Види та характер хімічного зв'язку

Спільна ковалентна пара (ко-пара) електронів може розміщуватися у просторі між ядрами атомів, з яких складається молекула, по-різному. Все залежить від сили притяження спільної пари ядрами атомів. Цю силу можна оцінити величиною електронегативності атомів.

Якщо спільна пара зв'язуючих електронів розташована у просторі сурово симетрично відносно ядер, то це веде до утворення ковалентного неполярного зв'язку. Такий зв'язок трапляється в молекулах сполук, які утворені атомами неметалів: Н₂, О₂, С1₂ тощо.

Якщо спільна пара зв'язуючих електронів зміщена вбік більш електронегативного елемента, то утворюється ковалентний полярний зв'язок. Звичайно, що ковалентний полярний зв'язок може бути слабкополярним і силънополярним. Полярний зв'язок мають молекули води, хлориду амонію тощо.

Коли в спільній парі один з електронів втрачає зв'язок з ядром атома і переходить у межі атома-партнера, то утворюється іонний зв'язок. Атом, від якого відщепився електрон, перетворюється в позитивно заряджений іон (катіон), атом, який прийняв цей електрон у свої межі, перетворюється на негативно заряджений іон (аніон). А зв'язок між іонами — це вже інший вид зв'язку і називається він іонним зв'язком. Іонний зв'язок вважають крайнім випадком ковалентного полярного зв'язку.

Слід зауважити на те, що коли мова йдеться про хімічний зв'язок у бінарних сполуках, то можна говорити в принципі, про чистий ковалентний неполярний., ковалентний полярний або іонний зв'язок. У багатоатомних молекулах про чистий хімічний зв'язок і мови бути не може. Справа в тому, що слабкополярний зв'язок може підсилюватись під впливом інших молекул, тобто в масі речовини може відбуватися поляризація хімічних зв'язків.

Теоретично вид хімічного зв’язку можна визначити, виходячи з величин електронегативності елементів. До уваги беруть різницю електро- негагивностей між двома елементами, які утворюють між собою хімічний зв'язок. Якщо різниця між величинами електронегативності близька до нуля, то зв'язок буде ковалентним неполярним. Якщо різниця знаходиться в діапазоні 0,1 - 2, то зв'язок буде ковалентним полярним, причому, коли ця різниця прагне до нуля, то ковалентний полярний зв'язок буде слабкополярним, а коли прагне до 2, то сильнополярний, Якщо ця різниця більша 2, то зв'язок іонний.

Ковалентний неполярний, полярний і іонний зв'язок вважаються локалізованим хімічним зв'язком. Ковалентний неполярний і полярний зв’язок направлений у просторі. Перекривання орбіталей може відбуватися лише під кутами 90⁰; 109,2⁰; 120⁰ і 180°.

Делокалізований хімічний зв'язок має місце, наприклад, у бруску метала. У металів електрони не мають локального центра атома або іона і вільно переміщуються у бруску метала. Такий зв'язок називається металічним. Всі фізичні властивості металів такі, як блиск, електро- і теплопровідність пов’язані з металічним зв'язком.

Характер хімічного зв'язку. Перекривання атомних орбіталей при утворенні хімічного зв'язку може перебігати у напряму ядерної осі і одночасно двох р-орбіталей перпендикулярно ядерній осі. Внаслідок такого перекривання утворюється кратний зв'язок. Такий зв'язок дуже поширений в органічних сполуках, але він має місце і у молекулах кисню та азоту. Зв'язок, який утворюється в напрямку ядерної осі, називається сігма-зв'язком, а той, який утворюється перпендикулярно ядерній осі — пі-зв'язком. Сігма-зв'язок може утворитися будь-яких за формою електронних орбіталей, а пі-зв'язок може утворюватися лише внаслідок перекривання р-орбіталей. Сігма-зв'язок набагато міцніший пі-зв'язку.

Довжина хімічного зв'язку. В процесі перекривання орбіталей у просторі ядра атомів-партнерів наближуються до ти, поки енергія стиснення не стане сорозмірною енергії відштовхування між ними. Рівноважна міжатомна відстань називається довжиною хімічного зв'язку. 3 довжиною пов'язані енергія хімічного зв'язку і хімічні властивості молекул. У молекулі водню довжина хімічного зв'язку становить 0,75 * 10^-10 м при радіусах атомів водню 0,53 * 10^-10 м.

Чим ближче розташовані атоми у молекулі, тим повнішим, глибшим є перекривання орбіталей, тим меншою буде довжина хімічного зв'язку і тим міцніше він буде, стійкішою в хімічному відношенні буде молекула, та хімічна сполука в цілому.

Енергія хімічного зв'язку. Кількісною мірою міцності хімічного зв'язку є енергія. Енергія зв'язку — це робота, яка витрачається на руйнування хімічного зв'язку. При утворенні молекули енергія випромінюється, а при руйнуванні його, навпаки, поглинається. За розмірами ці дві енергії тотожні. Чим більше витрачається енергії на розривання хімічного зв'язку, тим міцнішим є зв'язок, тим стійкішою в хімічному відношенні є молекула і речовина вцілому.