СТРОЕНИЕ АТОМА

СОЕДИНЕНИЕ АТОМОВ МЕЖДУ СОБОЙ. ОБРАЗОВАНИЕ ХИМИЧЕСКОЙ СВЯЗИ

Как и почему происходит сочетание нейтральных атомов?

Начнем с самого простого объяснения случае. Пусть на некотором расстоянии друг от друга (например, 0,1нм) находятся два протона - два ядра атома Водорода. В чем будет заключаться их взаимодействие? Конечно, они будут отталкиваться, потому что заряжены одноименно. Разместим между ними электрон. Оба протона к нему притянутся - образуется связанная система, образуется связь. При этом выделится энергия, равная энергии связи.

Следовательно, такая система энергетически более выгодная, чем отдельно атом Водорода (протон + электрон) и протон, то есть она будет возникать спонтанно.

Конечно, электрон не может находиться неподвижно между ядрами атомов. Но двигается он так, что чаще оказывается именно между ними, и в пространстве между ядрами электронная плотность повышается. Мы говорим в таком случае, что движение электрона описывается молекулярной орбіталлю, что электрон из атомной орбитали (АО) перешел на молекулярную орбиталь (МО), которая имеет меньшую энергию, чем атомные, из которых она образовалась.

Переход электрона на молекулярную орбиталь и означает снижение энергии системы с образованием химической связи.

Отличие МО от АО заключается в том, что первая определяет движение электрона в электрическом поле нескольких ядер, в молекуле, а вторая - в поле одного ядра в атоме.

Как же образуется молекулярная орбиталь в молекуле Н₂?

Пока атомы Водорода находятся на большом расстоянии друг от друга, электрон каждого атома движется около собственного ядра. При достаточном сближении атомов участки пространства, где находились электроны, т.е. атомные орбитали, перекрываются. Теперь на каждый электрон действуют оба ядра, электроны движутся на молекулярной орбитали. Электронная плотность в пространстве между ядрами повышена, и это обеспечивает их привлечение. Такая МО называется связывающей.

Рассмотрим возможность образования молекулы Не₂. В этом случае должны перекрываться АО, на каждой из которых уже движется по два электрона, что является максимально возможным количеством для одной АО. Такие АО не могут перекрываться. На одну из них не может попасть дополнительный электрон. Химическая связь не образуется.

Итак, если атомы сближаются с заполненными электронами АО, то последние не могут перекрыться с образованием молекулярной орбитали, потому что в противном случае на МО окажется больше двух электронов.

Теперь можно сформулировать основные положения процесса образования химической связи между атомами и какие условия для этого необходимые.

1. Атомы должны сблизиться настолько, чтобы атомные орбитали отдельных атомов перекрывались, а все электроны «чувствовали» влияние обоих ядер.

2. В результате перекрытия двух АО образуются две МО - одна расположена на оси энергий ниже, другая - выше, чем выходные АО, т.е. связующее и антизв'язуюча МО.

3. Химическая связь образуется (система имеет меньшую энергию, чем исходные атомы), если на связующих орбиталях находится больше электронов, чем на антизв'язуючих. (Это возможно, если выходные АО, перекрываются, заполненные не полностью, а содержат в сумме 1, 2 или 3 электроны, то есть меньше 4).

В образовании связи не участвуют АО внутренних заполненных энергетических уровней атома, содержащих по два электрона каждая, а только внешних, которые потому и называются валентными уровнями. Соответственно, электроны, находящиеся на этих уровнях, называются валентными.

Вспомним, валентность - это способность атома присоединять определенное число других атомов. От чего она зависит? От наличия АО, способных участвовать в образовании связи, - это АО внешнего энергетического уровня.

Итак, строением внешнего энергетического уровня и определяются химические свойства элементов.