Основные типы химических связей: почему и как они образуются

Видео: Chemistry for Dummies. Lecture 2. The chemical bonds - an electronic society

Законы, по которым превращаются вещества, долгое время оставались неразгаданной тайной для человека. Классическая теория межатомных связей была предложена довольно-таки поздно – в 1916 году. С тех пор представления ученых эволюционировали. Принципиально ничего нового с тех пор не открыли, и типы химических связей знает теперь каждый школьник, который хотя бы пытается учиться. За эти знания некоторые средневековые ученые продали бы душу.

Итак, существуют основные типы химической связи и дополнительные, называемые слабыми взаимодействиями. Иногда они, правда, приобретают важное значение, например, при формировании структуры белка. Основные типы химических связей включают в себя ковалентные, а еще ионные и металлические.

Начнем с ковалентных. Именно для них Гилберт Льюис и предложил свою первую классическую теорию химической связи. В чем заключается идея этого ученого, актуальная до сих пор? Ковалентная связь образуется потому, что в связанной форме в системе из атомов получается меньше энергии, чем в атомах поодиночке. А это важно в химии. Каждая система стремится избавиться от максимального количества энергии. В процессе формирования ковалентной связи каждый из объединяющихся атомов вносит свой вклад в создание соединения. Таким образом, внешний электронный уровень оказывается заполненным, частицы с отрицательным зарядом переходят «в общее пользование».

Видео: How atoms bond - George Zaidan and Charles Morton

Типы химических связей разделяют на подтипы. Например, ковалентная связь часто бывает неполярной – например, между атомами идентичного химического элемента. Так образуются молекулы газов, таких как азот, фтор, водород. Электронная пара «в общей собственности» оказывается геометрически примерно посередине. Хотя об этом сложно говорить, потому что исследования показывают, что путь электрона предсказать почти невозможно.

Другое дело – связи между атомами разных химических элементов. Например, в связи между атомами фтора и водорода общая пара оказывается пространственно ближе к одному из атомов, а именно – к фтору. Такая связь носит имя полярной.

Видео: Пептидная связь. Образование пептидной связи. Запись структурной формулы пептида.

Но не всегда атомы «честно вносят равный вклад» в формирование вклада. Бывает и так, что один из атомов предоставляет сразу два электрона, а второй – орбиту для этой пары, которая переходит в общее пользование. Как назвать характер этого соединения? Донорно-акцепторная разновидность связи. Ион аммония может быть хорошим примером. Три водородных атома участвуют в обычных полярных ковалентных связях, а оставшаяся свободной пара электронов азота может передаваться в совместное пользование с еще одним атомом водорода. Все-таки такая связь считается ковалентной, потому что участки повышенной электронной плотности находятся между атомами.

Какие еще типы химических связей существуют? Ионная связь существует между частицами, имеющими разный заряд. Сила притяжения элементов этой связи зависит только от расстояния, которое их разделяет, а от ориентации – не зависит. Где встречаются такие связи? Прежде всего, в кристаллических веществах – щелочах, карбидах, солях, нитридах, основных оксидах. Если катион и анион похожи по размерам, то связь становится особенно устойчивой. Некоторые химики склонны считать этот вид связи крайним случаем полярной ковалентной. Но это вопрос спорный, потому что электронная плотность все же не до конца приближается к отрицательно заряженному катиону.

Видео: Апокалипсис 19 века. Всемирный потоп и механизмы его образования .

Металлическая связь обычно сильно непохожа на другие типы химических связей. Поскольку она представляет собой не только уникальное химически, но и своеобразное физически явление. Дело в том, что в формировании связи участвуют электроны всех атомов. И их направленное движение объясняет возможность высокой проводимости электрического тока в металлах. Так что каждый атом в узле решетки вносит свой вклад в химическую связь.

Как стало ясно из описания выше, виды химических связей отличаются именно по принципу их образования.