Характеристики на ковалентната връзка. За кои вещества е ковалентна връзка

Защо атомите могат да се свързват помежду си и да образуват молекули? Каква е причината за възможното съществуване на вещества, които съдържат атоми от напълно различни химически елементи? Това са глобални въпроси, засягащи основните понятия на съвременната физическа и химическа наука. Можете да им отговорите, като имате представа за електронната структура на атомите и знаете характеристиките на ковалентната връзка, която е основната основа за повечето класове съединения. Целта на статията ни е да се запознаем с механизмите на формиране на различни видове химични връзки и с характеристиките на свойствата на съединенията, които ги съдържат в техните молекули.

Електронната структура на атома

Електро неутралните частици на материята, които са нейните структурни елементи, имат структура, която отразява структурата на слънчевата система. Тъй като планетите се въртят около централната звезда - Слънцето и електроните в атома се движат около положително зареденото ядро. За да се характеризира ковалентната връзка, електроните, разположени на последното енергийно ниво и най-отдалечени от ядрото, ще бъдат значителни. Тъй като връзката им с центъра на техния атом е минимална, те лесно могат да бъдат привлечени от ядрата на други атоми. Това е много важно за появата на междуатомични взаимодействия, водещи до образуването на молекули. Защо молекулната форма е основният тип съществуване на материята на нашата планета? Нека да го разберем.

Основното свойство на атомите

Способността на електрически неутралните частици да взаимодействат, което води до повишаване на енергията, е най-важната им характеристика. При обикновени условия молекулното състояние на веществото е по-стабилно от атомното състояние. Основните принципи на съвременното атомно-молекулярно учение обясняват както принципите на образуване на молекули, така и характеристиките на ковалентната връзка. Спомнете си, че на външното енергийно ниво на атома може да бъде от 1 до 8 електрона, в последния случай слоят ще бъде завършен и следователно много стабилен. Такава външна структура има атоми от благородни газове: аргон, криптон, ксенон - инертни елементи, които завършват всеки период в системата на Джи Менделеев. Изключението тук е хелий, който на последното ниво не е 8, но само 2 електрона. Причината е проста: в първия период има само два елемента, чиито атоми имат един електронен слой. Всички останали химични елементи имат 1 до 7 електрона на последния, непълния слой. В процеса на взаимодействие помежду си, атомите ще са склонни да запълват електроните с октет и да възстановят конфигурацията на атома на инертния елемент. Такова състояние може да бъде постигнато по два начина: чрез загуба на собствените си или чрез приемане на извънземни отрицателно заредени частици. Тези форми на взаимодействие обясняват как да се определи коя връзка - йонна или ковалентна - ще възникне между реагиращите атоми.

Механизми за формиране на стабилна електронна конфигурация

Нека си представим, че две прости вещества се свързват с реакцията на съединението: метален натрий и газообразен хлор. Получава се вещество от класа соли - натриев хлорид. Той има йонен тип химическа връзка. Защо и как е станало това? Нека отново се обърнем към структурата на атомите на първоначалните вещества. Натрият има само един електрон върху последния слой, който е слабо свързан с ядрото поради големия радиус на атома. Йонизационната енергия за всички алкални метали, включително натрий, е малка. Следователно, външното електронно ниво напуска енергийното ниво, привлича се от ядрото на хлорния атом и остава в своето пространство. Това създава прецедент за прехода на С1 атома до формата на отрицателно зареден йон. Сега нямаме работа с електрически неутрални частици, но с натоварени натриеви катиони и хлорни аниони. В съответствие със законите на физиката между тях възникват силите на електростатичното привличане и съединението образува йонна кристална решетка. Механизмът на образуване на йонния тип химична връзка, считан от нас, ще помогне да се изяснят по-ясно специфичните особености и основните характеристики на ковалентната връзка.

Общи електронни двойки

Ако възникне йонната връзката между атоми на елементи, които са много различни Електроотрицателност, т. Е. метали и неметали, тип ковалентна появява във взаимодействието на атома като еднакви или различни неметални елементи. В първия случай е обичайно да се говори за неполярния, а в другия случай за полярната форма на ковалентната връзка. Механизмът на тяхното образуване е общ: всеки от атомите частично отказва обичайната употреба на електрони, които се комбинират по двойки. Но пространственото подреждане на електронните двойки спрямо атомните ядра няма да бъде равностойно. На тази основа се различават видовете ковалентна връзка - неполярни и полярни. Най-често в химичните съединения, състоящи се от атоми от неметални елементи, има двойки, състоящи се от електрони с противоположни завъртания, т.е. въртящи се около техните ядра в противоположни посоки. Тъй като движението на отрицателно заредените частици в пространството води до образуването на електронни облаци, което в крайна сметка води до тяхното взаимно припокриване. Какви са последиците от този процес за атомите и какво води до тях?

Физични свойства на ковалентната връзка

Оказва се, че между центровете на два взаимодействащи атома възниква дву-електронен облак с голяма плътност. Електростатичните сили на привличане между отрицателно заредения облак и ядрата на атомите се увеличават. Частта от енергията се освобождава и разстоянията между атомните центрове се намаляват. Например, в началото на образуването на молекулата Н₂ разстоянието между ядрата на водородните атоми е 1.06 А, и след образуването на облаци припокриващи обща електронна двойка - 0.74 А. Примери на връзката ковалентна която се образува от описания по-горе механизъм, могат да бъдат намерени между прости и сложни сред неорганични вещества. Основната му отличителна черта е присъствието на общи електронни двойки. В резултат на това след появата на ковалентна връзка между атоми, например водород, всеки от тях придобива електронна конфигурация на инертен хелий и образуваната молекула има стабилна структура.

Пространствената форма на молекулата

Друго много важно физическо свойство на ковалентната връзка е насочеността. Зависи от пространствената конфигурация на молекулата на материята. Например, когато два електрона се припокриват със сферична форма на облака, формата на молекулата е линейна (хлороводород или хидробромид). Формата на водните молекули, в които хибридизират облаците s и p, са ъглови и много силни частици от газообразен азот са под формата на пирамида.

Структурата на простите вещества - неметални

Намирайки коя връзка се нарича ковалентно, какви знаци има, сега е моментът да разберем нейните разновидности. Ако атомите от същия неметален - хлор, азот, кислород, бром и т.н. влизат в взаимодействието помежду си, тогава се формират съответните прости вещества. Техните общи електронни двойки се намират на същото разстояние от центровете на атомите, без да се преместват. За съединения с неполярен тип ковалентна връзка такива характеристики са присъщи: ниски точки на кипене и топене, неразтворимост във вода и диелектрични свойства. След това ще разберем за кои вещества има ковалентна връзка, при която се променят общите електронни двойки.

Електронегативност и нейния ефект върху вида на химическата връзка

Свойството на даден елемент за привличане на електрони от самия атом на друг елемент в химията се нарича електронеогенетика. Мащабът на този параметър, предложен от Л. Полинг, може да се намери във всички учебници по неорганична и обща химия. Неговата най-голяма стойност е 4.1 eV - тя има флуор, по-малко - други активни неметали, а най-ниската стойност е характерна за алкалните метали. Ако елементите, които се различават по тяхната електронегонактивност, реагират един с друг, тогава неизбежно един, по-активен, ще привлече към ядрото отрицателно заредените частици на атома на по-пасивния елемент. По този начин, физичните свойства на ковалентната връзка директно зависят от способността на елементите да дадат общи електрони. Общите двойки, образувани по този начин, вече не лежат симетрично по отношение на ядрото, а се насочват към по-активния елемент.

Характеристики на съединенията с полярна комуникация

Веществата, чийто молекули съвместни електронни двойки са асиметрични по отношение на ядрата на атомите, включват водородни халиди, киселина водород халкоген съединение и кисели окиси. Тази киселина сулфат и нитрат, оксиди на сяра и фосфор, сероводород, и така нататък. D. например хлороводород молекула съдържа един общ двойка електрони, образувани от несдвоени електрони от водород и хлор. Той се измества по-близо до центъра на атома С1, който е елементът, който е по-електронен. Всички вещества с полярна връзка във водни разтвори се разпадат на йони и водят електрически ток. Съединения, притежаващи полярна ковалентна връзка, примери които ние сме дали, също имат по-високи точки на топене и кипене, отколкото обикновените неметални вещества.

Методи за счупване на химически връзки

В органичната химия реакции на заместване ограничаващи въглеводородите с халогени, преминават през радикален механизъм. Смес от метан и хлор в светлината и при обикновени температури реагира по такъв начин, че молекулите на хлора започват да се разделят на частици, носещи недвоени електрони. С други думи, общата електронна двойка се унищожава и се наблюдава образуването на много активни -С1 радикали. Те са способни да повлияят на метановите молекули по такъв начин, че да разрушат ковалентната връзка между въглеродните и водородните атоми. Активната частица се образува -Н, а свободната валентност на въглеродния атом отнема хлорния радикал, а първият продукт на реакцията е хлорметан. Такъв механизъм за разделяне на молекулите се нарича хомолитичен. Ако обаче общата двойка електрони напълно преминава в притежание на един от атомите, тогава те говорят за хетеролитичен механизъм, характерен за реакциите, настъпващи във водни разтвори. В този случай полярните молекули на водата ще повишат скоростта на разрушаване на химическите връзки на разтвореното съединение.

Двойни и тройни връзки

По-голямата част от органичните вещества и някои неорганични съединения съдържат в молекулите си не един, а няколко често срещани електронни двойки. Множеството на ковалентната връзка намалява разстоянието между атомите и увеличава стабилността на съединенията. Обикновено те се говорят за химически устойчиви. Например, в азотна молекула има три двойки електрони, те са посочени в структурната формула с три тирета и определят нейната сила. Едно просто вещество, азотът е химически инертен и може да взаимодейства с други съединения, например с водород, кислород или метали само с нагряване или повишено налягане, а също и в присъствието на катализатори.

Двойните и тройните връзки са присъщи за такива класове органични съединения като ненаситени диенови въглеводороди, както и вещества от серия етилен или ацетилен. Многобройните връзки причиняват основните химични свойства: реакции на добавяне и полимеризация, настъпващи в пукнатините.

В статията ни давахме общо описание на ковалентната връзка и разгледахме нейните основни типове.