Механізм утворення зв'язку
Ковалентний зв'язок може бути утворена шляхом усуспільнення електронів двох нейтральних атомів (обмінний. Або рівноцінний механізм утворення зв'язку). Наприклад, для зв'язку Н-Н:
Н · + · Н → Н-Н або Н · Н
Така ж ковалентний зв'язок Н-Н виникає при усуспільнення електронної пари гідрид-іона Н - катіоном водню Н + (донорно-акцепторні. Або координаційний механізм утворення зв'язку):
Н + + (: Н) - → Н-Н або Н · Н
Катіон Н + - акцептор. а аніон Н - - донор електронної пари.
Аналогічним чином при утворенні ковалентного зв'язку між атомом азоту молекули аміаку NH3 і катіоном водню H + атом азоту - донор. а катіон водню - акцептор електронної пари. У образующемся катіоні амонію NH4 + всі чотири зв'язку N-H рівноцінні (однакові), і вже не можна вказати той атом водню, який був акцептором при утворенні ковалентного зв'язку.
Ступінь окислення азоту і в молекулі аміаку, і в катіоні амонію однакова і дорівнює -III.
Грунтуючись на електронних формулах двох і багатоатомних частинок (молекул, іонів), можна визначити валентність кожного атома. З точки зору будови молекул валентність атома в складній частці - це число загальних електронних пар у цього атома в даній частці (по одній на кожну зв'язок), тобто число # 963; -зв'язків, які цей атом утворив з іншими атомами при формуванні складної частинки.
Наприклад, в молекулі HCl валентність атома водню H і атома хлору Cl дорівнює 1.
У молекулі аміаку NH3 валентність атома азоту N дорівнює 3, а в катіоні амонію NH4 + валентність атома азоту N дорівнює 4 (при валентності кожного з атомів водню H, що дорівнює 1).
Ковалентний зв'язок між атомами утворюється при перекривання атомних орбіталей, наприклад 1s орбіталей при утворенні зв'язку H-H, 2p -орбіталей при утворенні зв'язку F-F, 1s орбіталі атома H і 3p орбіталі атома Cl при утворенні зв'язку H-Cl.
При утворенні хімічних зв'язків завжди відбувається зсув електронної щільності в напрямі перекривання, а це призводить до зміни форми орбіталей в порівнянні з їх станом у вільному атомі.
Гібридизація атомних орбіталей. Геометрична форма частинок
Перекриття атомних орбіталей при формуванні двоатомних молекул АВ (А і В - атоми одного або різних елементів) веде до лінійної геометричній формі молекул (Н-Н, F-F, H-Cl).
Освіта хімічних зв'язків в багатоатомних молекулах веде до зміни форми і розташування орбіталей в просторі у того атома, який утворює дві або більше зв'язків (атом А в частинках AВn), оскільки, в багатоатомних частинках відбувається гібридизація орбіталей центрального атома А (по теорії, розробленої Л . Полингом в 1931 р).
Типи гібридизації атомних орбіталей центрального атома визначають геометричну форму частинок (молекул, іонів) AВn.
Гібридизація атомних орбіталей. Геометрична форма частинок
Для передбачення типу гібридизації атомних орбіталей користуються алгоритмом, що представляє освіту зв'язку за донорно-акцепторного механізму.
Для молекули або складного іона AВn перш за все визначають центральний атом і його ступінь окислення, потім встановлюють скорочену електронну формулу центрального атома в даній ступеня окислення ( "умовного іона").
На схемі незавершених підрівнів умовного іона показують освіта відповідного числа зв'язків А-В.
Звідси визначається тип гібридизації атомних орбіталей центрального атома А.
Якщо у атома А в молекулі (складному йоні) AВn є неподіленої пари електронів, її теж слід враховувати при визначенні типу гібридизації. Ця неподіленої пари електронів вважається спрямованої до "невистачаючому" атому-партнеру по хімічного зв'язку.
Наприклад, це має місце в тетраедричних молекулах аміаку NH3 і води H2 O. Такі тетраєдри називають незавершеними; крім того, електростатичне відштовхування атомів водню від неподіленої пари атома азоту N або двох неподіленого пар атома кисню O дещо спотворює тетраедричних форму частинки і зменшує кути між зв'язками H-N-H і H-O-H.
Типи гібридизації sp 3 d (трігональная Бипирамида) і sp 3 d 2 (октаедр) зустрічаються у атома сірки S в молекулах SF4 і SF6 (при утворенні зв'язків S-F використовуються також 3d орбіталі, на яких у вільному атомі сірки S електрони відсутні) .
Геометрична форма молекул і реакційна здатність речовин
Зазвичай речовини з симетричними молекулами хімічно більш пасивні, ніж речовини з асиметричними молекулами.
Так, реакційна здатність діоксиду сірки SO2 (незавершений трикутник) вище, ніж у триоксида сірки SO3 (правильний трикутник); сульфати, що містять симетричний аніон SO4 2- (правильний тетраедр), хімічно пасивні в порівнянні з сульфітами, що містять несиметричний іон SO3 2- (незавершений тетраедр).
У молекулі NO2 у атома азоту N + IV (2s 1 2p 0) на одній з sp 2 -гібрідних орбіталей знаходиться не електронна пара, а неспарених електронів. Такі молекули особливо реакционноспособни, їх називають радикалами.
У органічної хімії радикалами є метил -CH3. етил -C2 H5 і багато інших.