Химические соединения

После прочтения статьи Вы узнаете, как образуются молекулы, какие процессы происходят при связи атомов и какие виды связей бывают

Химическое соединение - это вещество, состоящее из двух и более атомов, связанных между собой химической связью. Органические химические соединения описаны в разделе органическая химия.

Молекула

Различные атомы могут соединяться между собой и образовывать сложные соединения - молекулы. Примером молекулы может быть H₂O - вода, HCl - соляная кислота или H₂SO₄ - серная кислота. Когда два атома находятся на близком расстоянии, их электронные облака могут перекрыться и образовать соединение - молекулу, при этом ядра атомов будут находиться внутри одного электронного облака.

На большом расстоянии атомы не взаимодействуют друг с другом, на некотором расстоянии атомы притягиваются друг к другу и на очень близких расстояниях атомы отталкиваются. В какой-то момент силы отталкивания и притяжения уравновешиваются и атомы могут соединиться в молекулу. На возникновение связи главным образом влияет электронная конфигурация каждого из атомов. Дело в том, что каждый электрон двигается по некоторой орбитали, т.е. обладает некоторым уровнем энергии. Образование связи между атомами обозначает создание общих электронных орбиталей, т.е. создаются другие, новые энергетические уровни, по которым двигаются электроны.

Молекулярные орбитали

Молекулярные орбитали - это метод, позволяющий определить конфигурацию электронной оболочки молекулы, а также её свойства. На каждом энергетическом уровне молекулярной орбитали, как и на атомной орбитали, располагаются два электрона. При этом уровни образуются так, что первый укрепляет связь между атомами, а следующий за ним ослабляет (разрыхляет) связь. На рисунке 2 показано, как выглядят σ- и π-связи в пространстве. На рисунке 1 показано перераспределение электронов с атомных орбиталей на молекулярные орбитали. Последовательность заполнений молекулярных орбиталей следующая: σ_1s² < σ_1s^2* < σ_2s² < σ_2s^2* < σ_2px² < π_2py² = π_2pz² < π_2py^2* = π_2pz^2* < σ_2px^2* и так далее. На первой молекулярной орбитали формируется σ-связь - это простая связь, которая в пространстве направлена по линии которая соединяет центры атомов, затем, на первом энергетическом уровне, образуется разрушающая σ-связь (помечена *) и так далее. Укрепляющая связь 1σ имеет меньший уровень энергии, чем 1s-орбиталь, разрыхляющая связь σ* имеет более высокий энергетический уровень, чем 1s-орбиталь, поэтому такое состояние неустойчиво: электронам с 1s-орбитали необходимо перейти в менее устойчивое состояние. Аналогична ситуация и с вышестоящими по энергии орбиталями.

Магнитные свойства вещества

Магнитные свойства вещества определяются его электронной конфигурацией, вне зависимости от того, атом это или молекула. Если один или более электронов в оболочке находятся без пары, то вещество, образованное такими молекулами будет обладать парамагнитными свойствами - будет намагничиваться во внешнем магнитном поле. В противном случае вещество называется диамагнетиком: в присутствии магнитного поля намагничивается против направления поля и в отсутствие поля немагнитно.

Ионная связь

Самые распространённые типы связей в молекуле это: ковалентная, металлическая и ионная связи. Ионная связь основана на притяжении разноимённых зарядов - катионов и анионов. Например, катиону натрия Na⁺ для возврата в основное состояние необходим один электрон, аниону хлора Cl^- необходимо отдать один электрон для возврата в основное состояние. Таким образом при взаимодействии Na⁺ и Cl^-, в образованной молекуле они делят между собой один электрон, что позволяет им находиться в стабильном состоянии.