Электив по Общей химии в осеннем семестре по теме: «Химическая связь. Метод валентных связей».
Развитие представлений о природе химической связи.
Причина соединения элементов и составляющих их атомов занимала ученых на протяжении всей истории развития химической науки. Остановимся на более поздних теориях.
Согласно теории И. Я. Берцелиуса (1810) атомы всех элементов имеют два полюса, несущих противоположные по знаку электрические заряды. Взаимодействие противоположных по знаку полюсов различных атомов и приводит к возникновению химической связи. Однако с позиций этой теории невозможно было объяснить взаимодействие атомов одного и того же элемента (например: Н + Н = Н2, С1 + С1 = С12), она оказалась бессильной объяснить образование многих органических соединений, в частности замещение в этих соединениях электроположительного, по определению Берцелиуса, водорода на электроотрицательный хлор.
Стремясь удержаться на позициях своей электрохимической теории химической связи, Берцелиус (1827) выдвинул не совместимую с материалистическими воззрениями виталистическую теорию органических соединений (от лат. vitalis — жизненный), согласно которой органические вещества могут возникать только в результате жизнедеятельности организмов при посредстве таинственной «жизненной силы» и не могут быть получены непосредственно из минеральных веществ. Приготовление Ф. Велером (1828) типично органического вещества — мочевины СО(NH2)2 — из неорганических веществ цианата серебра и хлорида аммония и последующие синтезы органических веществ из минеральных нанесли решительный удар виталистическим взглядам. И сейчас реакционной философией предпринимаются отдельные попытки возродить виталистическую теорию. На фоне успехов современной органической химии, синтезирующей даже такие сложные органические вещества, как белки, ферменты и гормоны, эти потуги к возрождению витализма представляются смехотворными.
Выдающийся русский химик А. М. Бутлеров (1861) изложил основы разработанной им теории химического строения. По Бутлерову, химическая связь, или химическое сродство, обладает свойством насыщаемости. Соединение атомов в молекулы происходит в соответствии с их валентностью, обозначаемой определенным числом черточек. Свободных валентностей у атомов в соединениях нет, каждый из них проявляет неизменную валентность, например углерод — IV, кислород — II, водород — I и т. д.
Бутлеров впервые указал на то, что атомы, образуя молекулы сложных химических соединений, оказывают друг на друга столь значительное влияние, что свойства их в составе простых веществ и сложных соединений могут быть весьма различными. Его теория, оказав положительное влияние на развитие органической химии, все же страдала известным формализмом и не позволяла вскрыть природу химической связи, объяснить ее специфичность, насыщенность и направленный характер. В противоречии с постепенно накапливающимися химической наукой фактами находились и представления Бутлерова о постоянной валентности атомов.
Объяснение природы сил, обусловливающих химическую связь атомов в молекулах, стало возможным лишь после установления электронного строения атомов. Все современные теории химической связи при всем их различии сходятся в одном: образование химической связи всегда сопровождается существенной перестройкой электронных оболочек связывающихся атомов. При этом важно, что эта перестройка электронных оболочек затрагивает в основном наиболее подвижные валентные или связевые электроны внешнего, а в некоторых случаях предвнешнего и второго извне уровней.
Химическая связь – взаимодействие отдельных атомов или честиц, приводящих к образованию устойчивых агрегатов или молекул, сопровождающееся перестройкой электронных слоев.
Сигма-связь – связь, образованная по линии, соединяющей ядра атомов.
Пи-связь – связь, образованная боковым перекрыванием негибридных p, d, f – орбиталей.
Химическая связь образуется только в том случает, если при сближении атомв полная энергия системы (сумма кинетической и потенциальной энергий) понижается.
Химическая связь большей частью осуществляется образованием электронной пары. В зависимости от соотношения электроотрицательностей элементов электронная пара может или полностью находиться у одного из них (ионная связь), или принадлежать им в одинаковой степени (типично или чисто ковалентная связь), или находиться в промежуточном состоянии (полярная связь).