ХІМІЯ - Комплексна підготовка до зовнішнього незалежного оцінювання

РОЗДІЛ І. ЗАГАЛЬНА ХІМІЯ

 

3. Хімічний зв’язок

3.3. Ковалентний зв'язок

Ковалентний зв’язок3 виникає між атомами неметалічних елементів завдяки утворенню між атомами однієї або кількох спільних електронних пар. Спільні електронні пари між атомами виникають завдяки наявності неспарених електронів зовнішнього енергетичного рівня (валентних), які й беруть участь в утворенні хімічного зв’язку.

Формули молекул речовин, у яких спільні ковалентні пари, а також електрони зовнішнього енергетичного рівня атомів позначені крапочками, називають електронними (кожний електрон позначають крапкою):

Якщо спільна електронна пара позначена рискою, то формулу речовини називають графічною:

Спільні електронні пари можуть утворюватись за двома механізмами: обмінним і донорно-акцепторним4.

Обмінний механізм передбачає усуспільнення неспарених електронів двох атомів. Відбувається перекриття орбіталей електронів, які мають різні (антипаралельні) спіни, й утворення спільної для обох атомів електронної пари.

Атоми, що усуспільнюють електрони, можуть бути однакових елементів або різних. Залежно від того які атоми утворюють між собою спільні електронні пари, ковалентний зв’язок може бути полярним і неполярним. Відповідно до цього і молекули будуть полярними або неполярними.

Якщо спільна електронна пара розміщена на однаковій відстані від атомних ядер обох атомів, такий зв’язок називають ковалентним неполярним. Він виникає між однаковими атомами (атомами одного елемента) з утворенням простої речовини (Н2, F2, О2, N2...):

Негативний заряд спільної пари розподіляється між атомами рівномірно.

Утворення найпростішої молекули — молекули водню Н2. Електронна формула атома Гідрогену:

1H 1s1, або її графічний варіант

Для того щоб утворилась молекула водню Н2, атоми Гідрогену зближуються. Орбіталі кожної пари атомів, які містять по одному неспареному електрону з різними спінами, перекриваються. Кожний атом одержує додатковий електрон і отримує енергетично вигіднішу (порівняно з ізольованими атомами), завершену електронну оболонку, оболонку атома Гелію:

Утворення молекули Фтору F2. Електронна формула атома Флуору — 9F 1s22s25, або

Один з трьох р-електронів в атомі є неспареним. При утворенні спільної електронної пари відповідні орбіталі (такі, що містять електрони з різними спінами) наближаються і перекриваються, утворюючи одну спільну електронну пару У результаті кожний атом Флуору отримує стійку електронну конфігурацію 2s22p6 (октет):

Якщо зв’язок утворюють різні елементи, спільна електронна пара, а тому й негативний заряд, дещо зміщені у бік одного з атомних ядер (більш електронегативного елемента). Унаслідок цього атоми набувають часткового заряду: більш електронегативний — часткового негативного (дельта мінус, δ-), менш електронегативний — часткового позитивного заряду (дельта плюс, δ+). Утворюється електричний диполь:

Такий зв’язок називають ковалентним полярним.

Що більша різниця електронегативностей в атомів елементів, які зв’язуються, то сильніше відбувається зміщення електронної густини до більш електронегативного елемента. Так, у ряду НІ, НВr, HCl, HF полярність молекул зростає, оскільки зростає різниця електронегативностей атома галогену і Гідрогену.

Утворення молекули гідроген флуориду HF. Електронні формули - 1Н 1s1 і 9F 1s22s22p5.

Атомам і Гідрогену, і Флуору до завершення зовнішнього енергетичного рівня не вистачає по одному електрону. У результаті зближення атомів відбувається перекриття 1s-орбіталі атома Гідрогену і 3p-орбіталі атома Флуору. З неспарених електронів у цих атомів формується спільна ковалентна пара:

Донорно-акцепторний (координаційний) механізм утворення спільної електронної пари. Тут ковалентний зв’язок утворюється за рахунок неподіленої електронної пари одного атома і вільної орбіталі другого атома. Донор — це атом (іон), який надає свою неподілену електронну пару для утворення хімічного зв’язку. Акцептор — це атом (іон), який приймає на свою вільну (вакантну) орбіталь неподілену електронну пару другого атома (іона).

Донорно-акцепторний механізм утворення йона амонію:

Три зв’язки у молекулі аміаку між атомом Нітрогену й атомами Гідрогену утворюються за обмінним механізмом, а один — за донорно-акцепторним.

Варто зауважити, що валентність Нітрогену в іоні амонію — IV, тому що він утворює чотири ковалентні зв’язки. Отже, якщо елемент утворює ковалентні зв’язки і за обмінним, і за донорно-акцепторним механізмом, то його валентність буде більшою за кількість неспарених електронів.

_______________________________________________________________

1 Американський фізик Р. Маллікен (1896-1986) визначив електронегативність як середнє арифметичне спорідненості елемента до електрона і енергії іонізації. Це, строго кажучи, не зовсім правильно, тому що електронегативність, крім цих двох основних величин, залежить від низки змінних чинників. А отже, і сама електронегативність є величиною змінною.

2 Лайнус Карл Полінг (1901-1994) — видатний американський хімік, лауреат Нобелівської премії з хімії (1954).

3 Термін «ковалентний зв’язок» було введено 1919 р. американським хіміком Ірвінгом Ленгмюром (1881-1957), лауреатом Нобелівської премії з хімії (1932).

4 Існує третій механізм (семіполярний), який у загальноосвітній школі не розглядають.





Відвідайте наш новий сайт - Матеріали для Нової української школи - планування, розробки уроків, дидактичні та методичні матеріали, підручники та зошити