МЕЖАТОМНЫЕ СВЯЗИ: ХАРАКТЕРИСТИКИ И ТИПЫ - ХИМИЯ - 2025

Межатомная связь представляет собой химическая связь , которая формируется между атомами для получения молекул. Хотя сегодня ученые в целом согласны с тем, что электроны не вращаются вокруг ядра, на протяжении всей истории считалось, что каждый электрон вращается вокруг ядра атома в отдельной оболочке.

Сегодня ученые пришли к выводу, что электроны парят над определенными областями атома и не образуют орбиты, но валентная оболочка по-прежнему используется для описания доступности электронов.

Рисунок 1: атомы, взаимодействующие друг с другом посредством химических связей.

Линус Полинг внес свой вклад в современное понимание химической связи, написав книгу «Природа химической связи», в которой он собрал идеи сэра Исаака Ньютона, Этьена Франсуа Жоффруа, Эдварда Франкленда и, в частности, Гилберта Н. Льюиса.

В нем он связал физику квантовой механики с химической природой электронных взаимодействий, которые происходят при образовании химических связей.

Работа Полинга сосредоточена на установлении того, что истинные ионные связи и ковалентные связи лежат на крайних точках спектра связей, и что большинство химических связей классифицируются между этими крайностями.

Полинг далее разработал скользящую шкалу типа связи, определяемую электроотрицательностью атомов, участвующих в связи.

Огромный вклад Полинга в наше современное понимание химической связи привел к тому, что он был удостоен Нобелевской премии 1954 г. за «исследования природы химической связи и ее применения для выяснения структуры сложных веществ».

Живые существа состоят из атомов, но в большинстве случаев эти атомы не плавают по отдельности. Вместо этого они обычно взаимодействуют с другими атомами (или группами атомов).

Например, атомы могут быть связаны прочными связями и организованы в молекулы или кристаллы. Или они могут образовывать временные слабые связи с другими атомами, которые сталкиваются с ними.

И сильные связи, которые связывают молекулы, и слабые связи, которые создают временные связи, необходимы для химии нашего тела и для существования самой жизни.

Атомы имеют тенденцию организовываться в наиболее стабильные возможные паттерны, что означает, что они имеют тенденцию завершать или заполнять свои внешние электронные орбиты.

Именно для этого они связываются с другими атомами. Сила, которая удерживает атомы вместе в коллекциях, известных как молекулы, известна как химическая связь.

Типы межатомных химических связей

Металлическая связка

Металлическая связь - это сила, которая удерживает атомы вместе в чистом металлическом веществе. Такое твердое тело состоит из плотно упакованных атомов.

В большинстве случаев внешняя электронная оболочка каждого из атомов металла перекрывается с большим количеством соседних атомов. Как следствие, валентные электроны непрерывно перемещаются от атома к атому и не связаны с какой-либо конкретной парой атомов.

Рисунок 2: иллюстрация металлической связи

Металлы обладают несколькими уникальными качествами, такими как способность проводить электричество, низкую энергию ионизации и низкую электроотрицательность (поэтому они легко отдают электроны, то есть являются катионами).

Их физические свойства включают блестящий (глянцевый) вид, а также они пластичны и пластичны. Металлы имеют кристаллическую структуру. Однако металлы также ковкие и пластичные.

В 1900-х годах Пауль Дрюде предложил теорию электронного моря, моделируя металлы как смесь атомных ядер (атомные ядра = положительные ядра + внутренняя электронная оболочка) и валентных электронов.

В этой модели валентные электроны свободны, делокализованы, подвижны и не связаны с каким-либо конкретным атомом.

Ионная связь

Ионные связи имеют электростатический характер. Они возникают, когда элемент с положительным зарядом соединяется с элементом с отрицательным зарядом посредством кулоновских взаимодействий.

Элементы с низкой энергией ионизации имеют тенденцию легко терять электроны, в то время как элементы с высоким сродством к электрону имеют тенденцию приобретать их, образуя катионы и анионы соответственно, которые образуют ионные связи.

Соединения с ионными связями образуют ионные кристаллы, в которых положительно и отрицательно заряженные ионы колеблются близко друг к другу, но не всегда существует прямая корреляция 1-1 между положительными и отрицательными ионами.

Ионные связи обычно можно разорвать путем гидрирования или добавления воды к соединению.

Вещества, которые удерживаются вместе ионными связями (например, хлорид натрия), обычно можно разделить на истинно заряженные ионы, когда на них действует внешняя сила, например, при растворении в воде.

Кроме того, в твердой форме отдельные атомы не притягиваются к отдельному соседу, а вместо этого образуют гигантские сети, которые притягиваются друг к другу электростатическими взаимодействиями между ядром каждого атома и соседними валентными электронами.

Сила притяжения между соседними атомами придает ионным твердым телам чрезвычайно упорядоченную структуру, известную как ионная решетка, где противоположно заряженные частицы выравниваются друг с другом, образуя прочно связанную жесткую структуру.

Рисунок 3: кристалл хлорида натрия

Ковалентная связь

Ковалентная связь возникает, когда пары электронов разделяются атомами. Атомы будут ковалентно связываться с другими атомами, чтобы получить большую стабильность, которая достигается за счет образования полной электронной оболочки.

Совместно используя свои внешние (валентные) электроны, атомы могут заполнить свою внешнюю оболочку электронами и обрести стабильность.

Рисунок 4: Диаграмма Льюиса ковалентной связи молекулы азота

Хотя считается, что атомы разделяют электроны, когда они образуют ковалентные связи, они часто не разделяют электроны поровну. Только когда два атома одного и того же элемента образуют ковалентную связь, общие электроны фактически делятся поровну между атомами.

Когда атомы разных элементов разделяют электроны посредством ковалентной связи, электрон будет тянуться дальше к атому с наибольшей электроотрицательностью, что приводит к полярной ковалентной связи.

По сравнению с ионными соединениями, ковалентные соединения обычно имеют более низкую температуру плавления и кипения и менее склонны к растворению в воде.

Ковалентные соединения могут находиться в газообразном, жидком или твердом состоянии и плохо проводят электричество или тепло.

Водородные связи

Рисунок 5: водородные связи между двумя молекулами воды

Водородные связи или водородные связи - это слабые взаимодействия между атомом водорода, присоединенным к электроотрицательному элементу, с другим электроотрицательным элементом.

В полярной ковалентной связи, содержащей водород (например, связь ОН в молекуле воды), водород будет иметь небольшой положительный заряд, потому что связывающие электроны сильнее притягиваются к другому элементу.

Из-за этого небольшого положительного заряда водород будет притягиваться к любым соседним отрицательным зарядам.

Ссылки на Ван дер Ваальс

Это относительно слабые электрические силы, которые притягивают нейтральные молекулы друг к другу в газах, в сжиженных и затвердевших газах и почти во всех органических и твердых жидкостях.

Эти силы названы в честь голландского физика Йоханнеса Дидерика ван дер Ваальса, который в 1873 году впервые постулировал эти межмолекулярные силы при разработке теории, объясняющей свойства реальных газов.

Силы Ван-дер-Ваальса - это общий термин, используемый для определения притяжения межмолекулярных сил между молекулами.

Существует два класса сил Ван-дер-Ваальса: силы лондонского рассеяния, которые являются слабыми, и более сильные диполь-дипольные силы.

Ссылки

1. Энтони Капри, AD (2003). Химическая связь: природа химической связи. Получено с сайта visionlearning visionlearning.com
2. Ками Фанг, Нью-Мексико (11 августа 2015 г.). Ковалентные связи. Взято с сайта chem.libretexts chem.libretexts.org
3. Кларк, Дж. (25 февраля 2017 г.). Металлическое соединение. Взято с сайта chem.libretexts chem.libretexts.org
4. Encyclopdia Britannica. (2016, 4 апреля). Металлическая связка. Взято с сайта britannica britannica.com.
5. Encyclopdia Britannica. (2016, 16 марта). Силы Ван-дер-Ваальса. Взято с сайта britannica britannica.com
6. Кэтрин Раш, LP (2017, 11 марта). Силы Ван-дер-Ваальса. Взято с сайта chem.libretexts chem.libretexts.org.
7. Хан, С. (SF). Химические связи. Взято с сайта khanacademy khanacademy.org.
8. Мартинес, Э. (2017, 24 апреля). Что такое атомная связь? Взято с сайта sciencing.com.
9. Wyzant, Inc. (SF). Облигации. Взято с сайта wyzant wyzant.com.