О природе минералов 1 Введение

1.5 Образование химических связей
Взаимодействие между внешними электронными
орбиталями атомов и переход (или частичный пе-
реход) электронов из-под контроля ядра одного
атома под контроль другого создает силы, ко-
торые связывают атомы между собой. Эти си-
лы бывают электростатическими или могут воз-
никать за счет снижения общей энергии внешних
электронных орбиталей в результате обобществле-
ния электронов, которое сопровождается последу-
ющим ростом стабильности системы.
Для удобства рассмотрения можно подразде-
лить химические связи на четыре типа:
1) электростатическая связь,
2) ионная связь,
3) ковалентная связь,
4) металлическая связь.
Ниже описаны основные особенности этих ти-
пов связи и каждый из них служит полезной моде-
лью для рассмотрения связей в различных груп-
пах минералов. Однако связь атомов в минералах
(и других соединениях) редко бывает чисто ион-
ной, металлической, ковалентной или электроста-
тической, и зачастую более реалистично рассмат-
ривать типы связей как смешанные, состоящие из
представленных ниже их чистых форм.
1.5.1 Электростатическая связь
Электростатические связи — самые слабые из упо-
мянутых типов химических связей. Этот тип, из-
вестный также под названием
 Ван-дер-Ваалъсовой
связи,
представляет собой слабую ненаправлен-
ную силу притяжения, которая связывает вместе,
например, молекулы или атомы сконденсирован-
ного газа в твердом состоянии. Электростатиче-
ская связь не подразумевает обобществление или
потерю электронов и возникает в результате ди-
польных взаимодействий, вызванных движением
Таблица 1.1 Электронная структура первых десяти
элементов

---

Таблица 1.2
Строение электронных оболочек атомов первых 92 элементов

---

Рис. 1.4 Структура графита Связь между атомами углерода внутри слоев является
ковалентной и длина связи С—С составляет 0,142 HM Слои удерживаются вместе за счет
слабых Ван-дер-Ваальсовых сил, показанных пунктирными линиями, расстояние между
слоями 0,35 HM
электронов внутри атомов или молекул К по-
мощи Ван-дер-Ваальсовых сил приходится при-
бегать, чтобы объяснить слабое сцепление между
слоями в кристаллах графита (рис. 1.4).
Для дипольных взаимодействий не требуют-
ся колебания, а достаточно того, чтобы моле-
кула или далее атом имели постоянный диполь
(общая постройка с отрицательным зарядом на
одном конце молекулы или атома и соответ-
ствующая постройка с положительным зарядом
на другом конце). Одиночная пара электронов
(два спаренных электрона внешней оболочки, не
участвующих в других связях) может действо-
вать как отрицательный диполь, и эти электро-
ны способны притягивать положительный ди-
поль к другому атому. В результате одиночная
пара электронов обобществляется двумя атома-
ми с образованием электростатической связи. Эта
форма связи является обычной для многих ком-
плексных ионов в органической и неорганической
химии, и химики называют соединения, содер-
жащие такие ионы, «координационными соедине-
ниями».
Самой сильной формой электростатической
связи является водородная связь. Она возника-
ет между ионами водорода и такими анионами,
как кислород, фтор, хлор, а также азот. Ее сущ-
ность — взаимодействие между принадлежащими
анионам одиночными парами электронов, обобще-
ствленных с атомом водорода, который ковалент-
HO связан с другими анионами (см. ниже). Имен-
но водородная связь позволяет молекулам воды
при достаточно низких температурах соединять-
ся таким образом, как это показано на рис. 1.5,
и кристаллизоваться в виде льда. У льда атомы
водорода образуют тетраэдры с атомами кислоро-
да. При таянии льда около половины этих связей
распадается, и разрушение структуры позволяет
молекулам воды упаковаться более плотно, что
вызывает хорошо известное увеличение плотно-
сти у жидкой воды по сравнению с ее твердой
фазой.
Присутствие водородной связи наблюдается у
ряда минералов (в бемите, лепидокроките и не-
которых слоистых силикатах), в частности у тех,
которые образовались в результате выветривания

---