Химическая связь и строение молекул

Ученых с давних пор интересовал вопрос о причинах соединения элементов между собой. Так еще М.В. Ломоносов полагал, что свойства корпускул (молекул) зависят не только от количества и природы входящих в ее состав элементов (атомов), но и от их расположения в корпускуле. Правда, соединение атомов он уподоблял сцеплению зубчатых шестерен.

К.Л. Бертолле на рубеже XIX в. предложил гравитационную теорию, объясняющую соединение соединения атомов взаимодействием их масс.

И.Я. Берцелиус в 1810 г. создает электрохимическую теорию, согласно которой атомы всех элементов имеют два полюса - положительный и отрицательный, причем у одних преобладает положительный заряд, а у других – отрицательный (электроположительные и электроотрицательные элементы).

А.М. Бутлеров (1828 – 1886 гг.), в 1861 г. на съезде в Германии изложил свою замечательную теорию химического строения веществ – структурную теорию. Основные положения его теории.

1. Атомы в молекуле находятся не в беспорядке, а соединены друг с другом в определенной последовательности.

2. Соединения атомов в молекуле происходит в соответствии с их валентностью.

3. Свободных валентностей у атомов в соединениях нет.

Свойства веществ (молекул) зависят не только от качества и количеств входящих в нее атомов, но и от химического строения, т. е. от порядка расположения атомов в молекуле. Иными словами, молекула не механическая сумма атомов, а новое качественное образование – результат химического взаимодействия, при котором атомы, влияя друг на друга, изменяют свою структуру. Многое, конечно, объяснить она не могла. Например, причину соединения атомов – сущность валентности.

Подсчеты энергии связи за счет гравитационных сил и электростатических сил, которые осуществил Дебай, показали, что первые меньше вторых в 10²³ раза и ими можно полностью пренебречь. Таким образом, под химической связью понимают способность отдельных атомов к взаимодействию между собой и с другими атомами с образованием устойчивых многоатомных систем – ионов, молекул, радикалов. Напомним определения приведенных трех видов частиц, образованных атомами.

Молекула – наименьшая нейтральная частица данного вещества, обладающая его химическими свойствами и способная к самостоятельному существованию. Различают одноатомные, двух -, трех - и т.д., в общем многоатомные молекулы. В обычных условиях из одноатомных молекул состоят благородные газы; молекулы высокомолекулярных соединений, напротив, содержат много тысяч атомов.

Ион – заряженная частица, представляющая собой атом или группу химически связанных атомов с избытком электронов (анионы) или недостатком их (катионы). В веществе положительные ионы всегда существуют вместе с отрицательными. Так как электростатические силы, действующие между ионами, велики, то невозможно создать в веществе сколько-нибудь значительный избыток ионов одного знака.

Свободные радикалы - частицы, обладающие ненасыщенными валентностями (неспаренными электронами). Такими частицами являются, например, •СН₃ и •NH₂. В обычных условиях свободные радикалы, как правило, не могут существовать длительное время, так как они весьма реакционноспособны и реагируют друг с другом, образуя инертные частицы.