Legătura chimică 1

BOND CHIMICE

Natura interacțiunii chimice de-a lungul secolelor a fost subiectul de reflectare a multor generații de oameni de știință și filosofi. Într-o încercare de a rezolva substanțele chimice de afinitate mister, oamenii de știință au făcut multe observații importante a prezentat o serie de ipoteze interesante, dar progrese considerabile ar putea fi realizată numai cu crearea de 1925-1927. Mecanica cuantică (a se vedea., Quantum Chemical).

Conform teoriei cuantice, aranjamentul particular al nucleelor ​​atomice (vezi. Atom Electronics), în spațiul corespunde unora dintre distribuției densității de electroni (Fig. 1). In formarea norilor de electroni ai moleculei corespunzătoare la exterior, care se întinde, orbitalii atomilor între miezuri se suprapun și se formează o anumită sarcină negativă, numită taxă de suprapunere (Fig. 2). Prezența unui mare densitate a electronilor în internuclear deoarece „cimenturilor“ molecula, trăgând nucleul la regiunea de suprapunere a norilor de electroni ai atomilor care interacționează.

Ceea ce se numește o legătură chimică, este interacțiunea atomilor a cărui energie se află în intervalul de la câteva zeci până la aproximativ. Deci, în moleculă, energia de legare este de aproximativ, întrucât este vorba. Cu toate acestea, criteriul de energie nu a fost încă face posibilă să se facă distincția între o legătură chimică cu alte tipuri de interacțiuni (de exemplu, prin energia intermoleculară care poate ajunge. Ar fi corect pentru a determina legătura chimice pe baza structurii electronice a compușilor, pentru caracteristica lui cu toată diversitatea tipurilor de interacțiune chimică este restructurarea electronice lega membrane atomii. Ca rezultat al acestei ajustări are loc colectivizare (socializare) electroni de valență ale atomilor (vezi. valenței) și taxa erenos (în cazul în care legătura este formată între atomii de carbon). Mai mult decât atât, socializarea electronilor de valență este deosebit de importantă, deoarece formarea unei legături chimice numai prin transferul de încărcare de la un atom la altul fără electroni colectivizare natural nu sa efectuat. Cu alte cuvinte, o conexiune pur ionic nu există, deși modelul ionic de interacțiune chimică, în multe cazuri (de exemplu, pentru a descrie compușii puternic polari, în stare solidă, și așa mai departe. d.) este foarte util și reflectă în mod principal cu Substanțe oystva.

Astfel, în legătura chimică ar trebui să implice o legătură covalentă, interacțiune interatomice t. E. însoțită de rearanjarea cochilii de valență de electroni de atomi și electroni colectivizare. Această definiție face posibilă acoperirea aproape toate cazurile legaturilor chimice.

De obicei, legătura covalentă se realizează localizată (concentrat) între doi atomi ai unei perechi de electroni cu opuse (antiparalel) se rotește .. (Spin - un moment unghiular intrinsec al mișcării particulelor), adică reprezintă un doi electroni, obligațiuni două centre (un „centru“ înseamnă un atomic core), sokraschenno - obligațiuni. Să ne gândim acum mai în detaliu legătura covalentă a moleculei de hidrogen (Fig. 3). La -oblaka sale se suprapun formarea electronică (orbital) și în spațiul dintre nucleele, există o anumită densitate de electroni suplimentare - sarcina negativă a suprapunerii, trăgând împreună nucleul încărcat pozitiv. apropierea nucleară poate avea loc atâta timp cât forțele de repulsie internucleară sunt echilibrate de forțele de atracție ale nucleelor ​​la taxa de suprapunere. Distanta internuclear, care corespunde ecuației acestor forțe se numește echilibru și luată ca lungimea legăturii chimice. atomi de energie de interacțiune a sistemului, deoarece acestea se apropie mai întâi scade, atingând un minim la, și apoi crește, reflectând preponderența forțelor repulsive dintre nucleele lor în timpul apropierii la o distanță mai mică.

Vedem că fiecare bară de valență în formula clasică chimică structurală, de obicei (dar nu întotdeauna), putem asocia cu - -Comunicare. Prin urmare, numărul de legături chimice formate atom conform, depinde în principal de numărul de electroni nepereche în ea. Cu toate acestea, de multe ori atom legături într-o moleculă dă mai mult decât are electroni nepereche în sol (non-excitat) stat.

Ca în același mod, aceste conexiune „suplimentare“? Ca un exemplu, ia în considerare compușii de carbon. In cele mai multe cazuri, atomul C formează patru legături covalente, cu toate că în starea de sol a avut doar doi electroni nepereche. Dar dacă, la un cost oarecare de energie pentru a excita atomii, astfel încât unul dintre electronii liberi transferate orbitală, atunci numărul de electroni nepereche va fi egal cu patru (Fig. 4).

Traducerea unui atom într-o stare de valență nu poate fi redusă doar la excitație sale. Atom în moleculă, spre deosebire de atomul liber îndeplinește repartizarea aleatorie a orientări ale spinii electronilor nepereche. Această circumstanță necesită adăugarea de energie la energia de excitare a atomului legat de reorientarea rotirile. Contribuția la costul total de energie necesară pentru traducerea unui atom într-o stare de valență (Eval), foarte vizibil și comensurabil cu. În plus, norii de electroni ai atomilor în moleculă pot fi hibridizate oricum, ceea ce corespunde, de asemenea, la o anumită energie. Cu toate acestea, contribuția sa la Evad, de obicei, nu mai mult, și adesea neglijate.

Toate aceste costuri energetice au adus atomii în stare de valență compensată energia eliberată în formarea legăturilor chimice. Desigur, în cazul în care Eval este foarte mare, aceasta nu poate achita obligațiuni suplimentare. Deci, atomii și corespunde tranziției la un electron liber orbital

Este destul de mare, iar cea maximă pentru argint. Poate că acest lucru se datorează faptului că pentru stat monovalent cel mai tipic, în timp ce și - respectiv bivalent și trivalent.

Trecerea unui atom într-o stare de valență nu este singura modalitate de creștere a oportunităților de valență. General-obligațiuni pot fi formate de asemenea, atunci când un partener (donator) contribuie său „gata“, o pereche de electroni, iar celălalt (acceptor) - celula liberă (orbital). Rezultată legătura covalentă polară se numește un donor-acceptor. Un exemplu bine-cunoscut - formarea de ioni de amoniu:

Rețineți că legătura donor-acceptor este diferit de la o legătură covalentă normală numai originea sa, prin urmare, atunci când se analizează „gata“ a moleculei nu are nici un sens să se facă distincția între aceste două tipuri de comunicare.

Posibilități valenta atomi poate fi crescută prin formarea -bonds.

În acest caz, doi electroni în mișcarea sa „acopere“ trei nuclee, cum ar fi diboranul într-o moleculă (Fig. 5), în care legătura de legătură B-H-B cu doi electroni. Molecula are o structură (-bond în toate cele cinci atomi de bor. Cu alte cuvinte, mișcarea de electroni nu este întotdeauna limitată la intervalul de numai două nuclee, electronii pot fi delocalizat pe întreaga moleculă sau un fragment al acestuia (a se vedea. Benzenul).

În ciuda varietății tipurilor de legături chimice, există trei comune și cele mai importante proprietăți. Mai presus de toate, posibile atomi de valență ale fiecărui element, r. Capacitatea E. sa de a forma legături chimice, și sunt aranjate strict limitate, în care moleculele au o compoziție specifică. Cu alte cuvinte, interacțiunea chimică are proprietatea de saturabilă. Aceasta este prima proprietate importantă a unei legături chimice. De exemplu, există o moleculă neutră, radicali OH, dar nici o compoziție a compușilor și altele asemenea. D.

A doua caracteristică importantă a legăturii chimice - orientarea acesteia. Deoarece norii de electroni au o formă diferită și orientarea în spațiu (vezi. Atom), suprapunerea reciprocă a acestora poate fi realizată în diferite moduri. În funcție de simetria norilor rezultate se suprapun distinge -bond. -bond în formarea regiunii de suprapunere este în linie de comunicație (Figura 6a.); -bond apar când suprapunerea de nori de electroni pe fiecare parte a liniei (fig. 6b). Spațială -bond aranjament determină geometria moleculei. De multe ori, cu toate acestea, legăturile chimice sunt formate „curate“ nori de electroni caracteristice atomilor izolați, și sau nor hibrid „mixt“ de atomi. Prin hibridizarea de diferite forme și puterea nor forma lor originală, energia și concentrarea schimbat și noua formă de nori de electroni de aceeași formă și energie, care sunt orientate în spațiu, astfel încât repulsia dintre ele ar fi minime. Cu alte cuvinte, atunci când nori de electroni hibridizate (Orbitali) atomi sunt un fel de „egalizare“ a formei și a energiei.

Și, în sfârșit, a treia caracteristică importantă a legăturii chimice - polaritatea. Legătura dintre atomii de elemente diferite sunt întotdeauna într-un anumit grad de polaritate, ca atomi diferiți au diferite electronegativitate. De exemplu, într-o moleculă, densitatea de electroni este deplasată la un atom de clor, din cauza electronegativitate sale mai mari de hidrogen. Ca rezultat, se formează taxele parțiale efective ale atomilor.

Conceptele și ideile menționate mai sus formează baza teoriei moderne a legături chimice. In prezent, structura moleculelor și solidelor prin metode mecanicii cuantice, studii de chimie cuantica.