Химическая связь


Химическая связь — это взаимодействие атомов, обусловливающее устойчивость молекулы или кристалла как целого. Химическая связь определяется взаимодействием между заряженными частицами (ядрами и электронами). Современное описание химической связи проводится на основе квантовой механики[1]. Основные характеристики химической связи — прочность, длина, полярность, устойчивость.

Простейшая одноэлектронная химическая связь создаётся единственным валентным электроном. Оказывается, что один электрон способен удерживать в едином целом два положительно заряженных иона. В одноэлектронной связи кулоновские силы отталкивания положительно заряженных частиц компенсируются кулоновскими силами притяжения этих частиц к отрицательно заряженному электрону. Валентный электрон становится общим для двух атомов.

Примерами таких химических соединений являются молекулярные ионы: H2+, Li2+, Na2+, K2+, Rb2+, Cs2+[2]:

Существование молекулярных ионов водорода и щелочных металлов, в которых химическую связь создаёт единственный валентный электрон, расширяет и дополняет понятие химической связи. В перечисленных ионах ни о каком взаимодействии спинов электронов и перекрывания электронных облаков речи быть не может. Единственный связывающий электрон локализуется в пространстве между ядрами атомов и удерживает их в едином целом, образуя устойчивую химическую систему (рис.1).

Одинарная ковалентная химическая связь создаётся связывающей электронной парой. Во всех существующих теориях (теория валентных связей, теория молекулярных орбиталей, теория отталкивания валентных электронных пар, боровская модель химической связи) связывающая электронная пара располагается в пространстве между атомами молекулы. Различают полярную и неполярную ковалентную связи.

Существуют химические элементы такие как: He, Ne, Ar, Kr, Xe, Rn, которые не способны образовывать химическую связь между собой и другими атомами, потому что им не требуются электроны других атомов, у них уже завершен последний слой.


Рис.1. Орбитальные радиусы элементов (ra) и длина одноэлектронной химической связи (d)
Рис. 2. Неполярная ковалентная связь
Рис. 3. Полярная ковалентная связь
Рис. 4. Силовые линии электрического диполя
Рис.5.sp2-гибридизация
Рис.6.sp-гибридизация
Рис. 7. Диборан
Рис. 8. Молекула ферроцена
Рис. 9. Дибензолхром
Рис. 10. Ураноцен
Рис.11. Соотношение между радиусом орбитали электронной пары re и длиной ковалентной химической связи d
Рис.12.Ориентация диполей двухатомных молекул и образование искажённого октаэдрического фрагмента кластера при конденсации паров щелочных металлов
Рис.13.Объёмноцентрированное кубическое расположение ядер в кристаллах щелочных металлов и связывающего звена
Рис. 14.Фазовая диаграмма водорода
Рис.15.Димеризация полярных молекул