се комбинират в молекули, образувайки всички видове вещества, които на свой ред са обект на химическо изследване.

С разнообразието от атоми и молекули се свързва появата на различни типове връзки между тях. За различните класове молекули съществуват характерни черти на разпределението на електроните и следователно техните собствени типове връзки.

Основни понятия

Химическо свързване (молекули, йони, радикали), както и агрегати (кристали, очила и др.), които се свързват с атомите и образуват стабилни частици с по-сложна структура. Естеството на тези взаимодействия е от електрическо естество и те възникват, когато валентните електрони се разпределят в приближаващите се атоми.

Валенцията се приема да се нарече способността на атома да образува определен брой връзки с други атоми. В йонните съединения стойността на валентността се приема като броят изпратени или прикрепени електрони. В ковалентните съединения той е равен на броя на обикновените електронни двойки.

под степента на окисление се разбира като условно заряд, който може да бъде на атом, ако всички полярни ковалентни връзки имат йонен характер.

Извикват се кратки съобщения броят на социализираните електронни двойки между разглежданите атоми.

Връзките, разглеждани в различните сектори на химията, могат да бъдат разделени на два вида химически връзки: тези, които водят до образуването на нови вещества (вътремолекулярни), и тези, които възникват между молекулите (междумолекулни).

Основни характеристики на комуникацията

Силата на комуникацията наречена енергията, която се изисква, за да се разрушат всички налични връзки в молекулата. Това е и енергията, освободена по време на образуването на връзката.

Дължина на връзката наречено разстоянието между съседни ядра на атоми в молекулата, при което силите на привличане и отблъскване са балансирани.

Тези две характеристики на химическото свързване на атомите са мярка за неговата сила: колкото по-къса е дължината и колкото е по-голяма енергията, толкова по-силна е връзката.

А валентен ъгъл обичайно е да се нарича ъгълът между представените линии, преминаващи по посока на комуникация през атомните ядра.

Методи за описание на взаимоотношенията

Най-често срещаните са два подхода за обяснение на химическата връзка, заимствана от квантовата механика:

Метод на молекулярни орбитали. Той разглежда молекулата като колекция от електрони и атомни ядра, като всеки отделен електрог се движи в полето на действие на всички други електрони и ядра. Молекулата има орбитална структура и всичките й електрони се разпределят по тези орбити. Също така този метод се нарича MO LCAO, което означава "молекулярна орбитална - линейна комбинация от атомни орбитали".

Метод на валентните връзки. Представлява молекула чрез система от два централни молекулни орбитала. В този случай, всеки от тях съответства на единична връзка между два съседни атома в молекулата. Методът се основава на следните разпоредби:

1. Химическата връзка се формира от двойка електрони, имащи противоположни завъртания, които се намират между двата разглеждани атома. Електронната двойка, образувана, принадлежи към два атома еднакво.
2. Броят на връзките, образувани от този или този атом, е равен на броя на несдвоените електрони в земята и възбуденото състояние.
3. Ако електронните двойки не участват в образуването на комуникация, те се наричат ​​неразделени.

електроотрицателност

Определянето на вида на химичната връзка в субстанциите може да се основава на разликата в стойностите на електронегодейността на съставните й атоми. под електроотрицателност разбере способността на атомите да издърпат върху себе си общи електронни двойки (електронни облаци), което води до поляризация на връзката.

Съществуват различни начини за определяне на стойностите на електронетрактивността на химичните елементи. Най-приложимо е обаче скалата, основана на термодинамични данни, която беше предложена още през 1932 г. от Л. Полинг.

Колкото по-значима е разликата в електронегативността на атомите, толкова по-силно е нейната йоничност. Напротив, равните или близките стойности на електронегогността показват ковалентната природа на връзката. С други думи, възможно е да се определи каква химическа връзка се наблюдава в молекулата, математически. За да направите това, изчислете Delta-X - разликата в електронегодейността на атомите по формулата: Делта-Х = | Х₁-X₂|.

• Ако Delta-X> 1.7, тогава връзката е йонна.
• Ако 0,5le-Delta-HLE-1,7, тогава ковалентната връзка е полярна.
• Ако Delta-X = 0 или близо до него, тогава връзката се отнася до ковалентната неполярна.

Йонно свързване

Йонът е връзка, която се появява между йони или поради пълното отдръпване на обща електронна двойка от един от атомите. В химичните вещества този тип химическо свързване се осъществява чрез сили на електростатично привличане.

Йоните се зареждат частици, образувани от атоми в резултат на добавянето или освобождаването на електрони. Ако един атом взема електрони, той придобива отрицателен заряд и става анион. Ако атомът предаде валентните електрони, тя се превръща в положително заредена частица, наречена катион.

Типично е за съединения, образувани от взаимодействието на атомите на типичните метали с атомите на типичните неметали. Ядрото на този процес е желанието на атомите да придобият стабилни електронни конфигурации. И за типични метали и неметали за това, трябва да дадете или вземете само 1-2 електрона, които лесно могат да направят.

Механизмът на йонно химично свързване в една молекула традиционно се разглежда в примера на взаимодействието на натрий и хлор. Атомите на алкален метал лесно предават електрона, влачещ се от халогенен атом. В резултат на това, един катион⁺ и анион С1^-, които се държат заедно чрез електростатично привличане.

Няма идеална йонна връзка. Дори в такива съединения, които често се наричат ​​йонни съединения, няма окончателен преход на електрони от атома към атома. Получената електронна двойка все още остава в обичайната употреба. Следователно, човек говори за степента на йонност на ковалентната връзка.

Йонната връзка се характеризира с две основни свойства, свързани помежду си:

• не насоченост, т.е. електричното поле около йоните има формата на сфера;
• ненасищане, т.е. броят на обратно заредени йони, които могат да бъдат поставени около йон, се определя от техния размер.

Ковалентна химическа връзка

Свързването, образувано при припокриване на електронни облаци от неметални атоми, т.е. осъществено чрез обща електронна двойка, се нарича ковалентна връзка. Броят на социализираните електронни двойки определя множеството на връзката. По този начин, водородните атоми са свързани с единична връзка на Hmiddot-middot-H и кислородните атоми образуват двойна връзка с 0 :: 0.

Има два механизма за неговото формиране:

• Обмен - всеки атом е за образуването на обща двойка от един електронен: Amiddot- + middot-B = A: B, докато външните атомни орбитали участват в комуникацията, на която се намира един електронен.
• Донор-акцептор - за образуване на връзка, един от атомите (донорът) осигурява двойка електрони, а вторият (акцептор) - свободен орбитал за неговото разположение: A +: B = A: B.

Методите за припокриване на електронни облаци по време на образуването на ковалентна химическа връзка също са различни.

1. Direct. Облакът за припокриване на облаците се намира на линията на въображаема линия, свързваща ядрата на разглежданите атоми. В този случай, сигма - връзка. От вида електронни облаци, които се подлагат на припокриване, вида на химичната връзка, която зависи: s-s, s-p, p-p, s-d или p-d сигма - връзка. В частица (молекула или йон) между два съседни атома, само един сигма - връзка.
2. Странично. Тя се извършва от двете страни на линията, свързваща ядрата на атомите. Ето как pi е връзка и нейните разновидности също са възможни: p-p, p-d, d-d. Отделно от сигма - връзка пи - връзката никога не се формира, тя може да бъде в молекули, съдържащи множество (двойни и тройни) връзки.

Характеристики на ковалентната връзка

Те определят химичните и физичните характеристики на съединенията. Основните свойства на всяка химическа връзка в субстанциите са нейната насоченост, полярност и поляризация, както и насищане.

тенденция се определят специфичните особености на молекулната структура на веществата и геометричната форма на техните молекули. Нейната същност се крие във факта, че най-доброто припокриване на електронни облаци е възможно за определена ориентация в пространството. Възможностите за висше образование вече бяха разгледани сигма ... и пи - връзка.

под saturability да разберат способността на атомите да образуват определен брой химически връзки в молекулата. Броят на ковалентните връзки за всеки атом е ограничен от броя на външните орбитали.

полярност връзката зависи от разликата в стойностите на електронегативността на атомите. Той определя еднородността на разпределението на електроните между атомните ядра. Ковалентната връзка на тази характеристика може да бъде полярна или неполярна.

• Ако общата електронна двойка принадлежи равно на всеки от атомите и се намира на същото разстояние от техните ядра, тогава ковалентната връзка е неполярна.
• Ако общата двойка електрони се измести към сърцевината на един от атомите, се образува ковалентна полярна химическа връзка.

поляризуемост се изразява чрез изместване на свързващите електрони под действието на външно електрическо поле, което може да принадлежи към друга частица, съседни на същата молекула или да произхожда от външни източници на електромагнитни полета. Така, ковалентната връзка под тяхно влияние може да промени нейната полярност.

Хибридизацията на орбиталите се разбира като промяна в техните форми в хода на химичното свързване. Това е необходимо, за да се постигне най-ефективното припокриване. Съществуват следните видове хибридизация:

• SP³. Един s- и три p-орбитални формират четири "хибридни" орбитали със същата форма. Външно прилича на тетраедър с ъгъл между осите 109 °.
• SP². Един s- и два p-орбитални формират плосък триъгълник с ъгъл между осите 120 °.
• Sp. Един s- и един p-орбитален образува два "хибридни" орбитала с ъгъл между осите 180 °.

Метално свързване

Особеност на структурата на металните атоми е доста голям радиус и наличието на малък брой електрони във външни орбитали. В резултат на това в такива химични елементи връзката между ядрото и валентните електрони е сравнително слаба и лесно се счупва.

метал това взаимодействие се нарича взаимодействие между метало-атомни атоми, което се осъществява посредством делокализирани електрони.

В металните частици, валентните електрони лесно могат да напуснат външните орбитали, тъй като всъщност заемат свободни позиции върху тях. По този начин, в различно време, същата частица може да бъде атом и йон. Електроните, които се отделят от тях, свободно се движат през целия обем на кристалната решетка и осъществяват химическа връзка.

Този тип връзка има прилики с йонни и ковалентни връзки. Както и за йонната, съществуването на метална връзка изисква йони. Но ако за осъществяване на електростатичното взаимодействие в първия случай са необходими катиони и аниони, то във втория случай ролята на отрицателно заредените частици се играе от електроните. Ако сравним металната връзка с ковалентната връзка, тогава за образуването на двата са необходими общи електрони. Но за разлика от полярната химическа връзка, те не са локализирани между два атома, но принадлежат към всички метални частици в кристалната решетка.

Металната връзка се дължи на специалните свойства на почти всички метали:

• пластичност, е налице поради възможността за изместване на слоевете от атоми в кристалната решетка, държана от електронен газ;
• метален блясък, който се наблюдава поради отражението на светлинните лъчи от електроните (в прахообразното състояние няма кристална решетка и следователно електрони, движещи се по него);
• електрическа проводимост, която се осъществява чрез поток от заредени частици и в този случай малки електрони се движат свободно между големите метални йони;
• топлопроводимостта се наблюдава поради способността на електроните да пренасят топлината.

Водородна връзка

Този тип химична връзка понякога се нарича междинен между ковалентни и междумолекулни взаимодействия. Ако водородният атом има връзка с един от високоелектризиращите елементи (като фосфор, кислород, хлор, азот), тогава той може да образува допълнителна връзка, наречена водородна връзка.

Тя е много по-слаба от всички видове обвивки, обсъдени по-горе (енергия не повече от 40 kJ / mol), но не може да бъде пренебрегната. Ето защо водородната връзка на диаграмата изглежда като пунктирана линия.

Появяването на водородна връзка е възможно поради едновременно донор-акцепторното електростатично взаимодействие. Голяма разлика в стойностите на електронегативността води до появата на излишък на електронна плътност върху о, N, F и други атоми, както и до липсата на водороден атом. В случай, че няма съществуваща химическа връзка между тези атоми, ако те са достатъчно близо, силите на привличане се активират. В този случай протона е акцептор на електронната двойка, а вторият атом е донор.

Водородната връзка може да възникне между съседни молекули, например вода, карбоксилни киселини, алкохоли, амоняк и в молекула, например, салицилова киселина.

Наличието на водородна връзка между водните молекули обяснява редица уникални физични свойства:

• Стойностите на топлината си капацитет, диелектрична константа, точка на кипене и точка на топене в съответствие с изчисленията трябва да бъдат значително по-малки, отколкото действителната, поради свързаност молекули и необходимостта да се изразходва енергия да пробие междумолекулни водородни връзки.
• За разлика от другите вещества, с намаляване на температурата, обемът на водата се увеличава. Това се дължи на факта, че молекулите заемат определена позиция в кристалната структура на леда и се разделят една от друга чрез дължината на водородната връзка.

Тази връзка играе специална роля за живите организми, тъй като присъствието му в протеиновите молекули определя тяхната специална структура и следователно свойства. В допълнение, нуклеиновите киселини, представляващи двойна спирала на ДНК, също са свързани с водородни връзки.

Връзки в кристалите

По-голямата част от твърдите вещества имат кристална решетка - специална взаимна подредба на частиците, които ги образуват. В този случай се наблюдава триизмерна периодичност, а в възлите се намират атоми, молекули или йони, които са свързани с въображаеми линии. В зависимост от природата на тези частици и взаимоотношенията между тях, всички кристални структури са разделени на атомни, молекулярни, йонни и метални.

На местата на йонната кристална решетка са катиони и аниони. И всеки от тях е заобиколен от строго определен брой йони само срещу обратното. Типичен пример е натриевият хлорид (NaCl). За тях високите точки на топене и твърдостта са често срещани, тъй като се изисква много енергия, за да се унищожат.

При възлите на молекулярната кристална решетка са молекули на вещества, образувани от ковалентна връзка (например,₂). Те са свързани помежду си чрез слабо взаимодействие на ван дер Ваалс и следователно тази структура лесно се унищожава. Такива съединения имат ниски точки на кипене и топене.

Атомната кристална решетка се образува от атоми на химически елементи, притежаващи високи стойности на валентност. Те са обвързани със силни ковалентни връзки, което означава, че веществата се характеризират с висока степен на кипене, топене и висока твърдост. Пример за това е диамант.

По този начин всички видове връзки, налични в химичните вещества, имат свои собствени особености, които обясняват сложността на взаимодействието на частиците в молекулите и веществата. Свойствата на съединенията зависят от тях. Те определят всички процеси, протичащи в околната среда.