Фаянс сформулировал два правила для предсказания степени ионного или ковалентного характера связи между двумя атомами:

1. Связь будет преимущественно ионной если заряды образующихся ионов невелики. Например, хлорид натрия, вероятно, будет ионным поскольку заряды Na+ и Cl- равны +1 и –1, в то время как связь алюминия, вероятно, будет ковалентной, так как заряд Al3+ велик.

2. Связь будет преимущественно ионной, если радиус катиона велик (например, у щелочных металлов), а радиус аниона мал (например у легких галогенов).

Ионная связь.

Ионная связь образуется при взаимодействии атомов, которые резко отличаются друг от друга по электроотрицательности. Например, типичные металлы литий(Li), натрий(Na), калий(K), кальций (Ca), стронций(Sr), барий(Ba) образуют ионную связь с типичными неметаллами, в основном с галогенами.

Кроме галогенидов щелочных металлов, ионная связь также образуется в таких соединениях, как щелочи и соли. Например, в гидроксиде натрия(NaOH) и сульфате натрия(Na2SO4) ионные связи существуют только между атомами натрия и кислорода (остальные связи – ковалентные полярные).

Между положительно заряженным ионом натрия и отрицательно заряженным фторид –ионом действует сила электростатического притяжения. В следствии притяжения возникает химическая связь. Связь такого типа называют ионной или электровалентной связью.

Магний и алюминий должны потерять два и три электрона, чтобы приобрести конфигурацию неона.

Кислород для завершения октета электронов должен приобрести два электрона.

Образованные этими катионами (положительными ионами) и анионами (отрицательными ионами) соединения представляют собой вещества не несущие электрического заряда. Их называют ионными или электровалентными соединениями.

Ковалентная связь

Ионная связь – не единственный тип химической связи. В молекуле СL2 мы встречаемся с новым типом связи. Льюис предположил, что в такой связи каждый из двух атомов хлора делится одним из своих внешних электронов – такие электроны называются валентными – с другим атомом хлора.

Для перекрывания атомных орбиталей два атома должны подойти друг к другу как можно ближе. Общая пара электронов и образует ковалентную связь. Эти электроны занимают одну и ту же орбиталь, а их спины направлены в противоположные стороны. Связь в молекуле Cl2 можно изобразить различными способами. Подсчет электронов вести легче, если электроны одного атома изображать крестиками, а другого – кружками или точками, хотя, конечно, двух типов (или вообще – различных) электронов не существует. В результате образования общей пары электронов каждый из атомов хлора «приобретает» восемь электронов в свою внешнюю оболочку: теперь он имеет «завершенный октет». Общие пары электронов образуются, когда наполовину заполненные атомные орбитали соседних атомов перекрываются между собой.

Ковалентные связи очень важны в соединениях углерода. Имея четыре валентных электрона, атом углерода может приобрести полный октет, если он предоставит эти электроны для образования общих электронных пар с четырьмя атомами водорода.

В молекуле диоксида углерода СО2 атом углерода делит по два электрона с каждым из двух атомов кислорода, так что каждый из трех атомов получает полный октет валентных электронов. Так как каждая общая пара электронов соответствует ковалентной связи, две общих электронных пары между углеродом и кислородом образуют двойную связь. Пары электронов на атомах кислорода, не разделенные с другими атомами называют не поделенными электронными парами.

В молекуле азота N2 атому азота для приобретения октета электронов необходимо поделиться тремя из пяти имеющихся у него электронов с другим атомом азота.

Многие ковалентные соединения в твердом состоянии представляют собой совокупность отдельных молекул. Внутримолекулярные связи (то есть связи между атомами в молекуле) прочны. Межмолекулярные силы (то есть силы притяжения между молекулами за счет диполь –дипольных и других взаимодействий) заметно слабее и их легко преодолеть. В результате молекулы получают возможность двигаться независимо друг от друга – вещество переходит в жидкое состояние. Такие ковалентные соединения имеют низкие температуры плавления, многие из них при комнатной температуре являются жидкостями или газами. Температура кипения их низка по той же самой причине: силы притяжения между молекулами очень слабы.

Другие ковалентные вещества не состоят из отдельных молекул. Они представляют собой макромолекулярные структуры, объединенные ковалентными связями. Например, алмаз, нитрид бора, оксид кремния и карбид кремния. Сильные ковалентные связи, объединяющие макромолекулы, служат причиной высоких (даже более высоких, чем у большинства ионных кристаллов) температур плавления этих соединений и делают их нелетучими (то есть такие соединения имеют высокие температуры кипения).

Термин ковалентная связь используется для описания как неполярных связей, которые в значительной степени полярны.

Ковалентная неполярная связь.

При взаимодействии атомов с одинаковой электроотрицательностью образуются молекулы с ковалентной неполярной связью. Такая связь существует в молекулах следующих простых веществ: H2, F2, Cl2, O2, N2. Химические связи в этих газах образованы посредством общих электронных пар, т.е. при перекрывании соответствующих электронных облаков, обусловленном электронно-ядерным взаимодействием, которые осуществляет при сближении атомов.

Составляя электронные формулы веществ, следует помнить, что каждая общая электронная пара – это условное изображение повышенной электронной плотности, возникающей в результате перекрывания соответствующих электронных облаков.

Ковалентная полярная связь.

Такие связи, как C-Cl и C-О, называют полярными ковалентными связями.,

При взаимодействии атомов, значение электроотрицательностей которых отличаются, но не резко, происходит смещение общей электронной пары к более электроотрицательному атому. Это наиболее распространенный тип химической связи, которой встречается как в неорганических, так и органических соединениях.

К ковалентным связям в полной мере относятся и те связи, которые образованы по донорно-акцепторному механизму, например в ионах гидроксония и амония.

Металлическая связь.

Связь, которая образуется в результате взаимодействия относительно свободных электронов с ионами металлов, называются металлической связью. Этот тип связи характерен для простых веществ- металлов.

Сущность процесса образования металлической связи состоит в следующем: атомы металлов легко отдают валентные электроны и превращаются в положительные заряженные ионы. Относительно свободные электроны, оторвавшиеся от атома, перемещаются между положительными ионами металлов. Между ними возникает металлическая связь, т. е. Электроны как бы цементируют положительные ионы кристаллической решетки металлов.

Водородная связь.

Связь, которая образуется между атомов водорода одной молекулы и атомом сильно электроотрицательного элемента (O, N, F) другой молекулы, называется водородной связью.