"Химия (базовый уровень)", Журин А.А.
Химическая связь удерживает атомы вместе в молекулах и кристаллах благодаря взаимодействию их электронных оболочек. Главное место занимает общая электронная пара: она может быть распределена между атомами равномерно или смещаться к более электроотрицательному атому. Так различают неполярную и полярную ковалентные связи, а при очень большом смещении электронной плотности связь приближается к ионной.
Текст подготовлен нейронной сетью по теме параграфа и не заменяет учебник — важные факты и формулировки сверяйте с ним.
Химическая связь — взаимодействие, удерживающее атомы вместе в молекуле или кристалле. Её электронная природа состоит в том, что внешние электроны атомов участвуют в их объединении. Это понятие помогает объяснить, почему атомы соединяются и как устроены вещества.
Ковалентная связь — связь, возникающая благодаря общей для двух атомов электронной паре. Пара образуется из электронов, принадлежащих взаимодействующим атомам. По ней можно понять, какие электроны удерживают атомы в молекуле.
Электроотрицательность — способность атома притягивать к себе общие электронные пары. Чем она выше, тем сильнее атом смещает электронную плотность в свою сторону. Это свойство позволяет предсказать направление смещения пары и частичные заряды.
Полярность связи — неравномерное распределение общей электронной пары между атомами с разной электроотрицательностью. Если один атом притягивает пару сильнее, около него возникает частичный заряд δ−, а около другого — δ+. Полярность показывает, насколько связь отличается от равномерного распределения электронов.
При сближении атомов начинают взаимодействовать их внешние электронные оболочки. Электроны одного атома притягиваются к ядру другого, а ядра и электронные оболочки одновременно отталкиваются. На определённом расстоянии эти взаимодействия приводят к образованию более устойчивой системы с меньшей энергией.
Ковалентная связь возникает, когда неспаренные электроны двух атомов объединяются в общую пару. У каждого атома водорода есть по одному неспаренному электрону: H· и ·H. После сближения получается H:H, или H–H, а общая пара электронов между атомами и есть связь.
Если атомы одинаковы или близки по электроотрицательности, каждый из них притягивает общую пару примерно одинаково. Поэтому электронная плотность располагается между ядрами без заметного смещения. В молекулах H₂ и Cl₂ связи неполярны, поскольку атомы в каждой паре одинаковы.
Если электроотрицательности различаются, более сильный «притягиватель» смещает общую пару к себе. В молекуле HCl хлор электроотрицательнее водорода, поэтому электронная плотность ближе к атому хлора. Возникают обозначения Hδ+–Clδ−: заряды частичные, а не целые.
При очень большой разнице электроотрицательностей смещение электронной плотности становится настолько сильным, что взаимодействие приближается к ионному. В предельном случае электрон можно считать полностью перешедшим к более электроотрицательному атому. Поэтому ковалентную и ионную связи рассматривают как крайние варианты распределения электронной плотности, а между ними возможны промежуточные случаи.
| Признак | Неполярная ковалентная | Полярная ковалентная | Ионная |
|---|---|---|---|
| Как распределены электроны | Общая пара принадлежит атомам примерно поровну | Общая пара смещена к одному атому | Электронная плотность почти полностью перешла к одному атому |
| Типичные участники связи | Одинаковые или близкие по электроотрицательности атомы | Разные неметаллы с различной электроотрицательностью | Обычно атомы металла и неметалла |
| Смещение электронной плотности | Практически отсутствует | Есть, возникают δ− и δ+ | Очень сильное, формируются ионы |
| Пример | H₂, Cl₂ | HCl | NaCl |
Сначала определите, одинаковы ли атомы и насколько различаются их электроотрицательности. Затем проследите, есть ли смещение общей пары и появляются ли частичные или целые заряды. Таблица показывает не резкую границу, а постепенный переход от равномерного распределения к почти полной передаче электрона.
Условие: покажите образование молекулы H₂ с помощью электронных точек и укажите, какая пара электронов образует связь. Каждый атом водорода имеет один электрон на внешнем уровне. Нужно соединить неспаренные электроны двух атомов в одну общую пару.
Ответ: связь H–H образует общая электронная пара, составленная из одного электрона первого и одного электрона второго атома водорода. Поскольку атомы одинаковы, связь неполярная.
Условие: определите, полярна ли связь Cl–Cl, и объясните ответ через электроотрицательность атомов. В связи участвуют два атома одного и того же элемента. Требуется установить, будет ли один из них сильнее притягивать общую пару.
Ответ: связь Cl–Cl неполярная ковалентная. Частичные заряды δ+ и δ− не возникают, потому что смещение электронной пары отсутствует.
Условие: укажите, к какому атому смещена общая пара в HCl, обозначьте частичные заряды и сравните связь с ионной. В молекуле соединены водород и хлор. Нужно учесть различие их электроотрицательностей, но не считать электрон полностью переданным.
Ответ: связь H–Cl полярная ковалентная, общая пара смещена к хлору. Ионная связь отличалась бы почти полной передачей электрона и образованием противоположно заряженных ионов.
Общая пара всегда посередине. Так думают, потому что её изображают между символами атомов. Проверка: сравните электроотрицательности — при их различии пара смещается к более электроотрицательному атому.
δ+ и δ− — это заряды ионов. Ошибка возникает из-за похожих знаков. Проверка: при ковалентной связи электроны не передаются полностью, поэтому частичные заряды слабее целых зарядов ионов.
Полярность определяют только по формуле вещества. Одинаковая формула может включать разные связи, а вывод делают для конкретной пары атомов. Проверка: сравните электроотрицательности именно участников рассматриваемой связи.
Любая полярная связь делает полярной всю молекулу. Отдельные связи могут иметь диполи, которые частично или полностью компенсируются. Проверка: учитывайте не только полярность связей, но и их пространственное расположение.
Для понимания темы нужны знания о строении атома, электронных оболочках и валентных электронах. Именно внешние электроны участвуют в образовании общей пары.
Электроотрицательность связана с периодическим законом. Её изменение в периодах и группах помогает сравнивать способность атомов притягивать электронную плотность.
Эти представления понадобятся при изучении строения молекул, полярности веществ, межмолекулярных взаимодействий и свойств веществ. По типу связи можно объяснять многие физические и химические особенности соединений.
Почему атомам выгодно образовывать химические связи?
При образовании связи система атомов может перейти в состояние с меньшей энергией, то есть стать устойчивее. Это происходит благодаря взаимодействию внешних электронных оболочек и образованию общей электронной пары.
Как понять, какой атом сильнее притягивает общую электронную пару?
Нужно сравнить электроотрицательности атомов. Общая пара смещается к тому атому, чья электроотрицательность выше.
Чем полярная ковалентная связь отличается от неполярной?
В неполярной связи общая электронная пара распределена между атомами примерно поровну. В полярной связи она смещена к более электроотрицательному атому.
Что означают обозначения δ+ и δ−?
Знак δ− показывает частичный избыток электронной плотности, а δ+ — её частичный недостаток. Это не целые заряды ионов, потому что электроны при полярной ковалентной связи полностью не переходят от одного атома к другому.
Почему полярную ковалентную связь нельзя считать ионной?
При полярной ковалентной связи электроны остаются общей парой, хотя и смещаются к одному из атомов. Ионная связь соответствует гораздо большему разделению зарядов и приближается к полной передаче электрона.
22. Электронная природа химической связи
