Характер химических связей с металлами и неметаллами

Атом углерода имеет 6 электронов: 1s²2s²2p². Последние два электрона располагаются на отдельных р-орбиталях и являются неспаренными. В принципе, эта пара могла бы занимать одну орбиталь, но в таком случае сильно возрастает мсжэлектронное отталкивание. По этой причине один из них занимает 2р_х^-, а другой либо 2р_у-, либо 2р_z -орбиталь. Электронная конфигурация: 1s²2s²2p_x¹2p_y¹2p_z⁰ . Различие энергии sи р-подуровней внешнего слоя невелико, поэтому атом довольно легко переходит в возбужденное состояние, при котором один из двух электронов с 2s-орбитали переходит на свободную 2р. Возникает валентное состояние, имеющее конфигурацию 1s²2s¹2p_x¹2p_y¹2p_z¹. Именно такое состояние атома углерода характерно для решетки алмаза. Тетраэдрическое пространственное расположение, одинаковая длина и энергия связей объясняются возникновением четырех равнозначных функций q в результате взаимного наложения sи p³ -функций. Это явление, как известно, называют sp³-гибридизацией, а возникающие функции — sp³-гибридными. Если принять прочность связи, возникающей в результате объединения s-электронных пар, за единицу, то прочность р-связи оказывается равной , а sp³-гибридной связи ~2. Таким образом, образование четырех sp³-cвязeй обеспечивает атому углерода более устойчивое состояние, чем три р—р- и одна s—s-связи. Помимо sp³-гибридизации у атома углерода наблюдается также sp²— и sp-гибридизация. В первом случае возникает взаимное наложение s¹- и р²-функций. Образуются три равнозначные sp²— гибридных функции, расположенные в одной плоскости под углом 120° друг к другу. Третья функция р неизменна и направлена перпендикулярно плоскости sp². При sp-гибридизации происходит наложение функций s и р. Между двумя образующимися равноценными гибридными функциями возникает угол 180°, при этом две р-функции у каждого из атомов остаются неизменными. В кристалле графита атомы углерода расположены в параллельных плоскостях, занимая в них вершины правильных шестиугольников. Каждый из атомов углерода связан с тремя соседними sp²-гибридными связями. Между параллельными плоскостями связь осуществляется за счет ван-дер-ваальсовых сил. Свободные р-функции каждого из атомов направлены перпендикулярно плоскостям ковалентных связей. Их перекрыванием объясняется дополнительная р-связь между атомами углерода. Таким образом, от валентного состояния, в котором находятся атомы углерода в веществе, зависят свойства этого вещества.

Энергия ионизации у атома углерода выше, чем у бора, поскольку заряд ядра у С выше, по сравнению с В, а у обоих атомов удаляется 2 р-электрон. Ни ион С⁴⁺, ни С^4- — ни при каких обычных химических процессах не образуются: в соединениях углерода имеются ковалентные связи различной полярности.