Подход Косселя – Льюиса к химической связи

Подход Косселя-Льюиса к химической связи является одним из фундаментальных понятий в понимании того, как атомы соединяются в молекулы. Эта теория подчеркивает роль электронов в образовании или разрыве связей и стремится объяснить, как атомы достигают стабильных электронных конфигураций, часто называемых октетными конфигурациями. Давайте обсудим этот подход более подробно.

Исторический контекст

В начале 20 века химики Вальтер Коссель и Гилберт Н. Льюис независимо представили теории о химической связи, сосредоточенные вокруг электронов. Они наблюдали, что наиболее стабильные соединения образуются, когда атомы достигают стабильной электронной конфигурации, аналогичной конфигурации благородных газов. Это наблюдение стало рождением правила октета.

Правило октета

Правило октета требует, чтобы атомы образовывали связи таким образом, чтобы у них было восемь электронов на внешнем уровне, что приводит к стабильной электронной конфигурации, подобной благородным газам. Это может быть достигнуто путём обмена, получения или потери электронов.

        Общая форма представления правила октета: Конфигурация благородного газа: ns 2 np 6 Где n представляет главное квантовое число, указывающее на внешний слой.
    

Природа химических связей

Согласно теории Косселя-Льюиса, различные типы химических связей возникают из-за взаимодействия электронов между атомами.

Ионная связь

Вальтер Коссель сосредоточился преимущественно на образовании ионных связей. Ионные связи образуются при полном переносе электронов от одного атома к другому, что приводит к образованию заряженных ионов. Например, когда атом натрия (Na) передает электроны атому хлора (Cl), они образуют ион натрия (Na +) и ион хлорида (Cl -), образуя хлорид натрия (NaCl).

        Пример образования ионной связи: Na (1s 2 2s 2 2p 6 3s 1 ) + Cl (1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 5 ) ➡ Na + + Cl - ➡ NaCl
    

Этот перенос приводит к электростатическому притяжению между противоположно заряженными ионами, удерживающими их вместе в ионной решетке.

Ковалентные связи

Гилберт Н. Льюис в основном обсуждал ковалентные связи, где атомы совместно используют электронные пары для соблюдения правила октета. В ковалентной связи разделяемые электроны удерживают атомы вместе. Классический пример этого — молекула водорода (H 2), где два водорода образуют стабильную молекулу, делясь единственными электронами.

        Пример образования ковалентной связи: H (1s 1 ) + H (1s 1 ) ➡ H 2
    

Для визуального представления рассмотрим молекулу воды (H 2O), где один атом кислорода разделяет электроны с двумя водородами:

        [ O ]--[ H ] | [ H ]
    

Структуры Льюиса

Структуры Льюиса — это диаграммы, которые показывают связи между атомами молекулы и электронные пары, присутствующие в молекуле. Они представляют собой простые способы показать, где и как электроны передаются или обмениваются, и облегчают понимание химической связи.

Выполните следующие шаги, чтобы нарисовать структуру Льюиса:

1. Определите общее число валентных электронов в молекуле.
2. Расположите атомы, определите центральный атом (обычно наименее электроотрицательный).
3. Используйте пары электронов для образования связей между атомами и постарайтесь установить все атомы, чтобы они соответствовали правилу октета.
4. Если остались лишние электроны, разместите их как свободные пары на центральном атоме или в другом месте, если это необходимо.
5. Двойные или тройные связи могут быть необходимы для соблюдения октета.

Пример: для углекислого газа (CO 2):

        Общее количество валентных электронов = 4 (Углерод) + 6*2 (Кислород) = 16 O=C=O Кислород образует двойные связи с углеродом, чтобы соответствовать октету.
    

         .. O=C=O ..
    

Ограничения и исключения из правила октета

Хотя правило октета широко применяется, существуют несколько заметных исключений, включая:

Неполный октет

Некоторые элементы стабильны, имея менее восемь электронов на своем внешнем уровне. Бор в BF 3 — распространенный пример.

        BF 3 Структура Льюиса: F | B--F | F Бор стабилен с шестью валентными электронами.
    

Расширенный октет

Элементы третьего периода и дальше могут расширять свои внешние оболочки, имея более восьми электронов. Рассмотрим PF 5:

        PF 5 Структура Льюиса: F | F--P--F | FF Фосфор может держать 10 валентных электронов.
    

Свободные радикалы

Молекулы с нечетным количеством электронов имеют неспаренные электроны и называются свободными радикалами. Например, оксид азота (NO):

        NO Структура Льюиса: .. N--O Азот имеет семь валентных электронов, что приводит к неспаренному электрону.
    

Заключение

Подход Косселя-Льюиса к химической связи предоставляет важную информацию о природе химических связей. Учитывая перенос и обмен электронов, он предоставляет основу для понимания молекулярных структур и свойств. Несмотря на свои ограничения и исключения, правило октета служит полезным инструментом для прогнозирования того, как атомы связываются, приводя к образованию молекул с разнообразными свойствами.

В общем, вклад Косселя и Льюиса является важной вехой в области химической связи, устанавливая основные концепции, которые продолжают информировать современную химию.

Комментарии