Хімія. 8 клас. Буринська

§ 16. Ковалентний зв'язок

Опрацювавши зміст параграфа, ви будете:

  • розуміти сучасний зміст поняття валентності;
  • знати суть понять: полярний і неполярний ковалентний зв'язок, кратний ковалентний зв'язок, диполь; валентність;
  • уміти записувати електронні й структурні формули сполук.

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

Ковалентний неполярний зв'язок. Для прикладу розглянемо утворення молекули водню Н2. Ви вже знаєте, що кожний атом Гідрогену має в електронній оболонці один s-електрон, а завершеним для нього буде двохелектронний 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 Η - 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, Сl2 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, яка 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 певного негативного заряду, а атом, від якого зміщена електронна пара, - деякого позитивного заряду:

δ+ → δ-

Н → F

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

Полярний ковалентний зв'язок не завжди зумовлює утворення диполя. Наприклад, у разі формування молекули карбон(ІV) оксиду СО2 електронні пари зміщуються до Оксигену як до більш електронегативного елемента. Але диполь не виникає, бо молекула симетрична, має лінійну будову:

δ- 2δ+ δ-

О = С = О

Молекули води Н2О, навпаки, мають кутову будову. Полярні зв’язки О-Н розміщені під кутом 104,50°, що спричиняє несиметричність структури і полярність молекул води:

Кутові молекули гідроген сульфіду (сірководню) H2S, пірамідальні молекули амоніаку NH3 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 неспарених 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.

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

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

За кількістю неспарених електронів атома або числом 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 електронну і структурну формули гідроген пероксиду Н2О2. Обчисліть, скільки електронів міститься на зовнішньому енергетичному рівні атома Оксигену, число хімічних зв’язків у цій молекулі. Визначте тип кожного хімічного зв’язку.

6. Намалюйте схему перекривання: а) s-електронних хмар двох атомів; б) s-електронної хмари одного атома і р-електронної хмари іншого атома (за будь-якою з осей х, у, z).

7. Напишіть електронні й структурні формули молекул хлору Сl2, сірководню H2S, амоніаку NH3.

Додаткові завдання

8*. Неполярні молекули у речовини:

  • А НСl;
  • Б CF4;
  • В ΝΗ3;
  • Г Н2.

9*. Під час утворення молекули НСl перекриваються орбіталі типу:

  • А р і р;
  • Б s i p;
  • В s і s;
  • Г d i p.