Изучением межмолекулярных связей занимается наука - квантовая механика. Основными отличительными особенностями, выделяющими химические соединения являются:
  1. Полярность (+ или -).
  2. Прочность (возможность удерживать вокруг себя определенное количество атомов).
  3. Длина (количество атомов, соединенных в одну цепочку).

Типы химических связей

Сегодня известно большое количество различных химических связей. Каждая из них уникальная в своем строении и не имеет аналогичных.
  1. Одноэлектронное межмолекулярное соединение.
  2. Ковалентная связь.
  3. Металлическая.
  4. Ионно-водородная.
  5. Ван-дер-ваальсова.
  6. Двухэлектронная трехцентровая.
Из всех вышеназванных в программе школьного обучения изучают только некоторые:
  1. Одноэлектронная.
  2. Ковалентная.
  3. Металлическая.
  4. Ионная.
Остальные химические связи считаются более сложными не только по своему составу, но и для понимания. Рис. 1. Основные типы химических связей
Рис. 1. Основные типы химических связей

Одноэлектронная химическая связь

Характерной отличительной чертой данного типа связи является принцип кулоновского движения. Основан он на том, что два ядра молекулы удерживаются всего лишь одним электроном, расположенным в центре. Главной особенностью является то, что одноэлектронный способ соединения молекул вместе умеет перераспределять электронную плотность, а также понижать энергию целой молекулярной системы. Если рассматривать данное взаимодействие в совокупности с теорией молекулярных связей, выдвинутых знаменитым ученым - Льюисом, тогда она сразу выпадает из общего списка. Причиной этому являются:
  • Отсутствие перекрытий атомных орбиталей.
  • Отсутствие пары для электронов.
  • Отсутствие взаимодействия между спинами электронов.
Длина данной связи составляет 1,06 ангстрем, что соответствует расстоянию между ядрами и наиболее реалистичному радиусу - 0,53 ангстрем. Молекулярные ионы с таким типом химической связи в большинстве случаев образуют щелочные металлы: Li, Na, K, Rb, Cs. Они же являются яркими представителями данного класса. В это же время, одноэлектронное соединение является намного прочнее, чем водородное, и считается одним из самых крепких в органике. Рис. 2. Возникновение ковалентной связи
Рис. 2. Возникновение ковалентной связи

Ковалентное соединение молекул

Ковалентная химическая связь образуется, когда пара электронных облаков вещества начинает пересекаться. К ковалентной связи относятся пи-связи и сигма-связи. Данный тип соединения состоит из двух вариантов связей:
  1. Ковалентной полярной.
  2. Ковалентной неполярной.
Второй тип еще называется симметричным. К нему относятся атомы, имеющие одинаковую степень электроотрицательности. Следовательно - распределение электронной плотности между ядрами будет равномерно. Например: H - H, F - F. Также к неполярным связям относятся одинаковые группировки. Например: C3H и CH3. Не относятся к неполярной ковалентной связи атомы, включающие в себя разнообразное строение на орбиталях, то есть вокруг электрона. Рассмотрим такой пример: CH2 двойная связь CH2. В данном случае следует особенно обратить внимание на то, что углерод в таком соединении будет обладать более высокой электроотрицательностью. Кроме этого, соединение, выраженное в виде C - H намного полярнее. Данное правило распространяется на все непредельные углеводороды. Первый тип образуется, когда соединяются атомы с разной электроотрицательностью. Основную часть времени электроны находятся рядом с одним атомом, не приближаясь к другому. Ярким примером ковалентной полярной связи являются молекулы в хлороводороде (HCl). В ней атом, отвечающий за данный тип связи, находится ближе к хлору, нежели к водороду. Или HF - фтороводород, OF2 - фторид кислорода II.

Металлическая связь

Металлическая связь между молекулами появляется среди катионов, имеющих положительный заряд, и находятся они в кристаллической решетке, которая, в свою очередь, образуется при помощи движущегося электрона. Данным химическим соединением обладают многочисленные сплавы металлов и сами металлы.
Важно! За счет того, что катионы и электроны валентного типа передвигаются, в незаполненных ими промежутках создается взаимодействие, обладающее электростатическим характеристиками, что и создает металлическое соединение молекул.
Длина ковалентной связи, например, для Ме2 составляет 2,67 ангстрем, для Na - 3,08 ангстрем. В то время как постоянная решетка составляет 3,502 ангстрем для Me и 4,282 для Na.
Очень многие металлы образуют уникальную решетку, которая может называться:
  • Кубической объемно-центрированной. Такую решетку имеют: Pb, K, Na.
  • Кубической гранецентрированной. Данной решеткой обладают: Ni, Ag, Rh.
  • Гексагональной. Ее имеют: Mg, Cd, Re.
Данные решетки относятся к классу высокосеммитричных с плотной упаковкой. Благодаря тому, что электроны могут двигаться свободно, вещество, обладающее металлическим соединением, имеет высокую тепло- и электропроводность. Кроме этого, вещества с металлической химической связью являются прочными и гибкими. Достигается эта характеристика благодаря тому, что при смещении атомов, цепочка между ними не разрывается. Рис. 3. Металлическая связь
Рис. 3. Металлическая связь

Ионное соединение

Ионное соединение молекул считается одним из самых сильных. Основано оно на электростатическом притяжении друг к другу ионов и катионов. Возникнуть оно может между атомами совершенно разной степени электроотрицательности (> 1,7 по полинговской шкале). В таком случае общая пара электронов полноценно переходит к атому, у которого электроотрицательность больше. Примером такой связи является CsF. В нем степень “ионности” равняется 97%. Образуется металлическая связь между веществами, которые в химии принято разделять на два класса:
  1. Металлы.
  2. Неметаллы.
В такой ситуации электроны первого переходят ко второму и превращаются в ионы. Отличительной особенностью веществ с таким типом химического соединения является хорошая растворимость в воде или кислоте. Происходит это за счет Броуновского движения - диполи кислоты или воды просто притягиваются к концам заряженной молекулы. Таким образом, получается, что все ионы окружаются диполями растворителя, которые не дают им вновь соединиться. Примером вещества с таким типом соединения является оксид натрия 2 (Na2O). На схеме это будет выглядеть следующим образом: Na + е = Na+. Получился ион натрия, которая обладает прекрасной оболочкой с высокой устойчивость, обеспечиваемой вторым энергетическим уровнем (Na+1s2 2s2 2p6).

Ван-дер-ваальсово соединение молекул

Химические связи данного типа считаются самыми слабыми из всех существующих. Происходит образование данной связи только в том случае, если между собой связываются молекулы, у которых оболочка атома полностью заполнена - N2, Cl2, NH3. Второе название данной связи - слабые межмолекулярные. Они заметно отличаются от других типов связей. Например: для того, чтобы удерживать молекулы хлора в хлоре, необходима сила, которая почти в 10 раз выше, чем необходимая для удержания Cl2. Расстояние между ядрами почти в 2 раза больше, чем у ковалентной связи. Рис. 4. Ван-дер-ваальсово соединение молекул
Рис. 4. Ван-дер-ваальсово соединение молекул

Двухэлектронная трехцентровая связь

Двухэлектронное трехцентровое соединение относится к классу электронно-дефицитных связей. Характеризуется оно тем, что одна пара валентных электронов локализуется в сфере действия сразу трех атомов. Это соединение является наименее изученным, поэтому много сказать о нем невозможно. О том, как образуются связи данного типа, можно прочитать в теории молекулярных орбиталей.

Кристаллическая решетка

Очень многие вещества, которые обладают твердостью, имеют в своем составе кристаллическую решетку. Данный тип соединения молекул получил свое название за счет того, что частицы располагаются в строгом порядке. Если их условно соединить линиями, тогда получится так называемый каркас. Точки размещения кристаллов частиц принято называть в химии узлами. В них могут находиться как атомы, так и ионы или молекулы. В зависимости от природной структуры, выделяют несколько разновидностей кристаллических решеток:
  1. Металлическая.
  2. Ионная.
  3. Молекулярная.
  4. Атомная.
К первому типу решеток относятся элементы, которые полностью состоят из ионов, обладающих зарядом +. Ко второму типу относятся такие вещества, в которых имеются ионы. В разряд таковых входит поваренная соль. Третьим типов решетки обладает лед. Атомная кристаллическая решетка сочетает в себе сильнейшие химические связи ковалентного типа. Подобный тип каркаса имеют: кремний, бор, германий. На сегодняшний день химии известны 6 видов химических связей. Каждая из них обладает уникальной формой и структурой. Отсутствие аналогов делает их особенными и в своем роде. Среди межмолекулярных связей отдельно выделяют такое понятие, как кристаллическая решетка, которая, в свою очередь, также делится на несколько разновидностей. Больше примеров по определению типа химической связи смотрите в предложенном видео.