"Химия (базовый уровень)", Рудзитис Г.Е.,Фельдман Ф.Г.
Химическая связь удерживает атомы и ионы вместе и возникает благодаря электронам внешнего слоя. При ионной связи электроны переходят от одних атомов к другим, а образовавшиеся ионы притягиваются. При ковалентной связи атомы используют общие электронные пары. По распределению этих пар различают полярную и неполярную связь. Понимание связей помогает объяснить строение веществ и многие их свойства.
Текст подготовлен нейронной сетью по теме параграфа и не заменяет учебник — важные факты и формулировки сверяйте с ним.
Химическая связь — взаимодействие, удерживающее атомы или ионы вместе в составе вещества. В образовании связи особенно важны электроны внешнего слоя, потому что именно они участвуют в обмене или становятся общими. Это понятие помогает объяснить, почему частицы соединяются и сохраняются вместе.
Ионная связь — электростатическое притяжение противоположно заряженных ионов. Она возникает после перехода электронов от одних атомов к другим: одни частицы теряют электроны, другие их принимают. Различие между передачей электронов и притяжением ионов помогает правильно описать образование вещества.
Ковалентная связь — связь, возникающая благодаря общим электронным парам атомов. Каждый атом вносит в такую пару по электрону, а пара связывает оба атома. Это определение нужно, чтобы отличать совместное использование электронов от их полной передачи.
Электроотрицательность — способность атома притягивать к себе общие электронные пары. Сравнивая электроотрицательности двух атомов, можно оценить, распределены ли электроны поровну или смещены к одному из них. Это помогает определить характер ковалентной связи.
Связь атомов обусловлена стремлением системы перейти в более устойчивое состояние: при подходящем взаимодействии её энергия становится ниже. Устойчивость часто связана с завершённой электронной оболочкой, особенно с заполненным внешним уровнем. Атомам доступны разные способы приблизиться к такому состоянию, и в них участвуют электроны внешнего слоя. Поэтому строение внешней оболочки помогает понять, какие связи могут образоваться.
При образовании ионной связи один атом отдаёт электрон или несколько электронов, а другой их принимает. Потерявший электроны атом становится положительным ионом — катионом, а принявший их — отрицательным ионом, анионом. Например, атом натрия отдаёт электрон атому хлора: образуются Na⁺ и Cl⁻. Электростатическое притяжение этих разноимённо заряженных ионов удерживает их вместе в веществе NaCl.
При ковалентной связи атомы обобществляют электроны, то есть используют общую электронную пару. Каждый атом предоставляет в пару по одному электрону, а притяжение электронов к обоим атомным ядрам помогает удерживать атомы рядом. В молекуле H₂ одна общая пара связывает два атома водорода. В O₂ между атомами кислорода образуются две общие пары, поэтому говорят о двойной ковалентной связи.
То, насколько общая электронная пара притягивается каждым атомом, зависит от электроотрицательности. У двух одинаковых атомов способность притягивать электроны равна, поэтому пара распределена между ними примерно поровну: связь Cl₂ неполярная. У разных атомов электроотрицательности могут отличаться, и тогда электронная плотность смещается к более электроотрицательному атому. В HCl общая пара смещена к хлору, поэтому связь ковалентная полярная.
Ионная и ковалентная связи различаются и частицами, и способом взаимодействия электронов. При ионной связи электроны переходят между атомами, а связь создаёт притяжение образовавшихся ионов; при ковалентной электроны образуют общие пары. Характер связи связан с природой атомов и различием их электроотрицательностей: чем сильнее различие, тем заметнее смещение электронной плотности. Поэтому при описании связи важно учитывать не только условное название, но и реальное распределение электронов.
| Признак | Ионная связь | Ковалентная связь |
|---|---|---|
| Какие частицы взаимодействуют | Противоположно заряженные ионы | Атомы, связанные общими электронными парами |
| Что происходит с электронами | Переходят от одних атомов к другим | Обобществляются: каждый атом вносит электрон в пару |
| Как распределена электронная плотность | Электроны в основном связаны с анионами | Общая пара может распределяться поровну или смещаться |
| Между какими атомами обычно образуется | Между атомами с большой разницей электроотрицательностей, часто металлом и неметаллом | Обычно между атомами неметаллов |
| Примеры веществ | NaCl, MgO | H₂, O₂, Cl₂, HCl |
Чтобы сравнить связи, сначала выясните, передаются электроны или образуются общие пары. Затем определите, какие частицы удерживаются вместе и как распределена электронная плотность. Примеры в последней строке помогают проверить, что признаки применены последовательно.
Условие: определите вид химической связи в молекуле Cl₂ и объясните, почему она относится к этому виду. Нужно установить, какие частицы образуют связь и как между ними распределены электроны. Сравнение атомов даёт ответ без расчётов.
Ответ: в Cl₂ неполярная ковалентная связь. Её называют ковалентной, потому что атомы используют общую пару, а неполярной — потому что пара не смещена к одному из атомов.
Условие: определите вид связи в HCl и укажите, к какому атому смещена общая электронная пара. Здесь важно не перепутать полярность с ионной связью. Для решения сравним способность атомов притягивать электроны.
Ответ: HCl содержит полярную ковалентную связь; электронная пара смещена к атому хлора. Смещение пары показывает полярность, а не её полную передачу.
Условие: покажите образование MgO, назовите возникающие ионы и объясните, что удерживает частицы. Проследим за внешними электронами каждого атома. Магний отдаёт два электрона, а кислороду для завершения внешнего слоя нужны именно два.
Ответ: в MgO возникают ионы Mg²⁺ и O²⁻, а их притяжение образует ионную связь. Передача электронов создаёт ионы, но удерживает их вместе именно притяжение зарядов.
Ошибка: считать, что ионная связь — это передача электронов. Её допускают, смешивая причину образования ионов с причиной, по которой частицы удерживаются; проверьте себя вопросом, что происходит после передачи. Электроны создают заряженные частицы, а связь возникает из-за их взаимного притяжения.
Ошибка: называть любую ковалентную связь неполярной. Так думают, потому что в обоих случаях атомы используют общую пару; однако в HCl она смещена к хлору. Сравните электроотрицательности атомов: их различие указывает на полярность.
Ошибка: полагать, что при ковалентной связи электроны принадлежат только одному атому. Это смешивает ковалентную связь с передачей электрона; проверьте, участвуют ли оба атома в образовании общей пары. Пара принадлежит обоим, даже если электронная плотность смещена к одному из них.
Ошибка: считать, что любая связь имеет только один строго выраженный тип. Такое упрощение удобно для запоминания названий, но не всегда отражает реальное распределение электронов. Проверяйте, насколько смещена электронная плотность: связь может сочетать ковалентные и ионные черты.
Чтобы разбираться в химической связи, нужно знать строение атома, состав электронной оболочки и распределение электронов по уровням. Сравнение электроотрицательностей помогает отличать полярную ковалентную связь от неполярной. Эти знания пригодятся при изучении строения веществ и объяснении их свойств, химических реакций и типов кристаллических решёток. Связь между частицами помогает понять, почему вещества устроены и ведут себя по-разному.
Чем химическая связь отличается от передачи электронов?
Передача электронов — один из способов образования ионов: атом отдаёт или принимает электроны. Химическая связь — взаимодействие, которое удерживает частицы вместе; в ионном веществе это притяжение противоположно заряженных ионов.
Почему ионная связь возникает между противоположно заряженными ионами?
Положительно заряженные катионы и отрицательно заряженные анионы притягиваются электростатически. Это притяжение и удерживает их в составе вещества.
Как определить, полярная ковалентная связь или неполярная?
Сравните электроотрицательности связанных атомов. Если они одинаковы или очень близки, общая электронная пара распределена почти поровну и связь неполярная; заметное различие приводит к смещению пары и полярности.
Почему в молекуле HCl электронная пара смещена к хлору?
Хлор сильнее водорода притягивает общую электронную пару, потому что его электроотрицательность выше. Поэтому электронная плотность смещена к атому хлора, хотя пара остаётся общей для обоих атомов.
Может ли связь иметь одновременно ионные и ковалентные черты?
Да. Связи часто нельзя разделить на совершенно чистые типы: при значительной разнице электроотрицательностей электронная плотность заметно смещена, и связь приобретает ионные черты. Поэтому характер связи рассматривают как зависящий от распределения электронной плотности.
§ 7. Основные виды химической связи. Ионная и ковалентная связь
