ХИМИЧЕСКАЯ СВЯЗЬ

Расстояние действия связи

Свойства химической связи проявляются в свойствах различных типов молекул, кристаллов и других объединений атомов и молекул. Ранее считалось, что и природа различных видов связи (ковалентной, ионной, металлической, водородной и др.) различна. Сегодня можно считать, что известные на сегодня виды химической связи едины по своей природе. Поэтому существует возможность единой их классификации. Химическую связь можно подразделить на различные виды.

В зависимости от расстояния, на котором проявляется химическая связь, ее делят на короткодействующую и дальнодействующую.

Короткодействующая связь проявляется на расстояниях, близких к размерам атомов. Она осуществляется между атомами в молекуле, кристалле в пределах от 74 до 400 пм. Энергия разрыва короткодействующей химической связи находится в пределах от 40 до 1000 кДж/моль. В таблице приведены длины и энергии разрыва отдельных видов таких связей.

Образование большинства известных молекул, существующих в изолированном состоянии, обусловлено наличием короткодействующих связей. Данный вид связи называют также сильной связью.

Дальнодействующая химическая связь проявляется при переходе вещества из газовой фазы в жидкое или твердое состояние. Она возникает между отдельными атомами, молекулами на расстояниях в несколько раз больших, чем длина обычной короткодействующей связи. Например, между молекулами хлора образуется связь длиной 334 пм, а между молекулами воды - 180 пм. Как можно видеть из сравнения этих значений с данными таблицы, подразделение на короткодействующие связи и дальнодействующие довольно условно и носит относительный характер. То есть в талом делении связей на виды нужно подразумевать одинаковые комбинации атомов в связи. Например, короткодействующая связь между атомами хлора имеет длину 199 пм, а длина дальнодействующей - 334 пм. Прочность же дальнодействующей связи в десятки раз меньше прочности короткодействующей связи. Дальнодействующую связь также называют слабой или межмолекулярной связью.

Хотя природа этих двух видов связи одинакова, но отличия имеются. Короткодействующие связи образуются в результате такого взаимодействия, что каждый электрон может быть описан самостоятельной волновой функцией - одноэлектронное приближение. Дальнодействующие же связи являются результатом коллективного движения электронов.

Дальнодействующая химическая связь условно может быть разделена на два типа:

• универсальная межмолекулярная связь;
• специфическая межмолекулярная связь.

Универсальная связь проявляется при взаимодействии между любыми молекулами, а специфическая - между теми, у которых имеются соответствующие друг другу участки. Такие молекулы, которые соответствуют друг другу как «к каждому замку должен быть свой ключ», называются комплементарными.

Самые устойчивые объединения атомов в молекулы осуществляются за счет короткодействующей химической связи. Характерными признаками такой связи обладают четыре ее вида:

• ковалентная;
• ионная;
• делокализованная ковалентная;
• металлическая.

Главное отличие ионной связи от ковалентной заключается в том, что ковалентная связь образуется в чистом виде между совершенно эквивалентными атомами, а ионная - между атомами, резко отличающимися по своим основным характеристикам, таким как энергия ионизации, сродство к электрону, размерам и др.

Степень перераспределения электронной плотности

Каждый из перечисленных видов химической связи может видоизменяться в зависимости от различных признаков. Если в качестве такого признака выбрать степень перераспределения электронной плотности между атомами при образовании химической связи, то можно выделить связи: неполярную, полярную и сильно полярную. Неполярная и полярная короткодействующая химическая связь является тем видом связи, который хорошо известен как ковалентная химическая связь. Сильно полярная химическая связь представлялась независимой от ковалентной связи и исторически получила название ионной.

Степень обобществления электронной плотности

В зависимости от степени обобществления электронной плотности химической связи между несколькими атомами различают локализованную и делокализованную химическую связь.

Локализованной связью называется такая химическая связь, электронная плотность которой сконцентрирована (локализована) в пределах двух наиболее близко расположенных друг к другу ядер атомов.

Если электронная плотность химической связи распределена между тремя и более ядрами, то такая связь называется трехцентровой, многоцентровой, а в общем случае - делокализованной. Характер делокализации электронов химической связи может, в свою очередь, различаться по размерности пространства. Существуют связи, делокализованные в одном измерении, делокализованные в плоскости и делокализованные в трехмерном пространстве. Хорошо известная металлическая связь с позиций изложенной классификации является короткодействующей и дальнодействующей, неполярной, в высшей степени делокализованной (в трех измерениях) связью.

Обеспечение связи

Различают также виды связи по их свойству обеспечивать связь только между ограниченным числом атомов. Такие связи называются насыщаемыми. В противном случае говорят о ненасыщаемости химической связи. Также различают связи направленные и ненаправленные.

Обобщенная классификация