Хімія. Повторне видання. 8 клас. Григорович (2025)
§ 30. Ковалентний зв’язок
Утворення ковалентного зв’язку
Поміркуйте
Проаналізуйте моделі електронних оболонок атомів.
На зовнішньому рівні цих атомів два електрони утворюють пару, а інші — неспарені. Порівняйте число неспарених електронів на зовнішньому рівні атомів із місцем хімічного елемента в Періодичній таблиці та негативним зарядом йонів, які можуть утворювати атоми цього елемента.
Ковалентний зв’язок, насамперед, може утворитися між атомами неметалічних елементів, на зовнішньому рівні яких є неспарені електрони.
Поміркуйте
Як може утворитися хімічний зв'язок між атомами неметалічних елементів, якщо кожен із них прагне приймати електрони?
Атоми неметалічних елементів для утворення хімічного зв’язку «прагнуть» того, щоб на їхньому зовнішньому енергетичному рівні було два або вісім (октет) електронів. Цього можна досягти кількома способами.
Один із них полягає в об’єднанні неспарених електронів у спільні електронні пари, що належать одночасно обом атомам. Такий зв’язок називають ковалентним.
Хімічний зв'язок, що виникає внаслідок утворення спільних електронних пар, називають ковалентним.
Розгляньмо утворення ковалентного зв’язку в молекулі водню.
Для зображення хімічного зв’язку електрони на зовнішньому енергетичному рівні позначають крапкою або хрестиком:
Такі формули називають електронними формулами, або електронно-крапковими формулами, або формулами Льюїса.
Утворення молекули водню Н2 можна записати з використанням формул Льюїса:
Отже, кожний атом Гідрогену віддає електрон зовнішнього рівня в «спільне користування». Так утворюється спільна електронна пара, що належить обом атомам Гідрогену. Кожний атом Гідрогену при цьому набуває електронної будови атома інертного елемента (Гелію), тобто отримує заповнений зовнішній енергетичний рівень, що зумовлює стійкість молекули водню.
Спільну електронну пару, яка визначає хімічний зв’язок, можна позначити рискою. У такий спосіб складають структурні формули, наприклад, для водню:
Н—Н
Між атомами Гідрогену утворюється одна спільна електронна пара, тобто один хімічний зв’язок. Такий зв’язок називають одинарним, або простим.
Атоми неметалічних елементів другого періоду прагнуть доповнити свою електронну оболонку до октету.
Складемо схему утворення хімічного зв’язку в молекулі фтору F2.
До завершення зовнішнього рівня атому Флуору бракує одного електрона, тому кожний з атомів надає в «спільне користування» по одному неспареному електрону:
У молекулі фтору F2 атоми Флуору утворюють одну спільну електронну пару перекриванням електронних оболонок. У такий спосіб кожний з атомів має на зовнішньому рівні по вісім електронів (октет), із яких два є спільними, а шість (три пари) не беруть участі в утворенні хімічного зв’язку й належать самому атому. Ці три електронні пари називають неподіленими.
Утворення подвійного й потрійного зв'язків
У разі взаємодії двох атомів, кожний із яких має кілька неспарених електронів, утворюються одночасно кілька спільних електронних пар.
Складемо схему утворення хімічного зв’язку в молекулі кисню О2.
Ці неспарені електрони беруть участь в утворенні двох спільних електронних пар:
Через це кожний атом Оксигену отримує завершений зовнішній енергетичний рівень із восьми електронів (октет). Такий хімічний зв’язок називають подвійним і позначають двома рисками.
Складемо схему утворення хімічного зв’язку в молекулі азоту N2.
Під час утворення молекули азоту N2 вони формують три спільні електронні пари:
Кожний з атомів Нітрогену отримує завершений зовнішній електронний рівень, що містить октет електронів: шість електронів спільні для обох атомів (три спільні пари) і в кожного з атомів по одній власній електронній парі. Зв’язок у молекулі азоту називають потрійним і позначають трьома рисками.
Утворення зв'язку між різними атомами
Ми розглянули, як утворюється хімічний зв’язок у молекулах простих речовин, але ковалентний зв’язок може виникати й між атомами різних хімічних елементів. У молекулі гідроген флуориду HF (фтороводню) атоми за рахунок «чужого» електрона завершують свій зовнішній енергетичний рівень: атом Гідрогену — перший, а атом Флуору — другий:
Якщо в одному атомі є кілька неспарених електронів, то він може утворити ковалентні зв’язки одночасно з кількома атомами.
У молекулі води Н2О атом Оксигену утворює два одинарні ковалентні зв’язки з двома атомами Гідрогену:
Кожний атом Гідрогену в молекулі води містить на зовнішньому рівні по два електрони (спільні з атомом Оксигену), а атом Оксигену — вісім електронів (чотири свої та дві спільні пари).
Між атомами різних елементів може також утворюватися й подвійний зв’язок, наприклад, у молекулі вуглекислого газу СО2 між атомами Карбону й Оксигену:
У цьому разі кожний з атомів Оксигену утворює один подвійний зв’язок, а атом Карбону — два подвійні зв’язки.
Досліджуємо, моделюємо, проєктуємо
Використовуючи підручні матеріали, створіть 2D- або 3D-модель ковалентного зв'язку в молекулах водню, фтору, кисню, метану тощо.
Робота з інформацією
362. Латиною co означає «спільний», a vales — «той, що має силу». Поясніть зміст терміна «ковалентний».
363. Латиною ordinary означає «звичайний». Чому терміни «одинарний зв’язок» і «ординарний зв’язок» є синонімами?
364. Скільки електронних пар і неспарених електронів містять на зовнішньому енергетичному рівні атоми: а) Хлору; б) Сульфуру; в) Фосфору? Складіть формули Льюїса.
365. Скільки неспарених електронів містить: а) атом Флуору; б) молекула фтору?
366. Чому не можуть існувати двохатомні молекули, утворені інертними хімічними елементами?
367. Електронами якого енергетичного рівня здійснюється зв’язок між атомами: а) у молекулі водню; б) молекулі хлору?
368. Складіть формули Льюїса для молекул: хлороводню НСl, сірководню H2S, амоніаку NH3. Скільки спільних і неподілених електронних пар містять атоми в кожному випадку?
370. В атомах Карбону на зовнішньому енергетичному рівні є лише 2 неспарені електрони (див. § 25). Проте для утворення молекули вуглекислого газу та інших сполук атомам Карбону необхідно 4 неспарених електрони. Зважаючи на число орбіталей на другому енергетичному рівні, висловіть гіпотезу для пояснення цієї «невідповідності». Перевірте її за додатковими джерелами інформації.
