Ковалентний полярний зв 'язок: формула, властивості, особливості

Ковалентний полярний зв 'язок: формула, властивості, особливості

Хімічним зв 'язком називають взаємодію частинок (іонів або атомів), яка здійснюється в процесі обміну електронами, що знаходяться на останньому електронному рівні. Існує кілька видів такого зв 'язку: ковалентна (вона ділиться на неполярну і полярну) і іонна. У цій статті ми докладніше зупинимося саме на першому виді хімічних зв 'язків - ковалентних. А якщо бути точнішим, то на полярному її вигляді.

Ковалентний полярний зв 'язок - це хімічний зв' язок між валентними електронними хмарами сусідніх атомів. Приставка "ко-" - означає в даному випадку "спільно", а основа "валента" перекладається як сила або здатність. Ті два електрони, які зв 'язуються між собою, називають електронною парою.

Історія


Вперше цей термін вжив у науковому контексті лауреат Нобелівської премії хімік Ірвінг Леннгрюм. Сталося це в 1919 році. У своїй роботі вчений пояснював, що зв 'язок, в якому спостерігаються загальні для двох атомів електрони, відрізняється від металевої або іонної. А значить, вимагає окремої назви.

Пізніше, вже в 1927 році, Ф. Лондон і В. Гайтлер, взявши як приклад молекулу водню як хімічно і фізично найбільш просту модель, описали ковалентний зв 'язок. Вони взялися за справу з іншого кінця, і свої спостереження обґрунтовували, використовуючи квантову механіку.

Суть реакції

Процес перетворення атомного водню в молекулярний є типовою хімічною реакцією, якісною ознакою якої служить велике виділення теплоти при об 'єднанні двох електронів. Виглядає це приблизно так: два атоми гелію наближаються один до одного, маючи по одному електрону на своїй орбіті. Потім ці дві хмари зближуються і утворюють нову, схожу на оболонку гелію, в якій обертаються вже два електрони.

Завершені електронні оболонки стійкіші, ніж незавершені, тому їх енергія істотно нижча, ніж у двох окремих атомів. При утворенні молекули надлишок тепла розсіюється в навколишньому середовищі.

Класифікація

У хімії виділяють два види ковалентного зв 'язку:

  1. Ковалентний неполярний зв 'язок, що утворюється між двома атомами одного неметалевого елемента, наприклад кисень, водень, азот, вуглець.
  2. Ковалентний полярний зв 'язок, виникає між атомами різних неметалів. Гарним прикладом може служити молекула хлороводню. Коли атоми двох елементів з 'єднуються один з одним, то неспарений електрон від водню частково переходить на останній електронний рівень атома хлору. Таким чином, на атомі водню утворюється позитивний заряд, а на атомі хлору - негативний.

Донорно-акцепторний зв 'язок також є видом ковалентного зв' язку. Вона полягає в тому, що один атом з пари надає обидва електрони, стаючи донором, а приймаючий їх атом, відповідно, вважається акцептором. При утворенні зв 'язку між атомами, заряд донора збільшує на одиницю, а заряд акцептора знижується.

Семиполярний зв 'язок - його можна вважати підвидом донорно-акцепторного. Тільки в цьому випадку об 'єднуються атоми, один з яких має закінчену електронну орбіталь (галогени, фосфор, азот), а другий - два неспарені електрони (кисень). Освіта зв 'язку проходить у два етапи:

  • спочатку від неподіленої пари відриває один електрон і приєднується до неспарених;
  • об 'єднання неспарених електродів, тобто формується ковалентний полярний зв' язок.

Властивості

Полярний ковалентний зв 'язок має свої фізико-хімічні властивості, такі як спрямованість, насичуваність, полярність, поляризованість. Саме вони визначають характеристики утворюваних молекул.

Спрямованість зв 'язку залежить від майбутнього молекулярної будови речовини, що утворюється, а саме від геометричної форми, яку формують два атоми при приєднанні.

Насиченість показує, скільки ковалентних зв 'язків здатний утворити один атом речовини. Це число обмежене кількістю зовнішніх атомних орбіталів.

Полярність молекули виникає тому, що електронна хмара, що утворюється з двох різних електронів, нерівномірна по всій своїй окружності. Це виникає через різницю негативного заряду в кожному з них. Саме ця властивість і визначає, полярний зв 'язок або неполярний. Коли об 'єднуються два атома одного елемента, електронна хмара симетрична, значить, зв' язок ковалентний неполярний. А якщо об 'єднуються атоми різних елементів, то формується асиметрична електронна хмара, так званий дипольний момент молекули.

Поляризованість відображає те, наскільки активно електрони в молекулі зміщуються під дією зовнішніх фізичних або хімічних агентів, наприклад електричного або магнітного поля, інших частинок.

Дві останні властивості молекули, що утворюється, визначають її здатність реагувати з іншими полярними реагентами.

Сигма-зв 'язок і пі-зв' язок

Формування цих зв 'язків залежить від щільності розподілу електронів в електронній хмарі в процесі формування молекули.

Для сигма-зв 'язку характерна наявність щільного скупчення електронів уздовж осі, що з' єднує ядра атомів, тобто в горизонтальній площині.

Пі-зв 'язок характеризується ущільнення електронних хмар у місці їх перетину, тобто над і під ядром атома.

Візуалізація зв 'язку у записі формули

Для прикладу можемо взяти атом хлору. На її зовнішньому електронному рівні міститься сім електронів. У формулі їх мають три парами і один неспарений електрон навколо позначення елемента у вигляді точок.

Якщо таким же чином записувати молекулу хлору, то буде видно, що два неспарені електрони утворили пару, загальну для двох атомів, вона називається поділеною. При цьому кожен з них отримав по вісім електронів.

Правило октету-дублета

Хімік Льюїс, який припустив, як утворюється ковалентний полярний зв 'язок, першим зі своїх колег сформулював правило, що пояснює стійкість атомів при їх об' єднанні в молекули. Суть його полягає в тому, що хімічні зв 'язки між атомами утворюються в тому випадку, коли узагальнюється достатня кількість електронів, щоб вийшла електронна конфігурація, що повторює подібна атомам шляхетних елементів.

Тобто при утворенні молекул для їх стабілізації необхідно, щоб всі атоми мали закінчений зовнішній електронний рівень. Наприклад, атоми водню, об 'єднуючись в молекулу, повторюють електронну оболонку гелію, атоми хлору, набувають схожості на електронному рівні з атомом аргону.

Довжина зв 'язку

Ковалентний полярний зв 'язок, крім усього іншого, характеризується певною відстанню між ядрами атомів, що утворюють молекулу. Вони знаходяться на такій відстані один від одного, при якому енергія молекули мінімальна. Для того щоб цього досягти, необхідно, щоб електронні хмари атомів максимально перекривали один одного. Існує прямо пропорційна закономірність між розміром атомів і довгого зв 'язку. Чим більше атом, тим довший зв 'язок між ядрами.

Можливий варіант, коли атом утворює не один, а кілька ковалентних полярних зв 'язків. Тоді між ядрами формуються так звані валентні кути. Вони можуть бути від дев 'яноста до ста вісімдесяти градусів. Вони і визначають геометричну формулу молекули.