Ковалентная полярная химическая связь

Из предыдущего урока вы узнали, что при взаимодействии двух атомов одного элемента-неметалла между ними образуется ковалентная химическая связь при помощи общих электронных пар.

Такую ковалентную связь называют неполярной, потому что общие электронные пары одинаково принадлежат обоим атомам и ни на одном из них нет избытка или недостатка отрицательного заряда, который несут электроны.

Ковалентная неполярная связь — это взаимодействие двух атомов элемента-неметалла, при котором их общая электронная пара равноудалена от атомных ядер и одинаково принадлежит обоим атомам.

Но что, если ковалентная связь образуется между атомами разных элементов-неметаллов? Тогда картина будет несколько иной, об этом вы узнаете на данном уроке.

Электроотрицательность

Для лучшего понимания новой темы, рассмотрим образование молекулы соляной кислоты $HCl$. Молекула хлороводорода образовывается из атомов водорода $H$ и хлора $Cl$.

I) Атом водорода $Н$ имеет на своем единственном электронном уровне один электрон, и до завершения электронного уровня ему не хватает еще одного электрона.

II) У атома хлора $Cl$ на внешнем электронном уровне — семь электронов. До завершения уровня ему также не хватает одного электрона.

III) Атомы водорода $Н$ и хлора $Cl$ объединяют свои непарные электроны и образуют одну общую электронную пару, то есть возникает ковалентная связь:

Структурная формула молекулы соляной кислоты $HCl$ выглядит следующим образом:

IV) Ковалентная связь образовывается между атомами разных элементов-неметаллов, поэтому общая электронная пара принадлежит взаимодействующим атомам в разной степени.

Чтобы точно определить, какому из атомов общая электронная пара принадлежит в большей степени, пользуются понятием «электроотрицательность».

Электроотрицательность (ЭО) — способность атомов химического элемента смещать к себе общие электронные пары, участвующие в образовании химической связи.

{"questions":[{"content":"Соотнесите понятия:[[matcher-1]]","widgets":{"matcher-1":{"type":"matcher","labels":["Ковалентная неполярная связь —","Электроотрицательность —"],"items":["взаимодействие двух атомов элемента-неметалла, при котором их общая электронная пара равноудалена от атомных ядер и одинаково принадлежит обоим атомам.","способность атомов химического элемента смещать к себе общие электронные пары, участвующие в образовании химической связи."]}}}]}

Электроотрицательность характеризуется как мера неметалличности химических элементов. В следующем ряду химические элементы располагаются в порядке уменьшения ЭО:

Самым электроотрицательным элементом в Периодической таблице химических элементов Д. И. Менделеева является фтор $F$. На втором месте, т. е. с меньшей электроотрицательностью, стоит кислород $O$, на третьем — хлор $Cl$.

{"questions":[{"content":"Расположите химические элементы в порядке уменьшения их электроотрицательности[[sorter-7]][[image-20]]","widgets":{"sorter-7":{"type":"sorter","items":["$F$","$Cl$","$Br$","$C$","$H$"]},"image-20":{"type":"image","url":"https://obrazavr.ru/wp-content/uploads/2023/06/eo-umenshaetsya-01.svg"}},"hints":["Используйте ряд электроотрицательности неметаллов"]}]}

Величина электроотрицательности элемента зависит от его положения в таблице химических элементов Д. И. Менделеева.

В каждом периоде ЭО возрастает с увеличением порядкового номера элемента, а в каждой подгруппе — уменьшается.

{"questions":[{"content":"В каждом периоде электроотрицательность (ЭО) [[fill_choice-67]], а в каждой подгруппе [[fill_choice-92]]","widgets":{"fill_choice-67":{"type":"fill_choice","options":["возрастает","уменьшается"],"answer":0},"fill_choice-92":{"type":"fill_choice","options":["возрастает","уменьшается"],"answer":1}}}]}

Полярная химическая связь

Используя ряд электроотрицательности, можно определить, куда смещаются общие электронные пары. Они всегда будут смещены к атомам элемента с большей ЭО.

К примеру, в молекуле хлороводорода $HCl$ общая электронная пара смещена к атому хлора $Cl$, так как его электроотрицательность больше, чем у водорода $H$.

В результате на атомах образуются частичные заряды $H^{+0.18}Cl^{-0.18}$, а в молекуле возникают два полюса — положительный и отрицательный. Такую ковалентную связь называют полярной.

Ковалентная полярная связь — это взаимодействие двух атомов в молекуле вещества, при котором их общая электронная пара смещена к более электроотрицательному атому.

Смещение общих электронных пар в случае ковалентной полярной связи иногда обозначают стрелками, а частичный заряд — греческой буквой $δ $ («дельта»):

$H^{+δ} \to\ Сl^{-δ}$

В формулах соединений химический знак менее электроотрицательного элемента пишут первым.

{"questions":[{"content":"Ковалентная полярная связь — [[fill_choice_big-1]]","widgets":{"fill_choice_big-1":{"type":"fill_choice_big","options":["взаимодействие двух атомов в молекуле вещества, при котором их общая электронная пара смещена к более электроотрицательному атому.","способность атомов химического элемента смещать к себе общие электронные пары, участвующие в образовании химической связи.","взаимодействие двух атомов элемента-неметалла, при котором их общая электронная пара равноудалена от атомных ядер и одинаково принадлежит обоим атомам."],"answer":0}}},{"content":"Куда будут смещены общие электронные пары при образовании ковалентной полярной химической связи?[[choice-8]]","widgets":{"choice-8":{"type":"choice","options":["К атому элемента с большей ЭО.","К атому элемента с меньшей ЭО.","Они одинаково принадлежат атомам обоих элементов."],"explanations":["Общие электронные пары всегда будут смещены к атомам элемента с большей ЭО.","",""],"answer":[0]}}}]}

Показать ответ

Скрыть ответ

По ряду электроотрицательности неметаллов видно, что значение ЭО атомов водорода $Н$ и фосфора $Р$ в молекуле фосфина $PH_3$ почти одинаковы. Поэтому в данной молекуле будет ковалентная неполярная химическая связь.

Показать ответ

Скрыть ответ

Алгоритм записи схемы образования ковалентной полярной связи

Ковалентная полярная связь является разновидностью ковалентной связи, поэтому алгоритм рассуждений для ее схематического изображения такой же, как и для ковалентной неполярной связи.

Но добавляется еще один шаг — по ряду ЭО определить более электроотрицательный элемент и отразить полярность связи в структурной формуле стрелкой и обозначением частичных зарядов.

Рассмотрим алгоритм схематического изображения образования связи на примере фторида кислорода — $OF_2$.

I) Кислород — элемент VI группы главной подгруппы (VIA группы) Периодической системы Д. И. Менделеева. У его атомов по шесть электронов на внешнем электронном уровне. Число неспаренных электронов:

$8-6=2$

II) Фтор — элемент VII группы главной подгруппы (VIIA группы) Периодической системы химических элементов Д. И. Менделеева. У его атомов по семь электронов на внешнем электронном уровне. Неспаренным является один электрон.

III) Нужно записать знаки химических элементов с обозначением внешних электронов:

IV) Далее необходимо записать электронную и структурную формулы образовавшихся молекул:

V) По ряду электроотрицательности (ЭО) определим, что общие электронные пары будут смещены от кислорода $O$ к фтору $F$, как к более электроотрицательному элементу.

Связь будет ковалентной полярной:

$F^{-δ}\leftarrow\ O^{+δ} \rightarrow\ F^{-δ}$

Аналогично образуются молекулы воды $H_2O$ :

На самом деле молекула воды имеет не линейную, а угловую форму ($\angle\ HOH = 104^\circ\ 27’$). Строение молекулы воды можно изобразить различными способами:

{"questions":[{"content":"Воспроизведите алгоритм записи схемы образования ковалентной полярной связи, расположив действия по порядку:[[sorter-1]]","widgets":{"sorter-1":{"type":"sorter","items":["Определите количество электронов на внешнем уровне для каждого элемента-неметалла.","Рассчитать число неспаренных электронов для каждого элемента-неметалла.","Записать знаки химических элементов с обозначением внешних электронов.","Записать электронную и структурную формулы образовавшихся молекул.","По ряду электроотрицательности (ЭО) определить, к какому из элементов будут смещены общие электронные пары."]}}},{"content":"Молекула воды имеет [[fill_choice-11]] форму.","widgets":{"fill_choice-11":{"type":"fill_choice","options":["линейную","угловую"],"answer":1}}}]}

Показать ответ

Скрыть ответ

а) У молекулы $S_2$ — ковалентная неполярная связь.

Сера имеет шесть электронов на внешнем энергетическом уровне. Связь двойная.

В молекуле $K_2O$ — ионная связь.

$K^0 — 1ē = K^+$ (катион)

$O^0 + 2ē = O^{2-}$ (анион)

$2K^0 + O^0 \to\ K_2^{+1}O^{-2} \to\ K_2O$

$H_2S$ — ковалентная полярная связь.

б) У молекулы $N_2$ — ковалентная неполярная связь.

Азот имеет пять электронов на внешнем энергетическом уровне. Связь тройная.

В молекуле $LiF$ — ионная связь.

$Li^0 — 1ē = Li^+$ (катион)

$F^0 + 1ē = F^-$ (анион)

$Li^0 + F^0 \to\ Li^{+}F^{-} \to\ LiF$

$Cl_3N$ — ковалентная полярная связь.

Показать ответ

Скрыть ответ