Образование водородной связи между молекулами воды.
нанометров (рекорд принадлежит атомам гелия Не...Не — 6,20 нм).
Прочность химической связи определяется энергией связи, т. е. энергией, которая необходима для того, чтобы разорвать связь и развести атомы на бесконечное расстояние. Энергия связи изменяется в очень широких пределах. Наиболее прочная связь — в молекулах N2 (945,3 кДж/моль) и СО (1070,3 кДж/моль). Самая сливая ковалентная химическая связь также образуется между атомами азота — в оксиде N2O3 (40,6 кДж/моль), а самая слабая вандерваальсова связь — между атомами гелия (8•10-6 кДж/моль). Наиболее прочными связями являются ковалентные и ионные (энергия связи порядка сотен килоджоулей на моль), затем идут водородные (десятки килоджоулей на моль), самые же слабые — вандерваальсовы.
Полярность связи показывает, насколько электронная плотность смещена к одному из атомов. Способность атома смещать к себе электронную плотность химической связи называют электроотрицателъностью. Самые электроотрицательные элементы — активные неметаллы: F, О, N, Cl; самые электроположительные — щелочные металлы. Чем больше разность электроотрицательностей атомов, участвующих в химической связи, тем более полярна эта связь. Предельный случай полярной связи — ионная связь.
Порядок (или, иначе, кратность) связи в различных теориях химической связи определяют по-разному. В теории электронных пар Льюиса порядок связи — это число электронных пар, осуществляющих химическую связь. Порядок может быть це-
лым или дробным. В теории МО порядок связи для двухатомных молекул определяют как половину разности между числом электронов на связывающих и на разрыхляющих орбиталях. Так, порядок связи в молекуле О2 равен (6-2)/2 = 2, в молекулярном ионе O-2 порядок равен 2,5, а в ионе О+2 — 1,5. Дробный порядок характерен также для многоцентровых связей.
Чем выше порядок, тем большее число электронов обеспечивает связь, и тем труднее её разорвать. Так, энергия тройной связи НСºСН (962 кДж/моль) намного больше энергии двойной связи Н2С=СН2 (712 кДж/моль) и значительно превышает энергию одинарной связи Н3С-СН3 (369 кДж/моль).
Химическими связями обусловлены строение, реакционная способность и химические свойства всех веществ. В самом деле, любая химическая реакция сводится к разрыву старых и образованию новых химических связей. Склонность к разрыву зависит от энергии связи, реакционная способность молекулы — от распределения положительных и отрицательных зарядов в ней, которое определяется полярностью связей. Длины связей задают геометрическую форму молекул и формируют пространственные эффекты в некоторых химических реакциях. Таким образом, точное описание свойств химических связей является важнейшей задачей химии.
Все современные теории химической связи базируются на квантовой теории, основы которой были заложены ещё в 20-х гг. XX в. Уже тогда появились уравнения, описывающие движение ядер и электронов в молекуле. Главную проблему теперь составляют сами вычисления, поскольку квантово-химические уравнения очень сложны. Даже для простейшей молекулы волновая функция зависит от девяти пространственных переменных.
Тем не менее современные методы квантовой химии достигли высокого уровня развития и позволяют описывать строение и свойства весьма сложных молекул. Прогресс в области компьютерных технологий и создания вычислительных алгоритмов, а также большие успехи в разработке приближённых методов решения квантово-химических уравнений позволяют надеяться на теоретическое предсказание и открытие новых интересных молекул с необычными химическими связями.
ПАРАД КРИСТАЛЛИЧЕСКИХ СТРУКТУР
Кристаллические структуры подразделяются на гомодесмические и гетеродесмические. Эти термины происходят от греческого слова «десмос», что означает «связь». Гомодесмические структуры (от греч. «гомос» — «равный», «одинаковый») — это те, в которых все атомы соединены в пространственный каркас одинаковыми связями. Примерами могут служить структуры алмаза, различных форм SiO2, меди, магния, железа, NaCl, изображённые на рисунках. Такие структуры называют ещё монолитными. В кристаллической структуре алмаза с элементарной ячейкой, имеющей форму куба, атомы углерода образуют
пространственную трёхмерную сетку, в которой каждый атом соединён с четырьмя ближайшими соседями, расположенными по вершинам тетраэдра (иными словами, координационное число — 4, координационный многогранник — тетраэдр). Точно такое же строение имеет кристаллический кремний. Здесь мы встречаемся с явлением изоструктурности (от греч. «изос» — «равный», «подобный»): разные вещества (и простые, состоящие из атомов одного химического элемента, и сложные, образованные двумя или большим числом элементов) иногда формируют кристаллы с одинаковой структурой. Различие
