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
Do'stlaringiz bilan baham: |