Ковалентний полярний зв'язок: формула, властивості, особливості

Хімічної зв'язком називають взаємодію частинок (іонів або атомів), яке здійснюється у процесі обміну електронами, що знаходяться на останньому електронному рівні. Існує кілька видів такого зв'язку: ковалентний (вона ділиться на неполярних і полярних) і іонна. У цій статті ми детальніше зупинимося саме на першому вигляді хімічних зв'язків – ковалентних. А якщо бути точніше, то на полярному її вигляді. Ковалентний полярний зв'язок – це хімічна зв'язок між валентними електронними хмарами сусідніх атомів. Приставка «до-» - означає в даному випадку «спільно», а основа «валента» перекладається як сила або властивість. Ті два електрони, які зв'язуються між собою, називають електронною парою.

Історія

Вперше цей термін вжив у науковому контексті лауреат Нобелівської премії хімік Ірвінг Леннгрюм. Сталося це в 1919 році. У своїй роботі вчений пояснював, що зв'язок, у якої спостерігаються спільні для двох атомів електрони, відрізняється від металевою або іонної. А значить, вимагає окремої назви. Пізніше, вже в 1927 році, Ф. Лондон і Ст. Гайтлер, взявши в якості прикладу молекулу водню як хімічно і фізично найбільш просту модель, описали ковалентную зв'язок. Вони взялися за справу з іншого кінця, і свої спостереження обґрунтовували, використовуючи квантову механіку.

Суть реакції

Процес перетворення атомарного водню в молекулярний є типовою хімічною реакцією, якісним ознакою якої служить велике виділення теплоти при об'єднанні двох електронів. Виглядає це приблизно так: два атоми гелію наближаються один до одного, маючи по одному електрону на своїй орбіті. Потім ці два хмари зближуються і утворюють нове, схоже на оболонку гелію, в якому обертаються вже два електрона.

Завершені електронні оболонки стійкіше, ніж незавершені, тому їх енергія істотно нижче, ніж у двох окремих атомів. При утворенні молекули надлишок тепла розсіюється в навколишньому середовищі.

Класифікація

У хімії виділяють два види ковалентного зв'язку:

Ковалентний неполярний зв'язок, що утворюється між двома атомами одного неметалічного елемента, наприклад кисень, водень, азот, вуглець.

Ковалентний полярний зв'язок, що виникає між атомами різних неметалів. Хорошим прикладом може служити молекула хлороводню. Коли атоми двох елементів з'єднуються один з одним, то неспарений електрон від водню частково переходить на останній електронний рівень атома хлору. Таким чином, на атомі водню утворюється позитивний заряд, а на атомі хлору – негативний.

Донорно-акцепторная зв'язок також є видом ковалентного зв'язку. Вона полягає в тому, що один атом з пари надає обидва електрона, стаючи донором, а приймає їх атом, відповідно, вважається акцептором. При утворенні зв'язку між атомами, заряд донора збільшує на одиницю, а заряд акцептора знижується. Семиполярная зв'язок - е е можна вважати підвидом донорно-акцепторної. Тільки в цьому випадку об'єднуються атоми, один з яких має закінчену електронну орбіталь (галогени, фосфор, азот), а другий – два неспарених електрона (кисень). Освіта зв'язку проходить у два етапи:

спочатку від неподіленої пари відриває один електрон і приєднується до неспареним;

об'єднання залишилися неспарених електродів, тобто формується ковалентний полярний зв'язок.

Властивості

Полярний ковалентний зв'язок має свої фізико-хімічні властивості, такі як спрямованість, насичуваність, полярність, поляризовність. Саме вони визначають характеристики утворюються молекул. Спрямованість зв'язку залежить від майбутнього молекулярної будови утворюється речовини, а саме від геометричної форми, яку формують два атома при приєднанні. Насичуваність показує, скільки ковалентних зв'язків здатний утворити один атом речовини. Це число обмежено кількістю зовнішніх атомних орбіталей. Полярність молекули виникає тому, що електронне хмара, що утворюється з двох різних електронів, нерівномірно по всій окружності. Це виникає через різницю негативного заряду в кожному з них. Саме ця властивість і визначає, полярна зв'язок або неполярний. Коли об'єднуються два атоми одного елемента, електронне хмара симетрично, значить, зв'язок ковалентний неполярний. А якщо об'єднуються атоми різних елементів, то формується асиметричне електронне хмара, так званий дипольний момент молекули. Поляризовність відображає те, наскільки активно електрони в молекулі зміщуються під дією зовнішніх фізичних чи хімічних агентів, наприклад електричного або магнітного поля, інших частинок. Два останніх властивості утворюється молекули визначають її здатність реагувати з іншими полярними реагентами.

Сигма-зв'язок і пі-зв'язок

Формування цих зв'язків залежить від щільності розподілу електронів в електронному хмарі в процесі формування молекули. Для сигма-зв'язку характерна наявність щільного скупчення електронів уздовж осі, що з'єднує ядра атомів, тобто в горизонтальній площині. Пі-зв'язок характеризується ущільнення електронних хмар в місці їх перетину, то є над і під ядром атома.

Візуалізація зв'язку в записі формули

Для прикладу можемо взяти атом хлору. На її зовнішньому електронному рівні міститься сім електронів. У формулі їх розташовують трьома парами і одним неспареним електроном навколо позначення елемента у вигляді точок.
Якщо таким же чином записувати молекулу хлору, то буде видно, що два неспарених електрона утворили пару, загальну для двох атомів, вона називається поділеною. При цьому кожен з них отримав по вісім електронів.

Правило октету-дублета

Хімік Льюїс, який припустив, як утворюється ковалентний полярний зв'язок, першим з своїх колег сформулював правило, що пояснює стійкість атомів при їх об'єднанні в молекули. Суть його полягає в тому, що хімічні зв'язки між атомами утворюються в тому випадку, коли обобществляется достатню кількість електронів, щоб вийшла електронна конфігурація, що повторює подібна атомів благородних елементів. Тобто при утворенні молекул для їх стабілізації необхідно, щоб всі атоми мали закінчений зовнішній електронний рівень. Наприклад, атоми водню, об'єднуючись в молекулу, повторюють електронну оболонку гелію, атоми хлору, набувають схожість на електронному рівні з атомом аргону.

Довжина зв'язку

Ковалентний полярний зв'язок, крім усього іншого, характеризується певним відстанню між ядрами атомів, що утворюють молекулу. Вони знаходяться на такій відстані один від одного, при якому енергія молекули мінімальна. Для того щоб цього досягти, необхідно, щоб електронні хмари атомів максимально перекривали один одного. Існує прямо пропорційна закономірність між розміром атомів і довжиною зв'язку. Чим більше атом, тим довше зв'язок між ядрами. Можливий варіант, коли атом утворює не одну, а кілька ковалентних полярних зв'язків. Тоді між ядрами формуються так звані валентні кути. Вони можуть бути від дев'яноста до ста вісімдесяти градусів. Вони і визначають геометричну формулу молекули.