Механизмы образования ковалентной связи

Механизмы образования ковалентной связи: обменный и донорно-акцепторный
Автор: AlexGreenEyes
30.05.2008 01:08 -
Механизмы образования ковалентной связи: обменный и донорно-акцепторный
Известно, что неметаллы взаимодействуют друг с другом. Рассмотрим механизм
возникновения ковалентной связи на примере образования молекулы водорода:
Н+Н=Н2 DH=-436кДж/моль
Представим себе, что мы имеем два отдельных изолированных атома водорода. Ядро
каждого из свободных атомов водорода окружено сферическим симметричным
электронным облаком, образуемым 1s-электроном (см. рис. 5). При сближении атомов до
определенного расстояния происходит частичное перекрывание электронных оболочек
(орбиталей) (рис. 6).
В результате между центрами обоих ядер возникает молекулярное двухэлектронное
облако, обладающее максимальной электронной плотностью в пространстве между
ядрами; увеличение плотности отрицательного заряд» благоприятствует сильному
возрастанию сил притяжения между ядрами и молекулярным облаком.
Итак, ковалентная связь образуется в результате перекрывания электронных облаков
атомов, сопровождающегося выделением энергии. Если у сблизившихся до касания
атомов водорода расстояние между ядрами составляет 0,106 нм, то после перекрывания
электронных облаков (образования молекулы H2) это расстояние составляет 0,074 нм
(рис. 6). Обычно наибольшее перекрывание электронных облаков осуществляется вдоль
линии, соединяющей ядра двух атомов. Химическая связь тем прочнее, чем больше
перекрывание электронных орбиталей. В результате возникновения химической связи
между двумя атомами водорода каждый из них достигает электронной конфигурации
атома благородного газа.
Изображать химические связи принято по-разному:
1) с помощью электронов в виде точек, поставленных у химического знака элемента.
Тогда образование молекулы водорода можно показать схемой:
Н•+•Н®Н:Н
2) с помощью квантовых ячеек (ячеек Гунда), как размещение двух электронов с
противоположными спинами в одной молекулярной квантовой ячейке:
Схема, расположенная слева, показывает, что молекулярный энергетический уровень
ниже исходных атомных уровней, а значит, молекулярное состояние вещества более
1/3
Механизмы образования ковалентной связи: обменный и донорно-акцепторный
Автор: AlexGreenEyes
30.05.2008 01:08 -
устойчиво, чем атомное.
3) часто, особенно в органической химии, ковалентную связь изображают черточкой
(штрихом) (например Н—Н), которая символизирует пару электронов.
Ковалентная связь в молекуле хлора также осуществляется с помощью двух общих
электронов, или электронной пары:
Как видно, каждый атом хлора имеет три неподеленные пары и один неспаренный
электрон. Образование химической связи происходит за счет неспаренных электронов
каждого атома. Неспаренные электроны связываются в общую пару электронов,
называемую также поделенной парой.
Если между атомами возникла одна ковалентная связь (одна общая электронная пара),
то она называется одинарной; если больше, то кратной (две общие электронные пары),
тройной (три общие электронные пары).
Одинарная связь изображается одной черточкой (штрихом), двойная — двумя, тройная
— тремя. Черточка между двумя атомами показывает, что у них пара электронов
обобщена, в результате чего и образовалась химическая связь. С помощью таких
черточек изображают последовательность соединения атомов в молекуле (см. §3).
Итак, в молекуле хлора каждый его атом имеет завершенный внешний уровень из восьми
электронов (s2p6), причем два из них (электронная пара) в одинаковой мере
принадлежат обоим атомам.
Несколько по-иному изображают связь в молекуле кислорода О2. Экспериментально
установлено, что кислород является парамагнитным веществом (втягивается в
магнитное поле). В его молекуле имеется два неспаренных электрона. Структуру этой
молекулы можно изобразить так:
Однозначное решение об изображении электронной структуры молекулы кислорода еще
не найдено. Однако ее нельзя изображать так:
В молекуле азота N2 атомы имеют три общие электронные пары:
2/3
Механизмы образования ковалентной связи: обменный и донорно-акцепторный
Автор: AlexGreenEyes
30.05.2008 01:08 -
Очевидно,
обусловлена
значительная
молекула
азота
инертность
прочнее
азота
молекулы
всчет
химических
кислорода
реакциях.
или
хлора,
чем
Химическая
двухэлектронная
ковалентной
связь,
связью
ивнеорганических
осуществляемая
двухцентровая
называются
гомеополярными,
(удерживает
электронными
два
парами,
или
ядра)
атомными.
связь.
называется
Соединения
ковалентной
с служить
Различают
две
разновидности
ковалентной
связи:
неполярную
и
полярную.
, с . Это
парой
симметрично
молекулы,
электронная
электронов,
неполярной
состоящие
пара
относительно
или
одинаковой
ковалентной
изэлектронное
атомов
ядер
одного
мере
обоих
связи
облако
принадлежит
атомов.
элемента:
электронное
связи,
Примером
Н2
распределяется
обоим
Cl2,
облако,
О2,
являются
атомам.
N2,
образованное
F2
впримера
двухатомные
иипространстве
др..
ви
которых
общей
большей
молекулы
случае
относительной
полярной
летучих
ковалентной
электроотрицательностью
связи
соединений:
электронное
НС1,
облако
(см.
Н2О,
§6.3.4).
H2S,
связи
Примером
NH3
смещено
др.
могут
к
атому
Образование
молекулы
НС1
представить
схемой:
электроотрицательность
Электронная
пара
смещена
атома
кможно
атому
хлора
хлора,
(2,83)
так
больше,
как
относительная
чем
водорода
(2,1).
Ковалентная
облаков,
—
это
связь
обменный
образуется
механизм
не
только
образования
заковалентной
счет
ковалентной
перекрывания
связи.
одноэлектронных
Возможен
В
атома
образования
пару
этом
электронов
и
случае
свободной
ичто
другой
иона
химическая
(двухэлектронаммония
орбитали
механизм
связь
NH+4.
другого
образования
возникает
В
молекуле
атома.
за
Рассмотрим
аммиака
двухэлектронного
атом
связи
ватома
качестве
азота
—
донорно-акцепторный.
имеет
облака
неподеленную
одного
механизм
ное
облако): У иона водорода
свободна
(не
заполнена)
1sковалентная
орбиталь,
двухэлектронное
превращается
чтосвязь.
можно
в молекулярное
облако
Процесс
обозначить
азота
образования
электронное
становится
так: Н+.иона
общим
При
облако.
аммония
образовании
для
А атомов
значит,
можно
иона
азота
возникает
представить
аммония
и водорода,
четвертая
схемой:
т.е. оно
Заряд
всеми
принадлежащее
часто
опускается.
атомами),
иона
водорода
аазоту,
двухэлектронное
становится
общим
общим
облако
(он
сэнергетическом
(неподеленная
водородом.
делокализован,
Вно
схемах
электронная
т.е.
рассредоточен
изображение
пара),
ячейки
между

Атом,
принимающий
предоставляющий
(т.е.
предоставляющий
неподеленную
электронную
свободную
орбиталь),
пару,
называется
называется
донором,
аиэто
атом,
донорно-акцепторной,
Механизм
атома
донорно-акцепторным.
(донора)
образования
исвязь
свободной
или
Образованная
ковалентной
координационной,
орбитали
таким
другого
за
путем
счет
связью.
атома
двухэлектронного
ковалентная
(акцептора)
связь
называется
облака
называется
одного
ковалентной
отличается
Однако
это
от
не
связи.
остальных
особый
По
свойствам
вид
связей,
связи,
четвертая
а
лишь
иной
N-H-связь
механизм
в16
(способ)
ионе
образования
не
Металлическая
Атомы
число
—
внешнем
характерными
4 элемента
электронов.
большинства
уровне
иее
металлами.
ни
по
Так,
одного
4образуют
металлов
электрона,
по
одному
—
только
на
Sb
внешнем
электрону
и
усвязи
Bi
Pd.
—
Атомы
по
содержат
5,
Ро
элементов
—
6,
элементов,
уровне
эти
Ge,
элементы
Sn
содержат
иокружен
Pb
по
имеют
два
неакцептором.
являются
небольшое
—
на
по три
Элементы
кристаллические
кристаллической
соседними.
металлы
На
примере
вещества
решетки
натрия
натрия.
(кроме
простые
рассмотрим
Как
ртути).
вещества
видно,
На
природу
рис.
каждый
—
7избыток
металлы.
представлена
химической
атом
натрия
Ваммония
обычных
связи
схема
вничем
условиях
металлах.
восемью
У
недостаток
свободных
результате
атома
натрия,
орбиталей
образоэлектронов.
как
и
установится
—
других
Так,
3s
(одна),
валентный
металлов,
Зр
(три)
электрон
имеется
и
3d
(пять).
(3s1)
может
При
валентных
сближении
занимать
орбиталей
атомов
одну
из
в58,
девяти
вания
благодаря
осуществляя
связи
называется
кристаллической
чему
связь
электроны
металлической
между
решетки
всеми
свободно
валентные
связью.
перемещаются
орбитали
из
металла.
соседних
одной
орбитали
Такой
атомов
тип
перекрываются,
ввполучившая
химической
другую,
Металлическую
мало
близких
удерживаются
делокализована,
газ»)
валентных
исера.
перемещаются
орбиталей,
вдонорно-акцепторное
связь
электронов
т.е.
авнутримолекулярной.
электроны,
валентные
образуют
Химическая
всему
по
сравнению
куску
элементы,
осуществляющие
электроны
связь
металла,
в
сатомы
металлических
из-за
общим
в
целом
которых
небольшой
связь,
числом
электронейтрального.
на
внешних
кристаллах
энергии
внешнем
энергетически
ионизации
уровне
сильно
(«электронный
имеют
слабо
процесс
Металлическая
свойство
Однако
собой
и
двухатомных).
ковалентной
вводородную
образования
агрегатов
парооб-разном
связь
Прочность
связью.
атомов,
металлического
характерна
состоянии
связи
Пары
расположенных
металлов
в
для
атомы
металлов
кристалла
металлов,
вметаллической
непосредственной
больше,
в
твердом
из
как
отдельных
чем
иобобществлены
ивсех
всчитать,
сатомам.
молекуле
выделением
веществ,
близости
молекул
состоянии.
металла,
связаны
(одноатомных
друг
а
кЭто
другу.
потому
между
лежит
осуществляют
ними
перемещаются
кристаллы
изменяют
связаны.
обобществление
сПоскольку
ковалентной
ковалентную
Электроны
по
при
всему
ударе,
имеет
валентных
кристаллу
связью
же,
связь,
некоторое
прокатываются
осуществляющие
хрупки,
находятся
электронов.
икристалле
принадлежат
сходство
акристалла
ссостоят
вблизи
тонкие
Однако
металлическую
спротекает
ковалентной,
всем
листы
электроны,
его
ижидком
—
вытягиваются
пластичны,
связь,
поскольку
атомов
которые
Именно
свободно
иэнергии.
т.е.
ипрочно
поэтому
вв
проволоку.
ее
они
основе
с
Металлической
связью
объясняются
физические
свойства
металлов.
Водородная
межмолекулярной
связь
и
—
это
своеобразная
химическая
связь.
Она
может
быть
Межмолекулярная
входят
хлор,
водорода
водород
кформу
атому
и
электроотрицательного
водородная
впо
такой
электроотрицательный
молекуле
связь
возникает
общая
элемента,
электронная
элемент
асоединенных
молекулами,
—
пара
фтор,
сильно
кислород,
в
состав
смещена
которых
азот,
от
реже
положительный
взаимодействует
обобществляя
название
водородной.
заряд
ссильно
В
неподеленной
результате
водорода
образуется
сконцентрирован
электронной
вторая,
парой
в
более
малом
другого
слабая
объеме,
атома
связь,
то
или
протон
иона,
Ранее
вносит
направленность
другой
водородную
вклад
полярной
иее.
ватоме.
пространстве
группой.
связь
сводили
Но
более
иатомами
кнасыщаемость.
электростатическому
взаимодействие.
правильным
следует
Для
притяжению
этой
связи
что
характерны
между
ее
образование
протоном
Обычно
слабее
ассоциацию
наиболее
ковалентной
устойчивы)
молекул.
связи
связь
воды
Например,
(примерно
обозначают
и
уксусной
образование
в
кислоты
15-20
точками
раз).
димеров
можно
имежду
этим
Тем
представить
не
указывают,
(в
жидком
менее
она
состоянии
что
схемами:
ответственна
она
намного
они
за
воды,
циклической
КакH—F®F-•
видно
апроцессов
в—
случае
из
структуры.
этих
примеров,
кислоты
посредством
—
две
молекулы
кислоты
связи
собъединены
образованием
две
молекулы
Водородная
водородной
(ниже
связи
образуется
19,5
С)
связи
связь
содержит
гидродифторид-ион
фтороводород
оказывает
молекулы
влияние
обычных
состава
на
HF2-:
свойства
от
условиях
многих
до
существует
H6F6.
веществ.
Благодаря
внуклеиновых
Так,
жидком
благодаря
водородной
состоянии
F-+
•и
•H—F
который
NH4HF2
входит
гидродифторид
вуксусной
состав
солей
аммония).
— вгидрофторидов
(KHF2
—
гидродифторид
калия,
Наличием
(100°
(H2S,
разрушение
H2Se,
С)
по
водородных
сравнению
Н2Те).
водородных
В®
случае
связей
сHF-2
водородными
связей.
воды
объясняется
надо
соединениями
затратить
более
высокая
дополнительную
элементов
температура
подгруппы
энергию
кипения
кислорода
на
воды
химии
Особенно
других
биологически
распространены
жизнедеятельности.
важных
водородные
соединений,
связи
аводородной
потому
в H2F2
молекулах
эти
связи
белков,
играют
важную
роль
кислот
в и
3/3