Реферат: Химическая связь

Реферат поучебной дисциплине химия на тему:

Выполнил: ученик 11-Дкласса

ХИМИЧЕСКАЯ СВЯЗЬ, общее определение сил и различ­ныхтипов взаимодействий, обусловливающих существова­ние двух- и многоатомныхсоединений — молекул, ионов, радикалов, кристаллов. Главные отличитительные черты X. с.: 1)понижение полной энергии многоатомной системы по срав­нению с энергиейизолированных атомов или атомных фраг­ментов, из которых она образована; 2) существенное перерас­пределениеэлектронной плотности в области X. с.по срав­нению с простым наложением электронных плотностей не­связанных атомовили атомных фрагментов, сближенных на расстояние связи. Последняя особенностьнаиболее, точно отделяет X. с. от межмолекулярныхвзаимодействий, тогда как энергетическийкритерий  является менее опреде­ленным.

ПриродаX. с. полностью определяется электрическим кулоновскимивзаимодействием ядер и электронов, однако правильное описание распределенияэлектронного заряда возможно лишь с учетомзаконов квантовой механики. Точные расчеты зависимостей полной энергии и еекомпонент от межъядер­ного расстояния для простейшей структуры с X. с.—моле­кулярного иона Н/> с одноэлектронной связью — показы­вают,что минимум полной энергии, который достигаетсяпри равновесном межъядерном расстоянии, равном 1,06 А, связанс резким понижением потенциальной энергии элек­трона вследствие концентрации исжатия облака электрон­ной плотности в межъядерной области. При этом кинетическая энергияэлектрона возрастает и наполовину компенсирует понижение потенциальной. Результирующийэффект (по­нижение энергии) превышает энергию расталкивания по­ложительнозаряженных ядер и обусловливает образование X. с. с энергией 255 кДж/моль. Такая интерпретация при­роды X. с.,дополненная учетом эффектов межэлектронного отталкивания и электроннойкорреляции, в целом распро­страняется на описаниесвязей в двух- и многоэлектронных молекулах.

Полагаядвижение электронов независимым от намного более медленных ядерных движений(адиабатическое при­ближение), можно вполне строго описать образование X. с. как результат действиякулоновских сил притяжения по­ложительнозаряженных атомных ядер к электронному облаку, сконцентрированномув межъядерном пространстве. Заряд этого облака стремится приблизить ядра друг кдругу (свя­зывающая область), тогда как электронный заряд вне межъ­ядерногопространства (несвязывающая область) стремится ядра раздвинуть. В этом женаправлении действуют и силы ядерного отталкивания. Присближении атомов на равновес­ное расстояние часть электронной плотности изнесвязываю­щей области переходит в связывающую (см. рис.). Электронный заряд распределяется в обеих областях так, чтобысилы, стремящиеся сблизить и оттолкнуть ядра,были одинаковыми. Это достигается при некотором равновесном расстоянии, соответствующемдлине связи.

Вариантыклассификации X. с. определяются различными ее характеристиками или способами описания (в духеклассической теории валентности или в рамкахквантовохимических представлений; следует подчеркнуть, что между этимиподходами не всегда могло 6ыть установленооднозначное соответствие). В теории валентностикаждой связи между атомами соответствует одна электроннаяпара. В зависимости от способа ее образования из электронов связываемых атомов можновыделить ковалентную связь и координационную связь. Если электронная пара X. с. полностью принадлежит од­ному из атомов,то образуется ионная связь. По степени смещенияцентра тяжести электронного облака связывающих; электроновX. с. делят на неполярные(равноудаленность от обоих атомных центров) иполярные (промежуточные между неполярными иионными). Ковалентныеи координационныесвязи подразделяются по числу образующих их элек­тронных пар на простые икратные — двойные, тройные и четвертные.

Прирассмотрении X. с.,основанном на квантовомеханических рас­четахволновых функций многоатомных молекул, ионов, кристаллов,понятие двухцентровой связи,используемое в классической теории валентности, не получает прямого экви­валента,вследствие делокализацииэлектронных орбиталей понескольким (нередко всем) атомным центрам. Переход к локализованным орбиталям часто сохраняетвозможность анализировать X. с. в многоатомных молекулах в рамках традиционныхпредставлений о связях, поделенных и неподеленных электронных парах. Типичные примеры соеди­нений с локализованнымидвухцентровыми связями — насыщенные углеводороды (связиС—С, С—Н). В томслучае, когда процедура локализации не позволяетоднозначно вы­делить в молекуле локализованныедвухцентровые орбитали,реализующиеся в ней X. с. относят к мпогоцентровым  связям, характерным для ненасыщенных соединений ссопря­женными связями. Предельный случай делокализации — металлическаясвязь, обусловленная перемещением валентных электронов металла во всем прост­ранствекристаллической решетки, образуемой егоположительными ионами.

Основныехарактеристики X. с.— прочность, длина,поляр­ность. Прочность X. с. определяется энергией связи. В двухатомной молекуле онаравна теплоте диссоциации моле­кулы на отдельныеатомы. Энергии X. с. вмногоатомной молекуле соответствует энергия атомизации — разность между пол­нойэнергией молекулы и суммой энергий изолированных атомов и энергии нулевых колебаниймолекулы. В расчете на одну связь энергии X. с. составляют от 10—20 кДж/модъ (связи вмолекулах и ионах Сd2, Н/>,связь С—С1 в ради­кале СОСl, слабые водородные связи) до > 1000 кДж/моль (тройные связи в молекулах N2, СО). Для многоатом­ныхмолекул с хорошо локализованными двухцентровыми связями полная энергия X. с.достаточно точно оценивается как сумма энергий отдельных связей.

ДлинаX. с. меньше суммы ван-дер-ваальсовых радиусоватомов, образующих связь. В зависимости откратности связей, а также от характера ближайшего окружения она может изменяться в довольно широкихпределах, например для углерод-углеродных связей— от 1,21 А (тройные свя­зи в алкинах) до 1,7—1,8А (простые связи внапряженных углеводородах).

Полярностьсвязи характеризуется ее дипольным момен­том, который для большинства ковалентных связей состав­ляет0—3D, для координационных связей — обычно 2—7D. Дипольныемоменты соединений с ионной связью сущест­венно выше, например для молекулы КВг— 10, 4D (1D =3,33564*10/> Кл*м).