Ковалентная связь природа ковалентной связи

Ковалентная химическая связь: механизмы её образования, разновидности. Длина, энергия, порядок (кратность) ковалентной связи.

Связь, образованную посредством перекрывания электронных облаков, то есть осуществляемую общей парой электронов с противоположными спинами, называют ковалентной связью.

Для объяснения природы ковалентной связи и механизма ее образования используются два метода – метод валентных связей (ВС) и метод молекулярных орбиталей (МО). В основе метода ВС лежит теория Льюиса об образовании ковалентной связи формированием общей пары электронов между взаимодействующими атомами. Основные характеристики ковалентной химической связи – длина связи, энергия связи. С увеличением кратности связи уменьшается длина связи и увеличивается суммарная энергия связи.

9, 10. Насыщаемость ковалентной связи и валентные возможности атомов.

Направленность ковалентной связи и геометрия молекулы.

Ковалентной связи присущи следующие особенности – насыщаемость и направленность. Насыщаемость определяет стехиометрию молекулярных химических соединений (формульный состав, массовые соотношения элементов) и валентные возможности атомов (способность образовать ограниченное число ковалентных связей).

Направленность ковалентной связи определяет геометрическую структуру (форму) молекулы. Атомные орбитали имеют разные формы и размеры, разную ориентированность в пространстве, и перекрываются по определенным, предпочтительным направлениям, в которых достигается максимальная плотность перекрывания. Это приводит к образованию молекулы определенной геометрической формы (линейной, угловой, тетраэдрической и др). Например, атом серы в сероводороде образует связи с атомами водорода за счет p-электронов, ориентированных вдоль осей координат под углом 90 о .

Полярность и поляризуемость ковалентной связи. Полярность молекулы.

Связь в двухатомных молекулах, образованная из одинаковых атомов (Н₂) или атомов близких по электроотрицательности (ЭО), называется неполярной (гомеополярной). Связь, образованная различными атомами, отличающимися ЭО, называется полярной (гетерополярной).

Полярность связи обуславливается различием ЭО и размеров атомов. Полярность связи обуславливает полярность молекулы – то есть несимметричное распределение электронной плотности, при котором «центры тяжести положительных и отрицательных зарядов» в молекуле не будут совпадать в одной точке. Поляризуемостью ковалентной связи и (или) молекулы называют ее способность под действием внешнего электрического поля становиться полярной или более полярной. Поляризуемость π-связи выше, чем поляризуемость σ-связи. Поляризуемость молекулы возрастает с увеличением ее объема и числа π-связей.

Металлическая связь. Деление элементов на металлы и неметаллы. Металлические структуры.

Металлическая связь — химическая связь, обусловленная наличием относительно свободных электронов. Металлическая связь возникает в металлах, сплавах, интерметаллических соединениях. Валентные электроны внешних оболочек металла относительно легко удаляются, из атомов образуются катионы металла. Электроны делокализованы и могут свободно перемещаться по всему кристаллу. Оставшиеся катионы металлов притягиваются делокализованным электронным облаком («электронным газом»), заполняющим пространство между ними. Образованную подобным образом химическую связь называют металлической связью. Металлическая связь характеризуется ненаправленностью и ненасыщаемостью. Строение металлических кристаллов наиболее точно описывается «структурами с плотнейшей укладкой шаров».

Источник

Строение молекул. Химическая связь.

При взаимодействии атомов, при определенных условиях между ними может возникнуть химическая связь (х.с.), чем прочнее эта связь, тем больше энергии нужно приложить, чтобы ее разрушить, энергия разрыва связи – энергия связи больше нуля (всегда положительна). При образовании связей, энергии выделяется и образование энергии всегда меньше, чем сумма потенциальной энергии атомов, из которых молекула образована.

В современной теории химические связи строятся на основании квантовой механики – метод молекулярных орбиталей (м.м.о.).

Метод валентных схем. Основные положения метода валентных схем:

• химическая связь образуется двумя электронами с противоположными спинами, причем образующаяся при этом пара принадлежит обоим атомам;
• химическая связь есть результат перекрывания атомных орбиталей взаимодействующих атомов;
• химическая связь тем прочнее, чем больше область перекрывания атомных орбиталей.

Природа и свойства ковалентной связи на примере строения молекул (h2, hCl, h2o).

Образование ковалентной неполярной связи. H+HH₂ + Q Ковалентная связь бывает полярной и неполярной. Ковалентная неполярная связь образуется между двумя одинаковыми атомами ( ) и число таких связей в молекуле будет определяться числом не спаренных электронов во внешнем энергетическом уровне атома. Полярная ковалентная связь образуется между двумя разными атомами. Различают ковалентные связи и ковалентные связи . Сигма связь – это связь, образующаяся при таком перекрывании атомных орбиталей, когда область максимальной орбитальной плоскостью лежит на прямой соединяющей центры атомов. связь – образуется при таком перекрывании атомных орбиталей, когда область максимальной электронной области находится над и под плоскостью, в которой лежит прямая соединяющая центры атомов. + Q H₂O Для молекулы воды угол 105,5° вместо 90° между орбиталями атома кислорода получается за счёт взаимного отталкивания атомов водорода, входящих в состав молекулы воды.

Свойства ковалентной связи:

1. Всякая ковалентная связь может быть охарактеризована энергией (Q) и длиной связи. 2. Ковалентная связь бывает полярной и неполярной: а) Ковалентная неполярная связь образуется между двумя одинаковыми атомами ( ) и число таких связей в молекуле будет определяться числом не спаренных электронов во внешнем энергетическом уровне атома. Полярная ковалентная связь образуется между двумя разными атомами. При образовании полярной ковалентной связи общая электронная пара, за счёт которой образована связь, смещена в ту сторону, где большая Электроотрицательность связи. Электроотрицательность– это условие вещества, характеризующее свойство данного атома притягивать к себе общую электронную пару при образовании химической связи. Электроотрицательность атомов в ПСХЭ с возрастом порядкового номера в периоде возрастает, в группе уменьшается (F – самый электроотрицательный атом). В молекулах с полярной ковалентной связью электрические заряды распределены неравномерно и за счет смещения общей электронной пары в сторону электроотрицательности атома на нем появляются избыток отрицательных зарядов, в то время как на другом атоме недостаток. Такие молекулы с неравным распределением зарядов называется диполями. Молекулы с ковалентной полярной связью являются диполями. Такие молекулы надо характеризовать дипольным моментом , q – заряд, l – расстояние между атомами. Дипольный момент измеряется в Дебаях (D), 1D = 0,33·10 -29 Кл·м.

1. Ковалентные связи поляризуются. Дипольные моменты поляризованных молекул увеличивается во внешних электрических полях, а также если они попадают в окружение других полярных молекул. Поляризация таких моментов может происходить вплоть до ионизации.

1. Ковалентные связи направлены, т.к. атомные орбитали за счет которых они образуются, определенным образом ориентированы в пространстве. Максимум перекрывания атомных орбиталей обеспечивается при их определенной взаимной ориентации. При этом атомные орбитали, находящиеся в общем владении двух атомов, будут находится под определенным углом друг к другу. Этот угол называется валентным.
2. Ковалентная связь насыщена, каждый из не спаренных электронов атома при ее образовании спаривается, поэтому ковалентная связь может быть кратной.

Источник

1.3.1. Ковалентная химическая связь, ее разновидности и механизмы образования. Характеристики ковалентной связи (полярность и энергия связи. Ионная, металлическая и водородная связь.

Различают три основных типа химической связи: ковалентную, ионную и металлическую, хотя эта классификация является условной. Химическая связь между атомами, осуществляемая обобществленными электронами, называется ковалентной. Ковалентная связь по своей природе представляет универсальный тип химической связи. Промежуточный тип связи, когда электроны несколько смещены от одного атома к другому, называют полярной ковалентной связью. В неполярных молекулах центры тяжести положительных и отрицательных зарядов совпадают. Неполярная ковалентная связь возникает в димерных молекулах (N₂, Cl₂ и т.д.).

Для объяснения ковалентной химической связи используется метод валентной связи (метод ВС), в котором предполагается:

а). При образовании молекулы электронная структура, индивидуальность каждого атома сохраняется.

б). Химическая связь образуется в результате обмена электронами с образованием общих электронных пар, принадлежащих обоим атомам.

в). Сама связь – область повышенной электронной плотности – локализована между каждой парой атомов в месте перекрывания атомных орбиталей.

В методе ВС предполагается три механизма образования ковалентной связи: обменный, донорно-акцепторный и дативный.

Обменный механизм, когда для образования химической связи каждый из двух связываемых атомов выделяет для обобществленной пары по одному неспаренному электрону.

Не следует понимать пару электронов в виде каких-то материализованных точечных зарядов, расположенных в центре между атомами. Чтобы произошел обмен неспаренными электронами необходимо проникновение одной атомной орбитали в другую, т.е. их перекрывание.

Схематически это выражается диаграммой ВС, например, для образования молекулы водорода (Н₂) из атомов.

Электроны в атоме водорода находятся на s-подуровне, атомная орбиталь имеет форму сферы. Две сферы перекрываются, электронная плотность больше между атомами. Образуется химическая связь.

Рассмотрим образование молекулы СО по методу ВС.

О2s 2 2p 4

C2s 2 2p 2

У кислорода и углерода имеется по два неспаренных электрона, следовательно, связь С=О двойная. Один электрон, находящийся на атомной орбитали называется неспаренным, а два на атомной орбитали –спаренными. Однако, экспериментальные данные указывают, что физические свойства СО близки кN₂, у молекулы которого тройная связь.

Источник