ЧАСТЬ И

ОБЩАЯ ХИМИЯ

ХИМИЧЕСКАЯ СВЯЗЬ И СТРОЕНИЕ ВЕЩЕСТВА

Полярная и неполярная ковалентная связь. Свойства химической связи

Полярность ковалентной связи

В молекулах водорода, фтора и фтороводню между атомами образуется ковалентная связь за счет образования общей электронной пары. Атомы различных химических элементов способны притягивать валентные электроны других атомов. Это явление называют електронегативністю. Одинаковые атомы одинаково притягивают электроны, поэтому в молекулах фтора и водорода общая электронная пара одинаково притягивается к обоим атомов и принадлежит им обоим в равной степени. Такой ковалентная связь называют неполярным. Во всех простых веществах, образованных неметаллами (например, Н₂, N₂, O₂, S₂), химические связи неполярные.

Атомы Водорода и Фтора притягивают электроны по-разному. В Флуора электроотрицательности больше, чем у Водорода, поэтому атомы Фтора сильнее притягивают, общую электронную пару, чем атомы Водорода. Это приводит к смещение общей электронной пары в сторону атома Фтора и увеличение на нем электронной плотности. Общая электронная пара, в том числе и электрон, отдал в совместное пользование атом Водорода, больше времени проводит на атоме Фтора, чем на атоме Водорода. Как следствие, на атоме Фтора появляется частичный избыточный отрицательный заряд, поскольку заряд его ядра не может компенсировать заряд нового электрона. А на атоме Водорода наоборот: электронная плотность уменьшается, поэтому на нем появляется положительный заряд, поскольку заряд ядра атома Водорода теперь не полностью компенсируется электроном:

Буква δ означает, что заряд на атомах меньше заряда электрона и имеет нецілочисельне значение. Заряд на атоме Водорода точно равен заряду на атоме Фтора, но с другим знаком, и в сумме заряд молекулы равен нулю, то есть молекула остается електронейтральною.

Ковалентная связь, образованная между атомами разных элементов, называют полярным (потому что в молекуле появляются полюса электрического заряда). В ковалентному полярном связи общая электронная пара смещена к тому атома, который сильнее притягивает электроны, то есть к атому с большей електронегативністю. Чем сильнее это смещение, тем больше полярность связи. Чем больше разность электроотрицательностей, тем сильнее общая электронная пара смещена к более электроотрицательного атома и тем больше полярность ковалентной связи.

Для того чтобы связь оставался ковалентным, разница электроотрицательностей не должна превышать 2 (по шкале Полинга).

Длина связи

Расстояние между ядрами связанных атомов называют длиной связи. Атомы сближаются на такое расстояние, при котором достигается наибольшее перекрывание их электронных орбиталей, а энергия молекулы становится минимальной. Длина связи сопоставима с размерами атомов и обычно составляет 0,1-0,2 нм.

Длина связи зависит от радиуса атомов. Чем больше радиусы атомов, тем больше длина связи между ними. Так, в ряду галогенов с увеличением порядкового номера увеличивается радиус атомов вследствие того, что в электронной оболочке атомов галогенов увеличивается число энергетических уровней. Поэтому в ряде галогеноводородов увеличивается длина связи: от наименьшей в фтороводню к крупнейшей в йодоводню.

Длина связи зависит от кратности связи (число общих электронных пар между двумя атомами). Чем больше кратность связи, тем меньше расстояние между атомами. В атомов химических элементов второго периода радиусы атомов примерно одинаковы, но в ряде фтор F₂ - кислород О₂ - азот N₂ длина связи в молекулах существенно уменьшается, потому что в молекуле фтора одинарный связь, кислорода - двойной, а азота - тройной.

Энергия связи

Энергия связи - это количество энергии, необходимое для разрыва 1 моль одинаковых связей. Энергия связи (Е) измеряется в кДж/моль.

Энергия связи зависит, в первую очередь, от природы атомов, образующих связь, а также от длины связи и ее кратности. Чем меньше длина связи, тем ближе расположены атомы и тем сильнее они взаимодействуют друг с другом, тем выше энергия их связи. В молекулах галогеноводородов от фтороводню к йодоводню длина связи увеличивается, значит энергия связи уменьшается: от наиболее сильной в фтороводню к наиболее слабой в йодоводню.

Энергия связи зависит также от его кратности: тройная связь прочнее двойной, а двойной прочнее, чем одинарный.