10. Ковалентная полярная химическая сеять

Определения и обозначения

Ковалентная связь — связь, образованная общей электронной парой двух атомов. В структурной формуле эту пару обозначают чертой между символами, например H–Cl. Такое обозначение помогает увидеть, какие атомы соединены и сколько связей между ними.

Ковалентная полярная связь — ковалентная связь между атомами с разной электроотрицательностью, при которой общая электронная пара смещена к одному из атомов. Электроотрицательность — способность атома притягивать к себе общую электронную пару в соединении. Эти понятия нужны, чтобы определить направление смещения электронов и объяснить свойства связи.

Частичные заряды — условные заряды δ− и δ+, возникающие из-за неравномерного распределения общей электронной пары. Знак δ− ставят у атома, к которому смещена пара, а δ+ — у другого атома. Эти обозначения показывают не полный переход электрона, а лишь неравномерное распределение электронной плотности.

Как это устроено

У атомов есть валентные электроны — электроны внешнего слоя, участвующие в образовании связей. Если у двух атомов есть неспаренные электроны, они могут объединиться в общую пару: один электрон предоставляет каждый атом. Притяжение этой пары к обоим атомам удерживает их рядом, поэтому возникает ковалентная связь. В формуле общую пару часто изображают двумя точками, а в структурной формуле — чертой.

Если атомы разные, они обычно притягивают общую пару неодинаково. Более электроотрицательный атом сильнее притягивает электроны, поэтому электронная плотность пары смещается к нему. При этом пара не перестаёт быть общей: она по-прежнему связывает оба атома. Такое неравномерное распределение и делает ковалентную связь полярной.

Чтобы выяснить, какой атом притягивает электроны сильнее, сравнивают электроотрицательность элементов. В периодической системе она в целом возрастает слева направо в периоде и снизу вверх в группе. Поэтому при сравнении положения двух элементов можно обычно определить направление смещения пары. Например, хлор расположен правее и выше водорода, поэтому в связи H–Cl электронная пара смещена к хлору.

Из-за смещения пары на одном атоме оказывается больше электронной плотности, а на другом — меньше. Поэтому первому условно приписывают частичный отрицательный заряд δ−, второму — частичный положительный заряд δ+. Слово «частичный» важно: электроны не перешли полностью от одного атома к другому, как при образовании ионов. Знаки δ показывают лишь неравномерное распределение заряда в ковалентной связи.

В электронной формуле общие и неподелённые пары показывают точками, а в структурной формуле общую пару заменяют чертой. Для HCl электронную пару можно показать между H и Cl; у хлора также остаются три неподелённые пары. Для H₂O в структурной формуле записывают H–O–H, а в электронной формуле у кислорода показывают две общие пары с водородами и две неподелённые пары. Кислород обозначают δ−, оба водорода — δ+.

Сравнение ковалентной неполярной и ковалентной полярной связи

Сначала выясни, какие атомы соединены, затем сравни их электроотрицательности. Если они одинаковы, связь неполярная; если различаются — общая пара смещена к более электроотрицательному атому. Таблица сравнивает именно связи, а не обязательно полярность молекулы целиком.

Разбор задач

Задача 1. Определи вид химической связи в молекуле HCl и укажи, к какому атому смещена общая электронная пара. Нужно сравнить электроотрицательности водорода и хлора. Затем по результату определить полярность и частичные заряды.

1. В молекуле соединены атомы разных элементов — H и Cl, поэтому их электроотрицательности различаются.
2. Хлор притягивает общую электронную пару сильнее водорода. Значит, связь ковалентная полярная, а пара смещена к Cl.
3. У хлора возникает частичный заряд δ−, у водорода — δ+. Это смещение, а не передача электронов целиком.

Ответ: связь H–Cl ковалентная полярная; общая электронная пара смещена к хлору.

Задача 2. Изобрази электронную и структурную формулы молекулы воды H₂O и обозначь частичные заряды. Покажи связи кислорода с двумя атомами водорода и неподелённые пары кислорода. Электронная формула должна отображать пары точками, а структурная — чертами.

1. Запиши структурную формулу H–O–H: у кислорода две связи, по одной с каждым водородом.
2. В электронной формуле покажи общую пару между O и каждым H. У кислорода дополнительно есть две неподелённые электронные пары.
3. Кислород электроотрицательнее водорода, поэтому обе общие пары смещены к O. У O ставят δ−, у каждого H — δ+.

Ответ: структурная формула — Hδ+–Oδ−–Hδ+; в электронной формуле у O также изображают две неподелённые пары точек.

Задача 3. Распредели Cl₂, HCl, NaCl и O₂ по типам связи и обоснуй ответ. Не следует относить все вещества с разными элементами к одному типу: сначала установи, одинаковы ли атомы и является ли связь ковалентной или ионной. Затем сравни электроотрицательности.

1. В Cl₂ и O₂ соединены одинаковые атомы. Они притягивают общую пару одинаково, поэтому обе связи ковалентные неполярные.
2. В HCl соединены разные неметаллы. Общая пара смещена к более электроотрицательному Cl, поэтому связь ковалентная полярная.
3. В NaCl натрий отдаёт электрон хлору; образуются ионы Na⁺ и Cl⁻. Между ними возникает ионная связь, а не ковалентная полярная.

Ответ: Cl₂ и O₂ — ковалентная неполярная связь; HCl — ковалентная полярная; NaCl — ионная.

Типичные ошибки

Ошибка: считать любую ковалентную связь полярной. Так происходит, когда общее понятие ковалентной связи смешивают с одним из её видов. Проверь себя: если атомы одинаковые, как в Cl₂, общая пара распределена равномерно и связь неполярная.

Ошибка: определять полярность по числу атомов в молекуле. Число атомов само по себе не показывает, насколько сильно каждый атом притягивает электроны. Сравни электроотрицательности именно тех атомов, между которыми образована рассматриваемая связь.

Ошибка: ставить δ− у менее электроотрицательного атома. Её допускают, если забывают, что электронная пара смещается туда, где притяжение сильнее. Для проверки найди атом с большей электроотрицательностью: около него указывают δ−, а у второго — δ+.

Ошибка: считать полярную ковалентную связь ионной. Из-за частичных зарядов может показаться, что электрон полностью перешёл к одному атому, но при ковалентной связи пара остаётся общей. Проверь, изображается ли общая пара между атомами: если да, это ковалентная связь, хотя она может быть полярной.

Связь с другими темами

Для изучения полярной связи нужны знания о строении атома, валентных электронах и образовании общей электронной пары. Положение элементов в периодической системе помогает сравнивать их способность притягивать электроны. Дальше эти знания пригодятся при изучении строения молекул, химических свойств веществ, полярности молекул и межмолекулярного взаимодействия.

Что запомнить

• Ковалентная связь образуется общей электронной парой.
• Полярная ковалентная связь возникает между атомами с разной электроотрицательностью.
• Общая электронная пара смещена к более электроотрицательному атому.
• Более электроотрицательный атом получает частичный заряд δ−, другой — δ+.
• Ковалентную связь изображают чертой между символами атомов.
• Полярную ковалентную связь не следует путать с ионной.
• Примеры полярной ковалентной связи: H–Cl, O–H, N–H.