4.1.1 Свойства ковалентной связи

Химическая связь, кроме энергии связи ( ) и длины связи ( ), характеризуется и другими важнейшими свойствами.

1. Кратность определяется количеством образованных электронных пар, связывающих атомы. Причём с увеличением кратности связи увеличивается энергия связи:







2. Насыщаемость показывает, что атом образует не любое, а строго определённое количество связей, которое зависит от количества неспаренных электронов и электронных пар, способных принимать участие в образовании химических связей (например, образование связи по донорно-акцепторному механизму).

3. Направленность связи объясняется тем, что ковалентная связь предпочтительно образуется в тех направлениях, в которых возможно максимальное перекрытие атомных орбиталей. Это свойство во многом определяет пространственную конфигурацию молекул.

4.1.2 Типы ковалентных связей

Во многих молекулах реализуются так называемые (сигма) – и (пи) – связи.

- связь – перекрытие электронных облаков атомов происходит вдоль линии, соединяющей ядра атомов.

s - s s – p p – p s - d

Рисунок 4.4 - Примеры образования связи

Одинарные (простые) связи всегда являются -связями.

- связи – перекрытие электронных облаков взаимодействующих атомов происходит в двух областях выше и ниже узловой плоскости.

p – p p - d

Рисунок 4.5 - Примеры образования связи

Узловая плоскость – это плоскость, в которой электронная плотность равна нулю. Несмотря на то, что при образовании связи возникает две области перекрытия, тем не менее связи более слабые, чем связи, так как в случае связи степень перекрытия электронных облаков атомов выше. При этом двойная связь состоит из одной связи и одной связи, тройная связь – из одной связи и двух связей.

О бразование кратной (тройной) связи рассмотрим на примере образования молекулы .

Из графического изображения валентных электронов видно, что из электронов, находящихся на внешнем уровне, три электрона являются не спаренными и образуют три общие электронные пары. В результате этого каждый атом азота в молекуле приобретает устойчивую электронную структуру (электронный октет). Тогда схему перекрывания облаков в молекуле можно изобразить следующим образом:

Рисунок 4.6 – Схематическое изображение и связей в молекуле азота

Таким образом, в молекуле азота реализуются две связи вдоль осей и и одна связь – вдоль оси .

4.2 Донорно-акцепторная связь

Эта связь является разновидностью ковалентной связи и отличается от последней способом образования общей электронной пары. Донорно-акцепторная (или координационная) связь осуществляется за счёт того, что неподелённая электронная пара одного из атомов обобществляется со свободной атомной орбиталью другого атома.

Атом, предоставляющий неподелённую пару электронов называется донором, а атом, предоставляющий свободную орбиталь – акцептором.

Рассмотрим один из примеров образования донорно-акцепторной связи.

При взаимодействии молекулы аммиака c ионом образуется ион аммония :

Молекулу, в которой атом азота использует три неспаренных электрона ( ) для образования трёх связей с атомами водорода, можно изобразить в виде или графически представляя валентные электроны (рис. ).

Рисунок 4.7 – Схема перекрывания электронных облаков при образовании молекулы , графическое представление валентных электронов в молекуле

Отсюда видно, что электроны в образовании связи не участвуют. Ион водорода имеет свободную атомную орбиталь . Тогда в результате перераспределения электронной плотности все четыре связи в ионе становятся равными по энергии.

Такой тип связи имеет большое значение при образовании комплексных соединений ( –тетрафтороборат калия), а также в кристаллогидратах, где, кроме донорно-акцепторной связи, существует и водородная связь: Например , ион служит акцептором неподелённой электронной пары, предоставляемой атомом кислорода молекулы воды: