Хімія. 8 клас. Ярошенко

§ 19. Ковалентний зв’язок, його утворення й види

Вивчення параграфа допоможе вам:

  • зрозуміти утворення ковалентного зв'язку;
  • характеризувати особливості ковалентного полярного і неполярного зв'язків;
  • визначати полярність ковалентного зв'язку.

ПРИРОДА КОВАЛЕНТНОГО ЗВ'ЯЗКУ. Як зазначалось у попередньому параграфі, одним із способів досягнення завершеності зовнішнього енергетичного рівня й виникнення між атомами хімічного зв'язку є утворення спільних електронних пар. Такий спосіб притаманний атомам неметалічних елементів.

Хімічний зв'язок за допомогою спільних електронних пар називається ковалентним.

Його утворення може відбуватись як з атомів одного елемента, так і з атомів різних хімічних елементів.

Утворення ковалентного неполярного зв'язку. Розглянемо, як утворюється ковалентний зв'язок між однаковими атомами.

Приклад 1. Утворення молекули водню.

Молекула водню складається з двох атомів Гідрогену, що мають найпростішу будову електронної оболонки.

Щоб зовнішня і єдина s-орбіталь атома Гідрогену стала завершеною, потрібен ще один електрон. Тож два атоми Гідрогену утворюють одну спільну електронну пару. (Відомо, що в спільній електронній парі електрони мають різний напрям обертання навколо своєї осі.) Між двома атомами Гідрогену на певній відстані відбувається перекривання їхніх s-орбіталей. Цей процес супроводжується виділенням енергії та утворенням спільної електронної пари, що одночасно належить обом атомам. Місце перекривання електронних орбіталей має підвищену електронну густину, тому до неї притягуються позитивно заряджені ядра обох атомів (мал. 29).

Мал. 29. Перекривання s-орбіталей з утворенням спільної електронної пари в молекулі водню

З наближенням ядер починають діяти сили відштовхування (однойменно заряджені частинки відштовхуються, різнойменно заряджені — притягуються). На певній відстані ці сили врівноважуються, ядра та електрони стають єдиною стійкою системою. Так утворюється молекула водню, формула якої Н2.

Оскільки хімічний зв'язок у молекулі водню утворився між атомами одного хімічного елемента, електронегативність яких однакова, то ядра обох атомів мають однаковий вплив на спільну електронну пару. Тому вона рівновіддалена від центрів ядер обох атомів і не зміщується в бік одного з них. Це передають за допомогою електронної формули молекули, в якій записують символи хімічних елементів та позначені крапками електрони зовнішнього енергетичного рівня.

Утворення молекули водню змодельовано на схемі 13.

Схема 13. Модель утворення молекули водню

Електронна формула молекули — це запис складу речовини за допомогою символів хімічних елементів та крапок, що позначають електрони зовнішнього енергетичного рівня.

На електронних формулах чітко видно, скільки спільних електронних пар має молекула.

Рівне віддалення спільної електронної пари від ядер атомів, між якими виник ковалентний зв'язок, означає, що зв'язок неполярний.

Ковалентний неполярний зв'язок — це зв'язок за допомогою спільних електронних пар, які рівновіддалені від ядер обох атомів.

Приклад 2. Утворення молекули кисню О2.

Молекула кисню, як і молекула водню, складається з двох атомів одного хімічного елемента. Хімічний елемент Оксиген має таку будову електронної оболонки атома:

Це можна передати електронною формулою молекули.

Як бачимо, на зовнішньому енергетичному рівні кожного атома міститься шість електронів, серед яких два неспарені. Для утворення стійкого 8-електронного зовнішнього енергетичного рівня не вистачає ще двох електронів. Тому два неспарені електрони одного атома утворюють дві спільні електронні пари з двома неспареними електронами іншого атома. За рахунок спільних електронних пар досягається завершеність зовнішнього енергетичного рівня кожного атома в молекулі кисню.

Зверніть увагу на те, що в молекулі водню атоми Гідрогену досягли утворення зовнішнього енергетичного рівня атома інертного елемента Гелію. У молекулі кисню електронні оболонки обох атомів Оксигену мають завершений другий, він же зовнішній, енергетичний рівень із 8 електронів. Рівно стільки ж електронів є на зовнішньому енергетичному рівні в атома інертного хімічного елемента Неону, яким завершується другий період.

Зв'язок атомів Оксигену в молекулі кисню теж ковалентний неполярний.

Замінивши кожну спільну пару електронів в електронних формулах молекул водню та кисню на риски, одержимо структурні формули.

Одна риска позначає одну одиницю валентності.

Із структурних формул стає зрозуміло, що валентність дорівнює числу спільних електронних пар.

УТВОРЕННЯ КОВАЛЕНТНОГО ПОЛЯРНОГО ЗВ'ЯЗКУ. Розглянемо, як утворюється ковалентний зв'язок між атомами різних неметалічних елементів.

Приклад 3. Утворення молекули гідроген хлориду (хлороводню) HCl.

Молекула гідроген хлориду, як і молекули водню та кисню, складається з двох атомів, проте вони мають різну електронегативність. Зверніть увагу на розміщення Гідрогену та Хлору в ряді електронегативності (с. 105), і ви побачите, що Хлор розміщено на початку ряду, тоді як Гідроген — майже посередині.

Виходячи з електронної будови атомів Гідрогену та Хлору, розглянемо, як між ними утворюється хімічний зв'язок.

Незважаючи на те, що в атома Хлору на зовнішньому енергетичному рівні 7 електронів, він може утворити з іншими атомами лише одну спільну електронну пару (за кількістю неспарених електронів). За рахунок спільної електронної пари атом Гідрогену досягне утворення завершеного зовнішнього енергетичного рівня атома інертного хімічного елемента Гелію, а атом Хлору — Аргону.

Чим далі один від одного розташовані хімічні елементи в ряді електронегативності, тим більшим буде зміщення спільних електронних пар до більш електронегативного атома. Користуючись цим правилом, робимо висновок про те, що електрони спільної електронної пари Гідрогену й Хлору будуть зміщені в бік атома Хлору. Схематично її утворення й електронну формулу молекули можна передати так:

На схемі відображено зміщення спільної електронної пари в бік більш електронегативного Хлору. Утворилася молекула, в якій атоми зв'язані силою притягування позитивно заряджених ядер атомів до негативно зарядженого місця перекривання s-орбіталі атома Гідрогену та р-орбіталі атома Хлору (мал. 30).

Мал. 30. Утворення молекули HCl

Хімічний зв'язок за допомогою спільних електронних пар, які зміщені в бік більш електронегативного атома, називається ковалентним полярним.

Відомо, що органічних речовин є понад 20 млн. До складу їх молекул входять атоми неметалічних елементів — Карбону, Гідрогену, Оксигену, Нітрогену та деяких інших. Хімічний зв'язок між атомами цих речовин — ковалентний (є винятки). Тож сполук із ковалентним хімічним зв'язком найбільше.

Стисло про основне

• Зв'язок між атомами за допомогою спільних електронних пар називається ковалентним зв'язком.

• Ковалентний зв'язок у неорганічних й органічних речовинах виникає в результаті утворення спільних електронних пар із неспарених електронів двох атомів.

• Електронна пара при утворенні ковалентного хімічного зв'язку належить одночасно обом атомам.

• Розрізняють неполярний ковалентний зв'язок (спільні електронні пари рівновіддалені від ядер обох атомів) і полярний ковалентний зв'язок (спільні електронні пари зміщені до більш електронегативного атома).

Сторінка ерудита

Метан — летка сполука Карбону з Гідрогеном, що є основною складовою природного газу, має формулу СН4. У ній Карбон чотиривалентний. Згідно з електронною природою хімічних зв'язків, щоб утворити 4 ковалентні зв'язки, атом Карбону повинен мати 4 неспарені електрони, а не 2, як це видно з його графічної електронної формули.

Скористайтесь інформацією про збуджений стан атома Карбону, що міститься на с. 83-84, і вам стане зрозуміло, звідки з'явилися 4 неспарені електрони.

Знаємо, розуміємо

1. Дайте визначення ковалентного зв'язку, наведіть приклади сполук із ковалентним полярним і ковалентним неполярним зв'язками.

2. Поясніть утворення: ковалентного неполярного зв'язку та ковалентного полярного зв'язку в наведених вами прикладах.

3. На прикладі елементів 2 періоду поясніть, як змінюється електронегативність атомів хімічних елементів у межах періоду.

4. На прикладі елементів VII групи головної підгрупи поясніть, як змінюється електронегативність атомів хімічних елементів у межах головних підгруп.

5. Поміркуйте, чи здатні атоми Неону до утворення ковалентних зв'язків.

Застосовуємо

57. Складіть схеми утворення молекули азоту, леткої сполуки Нітрогену з Гідрогеном. Зазначте вид ковалентного зв'язку, кількість спільних електронних пар у кожній з них, напишіть електронні формули молекул цих речовин.

58. Розташуйте формули летких сполук елементів із Гідрогеном за збільшенням кількості спільних електронних пар у молекулі.

  • А H2O
  • Б CH4
  • В HF
  • Г NH3

59. Користуючись рядом електронегативності, напишіть формулу бінарної сполуки Карбону(IV) із Сульфуром. Поясніть, як утворився хімічний зв'язок у цій сполуці, зазначте його вид.

60. Висловіть судження, чому атоми металічних елементів, на відміну від неметалічних, не утворюють спільних електронних пар.