РОССИЙСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ДРУЖБЫ НАРОДОВ
ИНСТИТУТ ИНОСТРАННЫХ ЯЗЫКОВ
Реферат
по теме «Химическая связь и её виды»
Выполнил(а): студент(ка) 1 курса
группа ЛВМ-101
Чахалян Гоар Оганесовна
Преподаватель: Мраченко Екатерина Аркадьевна
Москва 2018
Содержание
Введение
1. Теории возникновения химической связи в истории
2. Химическая связь и типы химической связи
2.1 Ковалентная связь
2.2 Ионная связь
2.3 Водородная связь
2.4 Ионные кристаллы
2.5 Металлическая связь
3. Динамика химической связи
3.1 Механизм перехода ковалентной в металлическую связь
3.2 Механизм перехода ковалентной в ионную связь
Заключение
Список использованной литературы
Введение
Химические элементы встречаются в природе главным образом не в виде отдельных атомов, а в виде сложных или простых веществ. Лишь благородные газы - гелий, неон, аргон, криптон и ксеон - находятся в природе в атомном состоянии, что объясняется устойчивостью электронных оболочек атомов благородных газов. Во всех других простых и сложных веществах атомы связаны химическими силами. Существует несколько типов химической связи, важнейшие из них - ковалентная, ионная и металлическая.
В общем случае химическая связь образуется, если полная энергия системы, состоящей из взаимно-действующих атомов, при сближении атомов понижается. химический ковалентный металлический ионный
Пользуясь понятием электроотрицательности элементов, можно предвидеть основные три случая химического взаимодействия между атомами:
Химические реакции происходят между атомами элементов, электроотрицательности которых резко отличаются, например, атомами щелочных металлов и атомами галогенов.
Химические реакции происходят между атомами элементов, электроотрицательности которых одинаковы. Такое взаимодействие наблюдается при образовании газов (Н2,Р2, Cl 2, О2, N2), молекулы которых состоят из 2-х одинаковых атомов.
Вступать в химические реакции могут атомы элементов, электроотрицательности которых отличаются, но не очень сильно. Этот случай является промежуточным между двумя первыми крайними и встречаются особенно часто. Примерами его является образование молекул водорода Н2О, хлородоводорода HCl, метана СН4, и многих других веществ.
В зависимости от того, к какому случаю следует отнести данное химическое взаимодействие элементов, различают определенный тип химической связи. Надо учесть, что между этими типами химических связей нет резких границ. Между ними существует постепенный взаимопереход. Поэтому во многих химических соединениях одновременно существуют разные типы связей. Это объясняет последовательным изменением электроотрицательностей химических элементов.
1. Теории возникновения химических связей
К XIX веку человечество обладало достаточной информацией, чтобы обработать и проанализировать результаты различных исследований о природе химической связи. Вследствие , XIX век стал решающим для развития теории строения химической связи. Разными учеными были предложены несколько концепций, которые бы объясняли природу связи в рамках имеющихся тогда научных объяснений и исследований.
Самой первой была концепция электрохимического дуализма, выработанная Берцелиусом (шведский химик, которому принадлежат таблицы относительных атомных масс около 50 элементов, разработки в области органической химии, открыл церий, торий и селен), в основе которой теории лежал уже известный в то время закон Кулона, согласно которому модуль силы взаимодействия двух точечных зарядов прямо пропорционален произведению величин этих зарядов и обратно пропорционален квадрату расстояния между ними. Согласно концепции, все элементы располагаются в ряд в порядке уменьшения их электроотрицательных свойств, причем ряд начинается с кислорода, а не фтора, который к тому времени еще не был выделен в свободном состоянии; завершается ряд щелочными металлами. Наиболее электроотрицательные элементы обладают избыточным минусовым зарядом, а сам атом - полярный. Таким образом, атомы переориентируются в пространстве друг друга противоположными полюсами, при этом заряд частично нейтрализуется. Нейтрализация заряда приводит к выделению избыточной энергии - химическая связь образована. Теория дала начало научного подхода к объяснению явления химической связи, но не была достаточно логично обоснованной, потому что не могла объяснить возникновение сил, которые бы заставили атомы объединяться. Следующая теория разрабатывалась группой талантливых органиков в середине XIX века (Кекуле, Бутлеров, Куллер) и получила название «концепция валентности». Основу теории положил Кекуле, объяснив понятие кратной связи на примере бензола. Со временем теория расширилась и на неорганические соединения вследствие открытия периодического закона Д. И. Менделеева. Решающим этапом концепции стала теория химического строения Бутлерова (все физические и химические свойства соединений зависят не только от качественного и количественного состава, но и от пространственной структуры соединения).
Следующая теория - ионная концепция - начала бурно развиваться в начале XX века и принадлежала Косселю. Связана она с открытием электрона Томсона, что способствовало формированию представлений о природе межатомных сил. После этого стали считать, что атом - электронейтральная частица, а образование связи между несколькими атомами проходит в два этапа:
1) отделение электрона от атома и его переход на другой атом: образование двух заряженных частиц - аниона и катиона;
2) объединение двух противоположно заряженных частиц в нейтральную молекулу.
Число отданных/принятых электронов принято считать валентностью.
Концепция электронных пар, которую разработал Льюис, начиналась с объяснения ковалентной связи. Черту в структурных формулах соответствует одной электронной паре, которая является общей для двух атомов, потому как находится в оболочке обоих из них. В рамках концепции были классифицированы виды химической связи, а главным достижением ее было понимание, что не все электроны участвуют в образовании связи, то есть, было понимание всей сложности и многоступенчатости строения электронных уровней.
Последней и использующейся до сих пор была орбитальная теория химической связи, которая очень связана с квантовой химией. Согласно теории, связь образуется в результате электростатических взаимодействий электронных плотностей атомов, а также электростатических взаимодействий электронной плотности одного атома с ядром другого.
Неверным будет сказать, что какая-либо из теорий возникновения химической связи была явно неправильной и лишней: все они были результатом упорной, долгой работы и гениальнейших умозаключений. Эволюция поздних теорий обусловлена как различными открытиями в физике и химии, так и научно-техническим прогрессом. То есть, последние концепции представляют собой результат работы огромного количества талантливых ученых.
Возможно, спустя сотни лет откроется новая правда о химических структурах, и наши теории также канут в лету, но сейчас орбитальная концепция принимается за истинную и используется для различных квантово-химических расчетах.
2. Химическая связь и типы химической связи
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.
Основные характеристики химической связи -- прочность, длина, полярность и порядок связей:
Длина связи - равновесное расстояние между ядрами атомов, которые соединены химической связью. Обычно измеряется экспериментально.
Энергия химической связи определяет ее прочность. В данном случае под энергией подразумевается усилие, необходимое, для того, чтобы разорвать химическую связь и разъединить атомы.
Полярность химической связи показывает, насколько электронная плотность смещена к одному из атомов. Способность атомов смещать к себе электронную плотность или говоря простым языком «тянуть одеяло на себя» в химии называют электроотрицательностью.
Порядок химической связи, или кратность химической связи - это число электронных пар, вступающих в химическую связь. Порядок может быть, как целым, так и дробным, чем он выше, тем большее число электронов осуществляют химическую связь и тем труднее ее разорвать.
Механизм образования химической связи сильно зависит от ее типа или вида, в целом различаются такие основные виды химической связи:
§ Ковалентная химическая связь (которая в свою очередь может быть полярной и неполярной)
§ Ионная связь
§ Водородная связь
§ Металлическая связь
2.1 Ковалентная связь
Сам термин «ковалентная связь» происходит от двух латинских слов: «со» -- совместно и «vales» -- имеющий силу, так как это связь происходящая за счет пары электронов, принадлежащей одновременно обоим атомам (или говоря более простым языком, связь между атомами за счет пары электронов, являющихся общими для них). Образование ковалентной связи происходит исключительно среди атомов неметаллов, причем появляться она может как в атомах молекул, так и кристаллов. Впервые ковалентная химическая связь была обнаружена в далеком 1916 году американских химиком Дж. Льюисом и некоторое время существовала в виде гипотезы, идеи, лишь затем была подтверждена экспериментально. Что же выяснили химики по ее поводу? А то, что электроотрицательность неметаллов бывает довольно большой и при химическом взаимодействии двух атомов перенос электронов от одного к другому может быть невозможным, именно в этот момент и происходит объединение электронов обоих атомов, между ними возникает самая настоящая ковалентная связь атомов.
В целом есть два типа ковалентной связи:
§ обменный,
§ донорно-акцептный.
При обменном типе ковалентной связи между атомами каждый из соединяющихся атомов представляет на образование электронной связи по одному неспареному электрону. При этом электроны эти должны иметь противоположные заряды (спины).
Примером подобной ковалентной связи могут быть связи происходящие молекуле водорода. Когда атомы водорода сближаются, в их электронные облака проникают друг в друга, в науке это называется перекрыванием электронных облаков. Как следствие, электронная плотность между ядрами увеличивается, сами они притягиваются друг к другу, а энергия системы уменьшается. Тем не менее, при слишком близком приближении ядра начинают отталкиваться, и таким образом возникает некое оптимально расстояние между ними.
Что же касается донорно-акцепторного типа ковалентной связи, то он происходит когда одна частица, в данном случае донор, представляет для связи свою электронную пару, а вторая, акцептор -- свободную орбиталь.
Различают две основные разновидности ковалентной связи:
· Ковалентная неполярная связь образуется между атомами неметалла одного и того же химического элемента. Такую связь имеют простые вещества, например О2; N2; C12.
· Ковалентная полярная связь образуется между атомами различных неметаллов.
2.2 Ионная связь
Чисто ионной связью называется химически связанное состояние атомов, при котором устойчивое электронное окружение достигается путем полного перехода общей электронной плотности к атому более электроотрицательного элемента.
На практике полный переход электрона от одного атома к другому атому - партнеру по связи не реализуется, поскольку каждый элемент имеет большую или меньшую электроотрицательность, и любая химическая связь будет в некоторой степени ковалентной. Если степень ковалентной связи достаточна высока, то такая химическая связь является полярной ковалентной связью с той или иной степенью ионности. Если же степень ковалентности связей мала, по сравнению со степенью ее ионности, то такая связь считается ионной.
Ионная связь возможна только между атомами электроположительных и электроотрицательных элементов, находящимися в состоянии разноименно заряженных ионов. Процесс образования ионной связи позволяет объяснить электростатическая модель, т.е. рассмотрение химического взаимодействия между отрицательно и положительно заряженными ионами.
Ионы - это электрически заряженные частицы, образующиеся из нейтральных атомов или молекул путем отдачи или приема электронов.
При отдаче или приеме электронов молекулами образуются молекулярные или многоатомные ионы, например, - атион диоксигена, - нитрит-ион.
Одноатомные положительные ионы, или одноатомные отрицательные ионы, или одноатомные анионы, возникают при химической реакции между нейтральными атомами путем взаимопередачи электронов при этом атом, электроположительного элемента, обладающий небольшим числом внешних электронов, переходит в более устойчивое состояние одноатомного катиона путем уменьшения числа этих электронов. Наоборот, атом электроотрицательного элемента, имеющий большое число внешних электронов, переходит в более устойчивое для него состояние одноатомного иона путем увеличения числа электронов. Одноатомные катионы образуются, как правило, металлами, а одноатомные анионы - неметаллами.