Виды химической связи (Часть 1)

Химические вещества крайне редко состоят из отдельных, не связанных между собой атомов химических элементов. Таким строением в обычных условиях обладает лишь небольшой ряд газов, называемых благородными: гелий, неон, аргон, криптон, ксенон и радон.

Чаще всего химические вещества состоят из объединений атомов в различные группировки. Сила, которая удерживает атомы в составе таких группировок, называется химической связью.

Химическая связь

Запомните определение!

Химическая связь – это взаимодействие атомов, обуславливающее устойчивость молекулы или кристалла как целого. Иными словами, химической связью можно назвать взаимодействие, обеспечивающее связь отдельных атомов в более сложные структуры: молекулы, ионы, радикалы, кристаллы и др.

Химические связи образуются потому, что энергия более сложных структур меньше суммарной энергии отдельных образующих ее атомов.

Это называется принципом наименьшей энергии, который выражается так:

E сложных структур < E отдельных атомов

В образовании химических связей принимают участие только валентные электроны. Каждый атом стремится получить электронную конфигурацию атомов благородных газов, то есть такую, при которой во внешнем электронном слое будет восемь электронов или два –  для элементов первого периода. Это называется правилом октета.

Достижение атомами электронной конфигурации благородных газов возможно, если изначально одиночные атомы сделают часть своих валентных электронов общими для других атомов. При этом образуются общие электронные пары.

Виды химической связи 

В зависимости от степени обобществления электронов выделяют следующие виды химической связи:

• ковалентная (полярная и неполярная);
• ионная;
• металлическая;
• водородная.

Ковалентная связь

Ковалентная связь чаще всего возникает между атомами неметаллов за счет общих электронных пар. Такие пары образуются в электронных оболочках связываемых атомов, то есть в том случае, когда два атома объединяют свои электроны и создают молекулярную орбиталь.

Классификация ковалентной связи 

Существует несколько вариантов классификации ковалентной связи:

1. По смещению общей электронной пары (полярная и неполярная ковалентная связь).
2. По механизму образования (обменный и донорно-акцепторный механизм)
3. По способу перекрывания электронных облаков (σ‎ – связь и π – связь; сигма- и пи-связь соответственно).

Ковалентная неполярная связь образуется между атомами неметаллов одного химического элемента. Поскольку атомы идентичны друг другу, одинакова и их электроотрицательность. Заряд отсутствует. По этой причине смещения общей электронной пары не происходит. 

Ковалентная полярная связь образуется между атомами двух неметаллов с разницей в электроотрицательности. В этом случае более электроотрицательный атом оттягивает на себя электронную плотность, тем самым смещая общие электроны к себе. 

Обменный механизм образования ковалентной связи предполагает, что один электрон первого атома и один электрон второго атома образуют общую электронную пару. При этом каждый из этих атомов приобретает завершенный внешний энергетический уровень. 

Если ковалентная связь образуется по донорно-акцепторному механизму, один атом предоставляет неподеленную пару электронов, а другой – свободную вакантную орбиталь. При этом атомы также приобретают конфигурацию благородных газов. 

Сигма-связь (σ‎) образуется при перекрывании электронных облаков “лоб в лоб”, вдоль линии, соединяющей ядра атомов. 

Пи-связь (π) образуется при перекрывании электронных облаков над и под линией, соединяющей атомные ядра.

Характеристики ковалентной связи

Ковалентная связь обладает рядом характеристик, среди которых:

• длина связи;
• энергия связи;
• полярность;
• поляризуемость;
• направленность;
• насыщаемость;
• кратность.

Длина связи – это расстояние между ядрами взаимодействующих атомов.

Она зависит от природы атомов, вступающих во взаимодействие, и от кратности их связей. Чем меньше длина связи, тем связь прочнее.

Энергия связи – это энергия, необходимая для разрыва связи.

Энергия связи характеризует ее прочность. Чем больше энергия связи, тем связь прочнее. Чем длиннее связь в молекуле, тем проще ее разорвать.

Полярность связи определяется смещением электронной плотности от одного атома к другому.

Степень полярности связи зависит от разницы в электроотрицательности атомов, образующих связь. Чем она больше, тем больше полярность связи.

У более полярной ковалентной связи общая пара электронов больше смещена к более электроотрицательному атому. 

Поляризуемость связи — это изменение полярности под действием внешнего электрического поля. 

В результате поляризации неполярные молекулы могут стать полярными, а уже изначально полярные — превратиться в ещё более полярные. 

Направленность связи характеризует пространственную ориентацию ковалентной связи относительно других связей молекулы. 

Направленность обусловлена тем, что P, D и F орбитали определенным образом ориентированы в пространстве. 

Насыщаемость ковалентной связи — это способность атома образовывать определенное количество ковалентных связей. 

Кратность связи — это количество общих электронных пар между двумя атомами. 

Чем больше кратность связи, тем больше ее энергия.