Типы химических связей

Принято выделять следующие типы химических связей, различающиеся расположением связывающих электронов относительно ядер.

Неполярная ковалентная связь характеризуется тем, что электроны, принимающие участие в образовании связи, поровну делокализованы между связываемыми атомами. Очевидно, что именно такая связь реализуется не только в молекуле водорода, но и во всех двухатомных молекулах с одинаковыми ядрами — F₂, Cl₉, N₂ и т. д. (рис. 3.2, а).

Полярная ковалентная связь (рис. 3.2, 6) образуется между различными по природе и, но электроотрицательности атомами, например в НС1, NH₃, CF₄. Здесь вероятность нахождения связывающих электронов у более электроотрицательного атома (Cl, N и F, соответственно, в приведенных примерах).

a — неполярная ковалентная связь в молекуле Н₂. Связывающие электроны поровну делокализованы между связываемыми атомами; 6 — полярная ковалентная связь в молекуле НЕ Большая часть связывающей электронной плотности локализована у более электроотрицательного атома F; в — ионная (электростатическая) связь в молекуле LiF Связывающие электроны практически полностью локализованы у ядра фтора, т. е. молекула образована ионами.

Li* и F.

Рис. 3.2. Тины связей: больше, чем у менее электроотрицательного, или, другими словами, связывающие электроны несколько смещены в сторону более электроотрицательного атома, на котором в результате этого возникает некоторый избыточный отрицательный заряд, а на другом атоме, соответственно, появляется результирующий положительный заряд. Электростатическое взаимодействие между этими зарядами вносит дополнительный вклад в энергию связи.

Ионная, или электростатическая, связь (рис. 3.2, в) образуется в случае полного переноса связывающих электронов к более электроотрицательному атому, который становится в результате этого отрицательным ионом — анионом с зарядом, равным количеству перенесенных электронов. Менее электроотрицательный атом теряет соответствующее количество электронов и становится положительным ионом — катионом. По существу это — предельный случай полярной ковалентной связи, который может реализоваться лишь при взаимодействии атомов, очень сильно отличающихся по электроотрицательности, например в NaCl, CaF₂, ВаО. Однако, строго говоря, даже в таких соединениях электроны не полностью переходят с катионов на анионы, а некоторая часть электронной плотности остается делокализованной между ними. Такую связь правильнее рассматривать как преимущественно ионную с малой «примесью» ковалентности. Ионная связь имеет электростатическую природу, это значит, что она не имеет определенного направления в пространстве, и ионные соединения не состоят из отдельных молекул, а образуют трехмерные пространственные кристаллические структуры, в которых соотношение между количеством катионов и анионов определяется их зарядами, а взаимное расположение — соотношением радиусов. Энергия ионной связи может быть легко рассчитана по закону Кулона, если известны заряды и радиусы ионов и тин кристаллической решетки. Подробнее об ионных кристаллах см. параграф 6.3.

Таким образом, ковалентная связь — это наиболее общий тин связи, с которым нам необходимо познакомиться более подробно. В настоящее время для теоретического описания ковалентной связи широко и успешно применяются два метода: молекулярных орбиталей и валентных связей.