Химичната връзка представлява връзката, която се осъществява между градивните частици йоните във веществата. Химичната връзка се осъществява чрез обща електронна двойка. Основна причина при свързването на атомите е понижаването на енергията им в хода на взаимодействието, защото телата с по-ниска енергия са по-стабилни.

Макар и разнообразни, всички химични процеси се свеждат до разкъсване на връзките в елементарния строеж на изходните вещества и изграждане на връзки между атомите в молекулите на продуктите на реакцията.[1] При всяка химична реакция даден вид молекули се разрушават за сметка изграждането на други.

Всички химични процеси протичат между атомни системи, състоящи се от ядро и електронна обвивка. Обиктовено химични прцеси са тези, при които драта в системата остават неизмени – не се разрушават, не възникват от други елементарни частици и не се превръщат едни в други. Електроните също остават непроменени – те само биват прдавани между атомите. Тоест химичните порцеси се състоят от преразпределянето на системите от ядра и електрони между отделните частици (най-често атоми или йони), участващи в реакционната смес.[1]

Развитие на понятието „химична връзка“Редактиране

Историческо развитиеРедактиране

Дравногръцките философи наблюдавали, че едни вещества се свързват по между си, а други - не. Емпидокъл бяснявал този факт с „обичта“ и „ненавистта“ на веществата. Ломоносов наподобявал свързавтено на атомите със спепването между зъбните колела.[1]

По-сериозни опити да се обясни механизмът на възникването на химичната връзка датират от началото на 19 век. След като химиците открили, че явлението електролиза се отнася за водата, разтворените в нея соли и разтопените основи, химичното свързване било сведено до електрични сили. Така се появила електрохимичната теория на Берцелиус през 1810 г.[1] Според тази теория химичната връзка възниква в резултат на взаимодействието между противоложно заредени атоми и атомни групи. Тази така наречена „дуалистична“ била опорвергана, когато се изяснило, че могат да се свързват и елементи от един и същ тип, както и от един и същ елемент.[1] Тъй като Берцелиус не можел да обясни съединенията, получени от свързването на въглерода (органичните съединения), той предположил наличие на жезнината сила „vis vitalis“, която скоро също била опровергана. След установяването на съществуването на двуатомните на газовете, дуалистичната теория била окончателно отхвърлена.

В периода на оформяне и утвърждаване на атомно-молекулната теория, било прието понятиено валентност (1852 г.), послужило като база за структорната теория на Бутлеров (1861 г.), стехеометричната теория на Вант Хоф и Льо Бел (1874 г.) и координационната теория на Вернер за комплексните съединения (1893 г.).[1] В структурните формули химичната връзка се означава с валентна чертичка. Развиващата се на тези четири теории валентност допуска принципна възможност за възникване на връзки между какви да е атоми, но се отчита, че всъщност едни елементи се сврзват, а други – не.[1] Така, валентната теория признава специфичността на химичното взаимодийствие, без да придава абослютно значение на тази специфичност, каквато е имала в дуалистичната теория.[1]

След откриването на електрона и изясняването на атомния стореж, въпросът за химината връзка е преразгледан. Появили се първите опити за обясняване на химичините явления от гледна точка на електронните явления. Писарджевский (1913 г.)[1] дал пръв обяснение на окислително-редукционните процеси с обмяна на електрони. През 1916 г. Косел предложил теория, в основата на която лежи представата за завършеността на външната осемелектронна структура на благородните газове. Според Косел тази структура прави благородните тазове нереактивоспособни. Всички останали елементи нямат такаав структура в атомите си и дават химични съединения. В хода на реакциите, елементите, които не притежават такъв осемелектронен слой, се стремят да го изгладят чрез приемане или отдаване на електрони. И в двата случая те стават електрически заредени и поритвоположно заредените се привлича съгласно закона на Кулон. Тази теория обяснила оразуването на огромен слой неорганични съединения, особено от типа на солите. Но образуването на въглеродни вериги и строежа на органичните съединения не омгли да бъдат обяснени чрез тези електростатични представи.[1] Още по-малко било тяхното приложение в двутомните молекули от типа H2, O2 и N2, където прескачането на електрони от един в друг атом и следващо от това образуване на йонна връзка е неприемливо.

Опит за подобряване на теорията на Косел направил руският химик Беркенхайм (1915 г.) Съгласно неговата теория въглеродът има смесени функции – спрямо атоми като хлора е еректроположителен, а спрямо атоми като водорода е електроотрицателен. При такова взаимовействие е невъзможно образуването на чисто йонни връзки.

През 1916 г. Люис предложил своята теория на валентността, която много се доближава до теорията на Беркенхайм. Основният постулат в тази теория също е образуването на електронна структура, отговорящ на атомите на инертен газ чрез привличане на електрони от друг атом. Но тук орразумането на октетна структура става не чрез презкачане на електрони от един атом на друг, а в състава на електронни двойки, в състава на които влиза по елин електрон и от двата атома. Така изградените електорнни двойки осъществявят свързването на атомите в молекулите.[1]

Електронните теории за образуването на химичната връзка възникнали на химична основа. Най-новата и най-съвъшената от тях – теорята на Люис – получава по-нататъчно развитие и изчерпателно обосноваване от квантово-механичната теория за строежа на атома.[1]

Съвременно схващанеРедактиране

Един от основните проблеми на съвременната химия е изясняване на природата на различните взаимодействия между атомите, същността на химичната връзка. Решаването на този въпрос позволява да се обясни голямото разнообразие на химичните съединения, на техните свойства и на реакционната им способност. Създаването на съвременна теория за химичната връзка стана възможно едва след изясняването на строежа на електронната обвивка на атомите на химичните елементи. Утвърдена е представата за електричната природа на силите, обуславящи химичното сродство между атомите и възникването на химична връзка.

В атомната макротела съществува сложна зависимост между вечнодвижещите се ядро и електрони.[1] Взаимната зависимостмежду всички тези частици се усложнява допълнително при участието им в химични реакции, в основата на които соти образуването и разрушаването на химичните връзки.

Всички електрони в макросистемата „реакционна смес“ се делят на два вида:

  1. Електрони, свързани с ядрата в сравнително устойчиви комплекси (т. нар. „атомен остатък“),[1] които не се изменят при химичните реакции. За откъсването на електрон от такъмв комплекс е необходима енергия, по-голяма от тази, получаваща се при обикновена химична реакция.
  2. Електрони, по-слабо свързани с ядрата. Тяхното откъсване може да се осъществи със сравнително малка загуба на енергия, която се обезпечава с получаването на химичното съединение. Тези електрони участват в образуваенто на химичната (валентната) връзка между атомите за образуване на молекулите на простите и сложните вещества.Те са валентни електрони.

Здравината на връзката между електрона и ядрото се измерва с йонизационан енергия – работата, която трябва да се извърши за откъсването на електрона от атома.[1] По тази енергия се съди и дали един електрон е валентен или е част от атомния остатък.

В процеса на химична реакция не сатват количествени промени в атомния остатък. Влизащите в състава му електрони се възбуждат, но това не довежда до химична подвижност (до откъсване). Съставът и структурата на този остатък имат съществено влияние върху поведението на валентните електрони.

Според теориите на квантовата механика, е най-приемливо и сравнително прегледно е тя да бъде обяснена чрез спин-валентостта.[1] Основната идея на тази теория е, че е възможно образуването на валентна връзка ако в най-външните (валентните) слоеве на два атома има по един свободен електрон с противоположни синове. Така, при енергитично изгодни условия, приближаването на тези два атома на оптимално разтояние ще образува обща електронна двойка:

 .[1]

Тази теория позволява и обясняването на сложни, двойни и тройни връзки.

Според законите на квантовата механика здравината на химичната връзка се обуславя от два фактора:[1]

  1. Степен на припокриване на електронните облаци на валентните електрони. Когато връзката е осъществена между s-s и p-p електрони, молекулният електрониен облак се разполага симетрично между двата атома и притежава по-голяма плътност, отколкото при отделните атоми. Така, максималната плътност на молекулният електронен облак се разполага симетрично на двете атомни ядра при взаимодействие на електрони с антипаралелни спинове. Така се осъществява и химична връзка. При паралелни спинове на електроните няма припокриване на електронни облаци и не протича химичен процес.[1]
  2. Насоченост на валентната връзка.

ХарактеристикиРедактиране

КратностРедактиране

Дадена химична връзка може да е единична (проста), или сложна – двойна, тройна или четворна.

ДължинаРедактиране

Тъй като електроните се разглеждат като обемен триизмелен облак, разтоянието между два припокриващи се електронни облаци, определя вължината на дадена химична връзка.

Деполен моментРедактиране

Разликите във електроотрицателонстта на двата атома, обрзуващи връзката, определят диполният ѝ момент. Бележи се с D.

Видове химична връзкаРедактиране

Според вида на подслоя – s-, p-, d- и f-вид и хибридизацияРедактиране

Заради четирите квантови числа, съществуват четири вида химични връзки – s-, p-, d- и f-вид, всяка със своите специфичности. При енергитично изгодни условия е възможно хибридизирането (изравняване по дължина и форма) на яколко електрона от атома.

Понякога припокриването на електронни облаци (особено при голям брой от тях) води към пълно изменение на тяхната форма и получаване на друга, нова и различна форма. Това явление се нарича хибридизация (изравняване) на химичната връзка, а получените връзки – хибридни.[1]

Според вида на симетрията – сигма, пи, делта и фиРедактиране

Орбиталите на валентните електрони може да се припокриват в различна степен. Основните типове връзки, които възникват в резултат на припокриването, се означават като σ-връзка и π-връзка. Сигма връзката се получава в резултат на припокриване на електронните облаци по основната линия (Z-Z), съединяваща ядрата на атомите. Пи връзката се образува чрез припокриване на електронните облаци по посока, перпендикулярна на основната линия. Тъй като молекулите са триизмерни, се обяснява наличието на две π-връзки.[1]

Валентна и хипервалентна връзка. Делокализирана връзка.Редактиране

Йонна връзкаРедактиране

Метална връзкаРедактиране

Електростатични междумолекулни взаимодействия. Водородна връзкаРедактиране

Координационна връзкаРедактиране

Вижте същоРедактиране

ИзточнициРедактиране

  1. а б в г д е ж з и к л м н о п р с т у ф х проф. Иванов, Иван, доц. Санка, Върбанова. Неорганична химия. София, Земиздат, 1974. с. 62-87.