§ 33. Электроотрицательность атомов

Определения и обозначения

Электроотрицательность атома — способность притягивать к себе общую электронную пару в химической связи. Это сравнительная характеристика: её смысл раскрывается, когда мы сопоставляем атомы, связанные друг с другом. Она помогает понять, как распределены электроны в связи и какой атом притягивает их сильнее.

Ковалентная неполярная связь — связь, при которой общая электронная пара распределена между атомами примерно поровну. Так бывает, если атомы одинаковы или их электроотрицательности близки. Это определение позволяет отличать связь без заметного смещения пары от полярной связи.

Ковалентная полярная связь — связь между атомами с разной электроотрицательностью, в которой общая электронная пара смещена к более электроотрицательному атому. Пара остаётся общей для двух атомов, но один из них притягивает её сильнее. Понятие нужно, чтобы описывать неравномерное распределение электронов в молекулах.

Полярность связи — неравномерное распределение общей электронной пары между атомами. У атома, к которому смещена пара, указывают частичный отрицательный заряд δ−, а у второго — частичный положительный заряд δ+. Символ δ обозначает именно частичный, а не полный заряд; он помогает показать направление смещения электронов.

Как это устроено

Электроотрицательность рассматривают у атомов, уже образовавших связь, потому что общая электронная пара принадлежит обоим атомам. Можно сравнить, насколько сильно каждый из них притягивает эту пару. Такая характеристика не равна заряду атома: она описывает его поведение по отношению к общим электронам. Поэтому для определения полярности важна разница между связанными атомами.

Если электроотрицательности атомов одинаковы, каждый притягивает общую пару с одинаковой силой, и заметного смещения не возникает. Так образуется неполярная ковалентная связь в молекуле H₂: оба атома водорода одинаковы. В связи H–H общие электроны распределены примерно поровну. Если электроотрицательности близки, смещение тоже может быть небольшим, поэтому связь считают неполярной в рамках школьного рассмотрения.

Когда один атом электроотрицательнее другого, он сильнее притягивает общую электронную пару. Пара смещается к нему, но остаётся общей: это не полный перенос электрона от одного атома к другому. Такое неравномерное распределение означает, что связь ковалентная полярная. У более электроотрицательного атома возникает частичный заряд δ−, потому что около него находится большая доля электронной плотности; на втором атоме появляется δ+.

В периоде слева направо электроотрицательность, как правило, возрастает. Заряд ядра атома увеличивается, а электроны внешнего слоя в целом притягиваются к ядру сильнее; поэтому атом обычно лучше притягивает общую пару. В группе сверху вниз электроотрицательность обычно уменьшается: внешние электроны находятся дальше от ядра, а внутренние слои ослабляют его притяжение. Эти правила показывают общую тенденцию, а не заменяют сравнение конкретных элементов.

Чтобы определить направление смещения пары, сначала сравнивают электроотрицательности двух связанных атомов. Затем выбирают атом с большим значением: к нему направляют смещение и ставят δ−. На втором атоме указывают δ+, так как электронная пара смещена от него. Такой порядок помогает не перепутать знак частичного заряда и направление притяжения.

Электроотрицательность и характер ковалентной связи

Пользуйся таблицей по порядку: сначала сравни электроотрицательности, затем определи распределение пары и характер связи. Если пара смещена, знак δ− ставь у атома, к которому она смещается. Для одинаковых атомов смещения нет.

Разбор задач

Атомы какого элемента сильнее притягивают общую электронную пару в связи H–Cl: водорода или хлора?

Нужно не сравнивать заряды атомов, а выяснить, какой из них сильнее притягивает общую пару. Для этого сопоставим электроотрицательности водорода и хлора. Хлор более электроотрицателен, чем водород, поэтому его притяжение к общей паре сильнее.

1. Определяем, какие атомы образуют связь: H и Cl.
2. Сравниваем их электроотрицательности: у хлора она больше.
3. Направляем смещение общей пары к более электроотрицательному атому.

Ответ: общую электронную пару в связи H–Cl сильнее притягивает атом хлора.

Указать, является ли связь H–Cl полярной, и обозначить частичные заряды атомов.

Полярность зависит от того, одинаково ли атомы притягивают общую пару. В H–Cl электроотрицательности различаются, поэтому электроны смещаются к хлору. Пара при этом не перестаёт быть общей, значит, речь идёт о полярной ковалентной связи, а не о полном переносе электрона.

1. Сравниваем атомы: хлор электроотрицательнее водорода.
2. Указываем смещение общей электронной пары от H к Cl.
3. Ставим δ− у хлора, а δ+ у водорода.

Ответ: связь полярная; её можно обозначить Hδ+–Clδ−.

Для связей H–H и H–Cl определить, в какой из них электронная пара распределена неравномерно, и объяснить различие.

Сопоставим состав связей. В H–H соединены одинаковые атомы, поэтому их электроотрицательности равны и пара притягивается к ним одинаково. В H–Cl атомы различаются: хлор электроотрицательнее водорода и притягивает пару сильнее.

1. Для H–H отмечаем равные электроотрицательности атомов.
2. Делаем вывод, что заметного смещения пары в H–H нет.
3. Для H–Cl указываем смещение пары к Cl и неравномерное распределение.

Ответ: неравномерно пара распределена в H–Cl; эта связь полярная. В H–H пара распределена примерно поровну, поэтому связь неполярная.

Типичные ошибки

Ошибка — считать электроотрицательность зарядом атома. Так можно подумать, потому что оба понятия связаны с электронами, но электроотрицательность показывает способность притягивать общую пару, а не величину заряда. Проверь себя: при сравнении электроотрицательности спрашивай, кто сильнее притягивает пару, а не сколько заряда имеет атом.

Ошибка — путать смещение пары с переносом электрона. Слово «смещение» иногда принимают за полное перемещение электрона к одному атому. При ковалентной полярной связи пара остаётся общей, но распределяется неравномерно. Для проверки спроси себя, сохранилась ли общая электронная пара: если да, полного переноса не произошло.

Ошибка — ставить δ− у менее электроотрицательного атома. Причина путаницы в том, что можно смотреть на порядок записи формулы и ошибочно выбирать первый атом. Отрицательный частичный заряд возникает там, где сосредоточена большая доля электронной пары. Сравни электроотрицательности и поставь δ− у более электроотрицательного атома.

Ошибка — считать, что полярная связь автоматически означает полярность всей молекулы. Связи могут быть полярными, но для молекулы важно также, как они расположены относительно друг друга. Чтобы проверить вывод о молекуле, недостаточно рассмотреть одну связь: нужно учитывать строение и взаимное расположение всех связей.

Связь с другими темами

Для понимания электроотрицательности нужны знания о строении атома, валентных электронах — электронах внешнего слоя, участвующих в образовании связей, — и ковалентной связи с общей электронной парой. Эти понятия объясняют, какие электроны сравнивают и почему они могут смещаться. Позже электроотрицательность пригодится при изучении полярных связей, состава и свойств веществ, а также химических связей в молекулах. Она помогает связывать строение вещества с распределением электронов.

Что запомнить

• Электроотрицательность показывает, насколько сильно атом притягивает общую электронную пару.
• Чем выше электроотрицательность атома, тем сильнее к нему смещена общая электронная пара.
• В периоде слева направо электроотрицательность, как правило, возрастает.
• В группе сверху вниз электроотрицательность, как правило, уменьшается.
• При одинаковых атомах связь ковалентная неполярная.
• При различии электроотрицательностей связь может быть ковалентной полярной.
• Знак δ− указывают у более электроотрицательного атома, а δ+ — у менее электроотрицательного.