Тип взаимодействия | Между какими частицами действует | Механизм | Энергия, эВ | Направленность | Насыщаемость | Характерные КЧ |
ковалентный | атомы | обобществление электронных пар | 1–10 | есть | есть | низкие: 2, 3, 4 |
ионный | ионы | кулоновский | 5–10 | нет | нет | 6, 8 |
металлический | катион – валентные электроны | квантовое обобществление вал. е | 1–5 | нет | нет | высокие: 12, 8 |
вандерваальсовый | молекулы | диполь – дипольный | 0,001–0,05 | может быть | нет | нет |
водородная связь | атом Н одной молекулы с атомами F, O, N другой молекулы | промежуточный | 0,1 | есть | есть | по Н |
Происходит перераспределение электронной плотности: если для фтора она практически полностью локализована между атомами внутри молекулы и её почти не остаётся для межмолекулярных взаимодействий, то для иода при сохранении основной доли электронной плотности между атомами в молекуле её заметная доля перераспределяется между молекулами. В результате энергия ковалентной связи I–I при переходе молекулы в кристалл уменьшается в большей степени, чем при переходе в кристалл молекулы F–F.
Межмолекулярная связь I2–I2 сильнее, чем F2–F2 из-за увеличения радиуса атомов и поляризуемости. Поэтому температуры плавления и кипения в подгруппе VIIА растут сверху вниз по ПС (фтор газообразен при н. у.[‡‡], а иод кристалличен).
Итак, любые связи между частицами – атомами, ионами, молекулами – следствие перераспределения электронной плотности. И всё же, хотя нет резкой границы между ковалентной и ионной связью, ковалентной и металлической и даже между ковалентной и вандерваальсовой, хотя реально эти предельные типы взаимодействий реализуются для относительно небольшого количества веществ, выделение этих предельных типов и их природы позволяет не только объяснить многие физико-химические свойства реальных веществ, но и обладает предсказательной способностью. В табл. 13 сопоставлены характеристики разных типов связи.
Именно тип взаимодействия между частицами (структурными составляющими вещества в кристалле) полностью определяет физико-химические свойства веществ в конденсированном состоянии. Сводка некоторых важных свойств кристаллов с разным типом связи приведена в табл. 14.
Как упоминалось выше, предельные типы связи характерны для относительно небольшого количества простых веществ или соединений не слишком сложного состава, и даже в простых веществах связь может иметь промежуточный характер, или, иначе, в связь могут давать вклад разные механизмы. Для рассмотрения химических превращений иногда полезна классификация кристаллов по однотипности и однородности связей, предложенная Р. Эвансом. Кристаллы, в которых имеется единственный тип связи и нет выделенных групп атомов между которыми существуют связи, отличающиеся по энергии, относят к гомодесмическим. Энергию связи в них можно охарактеризовать одним-единственным числом. Это многие так называемые истинные металлы (без ковалентного вклада) и их сплавы; молекулярные кристаллы благородных газов; подробно рассмотренные выше ковалентные кристаллы алмаз (связь С–С) и кварц (связь Si–О) и многие другие; те ионные кристаллы, которые состоят из одноатомных ионов (NaCl, CaF2 и т. п.).
Таблица 14