Ковалентная связь — химическая связь между атомами, осуществляемая обобществленными электронами и являющаяся универсальным типом химической связи.
Если молекула образована одинаковыми атомами (O2, H2, Cl2), то между ними образуется неполярная ковалентная связь. В таком случае валентные электроны притягиваются атомами с равной силой, поэтому общее электронное облако расположено симметрично относительно обоих атомов. Электронная пара, образующая связь, в равной степени принадлежит обоим атомам.
Если ковалентную связь в молекуле образуют атомы разных элементов, то она будет полярной. В полярной ковалентной связи электронная пара смещена к атому с большей электроотрицательностью, то есть к тому, который сильнее притягивает электроны. Поскольку электроотрицательность у каждого химического элемента своя, то смещение в полярных связях может быть разное. Чем больше разница между электроотрицательностями, тем больше будет полярность связи. В полярной связи электронное облако смещено к тому элементу, который притягивает к себе электроны. Так в молекуле HF по сравнению с HI полярность связи больше, т. к. фтор более электроотрицательный элемент.
В молекулах с полярными ковалентными связями из-за того, что электронное облако смещено, молекула приобретает отрицательный и положительный заряд в разных своих точках. То есть молекула становится полярной — диполем. Так происходит в молекуле воды, где электроны водорода смещаются к атому кислорода, в результате у водородов больше положительный заряд, а у кислорода отрицательный.
Небольшой отрицательный заряд (δ-) у атома, к которому смещены электроны, равен положительному заряду (δ+) на атоме, от которого оттягиваются атомы. (Если рассматривать двухатомные молекулы).
Однако бывают молекулы с полярной связью, которые неполярны, т. е. не являются диполями. Так молекула углекислого газа CO2 неполярна. Хотя 4 внешних электрона углерода оттянуты по 2 к атомам кислорода, но из-за того, что углерод расположен в центре молекулы, она в целом неполярна.
Полярная ковалентная связь также характеризуется длинной связи (расстоянием между ядрами атомов). Ядра находятся друг от друга на таком расстоянии, на котором энергия молекулы минимальна. Это состояние достигается, когда электронные облака максимально перекрываются. Обычно чем больше размеры атомов, тем больше в них длина связи. Так в молекуле водорода (H2) длина связи самая маленькая. Когда атом образует несколько
полярных связей, то связи образуют определенный угол между собой — валентный угол (от 90 до 180). Так в CO2 угол между связями равен 180. Валентные углы определяют геометрическую форму молекулы.
Предполагается, что химическая связь образуется двумя неспаренными электронами с антипараллельными спинами; при этом происходит обобществление электронов, т. е. образуется общая электронная пара, принадлежащая одновременно двум атомам. Подобный механизм образования ковалентной связи получил название обменного.
Кроме рассмотренного обменного механизма образования ковалентной связи, существует и другой механизм, когда образование ковалентной связи происходит при взаимодействии одного атома или иона с заполненной атомной орбиталью с другим атомом или ионом, имеющим вакантную орбиталь. Такой механизм образования ковалентной связи называется донорно-акцепторным.
Атом или ион, поставляющий электронную пару, называется донором, а атом или нон, ее принимающий, называется акцептором.
По донорно-акцепторному механизму происходит перекрывание вакантной орбитали акцептора с заполненной орбиталью донора или донорной группы.
Таким образом, валентность атомов элементов определяется как числом связей, образованных по обменному механизму, так и числом связей, образованных по донорно-акцепторному механизму.
Атомная решетка
В узлах решетки — атомы, связанные ковалентными связями. Химическая связь — ковалентная полярная или неполярная. Атомная кристаллическая решетка характерна для углерода (алмаз, графит — рисунок), бора, кремния, германия, оксида кремния SiO2 (кремнезем, кварц, речной песок), карбида кремния SiC (карборунд), нитрида бора BN.
Свойства веществ с атомной кристаллической решеткой:
- высокая твердость;
- высокие температуры плавления;
- нерастворимость;
- нелетучесть;
- отсутствие запаха.
Молекулярные решетки
В узлах — молекулы веществ, которые удерживаются в узлах решетки с помощью слабых межмолекулярных сил.
Молекулярное строение имеют:
- все органические вещества (кроме солей);
- вещества — газы и жидкости;
- легкоплавкие и летучие твердые вещества, в молекулах которых ковалентные связи (полярные и неполярные).
Подобные вещества часто имеют запах.
Закрепление:
В чем особенность ковалентных химических связей?
Какие типы ковалентных связей Вы знаете?
Какими кристаллическими решетками могут обладать соединения с ковалентными связями?
Домашнее задание:
Выучить и повторить материал из конспекта.
