Ковалентная связь. 
Общая и неорганическая химия

В 1916 г. Г. Н. Льюис предложил следующий механизм возникновения химической связи из атомов. Химическая связь осуществляется за счет образования общей пары или нескольких пар электронов. Такой вид связи получил название ковалентной связи. Так, если встречаются два атома водорода с одним валентным электроном на внешнем уровне у каждого, образуется общая орбиталь, по которой будут двигаться эти два электрона (рис. 4.4).

Рис. 4.4. Схема перекрывания электронных облаков при образовании молекулы водорода.

Если бы молекула водорода возникала из атомов по предложенной схеме, расстояние между ядрами должно равняться удвоенному радиусу, т. е. 0,53 • 2 = 1,06 А.

Со временем экспериментальные исследования показали, что расстояние между ядрами в молекуле Н₂ равно 0,74 А.

В 1927 г. с позиций квантовой механики природу сил в молекуле водорода объяснили немецкие ученые В. Гайтлер и Ф. Лондон. Используя уравнение Шрёдингера, они рассчитали две количественные характеристики связи — энергию и длину связи (расстояние между ядрами в молекуле). Результаты этих расчетов с достаточным приближением совпали с опытными данными и были дополнены выводами о зависимости полученных результатов расчета от направленности спинов электронов взаимодействующих атомов (рис. 4.5).

Рис. 45. Зависимость потенциальной энергии системы из двух атомов водорода от расстояния между ядрами:

1 — антипараллельные спины электронов; 2 — параллельные спины При сближении двух атомов водорода, имеющих параллельные спины (рис. 4.5, кривая 2), энергия непрерывно возрастает и связь между атомами не возникает. При антипараллельных спинах (рис. 4.5, кривая 1) энергия системы сближающихся атомов уменьшается и достигает минимального значения при г₀ = 0,74 А, что отвечает экспериментальному г₀ для молекулы Н₂. Сближение электронов ближе 0,74 А ведет к возрастанию энергии (проявляются силы отталкивания ядер).

Изменение потенциальной энергии сопровождается изменением плотности электронных облаков, их перекрыванием именно до расстояния между ядрами не ближе 0,74 А. В дальнейшем эти идеи применили к многоатомным молекулам.