"Химия. Базовый и углублённый уровни", Савинкина Е.В., Логинова Г.П.; под ред. Вахрушева А.А.
Химическая связь объединяет атомы в устойчивые частицы благодаря взаимодействию валентных электронов. Ковалентная связь возникает при образовании общей электронной пары, а ионная — при переходе электронов и притяжении противоположно заряженных ионов. Электроотрицательность помогает определить, как распределяются электроны, будет ли связь полярной и почему вещества различаются по растворимости, электропроводности и температурам плавления.
Текст подготовлен нейронной сетью по теме параграфа и не заменяет учебник — важные факты и формулировки сверяйте с ним.
Химическая связь — взаимодействие, объединяющее атомы в устойчивые частицы. В нём участвуют прежде всего валентные электроны, расположенные на внешнем энергетическом уровне. Это понятие нужно, чтобы объяснить образование молекул, ионов и кристаллических решёток.
Ковалентная связь — связь, возникающая за счёт общей электронной пары двух атомов. Её показывают электронной формулой с двумя точками или чертой между символами атомов: H:H или H—H. Такая запись помогает увидеть, какие электроны связывают атомы.
Ионная связь — электростатическое притяжение противоположно заряженных ионов. Ионы появляются, когда один атом отдаёт электроны, а другой принимает их. Понятие используют для объяснения строения солей и их свойств.
Электроотрицательность — способность атома притягивать к себе общие электроны. Чем сильнее различаются электроотрицательности атомов, тем заметнее смещение электронной пары, а при большой разности возможен переход электронов. Поэтому электроотрицательность помогает определить тип и полярность связи.
Атомы образуют химические связи не случайно: объединённая система может иметь меньшую энергию, чем отдельные атомы. Более низкая энергия означает более устойчивое состояние. Поэтому атомы стремятся к такому распределению электронов, при котором частица становится энергетически выгоднее.
Ковалентная связь возникает, когда неспаренные валентные электроны двух атомов объединяются в общую пару. Каждый атом вносит в неё обычно по одному электрону, а пара одновременно притягивается ядрами обоих атомов. Так образуется устойчивое соединение, например H—H, Cl—Cl или O=O.
Если электроотрицательности одинаковы, общая пара распределяется симметрично, и связь называют неполярной. При различии электроотрицательностей более сильное притяжение одного атома смещает пару к нему. Чем больше такое различие, тем сильнее поляризация ковалентной связи.
Ионная связь образуется, когда электрон переходит от менее электроотрицательного атома к более электроотрицательному. Отдавший электрон атом превращается в положительный ион, или катион, а принявший — в отрицательный ион, или анион. Их притяжение по всем направлениям формирует ионное вещество.
Тип связи влияет на свойства вещества, потому что определяет строение частиц и силу их взаимодействия. В молекулярных веществах частицы отделены друг от друга, а в ионных кристаллах ионы образуют прочную решётку. Поэтому различаются агрегатное состояние, температуры плавления, растворимость и способность проводить ток.
Таблицу удобно читать по строкам: сначала определите частицы и способ образования связи, затем сравните свойства вещества. Формулировки описывают типичные случаи, поэтому конкретное вещество может иметь особенности.
| Свойство | Ковалентная неполярная связь | Ковалентная полярная связь | Ионная связь |
|---|---|---|---|
| Между какими частицами возникает | Между одинаковыми атомами, обычно неметаллами | Между разными атомами неметаллов | Между катионами и анионами |
| Способ образования | Общая электронная пара | Общая пара со смещением | Переход электронов и притяжение ионов |
| Распределение электронов | Симметричное | Смещено к более электроотрицательному атому | Электроны переданы от одного атома другому |
| Примеры веществ | H2, Cl2, O2 | HCl, H2O, NH3 | NaCl, MgO |
| Типичные частицы или структура | Молекулы | Полярные молекулы | Ионная кристаллическая решётка |
| Электропроводность вещества | Обычно не проводят | Обычно не проводят | Проводят в расплавах и растворах |
| Растворимость в воде | Часто низкая | Многие вещества растворимы | Многие соли растворимы |
| Температуры плавления и кипения | Обычно невысокие | Обычно выше, чем у неполярных молекулярных веществ | Обычно высокие |
Условие: определить тип связи и изобразить образование связи электронной формулой.
Ответ: во всех трёх веществах ковалентная неполярная связь; H2 и Cl2 содержат одинарную, а O2 — двойную связь.
Условие: определить тип связи и направление смещения общей электронной пары.
Ответ: все перечисленные связи полярные ковалентные; электронная плотность смещена к наиболее электроотрицательному атому в каждой связи.
Условие: объяснить образование ионов, составить схемы перехода электронов и определить тип связи.
Ответ: NaCl состоит из Na⁺ и Cl⁻, MgO — из Mg²⁺ и O²⁻; тип связи в обоих веществах ионный.
Ошибка — считать любую связь между разными неметаллами ионной. Разные атомы действительно имеют неодинаковую электроотрицательность, но чаще образуют полярную ковалентную связь. Проверяйте, сохраняется ли общая электронная пара.
Нельзя путать общую электронную пару с полным переходом электрона. В ковалентной связи оба атома участвуют в использовании пары, даже если она смещена. Если появились катион и анион, речь уже идёт об ионном образовании.
Полярность нельзя определять только по формуле вещества. Сначала сравните электроотрицательности атомов и установите направление смещения пары. Затем учитывайте строение всей молекулы, если требуется определить её общую полярность.
Ионную связь ошибочно представляют как взаимодействие одной пары ионов. В ионном веществе каждый ион окружён ионами противоположного заряда, а частицы образуют протяжённую кристаллическую решётку. Проверкой служит описание структуры вещества, а не отдельной молекулы.
Для изучения темы нужны знания о строении атома, валентных электронах, электронных конфигурациях и периодическом изменении электроотрицательности. Понимание связей помогает объяснить валентность, степени окисления, строение молекул и кристаллических решёток. Позже эти знания понадобятся при изучении свойств веществ, растворения, электролитической диссоциации и химических реакций.
Почему между атомами металла и неметалла обычно образуется ионная связь?
Металлы обычно легче отдают валентные электроны, а неметаллы сильнее притягивают их. Поэтому образуются катион металла и анион неметалла, между которыми возникает электростатическое притяжение.
Чем полярная ковалентная связь отличается от ионной?
В полярной ковалентной связи общая электронная пара остаётся у обоих атомов, но смещается к более электроотрицательному. При ионной связи электрон в основном переходит к другому атому, и образуются противоположно заряженные ионы.
Как по периодической таблице предположить тип химической связи?
Между одинаковыми неметаллами обычно образуется неполярная ковалентная связь. Между разными неметаллами чаще возникает полярная ковалентная связь, а между металлом и неметаллом при большой разности электроотрицательностей — ионная.
Почему молекула может быть неполярной, если в ней есть полярные связи?
Полярность молекулы зависит не только от полярности связей, но и от их направления в пространстве. Если дипольные смещения симметрично компенсируются, молекула в целом неполярна, например CO₂.
Проводят ли электрический ток вещества с ковалентной и ионной связью?
Большинство молекулярных веществ с ковалентными связями ток не проводят, потому что в них нет свободных заряженных частиц. Ионные вещества проводят ток в расплавах и растворах, где ионы могут перемещаться, но не проводят в твёрдом состоянии.
Тема 4. Ковалентная и ионная связь
