Ковалентний зв'язок. Метод валентних зв'язків

3.2.2 Ковалентний зв'язок. Метод валентних зв'язків

Освіта ковалентного зв'язку можна розглядати в рамках двох методів квантової хімії: методу валентних зв'язків і методу молекулярних орбіталей .

У 1916 році американський вчений Льюїс висловив припущення про те, що хімічний зв'язок * утворюється за рахунок усуспільнення двох електронів . При цьому електронна оболонка атома прагне за будовою до електронної оболонці благородного газу . Надалі ці припущення послужили основою для розвитку методу валентних зв'язків. У 1927 р гайтлер і Лондоном був виконаний теоретичний розрахунок енергії двох атомів водню в залежності від відстані між ними. Виявилося, що результати розрахунку залежать від того, однакові або протилежні за знаком спини * взаємодіючих електронів. При збігається напрямку спинив зближення атомів приводить до безперервного зростанню енергії системи. При протилежно спрямованих спинах на енергетичній кривій є мінімум, тобто утворюється стійка система - молекула водню Н 2 (рисунок 3.4).

4)

Малюнок 3.4 - Залежність енергії від відстані між атомами водню при односпрямованих і протилежно спрямованих спинах.

Меж'ядерних відстань r 0, відповідне мінімуму, називається довжиною зв'язку , А енергія зв'язку дорівнює глибині потенційної ями E 0- E 1, де Е 0 - енергія двох невзаимодействующих атомів, що знаходяться на нескінченному відстані один від одного.

Утворення хімічного зв'язку між атомами водню є результатом взаємопроникнення (перекривання) електронних хмар . Внаслідок цього перекривання щільність негативного заряду в меж'ядерном просторі зростає, і позитивно заряджені ядра притягуються до цієї області. Така хімічна зв'язок називається ковалентним.

Уявлення про механізм утворення молекули водню були поширені на більш складні молекули. Розроблена на цій основі теорія хімічного зв'язку отримала назву методу валентних зв'язків (Метод ВС). В основі методу ВС лежать наступні положення:

1) Ковалентний зв'язок утворюється двома електронами з протилежно спрямованими спинами, причому ця електронна пара належить двом атомам.

2) Ковалентний зв'язок тим міцніше, чим більшою мірою перекриваються електронні хмари.

Комбінації двухелектронних двухцентрових зв'язків, що відображають електронну структуру молекули, отримали назву валентних схем. Приклади побудови валентних схем:

Приклади побудови валентних схем:

У валентних схемах найбільш наочно втілені уявлення Льюїса про утворення хімічного зв'язку шляхом усуспільнення електронів з формуванням електронної оболонки благородного газу: для водню - з двох електронів (оболонка He ), Для азоту - з восьми електронів (оболонка Ne ).

Властивості ковалентного зв'язку: насичуваність, спрямованість і поляризованість.

Насичуваність ковалентного зв'язку зумовлена обмеженими валентними можливостями атомів, тобто їх здатністю до утворення чітко визначеного числа зв'язків, яке зазвичай лежить в межах від 1 до 6. Загальне число валентних орбіталей в атомі, тобто тих, які можуть бути використані для утворення хімічних зв'язків, визначає максимально можливу валентність елемента. Число вже використаних для цього орбіталей визначає валентність елемента в даному з'єднанні.

Спрямованість ковалентного зв'язку є результатом прагнення атомів до утворення найбільш міцного зв'язку за рахунок якомога більшою електронної щільності між ядрами. Це досягається при такій просторової спрямованості перекривання електронних хмар, яка збігається з їх власною. виняток становлять s-електронні хмари , Оскільки їх сферична форма робить всі напрямки рівноцінними. для p- і d-електронних хмар перекривання здійснюється уздовж осі, по якій вони витягнуті, а що утворюється при цьому зв'язок називається σ - зв'язком . σ -Зв'язок має осьову симетрію, і обидва атоми можуть обертатися уздовж лінії зв'язку, тобто тієї уявної лінії, яка проходить через ядра хімічно пов'язаних атомів.

Після утворення між двома атомами σ - зв'язку для інших електронних хмар тієї ж форми і з тим же головним квантовим числом * залишається тільки можливість бічного перекривання по обидві сторони від лінії зв'язку. В результаті утворюється π - зв'язок . Вона менш міцна, ніж σ - зв'язок: перекривання відбувається дифузними бічними частинами орбіталей. Кожна кратна зв'язок (наприклад, подвійна або потрійна) завжди містить тільки одну σ - зв'язок. Число σ - зв'язків, які утворює центральний атом в складних молекулах або іони, визначає для нього значення координаційної числа Термін "координаційне число" використовується також в інших областях хімії. У разі комплексних сполук він означає кількість лігандів, що оточують центральний іон. У кристаллохимии координаційне число показує кількість атомів кристалічної решітки, сусідніх з даними атомом. . Наприклад, в молекулі NH3 і йоні NH4 + для атома азоту воно дорівнює трьом і чотирьом. Освіта σ - зв'язків фіксує просторове положення атомів відносно один одного, тому число σ -зв'язків і кути між лініями зв'язку, які називаються валентними кутами , Визначають просторову геометричну конфігурацію молекул.

При оцінці ступеня перекривання електронних хмар слід враховувати знаки хвильових функцій * електронів. При перекривання хмар з однаковими знаками хвильових функцій електронна щільність в просторі між ядрами зростає. В цьому випадку відбувається позитивне перекривання, що приводить до взаємного притягання ядер. Якщо знаки хвильових функцій протилежні, то щільність електронної хмари зменшується (негативний перекривання), що призводить до взаємного відштовхуванню ядер.

Поляризуемость розглядають на основі уявлень про те, що ковалентний зв'язок може бути неполярной (Чисто ковалентного) або полярної * .

Важливими характеристиками хімічного зв'язку є також її довжина і кратність. Довжина зв'язку визначається відстанню між ядрами пов'язаних атомів в молекулі. Як правило, довжина хімічного зв'язку менше, ніж сума радіусів атомів , За рахунок перекривання електронних хмар. Кратність зв'язку визначається кількістю електронних пар, що зв'язують два атома, наприклад:

етан H3C-CH3 одинарна зв'язок (σ-зв'язок)

етилен H2C = CH2 подвійний зв'язок (одна σ - зв'язок і одна π-зв'язок)

ацетилен HC ≡ CH потрійний зв'язок (одна σ - зв'язок і дві π-зв'язку).

Зі збільшенням кратності зростає енергія зв'язку , Проте це зростання не пропорційно кратності, тому що π - зв'язку менш міцні, ніж σ-зв'язок.

До наступного розділу

До змісту

© А.І. Хлєбніков, І.М. Аржанова, О.А. Напілкова

Новости
Строим Баню своими руками
Прежде чем начинать строить баню своими руками нужно выбрать материал, из которого её будем строить. Самая теплая баня получается из камыша и глины. Баня из деревянных бревен или из кирпича также очень

Как построить баню дешево своими руками
Баня является излюбленным местом отдыха для многих. Ее самостоятельно можно соорудить на дачном участке или на территории собственного дома. Постройка такого строения – процесс довольно продолжительный

Баня своими руками: основные рекомендации
Любовь к бане у русского человека передается из поколения в поколение и уже заложена в самих генах. Многие из нас, будучи еще совсем детьми, парились в баньке со своими отцами и дедами, а, повзрослев,

Как правильно построить баню своими руками: инструкции, фото, видео и полезные советы
Каждый второй, а может быть и первый, мечтает о бане. Это место для отдыха, расслабления и очищения. И конечно, эпицентр оздоровления, источник целительной силы и энергии. Многие задумываются о том,

Русская баня своими руками – от проекта до отделки + Видео
1 Особенности русской бани В древности для знати строили "чистилище" русского духа из рубленого бревна. Считалось, что главной характерной чертой бани является легкий пар. Влажность в парной должна быть

Строим баню своими руками: варианты возведения
Итак, строим баню своими руками. Какие же именно работы делаются в первую очередь? Любое строительство необходимо начинать с фундамента. Для несложной конструкции бани, например из бруса, подойдет

Строим гараж из металлопрофиля своими руками + чертежи, фото и видео
Построить гараж из металлопрофиля своими руками под силу каждому домовладельцу. Вам не понадобятся специфические навыки. Достаточно изучить технологию и следовать её основным требованиям. Что такое

Как построить баню? Строительство бани от фундамента до крыши
Баня является неотъемлемой частью русского быта. И даже наш соотечественник, пронизанный духом современности, не откажется от хорошей возможности попариться в семейной бане, построенной своими руками

Как правильно построить русскую деревянную баню на даче: устройство, поэтапное строительство (фундамент, стены, полы, крыша, полок, парная), технология, постройка - строим баню своими руками (пошаговая инструкция, правила, советы, рекомендации, фото)
Как бы ни хвалили финские сауны, японские офуро и турецкие хамамы, но лучше русских бань ничего нет. Поэтому неудивительно, что многие владельцы загородных домов и дач хотят иметь свою баню. Часть из

Как построить баню своими руками правильно и быстро: щитовую, дешевую, фото и видео
  Постройка собственной бани на участке загородного дома, дело достаточно серьезное и хлопотное, поэтому подойти к этому вопросу нужно с полной ответственностью. В этой статье мы постараемся осветить