Хімічний зв’язок і його характеристики
Розробка сучасної моделі атома і пророцтво на її основі властивостей індивідуальних атомів – дуже важливі досягнення квантової механіки. Однак в земних умовах рідко зустрічаються ізольовані атоми. Оточуючі нас тіла неживої і живої природи складаються з різноманітних молекул.
Молекули – найменші частинки речовини, які складаються з двох атомів і більше і визначають хімічні властивості речовини.
Перед квантовою механікою стояло завдання розшифровки електронної будови молекул і прогнозування їх властивостей.
Живі організми побудовані з найрізноманітніших молекул. Тут безліч низькомолекулярних сполук – амінокислоти, цукру, жири, неорганічні речовини. Тут і високомолекулярні сполуки – дуже складні молекули білків, нуклеїнових кислот, що становлять основу життя.
Хіміків завжди цікавило питання, чому одні атоми з’єднуються в молекули, інші ні? Чому одні речовини стійкі, інші швидко розпадаються? Чому всі молекули навіть самого складного речовини однакові? Відповіді на всі ці питання важливо знати і біологам, і медикам. Наприклад, ідентичність всіх молекул ДНК (дезок-сірібонуклеіновая кислота) в організмі тварини – необхідна умова стійкості спадкових властивостей і причина генетичних хвороб.
На багато з цих питань відповів видатний російський хімік А. М. Бутлеров (1828-1886), який створив теорію хімічної будови органічних речовин (1861). З цього часу в хімію починають поступово входити поняття валентність і хімічний зв’язок.
Валентністю називають здатність атома приєднувати певне число інших атомів з утворенням молекули.
Валентність позначають рисками у символу елемента. Водень (Н) – одновалентних, кисень (О =) – двовалентний. Число валентних рисок визначає число хімічних зв’язків, які даний атом може утворити з іншими атомами. Так, кисень з’єднується з двома атомами водню, утворюючи воду Н-О-Н. Вуглець може з’єднуватися з чотирма атомами водню, утворюючи метан CH4, або з двома атомами кисню, утворюючи молекулу вуглець діоксиду О = С = О. Уявлення про валентності і хімічного зв’язку, розроблені в XIX ст., Широко використовують до теперішнього часу.
Однак класична теорія валентності носить емпіричний характер. Незрозуміло, наприклад, чому валентність кисню дорівнює двом, а водню – одиниці. Чому не утворюються молекули гелію? Чому валентність атомів може бути змінної? Природа хімічного зв’язку була встановлена лише після відкриття законів квантової механіки та розрахунку атомних орбіталей. Тільки тоді вдалося відповісти на поставлені і багато інших питань.
Хімічним зв’язком називають сукупність взаємодій між електронами і ядрами, що призводять до з’єднання атомів в молекулу. Властивості хімічного зв’язку вивчають різними методами (за допомогою хімічних методів визначають число зв’язків атомів (валентність) та їх реакційну здатність.
Довжиною хімічного зв’язку rc називають величину, що вимірюється відстанню між ядрами пов’язуються атомів. Характерне значення для одинарного зв’язку rс = 100 мм.
Міцність хімічного зв’язку Ес – величина, яка вимірюється ентальпією ΔHc утворення зв’язку. В якості одиниці вимірювання міцності хімічного зв’язку Ес використовують кДж / моль. Характерне значення для одинарного зв’язку Ес = 400 кДж / моль. Міцність хімічного зв’язку визначають за допомогою закону Гесса на основі ентальпій реакцій, при яких утворюється або розривається вивчалася зв’язок.
Орієнтація хімічного зв’язку αс – величина, яка вимірюється кутом між напрямами зв’язків даного атома з сусідніми атомами молекули. Кут αс називають валентним. Одиниця виміру валентного кута αс – градус. Значення αс може змінюватися в межах від 80 до 180 °. Наприклад, для води αс дорівнює 104 °. Валентні кути визначають на основі даних по рентгеноструктурному аналізу та інших фізичних методів.
(1 votes, average: 5.00 out of 5)