Химическая связь как одна из форм организации материи

В высших своих приближениях оба этих метода приводят практически к аналогичным результатам, но достигаются они, однако, разными путями. В более простом приближении каждый из методов обладает как преимуществами в объяснении одних явлений, так и недостатками при попытке описать другие.

Метод валентных связей Основные положения метода валентных связей

1. Химическая связь образуется локализованной между двумя атомами парой электронов с антипараллельными спинами (теория локализованных пар)

2. Валентность данного атома (количество связей, которые он может образовать с другими атомами) равна числу неспаренных электронов внешней электронной оболочки в основном или в возбужденном состоянии.

3. Направленность валентности определяется ортогональностью атомных орбиталей центрального атома, участвующего в образовании связи.

4. Аддитивность энергии связи и других свойств является следствием локализации пары электронов между двумя атомами, образующими связь: молекула рассматривается как сумма отдельных связей, а отсюда и свойства молекулы — сумма свойств связей.

5. Валентно-насыщенные молекулы могут образовать между собой химические соединения за счет донорно-акцепторного взаимодействия, которое обусловлено наличием свободной (вакантной) атомной орбитали в одном из атомов акцептора и неподеленной электронной пары на атомной орбитали одного из атомов молекулы-донора. Донорно-акцепторная связь по природе ковалентна, так как она осуществляется за счет общей для двух атомов электронной пары.

Метод молекулярных орбиталей Основные положения метода молекулярных орбиталей, рассматривающий молекулу не как совокупность атомов, а как единое целое, и пользующейся для ее описания моделью орбитального приближения:

1. Каждый электрон принадлежит молекуле в целом и движется в поле всех ее ядер и электронов.

2. Состояние электрона описывается одноэлектронной волновой функцией молекулярной орбитали (МО) и определенным набором квантовых чисел. Молекулярная орбиталь многоцентровая, квадрат ее функции определяет плотность вероятности нахождения электрона.

3. Каждой МО соответствует определенная энергия, равная потенциалу ионизации с данной орбитали

4. Совокупность занятых электронами молекулярных орбиталей молекулы называется электронной конфигурацией молекулы. Электронная конфигурация строится на принципе наименьшей энергии и принципе-запрете Паули — т. е. электрон занимает свободную орбиталь с наименьшей энергии и на одной орбитале не может быть электронов с одинаковыми квантовыми числами.

Сложение двух атомных орбиталей приводит к возниновению связывающей молекулярной орбитали; при вычитании функций атомных орбиталей образуется разрыхляющая молекулярная орбиталь:

Схема образования МО из s-АО.

Метод молекулярных орбиталей является более общим и универсальным по сравнению с методом валентных связей, который не может объяснить ряд фактов, например, таких, как существование молекулярного иона H2+, у которого имеется лишь один связывающий электрон, существование свободных радикалов, парамагнитные свойства молекулы кислорода и др.

Заключение

Таким образом, физические и химические свойства соединений определяются составом и строением их молекул. Под химическим строением молекулы в настоящее время понимается структура молекулы — пространственная и энергетическая упорядоченность квантово-механической системы, состоящей из атомных ядер и электронов и обладающей единой молекулярной орбиталью.

Изучение природы химической связи позволило химии стать не только аналитической наукой, занимающейся изучением состава готовых веществ, но и наукой синтетической, способной создавать новые вещества и новые материалы. Пространственная структура расположения атомов в молекуле, особенно в органической химии, определяет свойства веществ и особенности химических реакций.

Структуру устанавливают физическими методами — ядерный магнитный резонанс, электронография, масс-спектрометрия и др. Формулы строения выражают порядок химической связи атомов и каждое вещество имеет одну определенную формулу строения, отражающую порядок химической связи атомов в реально существующей молекуле.

В настоящее время имеется возможность определять пространственное строение: определять распределение электрических зарядов — электронное строение Таким образом, эволюция понятия химической структуры как форму существования материи осуществлялась в направлении, с одной стороны, анализа ее составных частей или элементов, а с другой — установления характера физико-химического взаимодействия между ними. Последнее особенно важно для ясного понимания структуры с точки зрения системного подхода, где под структурой подразумевают упорядоченную связь и взаимодействие между элементами системы, благодаря которой и возникают новые целостные ее свойства. В такой химической системе, как молекула, именно специфический характер взаимодействия составляющих ее атомов определяет свойства молекулы.

Литература

Глинка Н. Л. Общая химия. − СПб.: Химия, 2000.

Гусейханов М. К. Концепции современного естествознания: Учебник / М. К. Гусейханов, О. Р. Раджабов — М.: Издательско-торговая корпорация «Дашков и К°», 2007. — 540 с.

Дубнищева Т. Я. Концепции современного естествознания: учеб. пособие для студ. вузов — М.: Издательский центр «Академия», 2006. — 608 с.

Общая химия / Под ред. Н. В. Коровина. — М., 1990. — 446 с.

Суворов А.В., Никольский А. Б. Общая химия. -СПб.: Химиздат, 2002.

Суворов А.В., Никольский А. Б. Общая химия. -СПб.: Химиздат, 2002. — С. 43

Общая химия / Под ред. Н. В. Коровина. — М., 1990. — С. 45−46.

Общая химия / Под ред. Н. В. Коровина. — М., 1990. — 36 сл.

Общая химия / Под ред. Н. В. Коровина. — М., 1990. -С. 48−49

Гусейханов М. К. Концепции современного естествознания: Учебник / М. К. Гусейханов, О. Р. Раджабов — М.: Издательско-торговая корпорация «Дашков и К°», 2007. — 210−212 с.