Химические связи - фундаментальная основа существования веществ. Понимание механизмов образования связей позволяет объяснить уникальные свойства соединений. В нашей статье речь пойдет о взаимодействии атомов неметаллов - самой многочисленной и разнообразной группы элементов. Разберем подробно, как образуются связи между этими атомами, влияют ли они друг на друга и что из этого получается. Откройте завесу тайны химических связей вместе с нами!
Теоретические основы химических связей
Прежде чем перейти непосредственно к взаимодействию атомов элементов-неметаллов, давайте разберемся в теоретических основах химических связей.
Химическая связь – это связь, возникающая между атомами, ионами или молекулами в результате их взаимодействия.
Существует несколько основных типов химических связей:
- Ионная связь
- Ковалентная связь
- Металлическая связь
- Водородная связь
В этой статье мы сосредоточимся на двух первых, так как именно они играют ключевую роль при взаимодействии атомов элементов-неметаллов друг с другом.
Ионная связь
Ионная связь возникает между положительно и отрицательно заряженными ионами. Она образуется при взаимодействии атомов металлов и неметаллов. Металлические атомы отдают свои валентные электроны неметаллическим атомам. В итоге образуются положительно заряженные катионы металлов и отрицательно заряженные анионы неметаллов, между которыми возникает ионная связь.
Ковалентная связь
Ковалентная связь возникает между атомами одного или разных элементов-неметаллов путем обобществления их электронов. Атомы объединяют часть своих валентных электронов в общие электронные пары, которые как бы "склеивают" их.
Различают неполярную и полярную ковалентную связь. При неполярной связи общая электронная пара смещается к ядрам атомов одинаково, а при полярной – в сторону более электроотрицательного атома.
Далее мы подробно разберем, как происходит взаимодействие атомов элементов-неметаллов с образованием ковалентной связи.
Механизмы образования ковалентной связи
Рассмотрим взаимодействие атомов элементов-неметаллов между собой на конкретных примерах.
Образование неполярной ковалентной связи
Начнем с простого вещества хлора Cl2. Хлор относится к неметаллам, его атом имеет 7 электронов на внешнем уровне. Для завершения этого уровня ему не хватает 1 электрона.
При сближении двух атомов хлора происходит их взаимодействие с образованием общей электронной пары за счет неспаренных электронов каждого атома. Электронная пара равноудалена от ядер атомов, поэтому такая связь называется неполярной ковалентной:
Аналогично образуется неполярная ковалентная связь в молекулах фтора F2, водорода H2 и других простых веществах, состоящих из атомов одного элемента-неметалла.
Взаимодействие атомов элементов-неметаллов разных элементов
Рассмотрим образование связи между атомом хлора и атомом фтора в молекуле хлорфторида ClF. Здесь атомы разных неметаллов взаимодействуют друг с другом.
У хлора 7 электронов на внешнем уровне, у фтора – 7. Оба элемента стремятся заполнить свой внешний уровень до 8 электронов. При их взаимодействии образуется общая электронная пара. Но в отличие от предыдущего случая, эта пара смещается к более электроотрицательному атому фтора. Поэтому такая связь называется полярной ковалентной:
Аналогичный механизм образования полярной ковалентной связи реализуется при взаимодействии атомов элементов-неметаллов в молекулах HCl, CO2, NH3 и многих других соединениях.
Кратность ковалентной связи
Ковалентная связь может быть одинарной, двойной или тройной. Это зависит от числа электронных пар, участвующих в образовании связи.
Например, в молекуле кислорода O2 между атомами образуются две общие электронные пары. Поэтому такая связь называется двойной ковалентной:
Чем выше кратность связи, тем короче расстояние между атомами и тем прочнее их взаимодействие. Так, энергии, необходимой для разрыва двойной связи, намного больше, чем для одинарной. Этот факт очень важно учитывать при взаимодействии атомов элементов-неметаллов.
Водородная связь
Особый вид взаимодействия реализуется в водородной связи, которая играет ключевую роль в таких важнейших веществах, как вода и биомолекулы (белки, нуклеиновые кислоты).
Взаимодействие атомов элементов-неметаллов с образованием водородной связи происходит, например, между молекулами воды:
Здесь атом водорода одной молекулы частично притягивается к атому кислорода соседней молекулы. Это придает воде уникальные физические свойства, важные для всего живого на Земле.
Атомы элементов-неметаллов в полупроводниках
Важную роль играет взаимодействие атомов элементов-неметаллов между собой в полупроводниковых материалах - основе всей современной электроники.
Например, в кремнии часть атомов кремния замещается атомами мышьяка, фосфора или бора. Между этими атомами образуется особый тип связи - металлоидная. Она придает кремнию полупроводниковые свойства.
Понимание механизмов такого рода взаимодействия атомов элементов-неметаллов между собой крайне важно для развития электроники и высоких технологий.
