Учение о химической связи и структуре вещества

Оставив на самостоятельное изучение исторических предпосылок формирования понятий структура молекул и химическая связь, рассмотрим эти понятия с современной точки зрения.

Химическая связь  это сила, удерживающая вместе два или несколько атомов, ионов, молекул или любую комбинацию из них.

По своей природе она представляет собой электростатическую силу притяжения между отрицательно заряженными электронами и положительно заряженными ядрами. Величина этой силы притяжения зависит главным образом от электронной конфигурации внешней оболочки атомов.

Электроны, принимающие участие в образовании химических связей, называются валентными электронами. Эти электроны находятся на самых высоких по энергии орбиталях атома, на внешнем энергетическом уровне. Эти орбитали называются валентными.

В 1916 году американский физико-химик Льюис и немецкий учёный Кассель независимо друг от друга высказали предположение о том, что связь между двумя атомами образуется за счет появления между ними общей пары электронов, для образования которой каждый атом выделяет по одному неспаренному электрону.

Химическая связь, осуществляемая электронными парами, называется ковалентной связью.

Если связующая электронная пара находится посередине между двумя одинаковыми атомами – это связь ковалентная неполярная:

Cl:Cl

Когда взаимодействуют два разных атома, связующая пара всегда смещена в сторону более электроотрицательного элемента – это полярная ковалентная связь:

H :Cl

Существует ещё ионная связь.

При образовании ионной связи происходит почти полный переход связующей электронной пары к одному из атомов.

При этом образуются положительный и отрицательный ионы (катион и анион), которые удерживаются вблизи друг друга электростатическими силами.

Молекулы с наиболее выраженной ионной связью образуются из атомов типичных металлов и неметаллов (NaCl, CsF и т.п.).

Особый случай представляет собой химическая связь в металлах.

Металлы в твердом состоянии существуют в форме кристаллов. Эти кристаллы состоят из положительных ионов, которые удерживаются в определенных положениях кристаллической решетки свободно перемещающемся «морем» электронов.

Химическая связь, осуществляемая в результате связывания положительных ионов решетки свободными электронами, называется металлической связью.

Существуют ещё два типа химической связи, это

– водородная связь,

– и межмолекулярные взаимодействия.

Связи этих двух типов значительно слабее, предыдущих.

Тип химической связи оказывает влияние на структуру и физические свойства элементов и соединений.

Под структурой молекулы сегодня понимают пространственную и энергетическую упорядоченность квантово-механической системы, состоящей из атомных ядер и электронов, удерживаемых вместе посредством химической связи.

_________________________________

Исследование в области современной структурной химии идут по двум направлениям:

• синтез кристаллов с максимальным приближением к идеальной решетке для получения материалов с высокими техническими показателями: максимальной прочностью, термической стойкостью, долговечностью в эксплуатации и др.;

• создание кристаллов с заранее запрограммированными дефектами для производства материалов с заданными электрическими, магнитными и другими свойствами.

Решение каждой проблемы имеет свои сложности.

__________________________________