Химия, полный курс для 8 класса

Ковалентная химическая связь. Неполярная и полярная связь

§1. Почему атомы соединяются?

Атомы большинства химических элементов, кроме благородных газов, не существуют поодиночке. Они стремятся приобрести устойчивую электронную конфигурацию, подобную конфигурации атомов благородных газов. Для этого они могут отдавать, принимать или объединять свои внешние электроны. Мы уже знаем, что металлы и неметаллы часто образуют ионную связь за счет полной передачи электронов. Но как соединяются между собой атомы неметаллов, например, в молекулах кислорода O₂, воды H₂O или хлороводорода HCl? Оба атома в таких молекулах стремятся принять электроны, а не отдать их. Ответ на этот вопрос дает теория ковалентной связи.

§2. Механизм образования ковалентной связи

Ковалентная химическая связь — это связь, возникающая между атомами за счет образования общих электронных пар.

Рассмотрим этот механизм на примере образования молекулы водорода (H₂).
Атом водорода имеет один неспаренный электрон на внешнем энергетическом уровне. Для завершения своего уровня ему необходим второй электрон. Когда два атома водорода сближаются, их электронные облака начинают перекрываться. Два электрона с противоположными спинами образуют общую электронную пару, которая принадлежит теперь обоим атомам одновременно.

Это можно изобразить с помощью электронных схем:

• Электронная схема: H· + ·H → H:H

• Структурная формула: H—H

Каждая общая электронная пара (изображаемая в структурной формуле черточкой) — это и есть одна ковалентная связь. Таким образом, в молекуле H₂ атомы связаны одной ковалентной связью.

§3. Ковалентная неполярная связь

Теперь рассмотрим молекулу хлора (Cl₂). Атом хлора имеет на внешнем уровне семь электронов, из которых один неспарен. Два атома хлора объединяют свои неспаренные электроны, образуя общую электронную пару.

• Электронная схема: ŃŃ + ŃŃ → ŃŃ : ŃŃ

• Структурная формула: Cl—Cl

Поскольку общая электронная пара образована двумя одинаковыми атомами, она располагается симметрично между ними. Ни один из атомов не смещает ее в свою сторону.

Ковалентная неполярная связь — это связь, образующаяся между атомами одного и того же химического элемента-неметалла. Общая электронная пара в этом случае не смещена ни к одному из атомов.

Примеры веществ с ковалентной неполярной связью: H₂, O₂, N₂, Cl₂, F₂, а также S₈, P₄ и другие простые вещества-неметаллы.

§4. Ковалентная полярная связь и электроотрицательность

Что произойдет, если связь образуется между атомами разных неметаллов? Рассмотрим молекулу хлороводорода (HCl).

Атом водорода, как и прежде, имеет один неспаренный электрон. Атом хлора также имеет один неспаренный электрон. Они образуют общую электронную пару. Однако в отличие от молекулы Cl₂, атомы водорода и хлора — разные. Они с разной силой притягивают к себе электроны.

Способность атома притягивать к себе электроны, участвующие в образовании химической связи, называется электроотрицательностью (ЭО).

Электроотрицательность — величина относительная. Самый электроотрицательный элемент — фтор (его ЭО условно принята за 4,0). Электроотрицательность водорода равна 2,1, а хлора — 3,0. Это означает, что атом хлора сильнее притягивает к себе общую электронную пару, чем атом водорода.

В результате общая электронная пара смещается к атому хлора:

• Электронная схема: H· + ·ŃŃ: → H : ŃŃ: (пара смещена к хлору)

• Условное обозначение: H→Cl (стрелка показывает направление смещения электронной плотности)

На атоме хлора, к которому смещена электронная плотность, возникает частичный отрицательный заряд (&delta, а на атоме водорода — частичный положительный заряд (δ+). Связь становится полярной.

Ковалентная полярная связь — это связь, образующаяся между атомами разных неметаллов, электроотрицательности которых различаются. Общая электронная пара при этом смещена к более электроотрицательному атому.

§5. Закрепление понятия на примере воды

Рассмотрим образование молекулы воды (H₂O). Атом кислорода имеет на внешнем уровне два неспаренных электрона. Каждый из двух атомов водорода имеет по одному неспаренному электрону. Атом кислорода образует две общие электронные пары с двумя атомами водорода.

Электроотрицательность кислорода (3,5) значительно выше электроотрицательности водорода (2,1). Следовательно, каждая из двух общих электронных пар будет смещена к атому кислорода. Таким образом, в молекуле воды имеются две полярные ковалентные связи.

Ключевые выводы:

1. Ковалентная связь образуется между атомами неметаллов за счет возникновения общих электронных пар.

2. Если ковалентная связь образуется между атомами одного элемента, она является неполярной. Общая электронная пара не смещена.

3. Если ковалентная связь образуется между атомами разных элементов, она является полярной. Общая электронная пара смещена к более электроотрицательному атому.

4. Электроотрицательность (ЭО) — это мера способности атома притягивать к себе электроны связи. Чем больше разница в ЭО двух атомов, тем более полярной является связь между ними.