Какова природа сил, связывающих атомы в молекуле? Ответ на этот вопрос искали с момента появления атомистической гипотезы строения вещества. Вначале считали, что атомы механически соединяются между собой с помощью крючков и петель. Затем возникла идея, что связь между атомами осуществляется силами всемирного тяготения. В начале девятнадцатого века в трудах Г.Деви и Й.Берцелиуса была разработана электрохимическая теория, суть которой сводилась к тому, что химически взаимодействующие частицы при контакте приобретают противоположные электрические заряды, которые и обуславливают связь. Однако эта теория не смогла объяснить существование молекул, образованных одинаковыми атомами ( и т.д.).
Дальнейшее развитие теории химической связи стало возможным после открытия электрона. Первым высказал электронную концепцию связи Дж.Томсон в 1907г. Он предположил наличие в атомах определенных устойчивых электронных конфигураций, которые могут реализовываться при потере или присоединении этими атомами электронов.
После разработки планетарной модели строения атома Эрнестом Резерфордом и Нильсом Бором была создана теория химической связи, осуществляемой путем перераспределения электронов между атомами. Основы этой теории были представлены в работах Вальтера Косселя, Джильберта Льюиса и Ирвинга Ленгмюра.
Коссель предложил (1915г.) статическую электронную теорию строения атомов и молекул, суть которой в следующем:
1.Атомы благородных газов обладают особенно устойчивой двух или восьмиэлектронной внешней оболочкой.
2.Атомы других элементов во внешней оболочке имеют число электронов меньше двух или восьми. Их электронные оболочки менее устойчивы.
3.Образование молекулы происходит вследствие передачи определенного числа электронов от атома одного элемента (металла) к атому другого элемента (неметалла).
В результате такого перераспределения электронов каждый атом должен иметь внешнюю оболочку, аналогичную устойчивой электронной оболочке благородного газа. При этом атом металла приобретает положительный, а атом неметалла – отрицательный заряд. Соединение между ними обуславливается в соответствии с законом Кулона силами электростатического притяжения. Такую химическую связь назвали ИОННОЙ.
Эта теория не могла объяснить природу связи между одинаковыми атомами. Кроме того, последующие исследования показали, что практически никогда электроны не переходят полностью от одного атома к другому.
Примерно в то же время (1916г.) Льюис предпринял попытку объяснить механизм образования химической связи между любыми (в том числе и одинаковыми) атомами. Затем теория Льюиса была развита Ленгмюром.
Теория Льюиса-Ленгмюра также исходит из особой стабильности двух и восьмиэлектронных внешних оболочек атомов и стремления атомов, участвующих в образовании молекулы, иметь такие оболочки. Химическая связь в данном случае осуществляется посредством образования общей электронной пары, в которую каждый атом дает по одному электрону из своей внешней оболочки. Такую химическую связь Ленгмюр назвал КОВАЛЕНТНОЙ, т.е. совместно действующей.
Молекула фтора, например, по этой теории образуется при обобществлении по одному электрону от каждого атома. В этом случае образуется одна общая электронная пара, связывающая атомы по схеме:
.
В этой схеме символ F условно обозначает ядро атома, окруженное электронами, кроме внешних; они на схеме показаны точками.
Теории Льюиса-Ленгмюра и Косселя были значительным вкладом в развитие электронных представлений о химической связи. Однако опыт показывал, что устойчивой может быть не только двух или восьмиэлектронная внешняя оболочка, но и облочки, содержащие 6, 10, 12 и 16 электронов, как например, в соединениях . Из сказанного очевидна искусственность введения особой устойчивости только для двух и восьмиэлектронной конфигурации. Таким образом, видно, что эти теории носили качественный характер и не устанавливали механизм образования химической связи, не позволяли рассчитывать ее количественные характеристики.