Хімічний зв’язок
Хімічний зв’язок виникає, коли взаємодія ядер та електронів створює енергетичний мінімум за певної між’ядерної відстані. Йонний, ковалентний і металічний зв’язок — корисні моделі різних режимів розподілу електронної густини, а реальні зв’язки часто мають змішаний характер.
Енергетичний мінімум
На великій відстані атоми майже не взаємодіють. При зближенні притягання ядро–електрон знижує енергію, але на дуже малих відстанях різко ростуть відштовхування ядро–ядро та електрон–електрон. Рівноважна довжина відповідає мінімуму.
Ковалентний зв’язок
Електронна густина може бути спільною для кількох ядер. Модель “спільної пари” зручна для Lewis-структур, але точніше говорити про молекулярні стани та хвильові функції, поширені на молекулу.
Йонна решітка
У солі кожний йон взаємодіє з багатьма протилежно та однойменно зарядженими сусідами. Стабілізація кристала колективна; її описує енергія решітки, а не один ізольований зв’язок Na–Cl.
Полярність
Різниця електронегативностей зміщує густину і створює часткові заряди. Полярність молекули визначає векторна сума диполів, тому геометрія може повністю компенсувати полярні зв’язки.
Металічний зв’язок
У металах багато орбіталей утворюють розширені енергетичні зони. Частково заповнені стани дають електропровідність, а відносно ненапрямлена когезія допомагає пояснити пластичність.
Порядок зв’язку
Більший порядок зв’язку для подібних атомів зазвичай означає коротший і міцніший зв’язок. У молекулярно-орбітальному підході порядок пов’язаний з різницею заселеності зв’язувальних і антизв’язувальних орбіталей.
O₂ і магнетизм
Проста Lewis-структура не пояснює парамагнетизм O₂. Молекулярно-орбітальна теорія залишає два неспарені електрони в π* станах і правильно передбачає експеримент.
Октет — не закон
Правило октету добре працює для багатьох головногрупових молекул, але є радикали, електронодефіцитні та гіпервалентні системи. Стабільність визначає енергія всієї електронної структури.
Зв’язок як континуум, а не три коробки
Реальні зв’язки рідко є “на 100 % йонними” або “на 100 % ковалентними”. Навіть у йонному кристалі електронна густина поляризується, а в полярному ковалентному зв’язку є значне розділення заряду. Корисніше описувати спектр поведінки через електронну густину, енергію решітки, різницю електронегативностей і молекулярні орбіталі. Те саме стосується металічності: у твердому тілі атомні рівні перетворюються на зони, і провідність залежить від їх заповнення. Отже, назва типу зв’язку — це компактна модель для певних властивостей, а не твердження, що електрони фізично підкоряються трьом взаємовиключним механізмам.
Вправа
Чому CO₂ неполярний, хоча C=O зв’язки полярні?
Розв’язання
Молекула лінійна, а два однакові дипольні моменти спрямовані протилежно й компенсуються.