Химическая связь. 
Общая и неорганическая химия

В предшествующей главе внимание было сосредоточено на атомах. За исключением атомов инертных газов свободные атомы в обычных условиях не существуют, из них образуются более устойчивые агрегаты — отдельные молекулы, кристаллы, полимерные структуры и т. д., входящие в состав реальных химических систем, с которыми имеют дело химическое производство и химическая наука. В этих системах между атомами образуется химическая связь. Для того, чтобы понять строение и химические свойства веществ, уметь предсказывать их поведение и управлять реакционной способностью, необходимо понимание природы химических связей. При огромном разнообразии химических связей в основе их образования всегда лежит перераспределение (делокализация) электронной плотности между двумя или несколькими центрами, и эта делокализованная связывающая электронная плотность притягивается к соответствующим центрам и притягивает их друг к другу.

Несмотря на единую природу, химические связи могут различаться по ряду признаков. Одним из них является положение связывающих электронов по отношению к связываемым ядрам. Когда электроны принадлежат всем ядрам, возникает наиболее общий случай ковалентной химической связи. Если связь образуется между одинаковыми атомами, то обобществленная электронная плотность в равной мере принадлежит им обоим, распределена симметрично по оси связи, как, например, в молекуле Н₂ и любых других двухатомных молекулах с одинаковыми ядрами — F₂, С1₂, N₂ ит. д. Очевидно, что такая ковалентная связь, как и молекула в целом, неполярна. Дипольный момент таких молекул равен нулю. Неполярная связь может присутствовать и в многоатомных молекулах, например в молекуле этана Н₃С-СН₃.

Если связываемые атомы различны, то ковалентная связь между ними полярна. Связывающая электронная плотность в большей степени смещена в сторону более электроотрицательного атома, который в результате получает некоторый эффективный отрицательный заряд, а его партнер по связи — положительный, например Li* Н" Н*СГ.

Степень полярности связи трудно определить точно, так как само это понятие не строгое, и численное ее значение зависит от метода — экспериментального или расчетного. Приближенно можно сказать, что полярность связи тем больше, чем больше разность электроотрицательностей атомов, ее образующих.

Идеальный крайний случай полярной связи соответствует полному переносу электронов с одного атома на другой, и в этом случае говорят уже не о ковалентной связи, а об ионной связи. Следует отметить, что «чистая» ионная связь, как любой идеальный случай, в реальных системах не достигается. Даже в соединениях наиболее электроотрицательных элементов (например, фтора) с наиболее электроположительными (щелочными металлами) степень полярности связи не достигает 100 %. Скажем, для CsF в зависимости от метода оценки она составляет 80−90%.

Таким образом, реально существуют соединения не с исключительно ионной, а преимущественно ионной связью, хотя для краткости их обычно называют просто ионными соединениями. Они обладают рядом характерных свойств, которые подробно описаны в разд. 7.2, а здесь мы рассмотрим общий случай образования ковалентных химических связей.

Для рационального изучения фактического материала мы рассмотрим ответы на следующие основные вопросы.

• 1. Почему образуется химическая связь? В каких случаях, между какими атомами? Чем определяется прочность химической связи?
• 2. Почему существуют соединения постоянного состава? С чем связана насыщаемость химической связи?
• 3. В чем причина направленности химической связи? Почему атомы соединяются друг с другом под определенными углами, а химические связи имеют определенные длины?