Ю.М. Коренев, В.П. Овчаренко - Общая и неорганическая химия (1114428), страница 9
Текст из файла (страница 9)
к. при нахождении там электронов образуется химическаясвязь. Область, находящаяся за ядрами, называется разрыхляющей, т. к. припопадании в нее электронов химическая связь не образуется. Здесь былрассмотрен простейший случай образования химической связи в ионе H +2 .Применив аналогичные рассуждения к молекуле водорода, можно прийти квыводу, что появление второго электрона в связывающей области ещеболее стабилизирует систему. Следовательно, для образования устойчивойхимической связи необходима, по меньшей мере, одна электронная пара.Спины электронов в этом случае должны быть антипараллельны, т. е.направлены в разные стороны.
Образование химической связи должносопровождаться понижением полной энергии системы.Рис. 10. Изменение потенциальной энергии системы из двух атомов водорода какфункции расстояния между ними.42Химическая связьРассмотрим изменение потенциальной энергии системы на примересближения двух атомов водорода. Когда атомы находятся на оченьбольшом расстоянии друг от друга, они не взаимодействуют и энергиятакой системы близка к нулю.
По мере их сближения возникают силыпритяжения между электроном одного атома и ядром другого и наоборот.Эти силы увеличиваются обратно пропорционально квадрату расстояниямежду атомами. Энергия системы понижается. По мере сближения атомовначинают играть роль силы отталкивания между их ядрами и электронами.Увеличение сил отталкивания обратно пропорционально уже шестойстепени расстояния. Кривая потенциальной энергии проходит черезминимум, а затем резко уходит вверх (рис.
10).Расстояние, соответствующее положению минимума на кривой,является равновесным межъядерным расстоянием и определяет длинухимической связи. Так как атомы в молекуле участвуют в колебательномдвижении относительно положения равновесия, расстояние между нимипостоянно меняется, т. е. атомы не жестко связаны друг с другом.Равновесное расстояние соответствует при данной температуре некоторомуусредненному значению. С повышением температуры амплитудаколебания увеличивается. При какой-то достаточно большой температуреатомы могут разлететься на бесконечно большое расстояние друг от друга,что будет соответствовать разрыву химической связи. Глубина минимумапо оси энергии определяет энергию химической связи, а величина этойэнергии, взятая с обратным знаком, будет равна энергии диссоциацииданной двухатомной частицы.
Если сближаются атомы водорода,электроны которых имеют параллельные спины, между атомами возникаютлишь силы отталкивания, а потенциальная энергия такой системы будетвозрастать (рис.10).Рис. 11. Результаты сложения двух синусоид.Как уже отмечалось выше, в образовании химической связи участвуютs-, p- и d-электроны, имеющие различную геометрическую конфигурациюэлектронных облаков и различные знаки волновых функций впространстве. Для возникновения химической связи необходимоперекрывание частей электронных оболочек с одинаковым знакомволновой функции.
В противном случае химическая связь не образуется.Это утверждение легко объяснить на примере наложения двух синусоид,которые в первом приближении могут отождествляться с волновымифункциями (см. рис. 11):В случае наложения двух синусоид с разными знаками в одной и тойже области (рис. 11а) суммарная составляющая их будет равна нулю – связинет. В противоположном случае происходит сложение амплитуд колебанийи образуется новая синусоида – химическая связь образовалась (рис. 11б).43Глава IIIВ зависимости от симметрии электронных облаков, в результатеперекрывания которых образуется химическая связь, суммарноеэлектронное облако будет иметь различную симметрию, в соответствии скоторой они распадаются на три вида: σ-, π- и δ- связи.σ-связь осуществляется при перекрывании облаков вдоль линии,соединяющей центры атомов, при этом максимальная электроннаяплотность достигается в межъядерном пространстве и имеетцилиндрическую симметрию относительно линии, соединяющей центрыатомов.
Как видно из рис. 12, в образовании σ-связи в силу своей шаровойсимметрии всегда принимают участие s-электроны. Они образуют σ-связь врезультате перекрывания со следующими электронами другого атома: s–,pX–, d X 2 −Y 2 –электронами. С электронами, находящимися на другихорбиталях, например, pY или pZ, возникновение химической связиневозможно, так как происходит перекрывание в областях, где электроннаяплотность имеет противоположные знаки. Возможность образования σсвязи s-электронами не исчерпывается, она может образоваться в случаеперекрывания и других электронных облаков, таких, как двух pX или pX иd X 2 −Y 2 .Рис. 13. Примеры - и -связей.Рис.
12. Некоторые примеры образования σ-связей.π-связи возникают при перекрывании электронных облаков над и подлинией, соединяющей центры атомов. Суммарные электронные облакатакже симметрично расположены относительно этой оси, но они не имеютцилиндрической симметрии, как в случае σ-связи. В силу своегопространственного расположения π-связь образуют электроны на такихпарах орбиталей как pY – pY, pZ – pZ, pY – dXY.44Химическая связьδ-связь образуют только d-электроны за счет перекрывания всехчетырех своих лепестков электронных облаков, расположенных впараллельных плоскостях. Такое возможно, когда в образовании связиучаствуют dXY – dXY, dXZ – dXZ, dYZ – dYZ-электроны.Выше была рассмотрена классификация химических связей,исходившая из симметрии электронных облаков.
Существует и другойподход к классификации химической связи, основанный на характерераспределения электронной плотности между атомами в молекуле, т. е.химическая связь рассматривается с точки зрения принадлежностиэлектронной пары тому или иному атому. Возможны три случая. Первый:электронная пара связывает в молекуле два одинаковых атома. В этомслучае она в равной мере принадлежит им обоим. В молекуле нетразделения центров тяжести положительного и отрицательного зарядов.Они совпадают, и такая связь называется ковалентной неполярной. Если жеэлектронная пара связывает два различных атома, то она смещается всторону более электроотрицательного атома.
Центры тяжестиположительного и отрицательного зарядов разделяются, связь становитсяполярной и носит название ковалентной полярной связи.Третий случай связан с полной передачей электронной пары вовладение одного из атомов. Это происходит при взаимодействии двухатомов, резко отличающихся по электроотрицательности, т. е. способностиудерживать электронную пару в своем электрическом поле. При этом атом,отдавший электроны, становится положительно заряженным ионом, а атом,принявший их, – отрицательным. В этом случае связь носит названиеионной.Характер связи во многом определяет физико-химические свойствавеществ.Вещества,молекулыкоторыххарактеризуютсяковалентнойнеполярной связью, могут в твердом состоянии образовыватьмолекулярные и атомные кристаллические решетки.
В молекулярныхрешетках наблюдается очень слабое межмолекулярное взаимодействие. Вузлах кристаллической решетки молекулы удерживаются за счетобразования в них мгновенных и наведенных диполей. Разделение центровтяжести отрицательных и положительных зарядов в молекуле происходитвследствие вращения пары электронов и расположения ее в какой-томомент времени за одним из ядер. Такое состояние в молекуленаблюдается очень малое время.
Поэтому такой диполь носит названиемгновенного. Однако этого времени бывает достаточно для того, чтобыиндуцировать диполь на другой молекуле. Силы, связывающие молекулыза счет образования мгновенных и наведенных диполей, часто называютван-дер-ваальсовыми.
В общем случае к ван-дер-ваальсовым силам относятлюбые силы межмолекулярного взаимодействия: диполь-дипольного,ориентационного, дисперсионного и т. п. Ван-дер-ваальсовы силыявляются очень слабыми, вследствие чего кристаллическую решетку легкоразрушить незначительным нагреванием. Все вещества, имеющиемолекулярныекристаллическиерешетки,обладаютнизкими45Глава IIIтемпературами плавления и кипения.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
