Ковалентная связь и ее образования

Ковалентная связьКовалентная связь - это химическая связь, образующаяся за счет общих электронных пар.

Рассмотрим механизм образования ковалентной связи на примере молекулы водорода. Атомы водорода имеют электронную формулу:

При сближении двух атомов водорода происходит взаимодействие двух электронов с антипараллельными спинами (обозначаются электроны стрелками, направленными в разные стороны) с формированием общей (поделенной) электронной пары.

Схему образования ковалентной связи можно представить, обозначая неспаренный электрон внешнего уровня одной точкой, а общую электронную пару - двумя точками. Общую электронную пару, т.е. ковалентная связь, часто обозначают чертой. Общая электронная пара образуется в результате перекрывания-орбиталей атомов водорода, при этом в области перекрывания орбиталей создается повышенная электронная плотность.

Рассмотрим образование ковалентной связи в молекуле хлора. Атомы хлора имеют электронную формулу:

Атом хлора имеет семь электронов на внешнем энергетическом уровне, причем на-подуровне находится один неспаренный электрон. При сближении двух атомов хлора происходит перекрытие-орбиталей с неспаренными электронами и образование общей электронной пары. У каждого атома хлора в молекуле сохраняются три неразделенные электронные пары (которые принадлежат одному атому).

В молекуле водорода, как и в молекуле хлора, образуется простой (одинарный) связь. Существуют молекулы, в которых между двумя атомами возникают две или три электронные пары. Такие ковалентные связи называют, соответственно, двойными или тройными. Общее название двойных и тройных связей - кратные связи.

Например, рассмотрим образования ковалентной связи в молекуле кислорода. Атомы кислорода имеют электронную формулу:

Атом кислорода имеет шесть электронов на внешнем энергетическом уровне, причем на-подуровне находится два неспаренных электрона. В образовании химической связи в молекуле участвуют по два электрона каждого атома кислорода. В данном случае образуются две общие электронные пары (двойная связь). У каждого атома кислорода в молекуле сохраняются две неразделенные электронные пары.

При образовании ковалентной связи в молекуле водорода каждый из атомов водорода является устойчивой двохелектроннои конфигурации за счет образования общей электронной пары. В других случаях при образовании ковалентной связи, например, в молекулах хлора и кислорода каждый из атомов является устойчивой конфигурации, состоящей из восьми электронов.

В случае всех трех рассмотренных молекул (водорода, хлора и кислорода) ковалентная связь образовался между атомами с одинаковой электроотрицательностью. Такое взаимодействие наблюдается при образовании простых веществ-неметаллов, молекулы которых состоят из двух одинаковых атомов. В этом случае общие электронные пары располагаются симметрично между ядрами атомов, соединяются. Вследствие этого образуются молекулы, в которых центры положительных и отрицательных зарядов совпадают.

Итак, ковалентная связь, которая образуется между атомами с одинаковой электроотрицательностью за счет общих электронных пар, называют ковалентной неполярной связью. Надо запомнить, что такой тип химической связи образуется в простых веществах-неметаллов. Примером веществ с ковалентной неполярной типом связи можно назвать фтор, бром, йод, азот.

Если атомы, которые взаимодействуют, имеют различную электроотрицательность (атомы различных химических элементов), то общая электронная пара будет смещаться к атому с большей электроотрицательностью. При этом на атоме с большей электроотрицательностью формируется частичный отрицательный заряд (?-), а на атоме с меньшей электроотрицательностью - частичный положительный заряд (? +). Эти частичные заряды по абсолютному значению меньше единицы.

Например, при образовании молекулы водород хлорида происходит перекрывание-орбитали атома водорода и-орбитали атома хлора. Общая электронная пара расположена несимметрично относительно центров атомов, которые взаимодействуют. Она смещается в более электроотрицательного хлора. На атоме хлора формируется частичный отрицательный заряд, а на атоме водорода - частичный положительный заряд. В этом случае в молекуле центры положительных и отрицательных зарядов не совпадают. Такие молекулы называют полярными, или диполями. Диполь - это система из двух зарядов, которые являются одинаковыми по величине, но противоположными по знаку.

Итак, ковалентная связь, которая образуется между атомами, электроотрицательности которых отличаются, но незначительно, называют ковалентной полярной связью. Надо запомнить, что такой тип химической связи образуется в сложных веществах, образованных атомами неметаллов. Как примеры веществ с ковалентной полярным типом связи можно назвать водород фторид, вода, аммиак, метан, карбон (IV) оксид.

Для молекулы с ковалентной типом химической связи можно записать электронную и структурную (графическую) формулу. Электронная формула состоит из символов химических элементов, вокруг которых точками обозначены электроны внешнего уровня, а между атомами - общие электронные пары. Структурная (графическая) формула - это формула, в которой каждая общая электронная пара изображается чертой. Как электронная, так и структурная формулы показывают порядок сообщения атомов в молекуле, их взаимосвязь.