Энергия металлической связи составляет десятки килокалорий на моль. Так, для Си и Mg—10—20 ккал/моль, для Li — 39 ккал/моль. Ковалентная (гомеополярная) связь возникает между одинаковыми или близкими по свойствам атомами. Она обусловлена перекрыванием валентных орбиталей атомов и осуществляется с помощью обобществленных пар электронов, принадлежащих одновременно двум атомам. При этом каждый из атомов приобретает стабильную конфигурацию инертного газа. Ориентация вступающих в связь орбиталей электронов должна быть вполне определенной, т. е. такой, при которой достигается максимальное перекрывание орбиталей электронов, образующих связь, и минимальное— для остальных.
Таким образом, ковалентная связь строго направленная и насыщаемая, так как число электронов, осуществляющих кова-лентные связи, у каждого атома ограничено. Поэтому для структур с подобным типом связи характерны малые координационные числа (обычно не более четырех), отсутствие плотных укладок для атомов простых веществ, высокие значения твердости, температуры и теплоты плавления. Ковалентная связь — признак полупроводниковых свойств кристаллов.
Примером структур с ковалентной связью могут служить кристаллы алмаза (С), кремния (Si), германия (Ge), карборунда
(Sid).
Энергия ковалентной связи значительно превышает энергию металлической. Так, энергия четырех ковалентных связей атомов углерода в алмазе составляет около 170 ккал/моль.
Ионная (гетерополярная) связь реализуется между различными по свойствам атомами, например между металлами и галогенами. Электростатическое взаимодействие между положительными и отрицательными ионами возникает в результате стремления химического элемента приобрести устойчивую благородно-газовую электронную оболочку за счет отдачи или присоединения электронов. В итоге возникают положительно заряженные катионы и отрицательные анионы, равномерно распределенные в кристаллическом пространстве ионного кристалла.
Ионная связь ненаправленная и ненасыщаемая (как и металлическая). При этом типе связи каждый ион в структуре кристалла окружает себя по возможности максимальным количеством ионов противоположного знака. В ионном кристалле нет молекул: такой кристалл не имеет границ между структурными единицами. Все это обусловливает средние и относительно высокие КЧ, равные 6, 8, а также плотные укладки атомов.
Для кристаллических веществ с ионным типом связи (например, NaCl, CsCl, CaF2 и др.) обычно характерны диэлектрические свойства, хрупкость, низкая тепло- и электропроводность.
Энергия ионной связи для NaCI составляет 180 ккал/моль.
Ван-дер-ваальсова связь. Структуры с этим типом связи сложены нейтральными изолированными или связанными в группы атомами — молекулами. При вращении электрона вокруг положительного ядра атома в каждый момент образуется диполь — «ядро-электрон». При достаточном сближении соседних атомов воз- пикает взаимодействие между их мгновенными диполями — ди-поль-дипольное взаимодействие, т. е. слабые силы притяжения,, называемые остаточными, или ван-дер-ваальсовыми.
Такая связь характерна для кристаллов инертно-газовых элементов, а также широко распространена (в качестве одной из основных составляющих) в органических соединениях между молекулами. Эти связи значительно слабее ковалентных и ионных, быстро ослабевают с увеличением расстояния между атомами. Они универсальны, т. е. в кристалле любого типа ван-дер-ваальсо-вы связи всегда присутствуют в качестве добавочных.
Помимо четырех основных типов связи часто выделяют водородную связь, энергия которой примерно в 10 раз превышает ван-дер-ваальсову, но примерно в 10 раз слабее ковалентной и колеблется от .5 до 10 ккал/моль. Водородная связь —это связь, которую атом водорода образует с двумя электроотрицательными атомами, такими, как О, F, N и С1. Механизм связи состоит в том, что атом Н, отдав свой единственный электрон одному из электроотрицательных атомов (например 01) и, следовательно, лишившись электронной оболочки, по размерам оказывается исче-зающе малым и может быть втянут в электронную оболочку другого близлежащего атома (например 02) до тех пор, пока силы отталкивания между протоном Н+ и ядром атома кислорода 02 не придут в состояние равновесия. Тогда между атомами О1 и 02 возникнет связь, передатчиком которой служит атом водорода,— водородная связь. С химической точки зрения она близка к одной из разновидностей ионной связи.
Уважаемый посетитель!
Чтобы распечатать файл, скачайте его (в формате Word).
Ссылка на скачивание - внизу страницы.