Народна Освіта » Хімія » § 15. Природа хімічного зв’язку. Ковалентний зв'язок

НАРОДНА ОСВІТА

§ 15. Природа хімічного зв’язку. Ковалентний зв'язок

Опрацювавши зміст параграфа, ви будете:

• розуміти природу хімічного зв’язку; сучасний зміст поняття валентності;

• знати суть понять: ковалентний зв’язок полярний і неполярний, кратний ковалентний зв'язок, диполь; валентність;

• уміти записувати електронні й структурні формули сполук.

Ви вже знаєте, що речовини не є суцільними, а складаються з різних частинок - атомів, молекул, йонів. Яким чином частинки з’єднуються одна з одною? Які сили утримують їх у молекулах чи кристалах? Аби відповісти на ці запитання, потрібно ознайомитись із хімічним зв’язком.

Суть хімічного зв’язку. Атоми різних елементів, що входять до складу простих чи складних речовин, утримуються разом завдяки наявності хімічного зв’язку. В його утворенні беруть участь кулонівські сили, носіями яких є електрони і ядра атомів.

Хімічний зв язок виникає внаслідок електростатичної взаємодії по зитивно заряджених ядер і негативно заряджених електронів.

Уявіть собі, що два атоми Гідрогену перебувають на дуже великій відстані один від одного. Вони не взаємодіють між собою. У разі їх зближення починають діяти сили притягання між ядром одного атома і електронами іншого, а також сили відштовхувати між ядрами і між електронами обох атомів. На деякій відстані сили притягання переважають сили відштовхування. При дальшому зближенні атомів, навпаки, сили відштовхування починають переважати сили притягання. Тому потенціальна енергія системи в разі зближення атомів Гідрогену спочатку знижується, а потім підвищується. Якщо ж сили притягання дорівнюють силам відштовхування, то енергія системи в цьому випадку найменша. Такий стан системи найстійкіший, він відповідає утворенню молекули Нг. Отже,

хімічний зв’язок - це взаємодія атомів або будь-яких інших частинок у речовині, яка зумовлює їх сполучення в молекули чи кристали.

Така взаємодія спричиняє зменшення енергії утвореної молекули чи кристала порівняно з енергією поодиноких атомів, що взаємодіють.

Існує кілька типів хімічного зв’язку: ковалентний, йонний, металічний та ін.

Ковалентний неполярний зв'язок. Для прикладу розглянемо утворення молекули водню Н2. Ви вже знаєте, що кожний атом Гідрогену має в електронній оболонці один 5-електрон, а завершеним для нього буде двохелєктронний рівень, подібний завершеному рівню атома Гелію Не. У разі зближення двох атомів Гідрогену за рахунок сил притягання, що діють між їхніми ядрами та електронами, s-електронні хмари сферичної форми обох атомів частково перекриваються. У місці перекривання виникає підвищена електронна густина, яка притягує до себе ядра обох атомів і забезпечує міцність їх сполучення в молекулу.

Якщо неспарений валентний електрон позначити крапкою, а спільну електрону пару - двома крапками, то можна записати схему утворення хімічного зв’язку між атомами Гідрогену в молекулі водню:

Якщо позначити спільну електронну пару рискою, то запис називають структурною формулою водню H - Н.

Розглянемо ще один приклад утворення ковалентного зв’язку в молекулі фтору F2. Кожний атом Флуору F (елемент VII групи) має 7 валентних електронів, з них - один р-електрон не спарений:

У разі зближення двох атомів Флуору відбувається перекривання хмар двох неспарених р-електронів, утворюється спільна електронна пара:

У наведеному прикладі зовнішній енергетичний рівень завершується до октету - восьми електронів.

Хімічний зв'язок, що утворюється за допомогою спільних електронних пар, називається ковалентним зв’язком.

Слово «ковалентний» означає «спільно валентний»: атоми разом володіють усуспільненими валентними електронами.

У розглянутих випадках спільна електронна пара належить обом атомам однаковою мірою. Такий ковалентний зв’язок називається неполярним. Він виникає під час взаємодії атомів неметалів одного й того самого хімічного елемента, оскільки в них однакова електронегативність. Так, у молекулах Н2, О2, F2, Cb існує неполярний ковалентний зв’язок.

Кратність ковалентного зв’язку. Бувають випадки, коли два атоми усуспільнюють кілька пар валентних електронів. У такому разі говорять про кратність ковалентного зв’язку.Якщо між атомами виникла одна електронна пара, то такий ковалентний зв'язок називають одинарним,якщо дві - подвійним,якщо три - потрійним.

Розглянемо, наприклад, схему утворення потрійного ковалентного зв’язку в молекулі азоту N2:

 

Ковалентний полярний зв'язок. Якщо атоми, що взаємодіють, мають різну електронегативність(умовна величина, що характеризує здатність атомів у хімічній сполуці притягувати до себе електрони), то спільна електронна пара зміщується до атома з більшою електронегативністю. У цьому разі виникає полярний ковалентний зв'язок.Наприклад, у молекулі гідроген фториду HF зв’язок ковалентний полярний:

 

У разі зміщення електронної пари в молекулі HF (стрілка показує напрямок зміщення) молекула стає полярною, виникає диполь.

Диполь - система з двох зарядів, однакових за величиною і протилежних за знаком.

 

Вважають, що атом, до якого зміщена електронна пара, набуває деякого негативного заряду, а атом, від якого зміщена електронна пара, - деякого позитивного заряду:

(гр. літера б (дельта) позначає частковий заряд, тобто менший за одиничний

Полярний ковалентний зв’язок не завжди зумовлює утворення диполя. Наприклад, у разі формування молекули карбон(IV) оксиду CCh електронні пари зміщуються до Оксигєну як до більш електронегативного елемента. Але диполь не виникає, бо молекула симетрична, вона має лінійну будову:

 

 

Молекули води НгО, навпаки, мають кутову будову. Полярні зв’язки O-H розміщені під кутом 104,50, що спричиняє несиметричність структури і полярність молекул води:

Кутові молекули гідроген сульфіду (сірководню) pS, пірамідальні молекули амоніаку МНз також мають несиметричну структуру, тому вони полярні.

За кількістю утворення ковалентних зв’язків визначають валентність елемента.Валентність (від лат. valentia - сила) - це здатність атома приєднувати певне число інших атомів. Ця здатність залежить від кількості неспа-рених електронів атома, що беруть участь в утворенні спільних електронних пар з електронами інших атомів. Величина валентності визначається, як правило, числом ковалентних зв’язків, які цей атом утворює з іншими атомами. Саме тому валентність не має знака - ні плюс, ні мінус. Якщо атом Гідрогену утворює один ковалентний зв'язок, то він одновалентний, якщо атом Карбону утворює 4 зв’язки, то він - чотиривалентний.

Висновки

Хімічний зв'язок виникає внаслідок електростатичної взаємодії ядер атомів і електронів, він має електронну природу.

Хімічний зв'язок, зумовлений утворенням спільних електронних пар, називається ковалентним.

Він може бути полярним і неполярним залежно від того, які атоми неме-талічних елементів з’єднуються: якщо однакові - неполярний, якщо різні за електронєгативністю - полярний.

Залежно від кількості спільних електронних пар ковалентний зв'язок буває одинарний, подвійний, потрійний.

Спільні електронні пари утворюються внаслідок об’єднання нєспарєних валентних електронів атомів нємєталічних елементів. Валентними є електрони, що беруть участь в утворенні хімічного зв’язку.

За кількістю нєспарєних електронів атома або кількістю утворених ковалентних зв’язків визначають валентність елемента.

У результаті утворення хімічного зв’язку атоми набувають стійкого завершеного зовнішнього енергетичного рівня.

Завдання для самоконтролю

1. Як ви розумієте суть поняття «хімічний зв'язок»? За рахунок чого він виникає?

2. Як утворюється ковалентний зв'язок? Які види ковалентного зв’язку ви знаєте? Чим вони подібні і чим відрізняються один від одного? Відповідь проілюструйте прикладами.

3. В яких речовинах існує лише неполярний ковалентний зв'язок? Чому?

4. Чому молекули інертних газів, на відміну від усіх інших неметалів, у вільному стані одноатомні?

5. Напишіть електрону і структурну формули гідроген пероксиду Н2О2. Обчисліть, скільки електронів міститься на зовнішньому енергетичному рівні атома Оксигєну, скільки хімічних зв’язків у цій молекулі. Визначте тип кожного хімічного зв’язку.

6. Намалюйте схему перекривання: а) s-електронних хмар двох атомів;

6) 5-електронної хмари одного атома і р-елєктронної хмари іншого атома (за будь-якою з осей х, у, z)l

7. Напишіть електронні й структурні формули молекул хлору СЬ, сірководню pS, амоніаку NHa.

Додаткові завдання

8*. Неполярні молекули у речовини:

9*. Прикладом неполярної молекули, що містить полярний ковалентний зв'язок, є:

10*. Під час утворення молекули HCl перекриваються орбіталі типу:

 

Це матеріал з підручника Хімія 8 клас Буринська

 

Категорія: Хімія

Автор: admin от 18-10-2016, 22:15, посмотрело: 766