Тема 2. Хімічний зв’язок і будова речовин

§ 12. Природа хімічного зв’язку. Електронегативність атомів хімічних елементів

Опанувавши матеріал параграфа, ви зможете:

розрізняти поняття «валентність» і «ступінь окиснення елемента»;
визначати ступені окиснення елементів у сполуках за їхніми формулами;
знати поняття «хімічний зв’язок», «електронегативність»;
розуміти природу хімічного зв’язку на основі знань про електронну будову атомів.

Хімічний зв’язок. З попередньої теми ви довідалися, що властивості елементів залежать від: а) зарядів їхніх атомних ядер; б) числа енергетичних рівнів в електронній оболонці або радіуса атома; в) кількості електронів на зовнішньому енергетичному рівні.

Найстійкішими є завершені енергетичні рівні. Це характерно для інертних елементів. Їхні атоми не сполучаються між собою та з іншими атомами, оскільки електронна оболонка, яка містить 2 або 8 електронів на зовнішньому енергетичному рівні, стійка й енергетично вигідна атому. В усіх інших елементів зовнішній енергетичний рівень незавершений. Під час хімічних реакцій атоми прагнуть його завершити. Тому процес утворення хімічних сполук (простих і складних речовин) полягає в завершенні атомами зовнішніх енергетичних рівнів.

Як це відбувається, які речовини за будовою утворюються: атомні, молекулярні чи йонні?

Відповідь на це запитання можна дати, з’ясувавши сутність хімічного зв’язку. Він утворюється двома способами:

1) два або більше атомів утворюють спільні електронні пари (речовини молекулярної будови);

2) атоми з малою кількістю електронів на зовнішньому енергетичному рівні (металічні елементи) віддають їх, а атоми з великою кількістю електронів (неметалічні елементи) — приєднують. Унаслідок такого переміщення електронів утворюються заряджені частинки — йони.

В обох випадках зовнішній енергетичний рівень набуває конфігурації електронів, що властива інертним елементам. Як уже зазначалося, завершений зовнішній енергетичний рівень є стійким та енергетично вигідним атому.

Хімічний зв’язок — зв’язок, утворений на основі взаємодії між частинками речовини (атомами, молекулами, йонами), унаслідок чого утворюються хімічно стійкі молекули або кристали.

• Пригадайте з курсу фізики, що таке електростатичні сили притягання.

Аналізуючи склад простих і складних речовин, розуміємо, що число атомів елемента, який сполучається з іншими, є чітко визначеним. Наприклад, молекула кисню містить у своєму складі два атоми Оксигену — О₂. Аналогічно й молекули водню, хлору й азоту є двоатомними. Однак молекула озону містить три атоми Оксигену — О₃, а молекула води — два атоми Гідрогену й один атом Оксигену — Н₂О. Це молекулярні сполуки.

Якщо розглянути склад кухонної солі, то її кристали містять різнойменно заряджені частинки — йони.

Сполучення між частинками відбувається з виділенням енергії і зменшенням власної енергії та залежить від кількості неспарених електронів, що здатні утворювати спільні електронні пари.

Оскільки ядра атомів мають різні заряди, а радіуси атомів можуть бути більшими чи меншими, то й сили притягання між ними різні.

Електронегативність атомів елементів. Звернемо увагу на утворення молекули водню. На зовнішньому енергетичному рівні є один неспарений s-електрон. З іншим атомом Гідрогену він утворює спільну електронну пару. Оскільки заряд ядра в обох атомів такий самий, то вони притягають електрони зовнішнього енергетичного рівня з однаковою силою.

Іншу ситуацію спостерігаємо з утворенням хімічного зв’язку в молекулі гідроген хлориду НСl. Оскільки в утворенні зв’язку беруть участь атоми різних елементів, то, відповідно, заряди ядер їхніх атомів також різні: в атома Гідрогену заряд ядра становить +1, у Хлору — +17. Це вказує на те, що ядро атома Хлору значно сильніше притягує до себе неспарений електрон атома Гідрогену, ніж це властиво ядру атома Гідрогену. Тому коли електронні пари утворюють атоми двох різних елементів, сили притягання між ними не однозначні. Щоб визначити, який з елементів сильніше притягує електронну пару зв’язку, учені ввели поняття електронегативності елемента.

Електронегативність — властивість атома елемента зміщувати до себе електронну пару, утворену з іншим атомом.

Електронегативність атомів елементів змінюється в періодах і групах (табл. 7).

• Подумайте й поясніть, з чим пов’язані такі зміни.

Таблиця 7

Електронегативність атомів елементів

Розглянемо зміну електронегативності в малих періодах.

Якщо розмістити елементи за зменшенням електронегативності, то утвориться ряд електронегативності, за допомогою якого можна визначити, до якого з атомів, що утворюють електронну пару, зміщуються електрони. Елемент, від якого відтягуються електрони, набуває умовного позитивного заряду. Елемент, до якого притягуються електрони, — умовного негативного. Величина цих зарядів залежить від числа електронів, що вказують на кількість відтягнутих чи притягнутих електронів. У хімічній формулі більш електронегативний елемент ставлять на друге місце.

ПІДСУМОВУЄМО ВИВЧЕНЕ

• Хімічний зв’язок — зв’язок, утворений на основі взаємодії між частинками речовини (атомами, молекулами, йонами), унаслідок чого утворюються хімічно стійкі молекули або кристали.

• Утворення хімічних сполук (простих і складних речовин) полягає в завершенні атомами зовнішніх енергетичних рівнів.

• Сполучення між частинками відбувається з виділенням енергії і зменшенням їхньої власної енергії.

• Електронегативність — властивість атома елемента зміщувати до себе електронну пару, утворену з іншим атомом. Електронегативність атомів елементів змінюється в періодах і групах: у періодах зі збільшенням заряду ядер атомів елементів — зростає, у головних підгрупах — спадає.

ЗАВДАННЯ ДЛЯ САМОКОНТРОЛЮ

1. Сформулюйте визначення: