"Химия", Рудзитис Г.Е., Фельдман Ф.Г.
Химическая связь удерживает атомы в составе молекул, кристаллов и других частиц. Она возникает потому, что связанное состояние обычно устойчивее и энергетически выгоднее, чем раздельное. Основные виды связи — ковалентная, ионная и металлическая. Чтобы различать их, нужно понять, как участвуют валентные электроны: образуют общую пару, переходят от одного атома к другому или свободно перемещаются между частицами металла.
Текст подготовлен нейронной сетью по теме параграфа и не заменяет учебник — важные факты и формулировки сверяйте с ним.
Химическая связь — взаимодействие атомов, удерживающее их в составе молекул, кристаллов или других частиц. Она показывает, почему атомы не разлетаются после сближения. Понимание связи помогает объяснить состав, строение и свойства вещества.
Ковалентная связь — связь, образованная общей электронной парой. Такая пара принадлежит сразу двум атомам и удерживает их вместе. По распределению этой пары ковалентную связь делят на неполярную и полярную.
Ионная связь — притяжение противоположно заряженных ионов, возникающих при переходе электронов от одного атома к другому. Атом, отдавший электрон, становится положительным катионом, а принявший его — отрицательным анионом. Это определение нужно, чтобы отличать ионную связь от общей электронной пары в ковалентной связи.
Металлическая связь — связь между положительными ионами металла и общими свободно перемещающимися электронами. Валентные электроны принадлежат не одному атому, а всему кристаллу. Поэтому такое строение связано с проводимостью и другими свойствами металлов.
Атомы образуют химическую связь потому, что связанное состояние обычно энергетически выгоднее раздельного. При сближении атомов притяжение ядер к электронам может понизить энергию системы. Если достигается устойчивое состояние, атомы удерживаются вместе, а не возвращаются к прежнему раздельному существованию.
При образовании ковалентной связи неспаренные электроны двух атомов объединяются в общую электронную пару. Каждый такой электрон участвует в притяжении обоих ядер, поэтому атомы сближаются и удерживаются. Число возможных связей связано с числом неспаренных электронов: например, один неспаренный электрон обычно образует одну связь.
В неполярной ковалентной связи общая электронная пара распределена между атомами примерно поровну. Это происходит, когда атомы одинаковы или почти одинаково притягивают электроны. В полярной связи один атом притягивает пару сильнее, поэтому электронная плотность смещается к нему, а на концах связи появляются частичные заряды.
Ионная связь возникает, когда электрон переходит от атома металла к атому неметалла. Металл теряет электрон и превращается в катион, а неметалл принимает его и становится анионом. Противоположные заряды притягиваются во всех направлениях, поэтому ионное вещество образует кристаллическую решётку.
В металлическом веществе валентные электроны слабо связаны с отдельными атомами и образуют общее электронное облако. Положительные ионы металла находятся в узлах кристаллической решётки, а электроны перемещаются между ними. Такое устройство объясняет электрическую и тепловую проводимость металлов.
| Вид связи | Как образуется | Между какими частицами | Распределение электронов | Примеры веществ |
|---|---|---|---|---|
| Ковалентная неполярная | Образуется общая электронная пара у одинаковых атомов | Между атомами неметаллов | Пара распределена примерно поровну | H₂, O₂, Cl₂ |
| Ковалентная полярная | Образуется общая электронная пара у разных атомов | Между атомами неметаллов | Пара смещена к более электроотрицательному атому | HCl, H₂O |
| Ионная | Электрон переходит от одного атома к другому | Между катионами и анионами | Электрон принадлежит принятому атому | NaCl, MgO |
| Металлическая | Валентные электроны становятся общими для кристалла | Между катионами металла и общими электронами | Электроны свободно перемещаются | Fe, Cu, Al |
Таблицу удобно читать по строкам: сначала определите, какие частицы соединяются, затем посмотрите, что происходит с электронами. Если есть общая пара, связь ковалентная; если образовались катионы и анионы, она ионная. Для простого вещества-металла характерны катионы в решётке и общие подвижные электроны.
Условие: определите вид химической связи в молекуле Cl₂ и изобразите образование общей электронной пары. Нужно сравнить не только состав вещества, но и способность атомов притягивать электроны. В молекуле участвуют два одинаковых атома хлора.
Ответ: в Cl₂ ковалентная неполярная связь. Общая электронная пара распределена примерно поровну между атомами хлора.
Условие: определите вид связи в молекуле HCl, направление смещения общей пары и заряды атомов. Водород и хлор — разные неметаллы, поэтому между ними образуется общая пара. Нужно сравнить их электроотрицательности.
Ответ: в HCl ковалентная полярная связь. Электронная пара смещена к Cl; водород имеет частичный положительный, а хлор — частичный отрицательный заряд.
Условие: объясните образование NaCl по электронным схемам атомов и ионов и определите вид связи в кристалле. У натрия один валентный электрон, у хлора — семь. Поэтому для устойчивого состояния натрий отдаёт электрон, а хлор принимает его.
Ответ: в кристалле NaCl действует ионная связь. Это притяжение противоположно заряженных ионов, а не общая электронная пара.
Ошибка: считать любую связь между неметаллами ионной. Её допускают, потому что видят разные элементы и забывают о способе участия электронов. Проверьте, образовались ли ионы или сохранилась общая электронная пара: во втором случае связь ковалентная.
Ошибка: называть связь в Cl₂ полярной. У одинаковых атомов одинаковая электроотрицательность, поэтому общая пара не смещается. Проверьте состав молекулы: для двух одинаковых атомов связь обычно неполярная.
Ошибка: путать общую электронную пару с полностью перешедшим электроном. Общая пара характерна для ковалентной связи, а переход электрона с образованием катиона и аниона — для модели ионной связи. Нарисуйте электронную схему и выясните, остаётся ли электрон общим.
Ошибка: изображать металлическую связь как набор отдельных молекул. В металле атомы образуют общую кристаллическую структуру, а электроны перемещаются по ней. Если схема показывает катионы и общее электронное облако, она описывает металлическую связь правильно.
Для изучения темы нужны знания о строении атома, валентных электронах, электронных оболочках и электроотрицательности. Эти понятия позволяют предсказать, отдаст атом электрон, примет его или образует общую пару.
Виды связи помогают объяснять формулы веществ, строение кристаллических решёток и физические свойства соединений. Позже они понадобятся при изучении химических реакций, растворимости, кислот, оснований и солей.
Почему атомы вообще образуют химические связи?
Связанное состояние обычно имеет меньшую энергию и поэтому оказывается устойчивее, чем состояние отдельных атомов. При образовании связи атомы достигают более выгодного распределения электронов.
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, поэтому на атомах появляются частичные заряды.
Почему при образовании NaCl говорят об ионах, а не о молекулах?
Натрий передаёт электрон хлору и превращается в катион Na⁺, а хлор становится анионом Cl⁻. В кристалле эти ионы образуют упорядоченную решётку, поэтому отдельные молекулы NaCl обычно не выделяют.
Можно ли определить вид связи только по формулам веществ?
По формуле можно сделать предварительный вывод: одинаковые неметаллы обычно соединены неполярной ковалентной связью, металл и неметалл — ионной, а простое вещество-металл имеет металлическую связь. Но для точного объяснения нужно учитывать строение вещества и распределение электронов.
Почему металлы проводят электрический ток?
В металлах валентные электроны не закреплены за отдельными атомами и могут перемещаться по кристаллу. Под действием электрического поля эти электроны направленно движутся, создавая электрический ток.
§ 56. Основные виды химической связи
