Хімічний зв'язок: визначення, типи, властивості. Хімічний зв'язок: ковалентний, іонний, металевий Таблиця з хімії типи хімічного зв'язку

Вкрай рідко хімічні речовини складаються з окремих, не пов'язаних між собою атомів хімічних елементів. Такою будовою в звичайних умовах має лише невеликий ряд газів, які називають благородними: гелій, неон, аргон, криптон, ксенон і радон. Найчастіше ж хімічні речовини складаються не з розрізнених атомів, а з їх об'єднань у різні угруповання. Такі об'єднання атомів можуть налічувати кілька одиниць, сотень, тисяч і навіть більше атомів. Сила, що утримує ці атоми у складі таких угруповань, називається хімічний зв'язок.

Іншими словами, можна сказати, що хімічним зв'язком називають взаємодію, яка забезпечує зв'язок окремих атомів у складніші структури (молекули, іони, радикали, кристали та ін.).

Причиною утворення хімічного зв'язку є те, що енергія складніших структур менша від сумарної енергії окремих, що утворюють її атомів.

Так, зокрема, якщо при взаємодії атомів X та Y утворюється молекула XY, це означає, що внутрішня енергія молекул цієї речовини нижча, ніж внутрішня енергія окремих атомів, з яких вона утворилася:

E(XY)< E(X) + E(Y)

Тому при утворенні хімічних зв'язків між окремими атомами виділяється енергія.

В освіті хімічних зв'язків беруть участь електрони зовнішнього електронного шару з найменшою енергією зв'язку з ядром валентними. Наприклад, у бору такими є електрони 2 енергетичного рівня – 2 електрони на 2 s-орбіталі та 1 на 2 p-орбіталі:

При освіті хімічного зв'язку кожен атом прагне отримати електронну конфігурацію атомів благородних газів, тобто. щоб у зовнішньому електронному шарі було 8 електронів (2 для елементів першого періоду). Це явище отримало назву правила октету.

Досягнення атомами електронної конфігурації шляхетного газу можливе, якщо спочатку одиночні атоми зроблять частину своїх валентних електронів загальними інших атомів. У цьому утворюються загальні електронні пари.

Залежно від ступеня усуспільнення електронів можна виділити ковалентний, іонний та металевий зв'язки.

Ковалентний зв'язок

Ковалентний зв'язок виникає найчастіше між атомами елементів неметалів. Якщо атоми неметалів, що утворюють ковалентний зв'язок, відносяться до різних хімічних елементів, такий зв'язок називають ковалентним полярним. Причина такої назви полягає в тому, що атоми різних елементів мають різну здатність притягати до себе загальну електронну пару. Очевидно, що це призводить до зміщення загальної електронної пари у бік одного з атомів, внаслідок чого у ньому формується частковий негативний заряд. Натомість, на іншому атомі формується частковий позитивний заряд. Наприклад, у молекулі хлороводню електронна пара зміщена від атома водню до атома хлору:

Приклади речовин з ковалентним полярним зв'язком:

СCl 4 H 2 S, CO 2 NH 3 SiO 2 і т.д.

Ковалентний неполярний зв'язок утворюється між атомами неметалів одного хімічного елемента. Оскільки атоми ідентичні, однакова та його здатність відтягувати він загальні електрони. У зв'язку з цим усунення електронної пари не спостерігається:

Вищеописаний механізм утворення ковалентного зв'язку, коли обидва атоми надають електрони для утворення загальних електронних пар, називається обмінним.

Також існує донорно-акцепторний механізм.

При утворенні ковалентного зв'язку за донорно-акцепторним механізмом загальна електронна пара утворюється за рахунок заповненої орбіталі одного атома (з двома електронами) та порожньої орбіталі іншого атома. Атом, який надає неподілену електронну пару, називають донором, а атом із вільною орбіталлю – акцептором. Як донори електронних пар виступають атоми, що мають спарені електрони, наприклад N, O, P, S.

Наприклад, за донорно-акцепторним механізмом відбувається утворення четвертого ковалентного зв'язку N-H в катіоні амонію NH 4 + :

Крім полярності, ковалентні зв'язки також характеризуються енергією. Енергією зв'язку називають мінімальну енергію, необхідну розриву зв'язку між атомами.

Енергія зв'язку зменшується зі зростанням радіусів атомів, що зв'язуються. Так, як ми знаємо, атомні радіуси збільшуються вниз підгрупами, можна, наприклад, зробити висновок про те, що міцність зв'язку галоген-водень збільшується в ряду:

HI< HBr < HCl < HF

Також енергія зв'язку залежить від його кратності – чим більша кратність зв'язку, тим більша її енергія. Під кратністю зв'язку розуміється кількість спільних електронних пар між двома атомами.

Іонний зв'язок

Іонний зв'язок можна розглядати як граничний випадок ковалентного полярного зв'язку. Якщо в ковалентно-полярному зв'язку загальна електронна пара зміщена частково до одного з пар атомів, то в іонному вона практично повністю «віддана» одному з атомів. Атом, що віддав електрон(и), набуває позитивного заряду і стає катіоном, А атом, що забрав у нього електрони, набуває негативного заряду і стає аніоном.

Таким чином, іонний зв'язок - це зв'язок, утворений за рахунок електростатичного тяжіння катіонів до аніонів.

Утворення такого типу зв'язку характерне при взаємодії атомів типових металів та типових неметалів.

Наприклад, фторид калію. Катіон калію утворюється в результаті відриву від нейтрального атома одного електрона, а іон фтору утворюється при приєднанні до атома фтору одного електрона:

Між іонами, що виходять, виникає сила електростатичного тяжіння, в результаті чого утворюється іонне з'єднання.

При утворенні хімічного зв'язку електрони від атома натрію перейшли до атома хлору та утворилися протилежно заряджені іони, які мають завершений зовнішній енергетичний рівень.

Встановлено, що електрони від атома металу не відриваються повністю, лише зміщуються убік атома хлору, як і ковалентного зв'язку.

Більшість бінарних сполук, що містять атоми металів, є іонними. Наприклад, оксиди, галогеніди, сульфіди, нітриди.

Іонний зв'язок виникає також між простими катіонами та простими аніонами (F − , Cl − , S 2-), а також між простими катіонами та складними аніонами (NO 3 − , SO 4 2- , PO 4 3- , OH −). Тому до іонних сполук відносять солі та основи (Na 2 SO 4 , Cu(NO 3) 2 , (NH 4) 2 SO 4), Ca(OH) 2 , NaOH).

Металевий зв'язок

Цей тип зв'язку утворюється у металах.

У атомів всіх металів зовнішньому електронному шарі присутні електрони, мають низьку енергію зв'язку з ядром атома. Для більшості металів енергетично вигідним є процес втрати зовнішніх електронів.

Зважаючи на таку слабку взаємодію з ядром ці електрони в металах дуже рухливі і в кожному кристалі металу безперервно відбувається наступний процес:

М 0 - ne − = M n + , де М 0 - нейтральний атом металу, а M n + катіон цього ж металу. На малюнку нижче представлена ​​ілюстрація процесів, що відбуваються.

Тобто кристалу металу «носяться» електрони, від'єднуючись від одного атома металу, утворюючи з нього катіон, приєднуючись до іншого катіону, утворюючи нейтральний атом. Таке явище отримало назву "електронний вітер", а сукупність вільних електронів у кристалі атома неметалу назвали "електронний газ". Подібний тип взаємодії між атомами металів назвали металевим зв'язком.

Водневий зв'язок

Якщо атом водню в будь-якій речовині пов'язаний з елементом з високою електронегативністю (азотом, киснем або фтором), для такої речовини характерне таке явище, як водневий зв'язок.

Оскільки атом водню пов'язані з електронегативним атомом, атомі водню утворюється частковий позитивний заряд, але в атомі електронегативного елемента — частковий негативний. У зв'язку з цим стає можливим електростатичне тяжіння між частково позитивно зарядженим атомом водню однієї молекули та електронегативним атомом іншої. Наприклад, водневий зв'язок спостерігається для молекул води:

Саме водневим зв'язком пояснюється аномально висока температура плавлення води. Крім води, також міцні водневі зв'язки утворюються в таких речовинах, як фтороводород, аміак, кислоти, що містять кисень, феноли, спирти, аміни.

Хімічний зв'язок - це взаємодія атомів, що зумовлює стійкість хімічної частки чи кристала як цілого.
Природа хімічного зв'язку - це електростатичне тяжіння протилежно заряджених частинок (катіонів та аніонів, ядер атомів та електронних пар, катіонів металів та електронів).
За механізмом освіти розрізняють:
а) іонний зв'язок - зв'язок між катіоном металу та аніоном неметалу. Таким чином, іонний тип зв'язку виникає в речовинах, утворених атомами сильних металів та сильних неметалів. При цьому атоми металів віддають електрони із зовнішнього (іноді й з попереднього) енергетичного рівня і перетворюються на позитивно заряджені іони (катіони), а атоми неметалів приймають електрони на зовнішній енергетичний рівень і перетворюються на негативно заряджені іони (аніони) (приклади речовин: оксид металів K2O, CaO, MgO, основи KOH, Ca(OH)2, солі NaNO3, CaSO4).
б) ковалентний зв'язок - зв'язок між атомами неметалів. Ковалентна зв'язок виникає рахунок утворення загальних електронних пар з неспарених електронів зовнішнього енергетичного рівня кожного атома неметалу (розраховується за такою формулою 8 - № групи елемента). Число зв'язків у з'єднанні дорівнює числу загальних електронних пар. Якщо сполука утворена атомами одного хімічного елемента-неметали, зв'язок називається ковалентною неполярною (приклади: N2, Cl2, O2, H2). Ковалентний неполярний зв'язок існує у простих речовинах-неметаллах. Якщо з'єднання утворено атомами різних елементів-неметалів, зв'язок називається ковалентною полярною, т.к. у цьому випадку загальні електронні пари зміщуються у бік елемента з більшою електронегативністю і на елементах виникають частково позитивний та частково негативний заряди (приклади речовин: HCl, NO, CCl4, H2SO4). Ковалентний полярний зв'язок існує у складних речовинах, утворених атомами неметалів.
Валентність – здатність атомів хімічних елементів до утворення хімічних зв'язків. Чисельно валентність збігається з кількістю хімічних зв'язків, які атоми даного хімічного елемента утворюють атомами іншого хімічного елемента. Вища валентність збігається з номером групи елемента (виключення: кисень (II) та азот (IV)).
в) металевий зв'язок-зв'язок між атом-іонами металів та узагальненими електронами. Металевий зв'язок виникає внаслідок того, що атоми металу віддають усі електрони із зовнішнього енергетичного рівня у загальний міжатомний простір і перетворюються на позитивно заряджені іони (катіони). Узагальнені електрони вільно переміщуються в міжатомному просторі і пов'язують усі катіони в єдине ціле за рахунок електростатичного тяжіння. Металевий зв'язок спостерігається в простих речовинах-металах або металевих сплавах (приклади речовин: Al, Fe, Cu, бронза, латунь).

Атоми більшості елементів немає окремо, оскільки можуть взаємодіяти між собою. У цьому взаємодії утворюються складніші частки.

Природа хімічного зв'язку полягає у дії електростатичних сил, що є силами взаємодії між електричними зарядами. Такі заряди мають електрони та ядра атомів.

Електрони, розташовані на зовнішніх електронних рівнях (валентні електрони) перебуваючи далі від ядра, найслабше з ним взаємодіють, а значить здатні відриватися від ядра. Саме вони відповідають за зв'язування атомів один з одним.

Типи взаємодії у хімії

Типи хімічного зв'язку можна подати у вигляді наступної таблиці:

Характеристика іонного зв'язку

Хімічна взаємодія, що утворюється через тяжіння іонів, що мають різні заряди, називається іонним. Таке відбувається, якщо зв'язувані атоми мають суттєву різницю в електронегативності (тобто здатності притягувати електрони) і електронна пара переходить до електронегативнішого елементу. Результатом такого переходу електронів від одного атома до іншого є утворення заряджених частинок – іонів. Між ними і виникає тяжіння.

Найменшими показниками електронегативності мають типові метали, а найбільшими – типові неметали. Іони, таким чином, утворюються при взаємодії між типовими металами та типовими неметалами.

Атоми металу стають позитивно зарядженими іонами (катіонами), віддаючи електрони зовнішніх електронних рівнів, а неметали приймають електрони, перетворюючись таким чином на негативно зарядженііони (аніони).

Атоми переходять у більш стійкий енергетичний стан, завершуючи свої електронні конфігурації.

Іонний зв'язок ненаправлена ​​і не насичувана, так як електростатична взаємодія відбувається на всі боки, відповідно іон може притягувати іони протилежного знака у всіх напрямках.

Розташування іонів таке, що навколо кожного є певна кількість протилежно заряджених іонів. Поняття «молекула» для іонних сполук сенсу не має.

Приклади освіти

Утворення зв'язку в хлориді натрію (nacl) обумовлено передачею електрона від атома Na до атома Cl з утворенням відповідних іонів:

Na 0 - 1 е = Na + (катіон)

Cl 0 + 1 е = Cl - (аніон)

У хлориді натрію довкола катіонів натрію розташовано шість аніонів хлору, а навколо кожного іону хлору – шість іонів натрію.

При утворенні взаємодії між атомами в сульфіді барію відбуваються такі процеси:

Ba 0 - 2 е = Ba 2+

S 0 + 2 е = S 2-

Віддає свої два електрони сірці внаслідок чого утворюються аніони сірки S 2- і катіони барію Ba 2+ .

Металевий хімічний зв'язок

Число електронів зовнішніх енергетичних рівнів металів невелике, вони легко відриваються від ядра. В результаті такого відриву утворюються іони металу та вільні електрони. Ці електрони називаються "електронним газом". Електрони вільно переміщуються за обсягом металу і постійно зв'язуються та відриваються від атомів.

Будова речовини металу така: кристалічна решітка є кістяком речовини, а між її вузлами електрони можуть вільно переміщатися.

Можна навести такі приклади:

Mg - 2е<->Mg 2+

Cs - e<->Cs +

Ca - 2e<->Ca 2+

Fe - 3e<->Fe 3+

Ковалентна: полярна та неполярна

Найбільш поширеним видом хімічної взаємодії є ковалентний зв'язок. Значення електронегативності елементів, що вступають у взаємодію, відрізняються не різко, у зв'язку з цим відбувається лише зсув загальної електронної пари до більш негативного атома.

Ковалентна взаємодія може утворюватися за обмінним механізмом або за донорно-акцепторним.

Обмінний механізм реалізується, якщо у кожного з атомів є неспарені електрони на зовнішніх електронних рівнях і перекриття атомних орбіталей призводить до виникнення пари електронів, що вже належать обом атомам. Коли ж один з атомів має пару електронів на зовнішньому електронному рівні, а інший — вільну орбіталь, то при перекриванні атомних орбіталей відбувається узагальнення електронної пари та взаємодія щодо донорно-акцепторного механізму.

Ковалентні поділяються за кратністю на:

• прості чи одинарні;
• подвійні;
• потрійні.

Подвійні забезпечують узагальнення одразу двох пар електронів, а потрійні – трьох.

За розподілом електронної щільності (полярності) між атомами, що зв'язуються, ковалентний зв'язок ділиться на:

• неполярну;
• полярну.

Неполярний зв'язок утворюють однакові атоми, а полярний - різні за електронегативністю.

Взаємодія близьких по електронегативності атомів називають неполярним зв'язком. Загальна пара електронів у такій молекулі не притягнута до жодного з атомів, а належить однаково обом.

Взаємодія елементів, що розрізняються по електронегативності, призводить до утворення полярних зв'язків. Загальні електронні пари при такому типі взаємодії притягуються електронегативнішим елементом, але повністю до нього не переходять (тобто утворення іонів не відбувається). В результаті такого зміщення електронної щільності на атомах з'являються часткові заряди: більш електронегативний — негативний заряд, а на менший — позитивний.

Властивості та характеристика ковалентності

Основні характеристики ковалентного зв'язку:

• Довжина визначається відстанню між ядрами атомів, що взаємодіють.
• Полярність визначається зсувом електронної хмари одного з атомів.
• Спрямованість - властивість утворювати орієнтовані у просторі зв'язку і, відповідно, молекули, мають певні геометричні форми.
• Насиченість визначається здатністю утворювати обмежену кількість зв'язків.
• Поляризуемість визначається здатністю змінювати полярність під дією зовнішнього електричного поля.
• Енергія необхідна для руйнування зв'язку, що визначає її міцність.

Прикладом ковалентної неполярної взаємодії можуть бути молекули водню (H2), хлору (Cl2), кисню (O2), азоту (N2) та багато інших.

H· + ·H → H-H молекула має одинарний неполярний зв'язок,

O: + :O → O=O молекула має подвійну неполярну,

Ṅ: + Ṅ: → N≡N молекула має потрійну неполярну.

Як приклади ковалентного зв'язку хімічних елементів можна навести молекули вуглекислого (CO2) і чадного (CO) газу, сірководню (H2S), соляної кислоти (HCL), води (H2O), метану (CH4) , оксиду сірки (SO2) та багатьох інших .

У молекулі CO2 взаємозв'язок між вуглецем і атомами кисню ковалентна полярна, оскільки більш негативний водень притягує до себе електронну щільність. Кисень має два неспарені електрони на зовнішньому рівні, а вуглець може надати для утворення взаємодії чотири валентні електрони. В результаті утворюються подвійні зв'язки та молекула виглядає так: O=C=O.

Щоб визначитися з типом зв'язку у тій чи іншій молекулі, досить розглянути складові її атоми. Прості речовини метали утворюють металеву, метали з неметалами - іонну, прості речовини неметали - ковалентну неполярну, а молекули, що складаються з різних неметалів, утворюються за допомогою ковалентного полярного зв'язку.

.

Вам відомо, що атоми можуть з'єднуватись один з одним з утворенням як простих, так і складних речовин. При цьому утворюються різного типу хімічні зв'язки: іонна, ковалентна (неполярна та полярна), металева та воднева.Одна з найбільш істотних властивостей атомів елементів, що визначають, який зв'язок утворюється між ними - іонна або ковалентна, - це електронегативність, тобто. здатність атомів у поєднанні притягувати себе електрони.

Умовну кількісну оцінку електронегативності дає шкала відносних електронегативностей.

У періодах спостерігається загальна тенденція зростання електронегативності елементів, а в групах - їх падіння. Елементи по електронегативностям розташовують у ряд, на підставі якого можна порівняти електронегативності елементів, що знаходяться в різних періодах.

Тип хімічного зв'язку залежить від того, наскільки велика різниця значень електронегативності атомів елементів, що з'єднуються. Чим більше відрізняються за електронегативністю атоми елементів, що утворюють зв'язок, тим хімічніший зв'язок полярніший. Провести різку межу між типами хімічних зв'язків не можна. У більшості сполук тип хімічного зв'язку виявляється проміжним; наприклад, сильнополярний ковалентний хімічний зв'язок близький до іонного зв'язку. Залежно від того, до якого з граничних випадків ближчий за своїм характером хімічний зв'язок, його відносять або до іонного, або до ковалентного полярного зв'язку.

Іонний зв'язок утворюється при взаємодії атомів, які різко відрізняються один від одного за електронегативністю.Наприклад, типові метали літій(Li), натрій(Na), калій(K), кальцій (Ca), стронцій(Sr), барій(Ba) утворюють іонний зв'язок із типовими неметалами, в основному з галогенами.

Крім галогенідів лужних металів, іонний зв'язок також утворюється в таких сполуках, як луги та солі. Наприклад, у гідроксиді натрію (NaOH) та сульфаті натрію (Na 2 SO 4) іонні зв'язки існують тільки між атомами натрію та кисню (інші зв'язки – ковалентні полярні).

При взаємодії атомів з однаковою електронегативністю утворюються молекули з ковалентним неполярним зв'язком.Такий зв'язок існує в молекулах наступних простих речовин: H 2 F 2 Cl 2 O 2 N 2 . Хімічні зв'язку у цих газах утворені у вигляді загальних електронних пар, тобто. при перекриванні відповідних електронних хмар, обумовленому електронно-ядерним взаємодією, які здійснює при зближенні атомів.

Складаючи електронні формули речовин, слід пам'ятати, що кожна загальна електронна пара є умовним зображенням підвищеної електронної щільності, що виникає в результаті перекривання відповідних електронних хмар.

При взаємодії атомів, значення електронегативностей яких відрізняються, але не різко, відбувається зсув загальної електронної пари до більш негативного атома.Це найбільш поширений тип хімічного зв'язку, який зустрічається як у неорганічних, так і органічних сполуках.

До ковалентних зв'язків повною мірою відносяться ті зв'язки, які утворені за донорно-акцепторним механізмом, наприклад в іонах гідроксонію і аммонію.

Металевий зв'язок.

Зв'язок, який утворюється в результаті взаємодії відносно вільних електронів з іонами металів, називаються металевим зв'язком.Цей тип зв'язку уражає простих речовин- металів.

Сутність процесу утворення металевого зв'язку полягає в наступному: атоми металів легко віддають валентні електрони та перетворюються на позитивні заряджені іони. Щодо вільні електрони, що відірвалися від атома, переміщуються між позитивними іонами металів. Між ними виникає металевий зв'язок, тобто. Електрони хіба що цементують позитивні іони кристалічної решітки металів.

Водневий зв'язок.

Зв'язок, що утворюється між атомами водню однієї молекули та атомом сильно електронегативного елемента(O, N, F) іншої молекули називається водневим зв'язком.

Може виникнути питання: чому саме водень утворює такий специфічний хімічний зв'язок?

Це тим, що атомний радіус водню дуже малий. Крім того, при зміщенні або повній віддачі свого єдиного електрона водень набуває порівняно високого позитивного заряду, за рахунок якого водень однієї молекули взаємодіє з атомами електронегативних елементів, що мають частковий негативний заряд, що виходить до складу інших молекул (HF, H 2 O, NH 3) .

Розглянемо деякі приклади. Зазвичай ми зображаємо склад води хімічною формулою H 2 O. Проте це зовсім точно. Правильніше було б склад води позначати формулою (H 2 O)n, де n = 2,3,4 тощо. буд. Це пояснюється лише тим, що окремі молекули води пов'язані між собою у вигляді водневих зв'язків.

Водневий зв'язок прийнято позначати крапками. Вона набагато слабша, ніж іонна або ковалентна зв'язок, але сильніша, ніж звичайна міжмолекулярна взаємодія.

Наявність водневих зв'язків пояснює збільшення обсягу води при зниженні температури. Це з тим, що з зниження температури відбувається зміцнення молекул і тому зменшується щільність їх «упаковки».

При вивченні органічної хімії виникало й таке питання: чому температури кипіння спиртів набагато вищі, ніж відповідних вуглеводнів? Пояснюється це тим, що між молекулами спиртів також утворюються водневі зв'язки.

Підвищення температури кипіння спиртів відбувається також внаслідок укрупнення їх молекул.

Водневий зв'язок характерний і для багатьох інших органічних сполук (фенолів, карбонових кислот та ін.). З курсів органічної хімії та загальної біології вам відомо, що наявністю водневого зв'язку пояснюється вторинна структура білків, будова подвійної спіралі ДНК, тобто явище компліментарності.

Як компоненти конструктора, атоми з'єднуються між собою. І як би Ви не намагалися, але з одиничним блоком можна з'єднати, тільки один блок. Деталь на 4 осередки може втримати не більше чотирьох. Цей принцип зберігається у хімії. За кількість вільних осередків відповідає валентність атомів елементів.

Результатом взаємодії атомів є одержання речовин. Види хімічного зв'язку атомів залежить від природи складових елементів.

Метали відрізняються малою кількістю електронів на зовнішньому рівні порівняно з неметалами нижчим значенням електронегативності. Тепер наше завдання пригадати, як відбувається зміна ЕО в таблиці Менделєєва або скористатися таблицею "Відносна електронегативність". Чим активніший неметал, тим вона вища і це говорить про те, що цей елемент, при утворенні зв'язку, забиратиме електрони.

Речовини налічуються мільйони. Це можуть бути прості речовини: залізо метали Fe, золото Au, ртуть Hg; неметали сірка S, фосфор Р, азот N 2 . Так і складні речовини: H 2 S, Ca 3 (PO 4) 2 (C 6 H 10 O 5) n молекули білків і т.д. Комбінація елементів, що входять до складу речовин, визначає які типи зв'язків будуть існувати між ними .

Ковалентний зв'язок

Неметали з усіх елементів перебувають у меншості. Але маючи деякі особливості в будові та здатності мати змінну валентність, число з'єднань, побудованих цими елементами значне.

Щоб мати уявлення, яким атоми з'єднуються, почнемо з молекули водню Н 2 .

Давайте дамо волю фантазії, уявімо те, що не можна побачити. Припустимо, що ми взяли до рук дві однакові деталі, що мають такий вигляд:

Існує тільки комбінація їх з'єднання, і між ними буде одна загальна ланка. Перейдемо з нашої уяви до молекул. Уявімо, що перед нами два атоми водню і наше завдання їх з'єднати в молекулу. Покрутіть уявно деталі, щоб вони об'єдналися, необхідно їх поставити один на одного, зв'язавши їх у певному місці. Точки поряд означають, скільки електронів, що розташовуються на зовнішньому шарі.

Джерело

Атоми водню, як деталі, з'єдналися одним зв'язком, тому валентність в даному випадку кожного з них дорівнюватиме I. Але ступінь окислення дорівнюватиме 0, так як речовина утворена елементом з однаковим значенням електронегативності.

Розглянемо, як утворюється молекула найпоширенішого газу нашій планеті - азоту N 2 .

Азот, має 3 неспарені електрони. Це як взяти дві деталі виду та з'єднати їх.

Таким чином, азот тривалентний, а ступінь

окислення як і залишається дорівнює 0. За рахунок загальної електронної пари азот завершує зовнішній шар 2s 2 2p 6 .

Ковалентний зв'язок у молекулі, що складається з одного типу атомів, а саме неметалів, зветься неполярним.

Під час побудови молекули кількість електронів прагне до завершення. Розглянемо як утворюється молекула 2 . Кожному атому не вистачає 2 електронів і вони компенсують цю нестачу загальною електронною парою.

Також звертаємо увагу, що рівень окислення 0, бо атоми рівноправні партнери, та його валентність дорівнює II.

Ковалентний хімічний зв'язок утворений різними неметалами називається полярним.

Візьмемо два неметалічні елементи Водень і Хлор. Зазначимо електронні формули зовнішнього шару.

Проаналізувавши значення, Е(Н)< Э(Cl), приходим к выводу, чтобы принять конфигурацию благородного газа, хлор будет притягивать на себя единственный электрон водорода.

Схема ковалентного зв'язку, утвореного різними елементами, записується у такому вигляді.

Настільки важливо відзначити, що в цій ситуації Cl та Н не будуть рівноправними партнерами, оскільки загальна щільність електронів зосереджена у Cl. Водень у нерівному бою, поступається 1 електрон хлору, у якого в наявності їх цілих 7. Водень набуває позитивного заряду, хлор - негативний. Валентності Н і Cl рівні I. На той час ступеня окиснення будуть Н + Cl − .

Такий вид утворення з'єднань відбувається за обмінним механізмом. Це означає, щоб отримати завершену конфігурацію електронегативніші приймають електрони, менш - віддають, але при цьому існує загальна електронна пара.

Неметали утворюють як бінарні з'єднання, а можливо до складу входити три і більше елемента. Наприклад, молекула вугільної кислоти H 2 СО 3 складається з 3 елементів. Як вони між собою з'єднуватись. Електронегативність зростає серед ЕО (Н)<ЭО (С) <ЭО(O). Определим степени окисления каждого элемента. Н + 2 С +4 О −2 3 . Это означает, что кислород будет притягивать на себя электроны углерода и водорода. Схематически это можно записать в следующем виде.

Щоб побудувати структурну формулу, у центрі записуємо вуглець. У нього неспарених 4 електрони. Оскільки атомів кисню в кількості 3, кожен з них може прийняти 2 електрони. То шляхом не хитрих обчислень, бачимо, що 4 електрони прийде від С і по одному від кожного Н. перевіряємо наш розрахунок, враховуючи нейтральність молекули, вважаємо позитивні та негативні заряди.

Н 2 + С +4 Про 3 −2 (+1 ∙ 2) + (+4 ∙ 1) + (-2 ∙ 3) = 0

Існує ще один механізм ковалентного зв'язку під назвою донорно-акцепторний.

Щоб зрозуміти цей принцип, опишемо утворення молекули, що має не зовсім приємний різкий, задушливий запах, аміак NH 3 .

З 5 електронів, що у розпорядженні атома N, зв'язуються лише 3. Валентність атома N набуває значення III. У цьому ступінь окислення N −3 (відтягнувши він 3 електрона від кожного атома Н, стає негативним), водень, навпаки зробивши «шляхетний вчинок», віддавши електрон, набуває позитивний заряд Н + . Два електрони не задіяні, вони виділені червоним кольором. Вони здатні оселитися у вільному осередку іона Н+. Це місце займуть електрони азоту, які позначені червоним кольором. Утворюється катіон амонію за донорно-акцепторним механізмом.

Незадіяні раніше «червоні» електрони N «заселяються» в порожній s-орбіталі, що належить катіону водню. Іон амонію має 3 зв'язки, які відбуваються за обмінним механізмом, а також один, за донорно-акцепторним. Саме тому NH 3 легко взаємодіє з кислотами та водою.

Іонний зв'язок

Іонний хімічний зв'язок є прикордонним ковалентним полярним. Відрізняються тим, що з речовин, у яких локалізується ковалентна зв'язок, характерно існування спільної електронної пари, тоді як іонної зв'язку властива повна віддача електронів. Наслідком віддачі є утворення заряджених частинок – іонів.

Визначити тип зв'язку допоможуть обчислення. Якщо різниця значень електронегативності більше 1,7, то для речовини характерний іонний зв'язок. Якщо значення менше 1,7, то властивий полярний зв'язок. Розглянемо дві речовини NaCl та СаС 2 . Обидва вони утворені металом (Na та Са) та неметаллом (Clі С). Проте в одному випадку зв'язок буде іонний, у другому - ковалентний полярний.

Постулат фізики свідчить, що протилежності притягуються. Тобто. позитивні іони притягують негативні та навпаки.

Припустимо, що необхідно отримати речовину з атомів калію та фтору. Кожен атом прагне отримати конфігурацію благородного газу. Досягти цього можна двома способами віддавши або прийнявши електрони, утворюючи при цьому іони з бажаною конфігурацією.

Тому калію набагато простіше віддати 1 електрон, ніж забрати у фтору 7. Приймаючи 1 електрон, F має завершений рівень.

Аналогічно калій, який легко віддав свій електрон, його катіон прийняв електронну формулу аргону.

Кальцій двовалентний метал, то для взаємодії необхідно два атоми фтору, оскільки він здатний прийняти лише один електрон. Схема утворення іонного зв'язку має вигляд.

Даний вид зв'язку локалізується у всіх солях, між металом та кислотним залишком. У наведеному вище прикладі для вугільної кислоти, кислотним залишком буде СО 3 2− , якщо замість водню поставити атоми натрію, то схема утворення зв'язку має вигляд.

Слід зазначити, що іонний зв'язок існуватиме між Naі О, а між С і О ковалентна полярна.

Металевий зв'язок

Метали існують у різних кольорах: чорні (залізо), червоні (мідь), жовті (золото), сірі (срібло), плавляться за різних температур. Однак їх усіх поєднує наявність блиску, твердості, електропровідності.

Металевий зв'язок має риси подібності до ковалентної неполярної. Метали бідні електронами на зовнішньому рівні, тому при утворенні зв'язку вони не здатні притягувати на себе їх, для них властива віддача. Оскільки атомний радіус у металах великий, це дозволяє легко відірватися електронам, утворивши катіони.

Me 0 - ne = Me n+

Електрони постійно переміщуються від атома до іона і навпаки. Самі катіони можна порівняти з айсбергами, оточеними негативними частинками.

Схема металевого зв'язку

Водневий зв'язок

Елементи-неметали II періоду (N, O, F) мають високе значення електронегативності. Це впливає на здатність утворення водневого зв'язку між поляризованим Н + однієї молекули та аніоном N 3-, O-2, F-. Водневий зв'язок здатний поєднати дві різні молекули. Наприклад, якщо взяти дві молекули води, всі вони з'єднуються між собою рахунок атомів Н і О.

Водневий хімічний зв'язок зображений пунктиром. З'єднуючись між собою молекули, грають і знаходять важливу роль живих організмах. З допомогою водневого зв'язку будується вторинна структура молекули ДНК.

Типи кристалічних ґрат

Щоб отримати речовину, а не просто набір молекул, необхідно частинки «запакувати» у своєрідний каркас – кристалічну решітку.

Уявіть собі геометричну фігуру - куб, у вершинах будуть знаходитися частинки, умовно з'єднані між собою.

Існує пряма залежність між будовою атома та типом кристалічної решітки.

Зверніть увагу, що з'єднання з ковалентним неполярним зв'язком утворені частинками-молекулами, які запаковані в молекулярну кристалічну решітку. Найчастіше це будуть з'єднання за температурним режимом низькокиплячі та леткі. Це відомі вам речовини як кисень О2, хлор Cl2, бром Br2.

Ковалентний полярний хімічний зв'язок також характерний для молекулярних сполук. Сюди входять як органічні: сахароза, спирти, метан і неорганічні сполуки: кислоти, аміак, оксиди неметалів. Існування їх буває як у рідкому (Н 2 О), твердому (сірка) так і газоподібному вигляді (СО 2).

У вузлах атомних кристалічних ґрат знаходяться окремі атоми, між якими існує ковалентний неполярний зв'язок. Атомні кристалічні ґрати властиві алмазу. На даний момент це найтвердіша речовина. Даний тип зв'язку характерний для речовини, що покриває значну частину нашої планети, -SiO 2 (пісок) і карборунд SiC, що має схожі властивості з алмазом.

Іонний зв'язок між атомами утворює кристалічну решітку, у вузлах якої будуть знаходитися катіони та аніони. Ця будова поєднує між собою цілий клас неорганічних сполук солей, що складаються з катіонів металів та аніонів кислотного залишку. Характерними рисами цих речовин будуть високі температури, при яких вони плавляться і киплять.

Металевий зв'язок має металеві кристалічні грати. У її будові можна провести паралель з іонними ґратами. У вузлах будуть розміщуватись атоми та іони, а між ними електронний газ, що складається з мігруючих електронів від атома до електрона.

Узагальнюючи дані відомості, можемо зробити висновок, знаючи склад та будову, можемо прогнозувати властивості та навпаки.