Основные компоненты химической связи и методы их оценки

Ковалентность – это достижение максимальной локализации обобществленных электронов в межъядерном пространства на оси, соединяющей центры ядер.

Формулы для расчета степени ковалентности гомоядерных связей:

С _К = 5.74∙ I ₁, %, (1)

где I ₁ – первый потенциал ионизации;

С _К = k ∙ Х, %,(2)

где Х – электроотрицательность элемента; k – коэффициент, который рассчитывается по следующей формуле

k = 100 / X_F, (3)

где X_F - электроотрицательность фтора.

Ионность – это смещение обобществленной электронной плотности вдоль оси, соединяющей центры ядер, в сторону более электроотрицательного элемента.

Формулы для расчета степени ионности и ковалентности гетероядерных связей:

С _И = 1- е^{-0.18∆ Х 2}, % (4)

С _к = exp(-0.18∙∆ X ²), % (5)

где D Х – разность электроотрицательностей двух элементов, образующих связь.

Металличность – это смещение обобществленной электронной плотности в направлении, перпендикулярном от центра оси, соединяющей центры ядер.Формула для расчета степени металличности для гомоядерных связей

С _М = 100 - С _К, % (6)

Обобществление валентных электронов – это процесс перекрывания электронных оболочек, приводящий к обмену и обобществлению этих электронов в процессе образования химической связи и соединения.

Степень обобществления валентных электронов – это относительная величина (в %), определяемая через количество ядер или ядерных остовов в структуре химического соединения, локализующих при себе электронную плотность, возникающую при образовании соответствующей химической связи.

СОЭ = 100 - , %.(7)

Актуальность исследований по качественной и количественной оценке вклада трех главных предельных типов химического взаимодействия (ковалентного, металлического и ионного) в реальные гомо- и гетероядерные связи достаточно очевидна ввиду того, что последние всегда по существу являются промежуточными (смешанными) между предельными. Это позволило предположить, что химическую связь, в общем, следует рассматривать как наложение ковалентного, ионного и металлического состояний. Например, трудно предположить, что при превращении Mg и Sb в Mg₃Sb₂, то есть при преобразовании преимущественно металлических гомосвязей магний – магний (Mg⁺(-)Mg⁺) и сурьма – сурьма (Sb⁺(-)Sb⁺) (характеризуемых значительной долей металличности) в связь Mg – Sb, последняя полностью потеряет металлическую компоненту.

В результате вышесказанного возникает необходимость учета вклада металлической компоненты в гетероядерном взаимодействии и оценки степени металличности в нем. В качестве варианта решения задачи количественной оценки C _м гетероядерного взаимодействия предлагается следующая последовательность операций. В соответствии с переходом от оценки металличности гомоядерной связи к гетероядерной, C _м определяется по формулам (1, 2, 6) в измененном виде. В ней χ заменяется на χ_ср. В результате данного преобразования формула приобретает следующий вид:

где χ_ср – значение ЭО, которое можно найти из следующего соотношения:

где k – коэффициент пропорциональности, учитывающий стопроцентную ковалентность связи F-F и её ЭО, равную 3.953, χ_Э1 и χ_Э2 – ЭО первого и второго элемента в связи соответственно.

Далее вычисляем C _к по следующей формуле:

Затем рассчитываются степени ковалентности и ионности (в долях) по формулам Полинга:

После вычисления всех трех компонент химической связи по формулам (8), (10) и (12), определяем сумму составляющих гетероядерной связи, принимаем ее за 100 %, и рассчитываем приведенные степени ионности, ковалентности и металличности гетероядерной химической биядерной связи по формулам:

Значения необходимых для расчетов характеристик даны в при­ложениях 2 и 3.