Ковалентная связь

Химическая связь, осуществляемая за счет перекрывания элек­тронных облаков взаимодействующих атомов, называется кова­лентной связью.

 

4.3.1. Неполярная ковалентная связь. Механизм возникновения ковалентной связи рассмотрим на примере образования молекулы водорода.

- Образование молекулы Н₂. Ядро свободного атома водорода окружено сферически сим­метричным электронным облаком. При сближении атомов до опре­деленного расстояния происходит перекрывание их электронных облаков с образованием молекулярного облака, обладающего мак­симальной электронной плотностью в пространстве между ядрами. Если у сблизившихся до касания атомов водорода расстояние между ядрами составляет 0,106 нм, то после перекрывания (образо­вания молекулы Н₂) это расстояние сокращается до 0,074 нм (рис. 7). Увеличение плотности отрицательно заряженного электронного облака между положительно заряженными ядрами приводит к тому, что ядра как бы стягиваются этим облаком и возникает химическая связь.

Таким образом, ковалентная связь обеспечивается силами электростатического притяжения между сосредоточенной электрон­ной плотностью в межъядерном пространстве, возникшей в резуль­тате перекрывания электронных облаков, и положительными зарядами ядер. Ковалентная связь тем прочнее, чем вше степень перекрывания электронных облаков. В результате возникновения связи между атомами водорода каждый атом достигает электронной

конфигурации инертного элемента гелия:

 

< Н ∙ + ∙ Н → Н :Н или Н₂

Рис. 7. Схема перекрывания электронных орбиталей при образовании молекулы водорода

- Образование молекулы хлора С1₂. В молекуле хлора ковалентная связь осуществляется с помощью двух общих электронов или электронной пары. Из семи валентных электронов каждый атом хлора имеет по одному неспаренному. Образование химической связи происходит за счет неспаренных электронов

каждого атома. В результате

образуется общая электронная

пара, которая в равной мере принадлежит обоим атомам и, благодаря чему, каждый атом хлора завершает свой энергетический уровень, достигая конфигурации инертного элемента аргона:

_{∙ ∙ ∙ ∙ ∙ ∙ ∙ ∙}

: С1 ∙ + ∙ С1 → : С1 :С1 :или С1₂

∙ ∙ ∙ ∙ ∙ ∙ ∙ ∙

Или, с точки зрения строения атома, это можно представить так:

электронная формула атома хлора Is²2s²2p⁶3s²3Sp⁵

↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑

3s 3р

 

При образовании молекулы происходит перекрывание р-орбиталей (рис. 8).

 

P P P - P

+ -

 

 

Cl Cl Cl₂

 

 

Рис. 8. Схема образования химической связи в молекуле хлора.

 

с точки зрения строения атома электронная формула атома азота выглядит так:

 

↑↓ ↑ ↑ ↑

 

2s 2р

В молекуле азота связь осуществляется за счет перекрывания трех р-облаков, расположенных по оси х, у, z. Между атомами азота образуется одна сигма (σ) -связь и две пи – связи (π).

Связь, образованная при перекрывании электронных облаков вдоль линии, соединяющей центры взаимодействующих атомов, называется сигма (σ) - связью. Связь, образованная за счет перекрывания орбиталей по обе стороны от линии, соединяющей центры – атомов, называется пи – связью.

Наглядно это представлено на рисунке 9.

Рис. 9.Схема образования химической связи в молекуле азота.

Мы рассмотрели неполярную или гомеополярную ковалентную связь. При неполярной связи вероятность присутствия электронной плотности между ядрами одинакова. Центры тяжести положитель­ных и отрицательных зарядов совпадают. Центром положитель­ного заряда считают середину расстояния между ядрами. В молеку­лах простых газообразных веществ Н₂, CI₂, O₂, N₂ - в газо­образной фазе наблюдается гомеополярная (неполярная) связь.

Вещества с неполярной ковалентной связью обладают низкими температурами кипения и плавления, в воде не диссоциируют, не проводят электрический ток.

 

4.3.2. Полярная ковалентная связь. Образование молекулы из атомов различных элементов происхо­дит при помощи гетерополярной (полярной) ковалентной связи. Простейший случай гетерополярной связи — это образование моле­кулы хлорводорода. Образование молекулы НС1 можно предста­вить схемой: