|
Курс лекций
по
"Строительное материаловедение"
Краткая
история
развития представлений
о химической связи
Какова природа сил,
связывающих атомы в молекуле? Ответ на этот вопрос искали с
момента появления атомистической гипотезы строения вещества.
Вначале считали, что атомы механически соединяются между собой
с помощью крючков и петель. Затем возникла идея, что связь между атомами осуществляется силами
всемирного тяготения. В начале девятнадцатого века в
трудах Г. Деви и Йёнса
Берцелиуса была разработана электрохимическая теория,
суть которой сводилась к тому, что химически взаимодействующие
частицы при контакте приобретают противоположные
электрические заряды, которые обусловливают
связь. Однако эта теория не
смогла объяснить существование молекул, образованных одинаковыми атомами (Н2,
F2
и т. д.).
Дальнейшее развитие теории химической связи стало возможным
после открытия электрона. Первым высказал электронную
концепцию Дж. Томсон в 1907 году. Он предположил наличие в
атомах определенную устойчивость электронных конфигураций,
которые могут реализоваться при потере или присоединении к ним
электронов.
Эрнестом Розерфордом
и Нильсом Бором была создана теория химической связи,
осуществляемая путем перераспределения электронов между атомами.
Основы этой теории были представлены в работах Вальтера Косселя,
Джильберта Льюиса, Ирвина Ленгмюра.
Коссель предложил
(1915 г.) статическую электронную теорию строения атомов и
молекул, суть которой в следующем:
1. Атомы благородных
газов обладают особенно устойчивой двух- или
восьмиэлектронной внешней
оболочкой.
2. Атомы других элементов во
внешней оболочке имеют число электронов меньше двух или восьми.
Их электронные оболочки менее устойчивы.
3.
Образование молекул
происходит вследствие передачи
определенного числа
электронов от атома одного элемента (металла)
к атому другого элемента (неметалла).
В результате такого перераспределения электронов каждый
атом должен иметь внешнюю оболочку, аналогичную устойчивой
электронной оболочке благородного газа. При этом
атом металла приобретает положительный, а атом неметалла
— отрицательный заряд. Соединение между ними обусловливается
в соответствии с законом Кулона силами электростатического
притяжения. Такая химическая связь называется
ИОННОЙ.
Эта теория не могла объяснить природу связи между одинаковыми
атомами. Кроме того, последующие исследования показали, что
практически никогда электроны не переходят полностью
от одного атома к другому.
Примерно в то же время (1916 г.) Льюис предпринял попытку
объяснить механизм образования химической связи между
любыми (в том числе и одинаковыми) атомами. Затем теория
Льюиса была развита Ленгмюром.
Теория Льюиса-Ленгмюра также исходит из особой стабильности
двух- или восьмиэлектронных внешних оболочек атомов и
стремления атомов, участвующих в образовании молекулы,
иметь такие оболочки. Химическая связь в данном случае осуществляется
посредством образования общей электронной пары,
в которую каждый атом дает по одному электрону из своей внешней
оболочки. Такую химическую связь Ленгмюр назвал
КОВАЛЕНТНОЙ,
т. е. совместно действующей. Молекула
Фтора, например, по этой теории образуется при обобществлении по
одному электрону от каждого атома. В этом случае образуется одна
общая электронная пара, связывающая атомы по схеме:
. . . .
:
f
:
f
:
. . . .
В схеме символ
F
условно обозначает ядро атома, окруженное
электронами, кроме внешних; они на схеме показаны точками.
Теории Льюиса-Ленгмюра и Косселя были значительным вкладом в
развитие электронных представлений о химической связи. Однако
опыт показал, что устойчивой может быть не только двух- или
восьмиэлектронная внешняя оболочка, но и
оболочки, содержащие 6, 10, 12 и 16 электронов, как например,
в соединениях СО, А1С13, РС15,
SF6,
OsF8.
Из сказанного видна
искусственность
представления об особой устойчивости только
двух- или восьмиэлектронной
конфигурации. Рассмотренные теории носили качественный характер
и не устанавливали механизма образования химической связи, не
позволяли рассчитывать
ее количественные характеристики. |
