Лекция 4 Химическая связь. Типы и характеристики химической связи. Метод

связей (МВС).
Метод молекулярных орбиталей как линейной комбинации атомных орбиталей

(МО ЛКАО)

CH₄; Cl₂; N₂
А· + В· → А· ·В;

Ψ(АВ)= ΨА1ΨВ2+ΨА2ΨВ1

году. Также он заложил основы теории химического строения.

Положения теории

химического строения молекул
1. Атомы в молекулах соединены друг с другом в определённой последовательности. Изменение этой последовательности приводит к образованию нового вещества с новыми свойствами.
2. Соединение атомов происходит в соответствии с их валентностью.
3. Свойства веществ зависят не только от их состава, но и от «химического строения», то есть от порядка соединения атомов в молекулах и характера их взаимного влияния.

к образованию устойчивых систем (молекул, комплексов, кристаллов и др.). Химическая

связь возникает, если в результате перекрывания электронных облаков атомов происходит уменьшение полной энергии системы.

счет электростатического притяжения катионов (положительно заряженных ионов) к анионам (отрицательно

заряженных ионов).

Ионная связь возникает:

Между атомами, имеющими большую разность электроотрицательности
(Э.О>2);
2. Между атомами наиболее активных металлов и неметаллов;

При образовании ионной связи атом металла отдает свои электроны атому
неметалла, при этом каждый из атомов получает завершенный энергетический
уровень.

хрупкие;
Многие растворимы;
В растворах и расплавах проводят электрический ток.

за счет образования
общих электронных пар.

Механизм образования ковалентной связи может быть различным:
Обменный – когда каждый из взаимодействующих атомов предоставляет по
одному неспаренному электрону на образование общей электронной пары;



2. Донорно-акцепторный механизм, когда один атом предоставляет неподеленную
электронную пару (донор), а второй – вакантную орбиталь (акцептор).

двумя атомами,
или кратности связи.
Простая (одинарная) связь образуется за счет

перекрывания электронных
облаков по линии, соединяющей центры атомов (σ-связь):






Двойная связь содержит одну σ-связь и одну π-связь. π-связь образуется
за счет бокового перекрывания р- и d-орбиталей;
Тройная связь содержит одну σ-связь и две π-связи;
Полуторная связь (электронные облака «размазаны» между тремя и большим
числом атомов.

электронной плотности между атомами, которое определяется расположением в пространстве валентных

орбиталей и обеспечивает их максимальное перекрывание.
Электронные орбитали имеют разные формы и разную ориентацию в пространстве, поэтому их взаимное перекрывание может происходить разными способами. В зависимости от этого различают σ- и π-связи.
Количественно направленность связи выражается в виде валентных углов
между направлениями химической связи в молекулах.
Например:

нужно затратить на
разрыв 1 моль связи. Это мера прочности

химической связи. Ее величина определяется работой, которую необходимо затратить для разрушения связи.

Энергия σ-связи С – С
составляет 348 кДж/моль

Энергия С = С связи равна
620 кДж/моль, а π-связи
составляет 256,5 кДж/моль

Энергия С ≡ С-связи составляет
811 кДж/моль, а π-связи равна 206,5 кДж/моль

двух соседних атомов,
что зависит от радиусов взаимодействующих атомов и кратности

связи;

между атомами в молекуле.
Когда химическая связь образуется между

элементами с разной электроотрица-
тельностью, электронная плотность между атомами смещена в сторону более
электроотрицательного атома, т.о., атом, который получает некоторый эффектив-
ный отрицательный заряд, а его партнер – некоторый положительный.
Такая связь будет поляризованной, а образованная молекула – полярной.
Возникает дипольный момент связи, находящийся на определенном расстоянии
на расстоянии длины диполя. Длина диполя и длина связи – это разные вели-
чины, поскольку центры тяжести не совпадают с центрами ядер. Диполь выражают
через электрический момент диполя (μ), который равен произведения заряда (δ) на
длину диполя (l):
Дипольный момент связи – это величина векторная, поэтому при наличии нескольких
связей в молекуле их электрические моменты (векторы) рассчитываются по
по правилу параллелограмма .

Газами;
2. Жидкостями;
3. Твердыми телами, которые могут быть:
- аморфными (расположение

частиц в них неупорядоченное
(например - стекло, смола, полимеры и т.д.);
- кристаллическими (характеризуются упорядоченной кристаллической
структурой – NaCl и т.п.). При этом может образовываться атомная
(атомная) или молекулярная ( ) кристаллические решетки.

ковалентной связью, образуются вещества с атомной кристаллической решеткой, в узлах

которой находятся атомы. Для таких веществ характерны прочность и твердость, высокие температуры плавления и кипения, хрупкость.
Например: алмаз, графит, кремний, бор и сложные вещества: карборунд SiC, кремнезём, кварц, горный хрусталь, песок, в состав которых входит оксид кремния(IV) .

полярными связями: вода — лёд, твёрдые аммиак, кислоты, оксиды неметаллов.

Большинство органических соединений тоже представляют собой молекулярные кристаллы (нафталин, сахар, глюкоза).

а в межузлиях электронный
газ (общие электроны).

Свойства:
Металлический блеск;
Ковкость;
Пластичность;
Способность к вытягиванию;
Тепло и электропроводность.

электроотрицательными атомами (F, O, N) одной молекулы и водородом другой

молекулы.
Механизм образования водородной связи близок к донорно-акцепторному:

Электростатическое притяжение элентрона к электроотрицательному атому, имеющему частичный отрицательный заряд:
Донорно-акцепторное взаимодействие между почти вакантной орбиталью атома водорода и неподеленной электронной парой электроотрицательного атома:

состояние, плотность, температуры плавления и кипения, теплоты парообразования и некоторые

другие свойства;



Внутримолекулярные водородные связи, которые влияют на формирование вторичной структуры белков, поддерживание двойной спирали ДНК и сложной формы т-РНК.

все типы химической связи имеют единую природу.

локализованных связей:
Наглядность;
Предсказывает валентные возможности атомов и геометрию образующейся молекулы. Последнее

обстоятельство связано с так называемой гибридизацией АО.
Например:

СУРГУТСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

направленных локализованных связей. Гибридные орбитали обеспечивают максимальное перекрывание АО в

направлении локализованных σ-связей;
2. Число гибридных орбиталей равно числу АО, участвующих в гибридизации;
3. Гибридизуются близкие по энергии валентные АО независимо от того, заполнены они в атоме полностью, наполовину или пусты;
4. В гибридизации участвуют АО, имеющие общие признаки симметрии.

СУРГУТСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

аммиака и воды в

сравнении с молекулой метана

СУРГУТСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

вероятностью нахождения электрона в определенном

месте атомного пространства:


Вероятность заполнения связующих орбиталей на больше, чем
разрыхляющих, т.е. возможно два варианта распределения электронной плотности:

СУРГУТСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

орбиталей (АО);
Число МО равно числу АО, принимающих участие в

образовании химической связи;
Каждой паре атомных орбиталей (АО) соответствует пара молекулярных орбиталей (МО): связующая и разрыхляющая соответственно;
Связующая орбиталь имеет энергию ниже, чем энергия атомной орбитали, разрыхляющая – выше:
атомные s-орбитали образуют σ-связующие и разрыхляющую
МО; АО образуют связ. и разр. МО;
АО образуют МО, соответственно связующую и разрыхляющую.

СУРГУТСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

принципом наименьшей энергии, принципом Паули и правилом Хунда.
6. Порядок связи

(N) в молекуле определяется по формуле:


n – число электронов на связующих и разрыхляющих орбиталях;
z – число взаимодействующих атомов в молекуле;
в соответствии с их энергией и изображается в виде молекулярной диаграммы. Химическая связь между атомами образуется, если число
электронов на связующих МО больше числа электронов
на разрыхляющих МО.

СУРГУТСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

связи в
терминах теории молекулярных орбиталей как линейной комбинации
атомных орбиталей:

связи в
терминах теории молекулярных орбиталей как линейной комбинации
атомных орбиталей:

УНИВЕРСИТЕТ

вклад в энергию связующих и разрыхляющих МО;
Число МО равно числу

АО; Число связующих МО равно числу разрыхляющих МО;
Число МО равно числу АО того атома, у которого их меньше;
Эффективно перекрываются АО, энергия которых отличается не более, чем на 20 эВ;
Эффективно перекрываются АО, симметрия которых относительно межъядерной оси одинакова.