Хімічна зв’язок

У природі хімічні елементи у вигляді вільних атомів (за винятком благородних газів - елементів VIIIа-групи) практично не зустрічаються. Зазвичай атоми будь-якого хімічного елемента взаємодіють або один з одним, або з атомами інших елементів, утворюючи хімічні зв'язки з виникненням відповідно простих або складних речовин. У той же час і молекули різних речовин взаємодіють один з одним.

Вчення про хімічний зв'язок складає основу всієї теоретичної хімії.

Хімічна зв'язок 1 це сукупність сил, що зв'язують атоми один з одним в більш стійкі структури - молекули або кристали.

Освіта молекул і кристалів обумовлено головним чином кулоновским тяжінням між електронами і атомними ядрами.

Природа хімічного зв'язку була з'ясована лише після відкриття законів квантової (хвильової) механіки, керуючих мікросвітом. Сучасна теорія відповідає на питання, чому виникає хімічний зв'язок і яка природа її сил.

Освіта хімічних зв'язків - процес мимовільний; в іншому випадку не існувало б ні простих, ні складних речовин. З термодинамічної точки зору причиною утворення хімічного зв'язку є зменшення енергії системи.

Утворення хімічного зв'язку супроводжується виділенням енергії, а її розрив вимагає витрати енергії.

Характеристиками хімічного зв'язку є її енергія і довжина.

Енергія хімічної зв'язку-це енергія, що виділяється в процесі її створення і характеризує її міцність; енергію зв'язку висловлюють в кДж на моль утворився речовини (Есв, кДж / моль) 2.

Чим більше енергія хімічного зв'язку, тим зв'язок міцніше. Енергію хімічного зв'язку двоатомних молекули оцінюють, порівнюючи зі станом, що передує її утворення. Для багатоатомних молекул з однаковим типом зв'язку розраховують середню енергію хімічного зв'язку (наприклад, для Н2 Про або СН4).

Середня енергія хімічного зв'язку визначається діленням енергії утворення молекули на число її зв'язків.

Довжиною хімічного зв'язку називають відстань між ядрами атомів в молекулі.

Довжина зв'язку обумовлена ​​розмірами зв'язуються атомів і ступенем перекривання їх електронних оболонок.

Наприклад для фтороводорода і иодоводорода:

Залежно від типу з'єднуються частинок (атомів або молекул) розрізняють внутрішньо-молекулярні зв'язки, за рахунок яких утворюються молекули, і міжмолекулярні зв'язки, що призводять до утворення асоціатів з молекул або до зв'язування атомів окремих функціональних груп в молекулі. Ці види зв'язків різко відрізняються за величиною енергії: для внутрішньо молекулярних зв'язків енергія становить 100-1000 кДж / моль 1. а для міжмолекулярних зв'язків вона зазвичай не перевищує 40 кДж / моль.

Розглянемо освіту внутрімолекулярнойхіміческой зв'язку на прикладі взаємодії атомів водню.

При зближенні двох атомів водню між їх електронами з антипаралельними спинами відбувається сильне обмінна взаємодія, що приводить до появи загальної електронної пари. При цьому збільшується електронна щільність в меж'ядерном просторі, що сприяє тяжінню ядер, взаємодіючих атомів. Таким чином енергія системи зменшується і система стає більш стійкою - між атомами виникає хімічний зв'язок (рис. 1).

Мал. 1. Енергетична діаграма утворення хімічного зв'язку між атомами водню

Система має мінімум енергії при певній відстані між ядрами атомів; при подальшому зближенні атомів енергія збільшується внаслідок зростання сил відштовхування між ядрами.

Залежно від того, яким чином взаємодіє загальна електронна пара з ядрами, що з'єднуються атомів, розрізняють три основних типи хімічного зв'язку: ковалентний, іонну і металеву, а також водневий зв'язок.