1.3.1 Ковалентная химическая связь, её разновидности и механизмы образования. Ионная связь. Металлическая связь. Водородная связь

Видеоурок 1: Ионная, ковалентная и металлическая связи




Видеоурок 2: Типы химических связей



Лекция: Ковалентная химическая связь, её разновидности и механизмы образования. Ионная связь. Металлическая связь. Водородная связь


Образование химической связи


Атомы химических элементов практически всегда образуют соединения. Исключением являются благородные газы, принадлежащие главной подгруппе VIII группы Периодической таблицы. Почему они инертны? Их низкая активность объясняется заполненностью орбиталей внешнего энергетического уровня. Им просто не нужно отдавать свои или принимать чужие электроны. 

  

Значит, соединения атомов различных элементов возможны только при наличии свободных орбиталей, с содержащимися в них валентными электронами на внешнем слое атома. Поведение химического элемента в реакциях зависит от валентных электронов, чем их меньше, тем активнее элемент отдаёт их и, наоборот, чем больше валентных электронов, тем неохотнее элемент разлучается с ними.


Запомните! Если элемент легко отдает свои электроны, то он проявляет восстановительные свойства, ну а если тяжело, то окислительные. Мы еще поговорим об этих свойствах химических элементов на одном из последующих уроков. А сейчас узнаем, что такое химическая связь и как она образуется.


Итак, чаще всего вещества состоят из групп атомов, насчитывающих несколько единиц или даже тысяч. А удерживает их особая сила - химическая связь.


Химическая связь – это взаимодействие, обеспечивающее связь между атомами, преобразуя их в сложные группы. 


В основе химических связей лежат определенные электростатические силы притяжения и отталкивания, обуславливающие взаимодействие положительно заряженных ядер и отрицательно заряженных электронов. Электрон, двигаясь между ядрами, притягивает их к себе, что приводит к понижению полной энергии. Это и есть необходимое условие для того, чтобы атомы начали связываться между собой.   


При образовании какой - либо химической связи, каждый отдельный атом выделяет энергию, необходимую для разъединения частиц на расстояние, при котором их взаимодействие стало бы невозможным. Эта энергия называется энергией связи. Валентные электроны имеют наименьшую энергию связи.


В процессе химической связи, отдельный атом стремится получить свою электронную конфигурацию близлежащих по таблице благородных газов. То есть атому необходимо приобрести на внешнем электронном слое 8 или 2 электрона и стать устойчивым и прочным.


Рассмотрим следующие типы связи:


  • ковалентную,

  • ионную,

  • металлическую,

  • водородную.


Ковалентная связь

Ковалентная связь – химическая связь, образованная перекрытием парой электронов, принадлежащих двум атомам.


Схематически этот процесс можно изобразить так: A· + ·В → А : В. В результате энергетический уровень заполняется.


На рисунке изображено как происходит перекрытие s- и р-орбиталей, а также уже смешанных орбиталей, которые называются гибридными:















Существуют два пути образования ковалентной связи. Перекрытием двух орбиталей атомов соседей, имеющих по одному свободному электрону, либо перекрытием свободной орбитали атома с орбиталью другого атома, имеющего электронную пару. Второй путь называется донорно – акцепторным механизмом. 


Донор – это определенный атом, который предоставляет неподелённую электронную пару. 


Акцептор это атом, который содержит в себе свободную орбиталь.


Способность атомов притягивать электроны у разных элементов различна. Она обусловлена электроотрицательностью, о которой вы подробно узнаете на следующем уроке. Если электроотрицательность соединяющихся атомов не слишком различна возникает полярная ковалентная связь. При одинаковой электроотрицательности, если соединяются атомы одного элемента неметалла, образующаяся связь называется ковалентной неполярной. Ну, а если электроотрицательность различается сильно, то возникает ионная связь.











Рассмотрим пример соединения атомов водорода и фтора. Для начала вспомним их электронные конфигурации: Н - 1s1
F - ​​​1s1​  2s​​​​2p5

1. Расположение электронов по орбиталям выглядит так:
​​​






Увидим на рисунке как s-электрон водорода перекроется с p-электроном фтора:





2. После чего орбитали фтора будут выглядеть так:





Если орбитали перекрываются вдоль линии связи, возникает σ-связь (сигма-связь):














Дополнительное перекрытие орбиталей перпендикулярно линии связи приводит к возникновению π-связь (пи-связи):















Межъядерное расстояние длина связи, уменьшается с образованием кратных связей (двойных или тройных), которые образуются сочетанием σ + π и тройных σ + π + π. А σ связь называется одинарной.

В химии геометрическое изображение длины связи и валентных углов (между линиями связи атомов) называется гибридизацией  это уравнивание орбиталей по форме и энергии и образование одинаковых.

Гибридизация бывает следующих типов:













Ионная связь


Ионной связью считается предельный случай ковалентной полярной связи. В ковалентной полярной связи общая электронная пара всегда перемещается к одному из пары атомов. В ионной связи электронная пара полностью принадлежит одному из атомов. Атом, который отдает электрон, впоследствии получает положительный заряд. После чего он становится катионом. Атом, который забирает электроны, приобретает отрицательный заряд, вследствие чего становится анионом. Из этого следует, что ионная связь — такая связь, которая образуется за счет электростатического притяжения, которое происходит между катионами и анионами.














Металлическая связь

Данный тип связи образуется в металлах. У атомов всех металлических элементов на внешнем электронном слое содержатся электроны, которые имеют низкую энергию, связывающую с ядром атома. Энергетически выгодный процесс для металлов - потеря внешних электронов. Из – за достаточно слабого взаимодействия с ядром, электроны, содержащиеся в металлах, достаточно подвижны. В каждом кристалле металла происходит данный процесс: Ме0 — ne− = Mеn+. В данной формуле Ме0 является нейтральным атомом металла. n+ – это катион этого же металла. 












Водородная связь


Если атом водорода в любом химическом веществе взаимосвязан с элементом, который имеет высокую электроотрицательность, например азот, кислород или фтор, для данного вещества характерна водородная связь. Атом водорода прочно взаимосвязан с атомом, имеющим электроотрицательный характер. Поэтому общая электронная пара будет смещена от водорода к электроотрицательному элементу.

На атоме водорода образуется положительный заряд, а на атоме электроотрицательного элемента — отрицательный. Благодаря наличию данных зарядов, становится возможным электростатическое притяжение, которое происходит между положительно заряженным атомом водорода одной молекулы и электроотрицательным атомом другой. 

Водородной связью так же объясняется достаточно высокая температура плавления воды. Прочные водородные связи образуются в следующих веществах: фтороводород, аммиак, кислородсодержащие кислоты.


Предыдущий урок
Следующий урок

Больше интересных статей:

  • 2.2 Характерные химические свойства и получение простых веществ - металлов: щелочных, щелочноземельных, алюминия; переходных элементов (меди, цинка, хрома, железа)
  • 1.2.4 Общая характеристика неметаллов IVA – VIIA групп в связи с их положением в Периодической системе химических элементов Д.И.Менделеева и особенностями строения их атомов
  • 1.1.1 Строение электронных оболочек атомов элементов первых четырех периодов: s-, p- и d-элементы
  • 2.1.3 «Просвещенный абсолютизм». Законодательное оформление сословного строя
  • 1.2.1 Возникновение государственности у восточных славян. Князья и дружина. Вечевые порядки. Принятие христианства
  • Оставить комментарий