Ковалентний зв'язок та його утворення. Полярний і неполярний ковалентний зв'язок

Ковалентний зв’язок — це хімічний зв’язок, який утворюється за рахунок спільних електронних пар.

Розглянемо механізм утворення ковалентного зв’язку на прикладі молекули водню . Атоми Гідрогену мають електронну формулу:

При зближенні двох атомів Гідрогену відбувається взаємодія двох електронів з антипаралельними спінами (позначаються електрони стрілками, напрямленими в різні боки) з формуванням спільної (поділеної) електронної пари.

Схему утворення ковалентного зв’язку можна також подати, позначаючи неспарений електрон зовнішнього рівня однією крапкою, а спільну електронну пару — двома крапками. Спільну електронну пару, тобто ковалентний зв’язок, часто позначають рискою. Спільна електронна пара утворюється внаслідок перекривання -орбіталей атомів Гідрогену, при цьому в області перекривання орбіталей створюється підвищена електронна густина.

Розглянемо утворення ковалентного зв’язку в молекулі хлору . Атоми Хлору мають електронну формулу:

Атом Хлору має сім електронів на зовнішньому енергетичному рівні, причому на -підрівні знаходиться один неспарений електрон. При зближенні двох атомів Хлору відбувається перекривання -орбіталей з неспареними електронами та утворення спільної електронної пари. У кожного атома Хлору в молекулі зберігаються три неподілені електронні пари (такі, що належать одному атому).

У молекулі водню , як і в молекулі хлору , утворюється простий (одинарний) зв’язок. Існують молекули, в яких між двома атомами виникають дві або три електронні пари. Такі ковалентні зв’язки називають, відповідно, подвійними або потрійними. Загальна назва подвійних та потрійних зв’язків — кратні зв’язки.

Наприклад, розглянемо утворення ковалентного зв’язку в молекулі кисню . Атоми Оксигену мають електронну формулу:

Атом Оксигену має шість електронів на зовнішньому енергетичному рівні, причому на -підрівні перебуває два неспарених електрони. В утворенні хімічного зв’язку в молекулі беруть участь по два електрони кожного атома Оксигену. У даному випадку утворюються дві спільні електронні пари (подвійний зв’язок). У кожного атома Оксигену в молекулі зберігаються дві неподілені електронні пари.

При утворенні ковалентного зв’язку в молекулі водню кожний з атомів Гідрогену набуває стійкої двохелектронної конфігурації за рахунок утворення спільної електронної пари. В інших випадках при утворенні ковалентного зв’язку, наприклад, у молекулах хлору та кисню кожний із атомів набуває стійкої конфігурації, яка складається з восьми електронів.

У випадку всіх трьох розглянутих молекул (водню, хлору та кисню) ковалентний зв’язок утворювався між атомами з однаковою електронегативністю. Така взаємодія спостерігається при утворенні простих речовин-неметалів, молекули яких складаються з двох однакових атомів. У цьому випадку спільні електронні пари розміщуються симетрично між ядрами атомів, що з’єднуються. Унаслідок цього утворюються молекули, в яких центри позитивних і негативних зарядів збігаються.

Отже, ковалентний зв’язок, який утворюється між атомами з однаковою електронегативністю за рахунок спільних електронних пар, називають ковалентним неполярним зв’язком. Треба запам’ятати, що такий тип хімічного зв’язку утворюється в простих речовинах-неметалах. Прикладом речовин з ковалентним неполярним типом зв’язку можна назвати фтор , бром , йод , азот .

Якщо атоми, що взаємодіють, мають різну електронегативність (атоми різних хімічних елементів), то спільна електронна пара буде зміщуватися до атома з більшою електронегативністю. При цьому на атомі з більшою електронегативністю формується частковий негативний заряд (δ^-), а на атомі з меншою електронегативністю — частковий позитивний заряд (δ⁺). Ці часткові заряди за абсолютним значенням менші за одиницю.

Наприклад, при утворенні молекули гідроген хлориду відбувається перекривання -орбіталі атома Гідрогену та -орбіталі атома Хлору. Спільна електронна пара розміщена несиметрично відносно центрів атомів, що взаємодіють. Вона зміщується до більш електронегативного Хлору. На атомі Хлору формується частковий негативний заряд, а на атомі Гідрогену — частковий позитивний заряд. У цьому випадку в молекулі центри позитивних і негативних зарядів не співпадають. Такі молекули називають полярними, або диполями. Диполь — це система з двох зарядів, які є однаковими за величиною, але протилежними за знаком.

Отже, ковалентний зв’язок, що утворюється між атомами, електронегативності яких відрізняються, але незначно, називають ковалентним полярним зв’язком. Треба запам’ятати, що такий тип хімічного зв’язку утворюється в складних речовинах, утворених атомами неметалів. Як приклади речовин з ковалентним полярним типом зв’язку можна назвати гідроген фторид , вода , амоніак , метан , карбон(IV) оксид .

Для молекули з ковалентним типом хімічного зв’язку можна записати електронну та структурну (графічну) формулу. Електронна формула складається з символів хімічних елементів, навколо яких крапками позначені електрони зовнішнього рівня, а між атомами – спільні електронні пари. Структурна (графічна) формула – це формула, в якій кожна спільна електронна пара зображується рискою. Як електронна, так і структурна формули показують порядок сполучення атомів у молекулі, їх взаємозв’язок.