-Ковалентний зв'язок
Ковалентний зв'язок здійснюється тоді, коли взаємодіють атоми з однаковими або близькими значеннями електронегативності, тобто ковалентний зв'язок утворюють атоми однакової хімічної природи або близькі за хімічними властивостями. Ковалентний зв'язок виникає також при утворенні багатоатомних сполук, наприклад координаційних.
З розвитком квантової механіки було встановлено, що природа ковалентного зв'язку полягає в особливій квантово-механічній взаємодії електронів, яка зумовлює сполучення атомів.
Як приклад розглянемо взаємодію двох атомів Гідрогену з утворенням молекули, яка має чотири частинки – два ядра і два електрони. У процесі взаємодії двох атомів Гідрогену змінюються енергія системи і густина електронних хмар.
Енергія молекули складається з кінетичної енергії електронів і потенціальної енергії електронів і ядер, що взаємодіють між собою. Для характеристики енергії систем застосовують так звані "потенціальні криві".
Зміна внутрішньої енергії в системі з двох атомів Гідрогену залежно від відстані між ядрами подана на рис.4. Характер цієї потенціальної кривої пояснюється тим, що при зближенні атомів Гідрогену (А і В) виникають такі види взаємодії: відштовхування між ядрами різних атомів, електронами різних атомів і притягання кожного електрона до двох ядер. Спочатку при зближенні атомів Гідрогену між ними переважають сили притягання, внаслідок чого спостерігається поступове зниження енергії системи (частина кривої від В до М). Мінімум енергії (енергія зв'язку) відповідає такому стану системи, коли сили притягання і відштовхування зрівноважені. Після цього сили відштовхування переважають, що призводить до різкого збільшення енергії системи (частина кривої від М до С). Значення r0 відповідає довжині зв'язку і дорівнює для молекули водню 0,074нм; енергія зв'язку становить 4,5еВ.
Утворення молекули водню супроводиться крім зміни енергії системи зміною густини електронних хмар. Якщо при сполученні двох атомів Гідрогену електронні хмари атомів взаємно не проникають одна в одну, то довжина зв'язку має дорівнювати 0,053·2 = 0,106 нм. Насправді ж довжина зв'язку в молекулі водню дорівнює 0,074 нм. Це свідчить про те, що при утворенні ковалентного зв'язку відбувається перекривання електронних хмар атомів водню (рис.5)Отже, описати хімічний зв'язок у речовині означає встановити, як саме розподіляється електронна густина, для чого треба розв'язати рівняння Шредінгера. Для систем з двома і більшим числом електронів застосовують наближені методи обчислення хвильової функції. Найпоширенішими є два методи: метод валентних зв'язків (ВЗ) і метод молекулярних орбіталей (МО). У розвитку першого методу особлива заслуга належить В. Гейтлеру і Ф. Лондону, Дж. Слетеру і Л. Полінгу, у розвитку другого методу – Р. Маллікену і Ф. Гунду.
Метод валентних зв'язків грунтується на положенні, що кожна пара атомів у молекулі утримується разом за допомогою електронних пар, тобто хімічний зв'язок, локалізований між двома атомами, – двохелектронний і двохцентровий; він утворюється внаслідок перекривання атомних електронних хмар (див. рис.5). У місці перекривання електронних хмар, тобто у просторі між атомами, електронна густина максимальна. Це означає, що ймовірність перебування електронів у просторі між ядрами більша, ніж в інших місцях молекули. Завдяки цьому зростають сили притягання між позитивним зарядом ядра і негативними зарядами електронів, що приводить до утворення молекули.
У методі молекулярних орбіталей молекула розглядається як єдине ціле, де кожний електрон рухається в полі інших електронів і ядер. Стан молекули описується сукупністю електронних молекулярних орбіталей.
Метод валентних зв' язків дає більш наочне уявлення про будову молекул, характерні особливості ковалентного зв'язку (насиченість, напрямленість і полярність), тому він частіше застосовується для якісного розв'язання питань хімічного зв'язку.
25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49
50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74
75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 Наверх ↑