РАЗДЕЛ И. ОБЩАЯ ХИМИЯ
3. Химическая связь
3.6. Важнейшие характеристики ковалентной связи
Характерные свойства ковалентной связи - кратность, длина, энергия, насыщенность, направленность, полярность - определяют физические и химические свойства соединений.
Кратность связи определяется числом общих электронных пар, связывающих атомы. В соответствии ковалентная связь бывает простым (одинарным), двойным и тройным. Двойные и тройные связи образуются, когда атомы усуспільнюють больше одной пары электронов; их еще называют кратными, а молекулы с такими связями - ненасыщенными.
Примеры соединений с различной кратностью связей:
|
Кратность
|
Название связи
|
Пример вещества
|
Электронная формула
|
Графическая формула
|
Виды связей
|
|
1
|
одинарный
(простой)
|
водород Н2
|
|
H-H
|
один σ-связь
|
|
хлор Сl2
|
|
Сl-Cl
|
|
хлороводень НСl
|
|
Н-Сl
|
|
вода Н2O
|
|
H-O-H
|
две σ-связи
|
|
2
|
двойной
|
етен С2Н4
|
|
|
пять σ-связей
(один С-С и четыре С-Н) и одну π-связь
|
|
сульфур(ИV) оксид SO2
|
|
O=S=O
|
две σ-связи и две π-связи
|
|
3
|
тройной
|
етин С2Н2
|
|
H-C≡C-H
|
три σ-связи (две С-Н и один С-С) и две π-связи (С-С)
|
|
азот N2
|
|
N≡N
|
один σ-связь, две π-связи
|
Длина связи - это расстояние между центрами ядер атомов, образующих связь. Ее измеряют в нанометрах (1 нм = 10-9 м). На длину связи существенно влияет кратность связи: чем выше кратность связи, тем меньше длина связи. С увеличением радиусов атомов, между которыми возникает связь, растет и его длина.
Энергия связи - это энергия, которую нужно затратить, чтобы разрушить связь, или энергия, которая выделяется при образовании связи. Ее измеряют в кілоджоулях на моль (кДж/моль). На энергию связи существенно влияет кратность: чем выше кратность связи, тем больше его энергия (прочность). С увеличением прочности связи его длина уменьшается.
Длина и энергия связей в молекулах некоторых веществ:
|
Формула веществ
|
Атомы, между которыми образуется ковалентная связь
|
Энергия связи (кДж/моль)
|
Длина связи (нм)
|
|
F2
|
F-F
|
159
|
0,142
|
|
Сl2
|
Сl-Cl
|
242
|
0,200
|
|
Вr2
|
Вr-Вr
|
192
|
0,229
|
|
И2
|
I-И
|
150
|
0,267
|
|
HF
|
H-F
|
560
|
0,092
|
|
HCl
|
Н-Сl
|
426
|
0,128
|
|
НВr
|
Н-Вr
|
364
|
0,141
|
|
НЕТ
|
Н-И
|
239
|
0,162
|
|
С2Н6
|
С-С
|
347
|
0,154
|
|
С6Н6
|
|
412
|
0,140
|
|
C2H4
|
C=C
|
606
|
0,134
|
|
C2H2
|
C≡C
|
831
|
0,120
|
Под насыщенностью понимают способность атомов элемента образовывать ограниченное количество совместных ковалентных пар. Количество ковалентных пар зависит от количества орбиталей, участвующих в связях. Так, например, атом Азота может образовывать более четырех связей, атом Кислорода - больше трех.
В зависимости от того электроны которых подуровней участвующих в связи (s, р или гібридизованих орбиталей), его направленность по отношению к линии соединения атомов может быть разной.
Если в состав молекулы входит более двух атомов, говорят о валентный угол, то есть угол между воображаемыми осями, проведенными через ядра соединенных атомов:
Характер гибридизации валентных орбиталей центрального атома и их пространственное расположение определяет пространственную (геометрическую) конфигурацию молекул и сложных ионов:
|
Гибридизация орбиталей центрального атома
|
Валентный угол
|
Состав молекулы
|
Геометрическое строение молекулы
|
Пример
|
|
sp
|
180°
|
AB2
|
линейная 
|
СO2, С2Н2, Вэсl2
|
|
sp2
|
120°
|
АВ3
|
треугольная 
|
ВСl3
|
|
sp3
|
109°28'
|
AB4
|
тетраедрична 
|
СН4, CCl4, NH4+
|
Кроме приведенных вариантов пространственного размещения связей, существуют и другие (тригонально-біпірамідальна, пентагонально-біпірамідальна).
Как уже упоминалось выше, полярность связи определяется асимметричностью распределения общего электронного облака относительно ядер атомов, образующих связь. Плотность электронного облака смещается в сторону более электроотрицательного элемента, вследствие чего молекула приобретает характеристики электрического диполя, то есть становится полярной.