Аватар Неизвестный
Личный кабинет Кабинет родителя Кабинет учителя Настройки Выйти Войти Регистрация Родителю Подписка
КАРТОЧКИ
ТРЕНАЖЁРЫ
КУРСЫ
Подобрать занятие
Подобрать занятие
Классы
Темы
НАЗНАЧИТЬ

Ковалентная химическая связь

Содержание

Вы уже знаете, что свойства химических элементов зависят от строения их атомов.

Также вам известно как взаимодействуют атомы элементов-металлов с атомами элементов-неметаллов, образуя ионную связь.

Рисунок 1. Схема взаимодействия атомов металла $Na$ и неметалла $Cl$

Металлы отдают свои внешние электроны и превращаются в положительные ионы (катионы), а неметаллы — принимают электроны на внешний энергетический уровень, превращаясь в отрицательные ионы (анионы). Ионы притягиваются друг к другу, образуя ионные соединения.

Катион — положительно заряженный ион.

Анион — отрицательно заряженный ион.

Как же осуществляется связь между атомами элементов-неметаллов, которые имеют схожую тенденцию к присоединению электронов?

Связь между атомами одного химического элемента

Изучение новой темы предлагаем начать с того, как осуществляется связь между атомами одного и того же химического элемента. Например, в веществах с двухатомными молекулами: хлор $Cl_2$, азот $N_2$, водород $H_2$.

Обращаем ваше внимание, что для записи состава таких веществ с помощью химических знаков также пользуются индексами.

Два одинаковых атома элемента-неметалла могут объединиться в молекулу только одним способом: обобществив свои внешние электроны, то есть сделав их общими для обоих атомов.

Для лучшего усвоения информации рассмотрите пример образования молекулы фтора $F_2$.

Рисунок 2. Молекула фтора $F$

Фтор — элемент VII группы главной подгруппы (VIIA) Периодической системы химических элементов Д. И. Менделеева. Его атомы имеют на внешнем энергетическом уровне семь электронов, и каждому атому не хватает до его завершения только одного электрона.

Внешние электроны атома фтора образуют три электронные пары и один непарный электрон.

Рисунок 3. Электроны внешнего уровня атома фтора $F$

Если сближаются два атома, и у каждого из них есть по одному внешнему неспаренному электрону, то эти электроны «объединяются» и становятся общими для обоих атомов, тем самым формируя завершенный внешний восьмиэлектронный уровень.

Молекула фтора $F_2$ образуется по схеме:

Рисунок 4. Схема образования ковалентной связи в молекуле фтора $F_2$

Ковалентная (атомная) химическая связь — это химическая связь, возникающая в результате образования общих электронных пар.

Структурные формулы

Если общую электронную пару обозначить черточкой, то запись будет называться структурной формулой.

Структурная формула — это разновидность химической формулы, графически описывающая расположение и порядок связи атомов в ковалентном соединении.

Например, структурная формула молекулы фтора $F_2$:

Рисунок 5. Структурная формула молекулы фтора $F_2$

ЗАДАНИЕ 1

Все элементы главной подгруппы VII группы (VIIA группы) Периодической системы Д. И. Менделеева (подгруппы фтора $F$) образуют простые вещества, состоящие из двухатомных молекул.

Запишите электронную схему образования и структурную формулу таких молекул, пользуясь общим химическим знаком для всей подгруппы Г (галогены).

Показат ответ

Скрыть ответ

Электронная схема образования молекул галогенов будет выглядеть так:

Структурная формула галогенов выглядит следующим образом:

ЗАДАНИЕ 2

Запишите схему образования химической связи для вещества, состав которого отображают формулой $Cl_2$.

Показать ответ

Скрыть ответ

В двухатомной молекуле хлора $Cl_2$ образуется ковалентная химическая связь. Происходит это по схеме:

Аналогично молекуле фтора $F_2$ образуется и двухатомная молекула водорода $H_2$:

Рисунок 6. Схема образования ковалентной связи в молекуле водорода $H_2$

Необходимо учесть, что завершенным для атома водорода будет двухэлектронный уровень, подобный завершенному уровню атома гелия $Не$.

Структурная формула молекулы водорода $H_2$:

Рисунок 7. Структурная формула молекулы водорода $H_2$

ФАКТЫ

История открытия химической связи

Классическую электронную теорию химической связи предложил в 1916 году американский химик Гилберт Ньютон Льюис (1875-1946). Как уже было известно, завершенные электронные оболочки атомов благородных газов отличаются особенной устойчивостью.

Льюис предположил, что при образовании химической связи возникают пары электронов, которые принадлежат сразу двум атомам. Тем самым атомы заполняют до конца свой внешний электронный уровень и приобретают электронную конфигурацию благородного газа.

Льюис назвал это «правилом октета», так как атомы всех благородных газов (кроме одного — гелия) имеют на внешнем уровне восемь электронов. С помощью правила октета удалось объяснить электронное строение огромного числа молекул. А связь, образованная за счет общей пары электронов, получила название ковалентной.

Для обозначения электронов Льюис использовал точки — $Н:Н$. Но общую пару электронов обозначают также черточкой, которая и символизирует химическую связь: $Н — Н$.

Представления об образовании ковалентной связи в молекуле водорода $H_2$ нужно строить на основании понятия электронного облака.

При сближении двух атомов водорода, имеющих по одному $s$-электронному облаку сферической формы, происходит перекрывание электронных облаков.

Возникает область, где плотность отрицательного заряда наиболее высокая и обладает повышенным отрицательным зарядом. Положительно заряженные ядра притягиваются к ней, и образуется молекула. Происходит это по следующей схеме:

Рисунок 8. Схема образования молекулы водорода $H_2$

Таким образом, химическая связь — это результат действия электрических сил. Отметим, что в основе образования ковалентной связи, как и при возникновении ионной связи, лежит взаимодействие противоположных зарядов.

Алгоритм записи схемы образования ковалентной связи

Предлагаем рассмотреть последовательность рассуждений при записи схемы образования ковалентной связи на примере молекулы азота $N_2$.

I) Азот — это элемент V группы главной подгруппы (VA группы). Его атомы имеют по пять электронов на внешнем уровне. Для определения числа неспаренных электронов используйте формулу:

$8-N=$ число неспаренных электронов,

где $N$ — номер группы химического элемента.

Соответственно, атом азота будет иметь $(8-5=3)$ три неспаренных электрона.

II) Запишите знаки химических элементов с обозначением внешних электронов таким образом, чтобы неспаренные электроны были обращены к соседнему знаку:

Рисунок 9. Схема образования ковалентной связи в молекуле азота $N_2$

III) Запишите структурную формулу образовавшейся молекулы:

Рисунок 10. Структурная формула молекулы азота $N_2$

Если атомы связаны между собой одной общей электронной парой, то такую ковалентную связь называют одинарной, если двумя — двойной, если тремя — тройной.

Чем больше общих электронных пар у атомов в молекуле, тем прочнее связаны они между собой и тем меньше расстояние между ядрами атомов, которое называется длиной химической связи.

Длина химической связи — это расстояние между ядрами химически связанных атомов.

В молекулах фтора $F_2$ связь одинарная, и длина связи между ядрами атомов составляет $0.14$ нанометра ($1 нм=10^{-9}м$, или $0.000000001м$).

В молекулах азота $N_2$ связь тройная, и ее длина составляет $0.11 нм$. Чтобы разделить молекулу азота на отдельные атомы, нужно затратить примерно в семь раз больше энергии, чем для разрыва одинарных связей в молекуле фтора.

ЗАДАНИЕ 3

Расположите в порядке увеличения прочности химической связи вещества с формулами $S_2$, $Cl_2$, $N_2$ и обоснуйте правильность своего решения. Как будет изменяться длина связи в молекулах составленного вами ряда?

Показать ответ

Скрыть ответ

Увеличивается прочность связи и уменьшается ее длина в ряде соединений $CL_2$, $S_2$, $N_2$. Это можно объяснить разной кратностью связи.

У хлора $Cl_2$ семь электронов на внешнем энергетическом уровне и одна пара неспаренных электронов. В молекуле одинарная ковалентная связь.

У серы $S_2$ шесть электронов на внешнем энергетическом уровне и две пары неспаренных электронов. В молекуле двойная ковалентная связь.

У азота $N_2$ пять электронов на внешнем энергетическом уровне и три пары неспаренных электронов. В молекуле тройная ковалентная связь.

ЗАДАНИЕ 4

Разделите вещества на две группы по типу химической связи: $N_2$, $Li_2O$, $KCl$, $O_2$, $CaF_2$, $H_2$.

Показать ответ

Скрыть ответ

Ковалентная связьИонная связь
$N_2$
$O_2$
$H_2$
$Li_2O$
$KCl$
$CaF_2$

Часто задаваемые вопросы

Чем ковалентная химическая связь отличается от ионной химической связи?

Ионная связь возникает только между атомами элемента-металла и элемента-неметалла. Главное отличие ковалентной связи от ионной состоит в том, что при ее возникновении атомы приобретают устойчивую конфигурацию не путем отдачи или присоединения электронов, а посредством образования одной или нескольких общих электронных пар. В создании одной электронной пары принимают участие оба атома, отдавая на ее образование по одному электрону.

Сколько неспаренных электронов имеют атомы серы $S$? Какая связь будет в молекулах $S_2$?

Сера имеет два неспаренных электрона на внешнем энергетическом уровне $8-6=2$ (элемент находится в шестой группе). Значит, в соединении серы — две общих электронных пары.

5
5
1
5Количество опыта, полученного за урок

Оценить урок

Отзыв отправлен. Спасибо, что помогаете нам стать лучше!

Комментарии

Получить ещё подсказку

Трудности? Воспользуйтесь подсказкой

Верно! Посмотрите пошаговое решение

НАЗНАЧИТЬ