Химическая связь

Последняя особенность наиболее , точно отделяет X . с. от межмолекулярных взаимодействий, тогда как энер г етический критерий является мене е определенным.

Природа X . с. полностью определяется элек т рическим кулонов с кими взаимодействием ядер и электронов, однако правильное описание распределения электронного заряда возможно лишь с учет о м законов квантовой механики.

Точные расчеты зависимостей полной энергии и ее компонент от межъядерного расстояния для простейшей структуры с X . с .— молекулярного иона Н с одноэлек т р онн ой связью — показывают, что минимум полной энергии, котор ый достигается при равновесном межъядерном расстоянии, равном 1,06 А, свя з ан с резким понижением потенциальной энергии электрона вследствие концентрации и сжатия облака электронной плотности в межъядерной области. При этом к и не т ическая энергия электрона во з растает и на п оловину компенсирует понижение потенциальной.

Результирующий эффект (понижение энергии) превышает энергию расталкивания положительно заряженных ядер и обусловливает образование X . с. с энергией 255 кДж /моль. Такая интерпретация природы X . с ., дополненная учетом эффектов межэлектронного отталкивания и электронной корреляции, в целом распространяется на описан и е связей в двухи многоэлектронных молекулах.

Полагая движение электронов независимым от намного более медленных ядерных движений (адиабатическое приближение), можно вполне строго описать образование X . с. как результат действия кулоновских сил притяжен и я положительно заряженных атомных ядер к электронному облаку , сконцентрированному в межъядерном пространстве. Заряд этого облака стремится приблизить ядра друг к другу (связывающая область), тогда как электронный заряд вне межъядерного пространства ( несвязывающая область) стремится ядра раздвинуть. В этом же направлении действуют и силы ядерного отталкивания . П ри сближении атомов на равновесное расстояние часть электронной плотности из несвязывающей области переходит в связывающую (см. рис.). Элек т р о нн ы й заряд распределяется в обеих областях так, чтобы силы , стремящиеся сблизить и оттолкнуть ядра, были одинаковыми. Это достигается при некотором рав н овес н ом расстояни и, соответствующем длине связи.

Варианты классификации X . с. определяются различными ее характеристиками или способами описания (в духе кла с сической теории валентности или в рамках квантовохимических представлений; следует подчеркнуть, что между этими подходами не всегда могло 6ыть установлено однозначное соответствие) . В теории валентности каждой связи между атомами с оо т в е т ствует одна электронная пара. В з ависимости от способа ее образования из электронов связываемых атомов можно выделить ко в алентн у ю связь и координационную связь . Если электронная пара X . с. полностью принадлежит одному из атомов , то образуется ионная связь. По степен и смещения центра тяжести электронного облака связывающих ; электронов X . с. делят на неполярные ( равноудаленность от обоих атомных центров) и полярные (промежуточные между неполярными и ионными). Кова л ен тн ые и ко о р ди национные связи подразделяются по числу образующих их электронных пар на простые и кратные — двойные, тройные и четвертные. При рассмотрении X . с ., основанном на квант о вомеханических расчетах волновых функций многоатомных молекул, ионо в, кристаллов, понятие дв ух ц е н тр ово й связи, используемо е в классической теории валентности , не получает прямого экв и валента, вследствие делока л иза ц ии электронных орбита л е й по нескольким (нередко всем) атомным центрам.

Переход к локализованным ор бит а л ям часто сохраняет возможност ь анализировать X . с. в многоатомных молекулах в рам к ах традиц и онных представлений о связях, поделенных и н е п оде л ен ны х электронных парах.

Типичные примеры соед и нений с лока л изованными двухцен т ровыми связями — на сыщенные углеводороды (свя з и С— С, С—Н ). В том случа е, когда процедура локализации не позволяет однозначно в ы делить в молекуле локализованные двухцентров ы е орб ита ли , реализующиеся в н е й X . с. относят к мпо го цент р о в ым связям, характерным для ненасыщенных соединений с сопр я женными связями.

Предельный случай делокализации — металлическая связь, обусловленная перемещением валентных электронов металла во всем пространстве криста л лической решетки, образуемой его положительными ионами.

Основные характеристики X . с .— прочность, длина , поляр н ость.