Химическая связь

ЧЕРНИГОВСКИЙ АВТОРСКИЙ КОЛЛЕГИУМ Реферат поучебной дисциплине химия на тему Химическая связь Выполнил ученик 11-ДклассаПономар в АлексейЧернигов 2002ХИМИЧЕСКАЯСВЯЗЬ, общее определение сил и различ ных типов взаимодействий, обусловливающихсуществова ние двух- и многоатомных соединений молекул, ионов, радикалов,кристаллов.Главные отличитительные черты X. с. 1 понижение полной энергии многоатомной системы по срав нению с энергиейизолированных атомов или атомных фраг ментов, из которых она образована 2 существенное перерас пределениеэлектронной плотности в области X. с. по срав нению с простым наложением электронныхплотностей не связанных атомов или атомных фрагментов, сближенных на расстояниесвязи.

Последняя особенность наиболее, точноотделяет X. с. от межмолекулярных взаимодействий, тогда как энергетический критерий является менее опреде ленным.Природа X. с. полностью определяется электрическим кулоновскимивзаимодействием ядер и электронов, однако правильное описание распределенияэлектронного заряда возможно лишь с учетомзаконов квантовой механики.

Точные расчеты зависимостей полной энергии и еекомпонент от межъядер ного расстояния для простейшей структуры с X. с. моле кулярного иона Н с одноэлектронной связью показы вают, что минимум полнойэнергии, который достигается при равновесноммежъядерном расстоянии, равном 1,06 А, связан с резким понижениемпотенциальной энергии элек трона вследствие концентрации и сжатия облакаэлектрон ной плотности в межъядерной области.

При этом кинетическая энергия электрона возрастает и наполовинукомпенсирует понижение потенциальной.Результирующий эффект по нижениеэнергии превышает энергию расталкивания по ложительно заряженных ядер иобусловливает образование X. с. с энергией 255 кДж моль. Такая интерпретация при роды X. с дополненная учетом эффектов межэлектронного отталкивания и электроннойкорреляции, в целом распро страняется на описаниесвязей в двух- и многоэлектронных молекулах.Полагая движение электроновнезависимым от намного более медленных ядерных движений адиабатическое при ближение ,можно вполне строго описать образование X. с. как результат действиякулоновских сил притяжения по ложительнозаряженных атомных ядер к электронному облаку, сконцентрированномув межъядерном пространстве.

Заряд этого облака стремится приблизить ядра друг кдругу свя зывающая область , тогда как электронный заряд вне межъ ядерногопространства несвязывающая область стремится ядра раздвинуть.В этом женаправлении действуют и силы ядерного отталкивания.

Присближении атомов на равновес ное расстояние часть электронной плотности изнесвязываю щей области переходит в связывающую см. рис Электронный заряд распределяется в обеих областях так, чтобысилы, стремящиеся сблизить и оттолкнуть ядра,были одинаковыми. Это достигается при некотором равновесном расстоянии, соответствующемдлине связи.Варианты классификации X. с. определяются различными ее характеристиками или способами описания в духеклассической теории валентности или в рамкахквантовохимических представлений следует подчеркнуть, что между этимиподходами не всегда могло 6ыть установленооднозначное соответствие . В теории валентностикаждой связи между атомами соответствует однаэлектронная пара. В зависимости от способа ее образования из электронов связываемых атомов можновыделить ковалентную связь и координационную связь.

Если электронная пара X. с. полностью принадлежит од ному изатомов, то образуется ионная связь.

По степени смещения центра тяжести электронного облакасвязывающих электронов X. с. делят на неполярные равноудаленность от обоих атомных центров и полярные промежуточные между неполярными и ионными . Ковалентные и координационные связиподразделяются по числу образующих их элек тронных пар на простые и кратные двойные, тройные и четвертные.При рассмотрении X. с основанном на квантовомеханических рас четахволновых функций многоатомных молекул, ионов, кристаллов,понятие двухцентровой связи,используемое в классической теории валентности, не получает прямого экви валента,вследствие делокализацииэлектронных орбиталей понескольким нередко всем атомным центрам.

Переход к локализованным орбиталям часто сохраняетвозможность анализировать X. с. в многоатомных молекулах в рамках традиционныхпредставлений о связях, поделенных и неподеленных электронных парах.Типичные примеры соеди нений с локализованнымидвухцентровыми связями насыщенные углеводороды связиС С, С Н . В томслучае, когда процедура локализации не позволяетоднозначно вы делить в молекуле локализованныедвухцентровые орбитали,реализующиеся в ней X. с. относят к мпогоцентровым связям, характерным для ненасыщенныхсоединений с сопря женными связями. Предельный случай делокализации металлическаясвязь, обусловленная перемещением валентных электронов металла во всем прост ранствекристаллической решетки, образуемой егоположительными ионами.Основные характеристики X. с. прочность, длина, поляр ность.Прочность X. с. определяется энергией связи.

В двухатомной молекуле она равнатеплоте диссоциации моле кулы на отдельныеатомы.

Энергии X. с. в многоатомной молекуле соответствует энергия атомизации разностьмежду пол ной энергией молекулы и суммой энергий изолированных атомов и энергиинулевых колебаний молекулы.В расчете на одну связь энергии X. с. составляют от 10 20 кДж модъ связи в молекулах и ионах Сd2, Н, связь С С1 в ради кале СОСl, слабые водородные связи до gt 1000 кДж моль тройные связи в молекулах N2, СО . Для многоатом ныхмолекул с хорошо локализованными двухцентровыми связями полная энергия X. с. достаточно точно оценивается как сумма энергий отдельныхсвязей.

Длина X. с. меньше суммы ван-дер-ваальсовых радиусоватомов, образующих связь.В зависимости откратности связей, а также от характера ближайшего окружения она может изменяться в довольно широкихпределах, например для углерод-углеродных связей от 1,21 А тройные свя зи в алкинах до 1,7 1,8А простые связи внапряженных углеводородах .Полярность связи характеризуется еедипольным момен том, который для большинства ковалентных связей состав ляет 0 3D, для координационныхсвязей обычно 2 7D. Дипольные моменты соединений с ионной связью сущест венновыше, например для молекулы КВг 10, 4D 1D 3,33564 10 Кл м.