Характеристики химической связи

Химическая связь – явление взаимодействия атомов, обусловленное перекрыванием электронных облаков связывающихся частиц, которое сопровождается уменьшением полной энергии системы по сравнению с энергией изолированных атомов. В зависимости от характера распределения электронной плотности между взаимодействующими атомами различают три основных типа химической связи: ковалентную, ионную и металлическую. Кроме того, между атомами соседних молекул могут возникать взаимодействия, такие как водородная связь и вандерваальсовые силы.

Основными характеристиками химической связи являются ее энергия, длина и валентный угол.

Энергия химической связи Е_{А – В} (кДж/моль) – мера прочности связи, которая определяется работой, необходимой для разрушения данной связи, или энергией, которая выделяется при образовании связи из отдельных атомов. Чем больше Е_{А – В}, тем прочнее (устойчивее) частица. Для двухатомных простых молекул типа А₂ (например, Н₂ или N₂) энергия связи равна энергии атомизации молекулы Е_атом, т. е. энергии, которая затрачивается на распад 1 моль молекул типа А₂ до атомарного состояния. Для многоатомных молекул типа АВ_n (например, СН₄ или NH₃) принято говорить о средней энергии связи , которая может быть определена по формуле

, (1)

где - энергия образования вещества, кДж/моль; n – число однотипных связей (обычно совпадает с числом атомов В в молекуле).

Для расчета энергии одной связи необходимо (в кДж/моль) разделить на постоянную Авогадро N_А.

Энергия химической связи может быть определена по положению границы между линейным и сплошным спектром молекулы. Эта граница характеризует минимальное количество энергии, необходимое для разрыва связи, то есть саму энергию связи. Энергия химической связи и длина волны света связаны между собой выражением

, (2)

где h – постоянная Планка; с – скорость света.

Разрыв связи в молекуле может быть осуществлен:

1) гомолитически, то есть с образованием атомов АВ ® А + В;

2) гетеролитически, то есть с образованием ионов АВ ® А^z+ + B^z-.

При изменении энергий связей в рядах однотипных соединений можно отметить следующие закономерности:

- чем больше разность между электроотрицательностями (DЭО) эле­ментов, тем больше энергия связи между их атомами (правило Полинга);

- чем больше размеры атомов, тем меньше энергия связи;

- энергия связи в кристалле всегда больше, чем в соответствующей молекуле;

- энергия диссоциации по гомолитическому механизму ниже, чем по гетеролитическому.