Хімія. Повторне видання. 8 клас. Григорович (2025)

§ 31. Полярність ковалентного зв’язку

Електронегативність хімічних елементів

Здатність атома притягувати спільні електронні пари називають електронегативністю. Найсильніше притягують електрони атоми найактивніших неметалічних елементів — Флуору, Оксигену, Хлору, адже їм для завершення зовнішнього рівня бракує одного або двох електронів. І електрони, які вони прийматимуть, розташуються досить близько до ядра — на другому або третьому енергетичному рівні. Тому електронегативність цих елементів найбільша. Найлегше віддають електрони атоми активних металічних елементів, насамперед лужних — Літію, Натрію, Калію тощо. Вони виявляють найменшу електронегативність.

Оскільки електронегативність — це властивість, яка пов’язана з прийманням і втратою електронів, то й змінюватися вона буде так само, як і неметалічні властивості: у періодах електронегативність посилюється зліва направо, а в групах — знизу вгору. Отже, елемент із найбільшою електронегативністю — Флуор, а з найменшою — Францій (мал. 31.1 на с. 288).

Мал. 31.1. Зміна електронегативності хімічних елементів відповідно до місця в Періодичній таблиці¹

¹ Таблицю електронегативностей хімічних елементів (за Полінгом) також подано в інтерактивному електронному додатку до цього параграфа.

Спосіб кількісного визначення електронегативності вперше розробив американський хімік Лайнус Полінг. За шкалою Полінга електронегативність Флуору прийнята за 3,98 (округлено 4), другим за електронегативністю є Оксиген (3,44), третім — Хлор (3,16). Гідроген і типові неметалічні елементи розміщені в середині шкали; значення їхніх електронегативностей близькі до 2. Активні металічні елементи мають значення електронегативності менші за 1,6.

Лайнус Карл Полінг

(1901-1994)

Вивчав природу хімічного зв'язку, двічі лауреат Нобелівської премії

Полярність ковалентного зв’язку

Ковалентний зв’язок може утворитися між однаковими або різними атомами. Атоми різних хімічних елементів мають різну електронегативність, отже, по-різному притягують спільну електронну пару. Унаслідок цього для ковалентного зв’язку характерна властивість, яку називають полярністю ковалентного зв’язку.

Розгляньмо, чим відрізняється хімічний зв’язок у молекулах водню Н₂, фтору F₂ та гідроген флуориду HF:

В усіх цих молекулах між атомами виникає одинарний ковалентний зв’язок унаслідок утворення однієї спільної електронної пари. Ця електронна пара належить обом атомам, між якими є хімічний зв’язок. Але чи однаковою мірою вона належить обом атомам?

У молекулах фтору й водню спільна електронна пара однаково притягується до обох атомів і належить їм обом однаковою мірою. Такий ковалентний зв’язок називають неполярним. В усіх простих речовинах, утворених неметалічними елементами (наприклад, Н₂, N₂, О₂, S₂), хімічні зв’язки неполярні (мал. 31.2, а).

У молекулі гідроген флуориду атоми Гідрогену та Флуору притягують електрони по-різному. У Флуору електронегативність більша, ніж у Гідрогену, отже, атоми Флуору сильніше притягують спільну електронну пару, ніж атоми Гідрогену. Це спричиняє зміщення спільної електронної пари в бік атома Флуору та збільшення на ньому електронної густини (мал. 31.2, б). Як наслідок, на атомі Флуору з’являється певний надлишковий негативний заряд δ- (читаємо: дельта минус). На атомі Гідрогену, навпаки, електронна густина зменшується, отже, на ньому з’являється певний позитивний заряд δ+.

Мал. 31.2. Неполярний (а) і полярний (б) ковалентний зв'язок

Ковалентний зв’язок, утворений між атомами різних елементів, називають полярним (оскільки в молекулі з’являються полюси електричного заряду). У ковалентному полярному зв’язку спільна електронна пара зміщена до того атома, який сильніше притягує електрони, тобто до атомів елемента з більшою електронегативністю.

Чим сильніше це зміщення спільної електронної пари, тим більшою є полярність зв’язку. Так, у ряду галогеноводнів різниця електронегативностей між Гідрогеном і Флуором значно більша, ніж між Гідрогеном і Йодом. Отже, у гідроген флуориді полярність зв’язку більша, ніж у гідроген йодиді:

Ковалентний неполярний зв'язок:

• спільні електрони належать обом атомам однаковою мірою;
• існує між атомами неметалічних елементів із незначною різницею електронегативностей.

Ковалентний полярний зв'язок:

• спільна електронна пара зміщена в бік більш електронегативного елемента;
• існує між атомами неметалічних елементів із різною електронегативністю.

Оскільки електрон, що належав атому Гідрогену, лише частково зміщується в бік атома Флуору, то надлишковий негативний заряд, що з’являється на атомі Флуору, менший за елементарний заряд, тобто менший від заряду електрона (-1). У цьому разі він становить лише 44 % заряду електрона. Щоб не писати точне значення заряду (дуже часто визначити його досить складно), використовують букву δ (дельта). Певна річ, заряд на атомі Гідрогену точно дорівнює заряду на атомі Флуору, але протилежний за знаком, і сума зарядів дорівнює нулю. Тобто молекула залишається електронейтральною. Чим більша різниця електронегативностей двох атомів, тим більший заряд на атомах.

Залежність полярності зв'язку від електронегативності елементів

Робота з інформацією

371. Випишіть окремо формули речовин із полярним і неполярним зв’язком: S₈, NH₃, О₂, OF₂, F₂, ClF₃, P₄, NO₂, NO, N₂.

372. Користуючись додатковими джерелами, обчисліть різницю між електронегативностями елементів у парах: Li-Cl, Ве-Сl, В-Cl, С-Сl, N-Cl, Ο-Cl, F-Cl. Укажіть пару елементів із найбільш полярним і найменш полярним зв’язками.

373. Визначивши різницю електронегативностей, зазначте формулу найполярнішої молекули: Н₂, НСl, HF, ClF, Cl₂, F₂.

374. Запишіть формули речовин за порядком збільшення полярності зв’язку в молекулах: Н₂О, СН₄, HF, NH₃.

Розуміння явищ природи (робота в групах)

375. Поясніть, від чого залежить полярність ковалентного зв’язку. Відповідь аргументуйте.

376. Як визначити, на якому з атомів, сполучених ковалентним зв’язком, з’являється надлишковий негативний заряд, а на якому — позитивний?

377. З-поміж наведених речовин виберіть сполуки з найбільшою та найменшою полярністю зв’язку: йодоводень НІ, хлороводень НСl, бромоводень НВr, вода Н₂О, сірководень H₂S, хлор Сl₂, метан СН₄, фосфін РН₃.

378. Визначте знак часткового заряду на атомі Хлору в молекулах НСl і ClF. Як ви вважаєте, у якій із цих молекул частковий заряд Хлору більший за абсолютною величиною?

379. Як змінюється в ряду Н₂O, H₂S, H₂Se, Н₂Те полярність зв’язку? Відповідь обґрунтуйте.

380. Нітроген — досить активний хімічний елемент, але азот N₂ — одна з найінертніших речовин, яка за інертністю подібна до інертних газів. Азот навіть іноді використовують для створення інертної атмосфери під час проведення хімічних реакцій замість дорожчих аргону або гелію. Як ви вважаєте, чим можна пояснити таку низьку хімічну активність азоту?

381. Чим, на вашу думку, зумовлена така характеристика хімічних елементів, як електронегативність? Чому вона змінюється в періодах і групах? Назвіть найбільш і найменш електронегативні елементи. Відповідь обґрунтуйте.