Ковалентная (или химический) связь - это единственная сила, которая поддерживает целостность определенной системы атомов, называется молекулой. Основой образования ковалентной связи является обобщение электронов двух атомов - эффект описывается в квантовой механике. Результатом обобщения является формирование так называемой молекулярной орбитали, которая "принадлежит" двум атомам одновременно и на которой может содержаться не более двух электронов (принцип запрета Паули (Wolfgang Pauli)).

 

Например, на внешнем электронном слое атома углерода находится 4 электрона (рис. 1.3), максимально в этом слое может быть 8 электронов. Он "дополняется" электронами четырех атомов водорода (по одному электрону на каждом атоме), и в результате образуется молекула метана. Аналогично дополнения внешнего слоя кислорода за счет двух атомов водорода приводит к образованию молекулы воды (рис. 1.3). Между двумя атомами, в зависимости от их природы, возможно также формирование двух (иногда и трех) молекулярных орбиталей (по два электрона на каждой), т.е. образование двойного (или тройного) ковалентной связи. Главные свойства ковалентной связи:

 

• Ковалентная связь очень прочный. Иначе говоря, каждая молекула (об этом говорит сам факт ее существования) находится в достаточно глубокой "потенциальной яме" - минимуме свободной энергии.

 

• Каждый атом содержит определенное количество электронов, которые могут быть обобщенными с другими атомами (или "вакансий" для электронов на внешнем слое). То есть каждый атом может образовать лишь определенное количество ковалентных связей - имеет определенную валентность (например, валентность углерода равна 4, кислорода - 2, водорода - 1 (см. рис. 1.3)).

 

• Ковалентная связь характеризуется определенной геометрией. Во-первых, каждый связь имеет конкретную длину (обычно 1-2 ?). Во-вторых, электронные плотности различных орбиталей в молекуле взаимодействуют между собой, и в результате каждый связь определенным образом ориентирован в пространстве относительно смежных связей. Типичные значения валентных углов (углов между связями, идущими от одного атома) составляют около 109 ° или 120 °.

 

Следует также заметить, что степень обобщения электронной пары между двумя атомами зависит от природы этих атомов. Например, в случае связи С-Н электронная плотность распределено примерно равномерно между двумя атомами. Такая связь называют неполяризо-ным. В случае связи О-Н, вследствие высокой электроотрицательности кислорода (способности оттягивать на себя электронную плотность), электронная пара сдвинута к этому атома (поляризованный связь показано стрелками на рис. 1.3). В результате в молекуле воды на кислород возникает парциальное отрицательный (примерно -2 / 3 от заряда электрона), а на каждом водорода положительный (+1 / 3) заряд. Другим важным для биополимеров примером электроотрицательного атома является азот.


Загрузка...
Яндекс.Метрика Google+