Чем отличается полярная и неполярная ковалентная связь
Урок №64. Ковалентная связь. Полярная и неполярная ковалентные связи
Сущность и виды химической связи
Атомы стремятся завершить свой внешний уровень (до 8 электронов, исключение водород, гелий до 2 электронов)
В образовании химической связи участвуют валентные электроны. Число валентных электронов определяется по номеру группы, в которой находится атом, образующий химическую связь. Число неспаренных валентных электронов Nе — =8-N группы
Классификация химических связей
1. По способу достижения завершенной электронной оболочки
2. По механизму образования химической связи
3. По способу перекрывания электронных орбиталей
I. По способу достижения завершенной электронной оболочки
КОВАЛЕНТНАЯ СВЯЗЬ
КОВАЛЕНТНАЯ СВЯЗЬ — это связь, возникающая между атомами за счет образования общих электронных пар: H 2 , HCl, H 2 O, O 2
ИОННАЯ СВЯЗЬ
ИОННАЯ СВЯЗЬ – образуется между атомами металлов и неметаллов, т.е. между атомами, резко отличающимися друг от друга по значениям электроотрицательности: NaCl, K 2 O, LiF.
МЕТАЛЛИЧЕСКАЯ СВЯЗЬ
МЕТАЛЛИЧЕСКАЯ СВЯЗЬ — связь в металлах и сплавах, которую выполняют относительно свободные электроны между ионами металлов в металлической кристаллической решетке.
II. По механизму образования химической связи (только для ковалентной связи)
III. По способу перекрывания электронных орбиталей (только для ковалентной связи)
По степени смещения общих электронных пар к одному из связанных ими атомов ковалентная связь может быть полярной и неполярной.
Каждый атом неметалла отдает в общее пользование другому атому наружные не спаренные электроны. Образуются общие электронные пары. Электронная пара принадлежит в равной мере обоим атомам.
Образующиеся общие электронные пары смещены в сторону более электроотрицательного элемента согласно ряду электроотрицательности элементов, предложенному американским химиком Л. Полингом.
В результате на более электроотрицательном элементе образуется избыток электронной плотности ( частичный отрицательный заряд δ- ), а на менее электроотрицательном элементе образуется недостаток электронной плотности ( частичный положительный заряд δ+ ).
Самый электроотрицательный элемент – фтор F.
Встречаются исключения, когда ковалентную связь образуют атом неметалла и металла!
AlCl 3 , разница в электроотрицательности ∆ Э.О.
Ковалентная связь, полярная и неполярная, особенности, формулы и схемы
Ни для кого не секрет, что химия — наука довольно сложная и к тому же разнообразная. Множество различных реакций, реагентов, химикатов и прочих сложных и непонятных терминов — все они взаимодействуют друг с другом. Но главное, что с химией мы имеем дело каждый день, неважно, слушаем ли мы учителя на уроке и усваиваем новый материал или же завариваем чай, который в целом тоже представляет собой химический процесс.
Можно сделать вывод, что химию знать просто необходимо, разбираться в ней и знать, как устроен наш мир или какие-то отдельные его части — интересно, и, более того, полезно.
Сейчас нам предстоит разобраться с таким термином, как ковалентная связь, которая, кстати говоря, может быть как полярной, так и неполярной. Кстати говоря, само слово «ковалентная», образуется от латинского «co» — совместно и «vales» — имеющий силу.
Появления термина
Начнём с того, что сам термин «ковалентная» впервые ввёл в 1919 году Ирвинг Ленгмюр — лауреат Нобелевской премии. Понятие «ковалентной» предполагает химическую связь, при которой оба атома обладают электронами, что называется совместным обладанием. Таким образом, она, к примеру, отличается от металлической, в которой электроны свободны, или же от ионной, где и вовсе один отдаёт электроны другому. Нужно заметить, что образуется она между неметаллами.
Исходя из вышесказанного, можно сделать небольшой вывод о том, что из себя представляет этот процесс. Она возникает между атомами за счёт образования общих электронных пар, причём пары эти возникают на внешних и предвнешних подуровнях электронов.
Примеры, вещества с полярной:
Виды ковалентной связи
Также различаются два вида — это полярная, и, соответственно, неполярная связи. Особенности каждой из них мы разберём отдельно.
Ковалентная полярная — образование
Что из себя представляет термин «полярная»?
Обычно происходит так, что два атома имеют разную электроотрицательность, следовательно, общие электроны не принадлежат им в равной степени, а находятся они всегда ближе к одному, чем к другому. К примеру, молекула хлороводорода, в ней электроны ковалентной связи располагаются ближе к атому хлора, так как его электроотрицательность выше чем у водорода. Однако, на самом деле, разница в притяжении электронов невелика настолько, чтобы произошёл полный перенос электрона от водорода к хлору.
В итоге при полярной электронная плотность смещается к более электроотрицательному, на нём же возникает частичный отрицательный заряд. В свою очередь, у того ядра, чья электроотрицательность ниже, возникает, соответственно, частичный положительный заряд.
Делаем вывод: полярная возникает между различными неметаллами, которые отличаются по значению электроотрицательности, а электроны располагаются ближе к ядру с большей электроотрицательностью.
Электроотрицательность — способность одних атомов притягивать к себе электроны других, тем самым образуя химическую реакцию.
Примеры ковалентной полярной, вещества с ковалентной полярной связью:
Формула вещества с ковалентной полярной связью
Ковалентная неполярная, разница между полярной и неполярной
И наконец, неполярная, скоро мы узнаем что же она из себя представляет.
Основное отличие неполярной от полярной — это симметрия. Если в случае с полярной электроны располагались ближе к одному атому, то при неполярной связи, электроны располагаются симметрично, то есть в равной степени по отношению к обоим.
Примечательно, что неполярная возникает между атомами неметалла одного химического элемента.
К примеру, вещества с неполярной ковалентной связью:
Также совокупность электронов зачастую называют просто электронным облаком, исходя из этого делаем вывод, что электронное облако связи, которое образует общая пара электронов, распределяется в пространстве симметрично, или же равномерно по отношению к ядрам обоих.
Примеры ковалентной неполярной связи и схема образования ковалентной неполярной связи
Свойства связи
Но Также полезно знать, как же различать ковалентную полярную и неполярную.
Ковалентная неполярная — это всегда атомы одного и того же вещества. H2. CL2.
В остальных случаях можно считать полярной.
На этом статья подошла к концу, теперь мы знаем, что из себя представляет этот химический процесс, умеем определять его и его разновидности, знаем формулы образования веществ, и в целом чуточку больше о нашем сложном мире, успехов в химии и образовании новых формул.
Химическая связь. Типы химической связи
Диссоциация хлорида натрия в воде
Темы кодификатора ЕГЭ: Ковалентная химическая связь, ее разновидности и механизмы образования. Характеристики ковалентной связи (полярность и энергия связи). Ионная связь. Металлическая связь. Водородная связь
Сначала рассмотрим связи, которые возникают между частицами внутри молекул. Такие связи называют внутримолекулярными.
Химическая связь между атомами химических элементов имеет электростатическую природу и образуется за счет взаимодействия внешних (валентных) электронов, в большей или меньшей степени удерживаемых положительно заряженными ядрами связываемых атомов.
Электроотрицательность χ – это способность атома притягивать (удерживать) внешние (валентные) электроны. Электроотрицательность определяется степенью притяжения внешних электронов к ядру и зависит, преимущественно, от радиуса атома и заряда ядра.
Важно отметить, что в различных источниках можно встретить разные шкалы и таблицы значений электроотрицательности. Этого не стоит пугаться, поскольку при образовании химической связи играет роль разность электроотрицательностей атомов, а она примерно одинакова в любой системе.
Если один из атомов в химической связи А:В сильнее притягивает электроны, то электронная пара смещается к нему. Чем больше разность электроотрицательностей атомов, тем сильнее смещается электронная пара.
Основные типы химических связей — ковалентная, ионная и металлическая связи. Рассмотрим их подробнее.
Ковалентная химическая связь
Основные свойства ковалентных связей
Эти свойства связи влияют на химические и физические свойства веществ.
Насыщаемость — это способность атомов образовывать ограниченное число ковалентных химических связей. Количество связей, которые способен образовывать атом, называется валентностью.
Полярность связи возникает из-за неравномерного распределения электронной плотности между двумя атомами с различной электроотрицательностью. Ковалентные связи делят на полярные и неполярные.
Поляризуемость связи — это способность электронов связи смещаться под действием внешнего электрического поля (в частности, электрического поля другой частицы). Поляризуемость зависит от подвижности электронов. Чем дальше электрон находится от ядра, тем он более подвижен, соответственно и молекула более поляризуема.
Ковалентная неполярная химическая связь
Ковалентная неполярная (симметричная) связь – это ковалентная связь, образованная атомами с равной элетроотрицательностью (как правило, одинаковыми неметаллами) и, следовательно, с равномерным распределением электронной плотности между ядрами атомов.
Дипольный момент неполярных связей равен 0.
Ковалентная полярная химическая связь
Ковалентная полярная связь – это ковалентная связь, которая возникает между атомами с разной электроотрицательностью (как правило, разными неметаллами) и характеризуется смещением общей электронной пары к более электроотрицательному атому (поляризацией).
Электронная плотность смещена к более электроотрицательному атому – следовательно, на нем возникает частичный отрицательный заряд (δ-), а на менее электроотрицательном атоме возникает частичный положительный заряд (δ+, дельта +).
Полярность связи влияет на физические и химические свойства соединений. От полярности связи зависят механизмы реакций и даже реакционная способность соседних связей. Полярность связи зачастую определяет полярность молекулы и, таким образом, непосредственно влияет на такие физические свойства как температуре кипения и температура плавления, растворимость в полярных растворителях.
Механизмы образования ковалентной связи
Ковалентная химическая связь может возникать по 2 механизмам:
1. Обменный механизм образования ковалентной химической связи – это когда каждая частица предоставляет для образования общей электронной пары один неспаренный электрон:
2. Донорно-акцепторный механизм образования ковалентной связи – это такой механизм, при котором одна из частиц предоставляет неподеленную электронную пару, а другая частица предоставляет вакантную орбиталь для этой электронной пары:
А: + B= А:В
При этом один из атомов предоставляет неподеленную электронную пару ( донор ), а другой атом предоставляет вакантную орбиталь для этой пары ( акцептор ). В результате образования связи оба энергия электронов уменьшается, т.е. это выгодно для атомов.
Ковалентная связь, образованная по донорно-акцепторному механизму, не отличается по свойствам от других ковалентных связей, образованных по обменному механизму. Образование ковалентной связи по донорно-акцепторному механизму характерно для атомов либо с большим числом электронов на внешнем энергетическом уровне (доноры электронов), либо наоборот, с очень малым числом электронов (акцепторы электронов). Более подробно валентные возможности атомов рассмотрены в соответствующей статье.
Ковалентная связь по донорно-акцепторному механизму образуется:
– в молекуле угарного газа CO (связь в молекуле – тройная, 2 связи образованы по обменному механизму, одна – по донорно-акцепторному): C≡O;
– в комплексных соединениях, химическая связь между центральным атомом и группами лигандов, например, в тетрагидроксоалюминате натрия Na[Al(OH)4] связь между алюминием и гидроксид-ионами;
– в азотной кислоте и ее солях — нитратах: HNO3, NaNO3, в некоторых других соединениях азота;
– в молекуле озона O3.
Основные характеристики ковалентной связи
Ковалентная связь, как правило, образуется между атомами неметаллов. Основными характеристиками ковалентной связи являются длина, энергия, кратность и направленность.
Кратность химической связи
Кратность химической связи — это число общих электронных пар между двумя атомами в соединении. Кратность связи достаточно легко можно определить из значения валентности атомов, образующих молекулу.
Например , в молекуле водорода H2 кратность связи равна 1, т.к. у каждого водорода только 1 неспаренный электрон на внешнем энергетическом уровне, следовательно, образуется одна общая электронная пара.
В молекуле кислорода O2 кратность связи равна 2, т.к. у каждого атома на внешнем энергетическом уровне есть по 2 неспаренных электрона: O=O.
В молекуле азота N2 кратность связи равна 3, т.к. между у каждого атома по 3 неспаренных электрона на внешнем энергетическом уровне, и атомы образуют 3 общие электронные пары N≡N.
Длина ковалентной связи
Длина химической связи – это расстояние между центрами ядер атомов, образующих связь. Ее определяют экспериментальными физическими методами. Оценить величину длины связи можно примерно, по правилу аддитивности, согласно которому длина связи в молекуле АВ приблизительно равна полусумме длин связей в молекулах А2 и В2: 
Длину химической связи можно примерно оценить по радиусам атомов, образующих связь, или по кратности связи, если радиусы атомов не сильно отличаются.
При увеличении радиусов атомов, образующих связь, длина связи увеличится.
При увеличении кратности связи между атомами (атомные радиусы которых не отличаются, либо отличаются незначительно) длина связи уменьшится.
Энергия связи
Мерой прочности химической связи является энергия связи. Энергия связи определяется энергией, необходимой для разрыва связи и удаления атомов, образующих эту связь, на бесконечно большое расстояние друг от друга.
Ковалентная связь является очень прочной. Ее энергия составляет от нескольких десятков до нескольких сотен кДж/моль. Чем больше энергия связи, тем больше прочность связи, и наоборот.
Прочность химической связи зависит от длины связи, полярности связи и кратности связи. Чем длиннее химическая связь, тем легче ее разорвать, и тем меньше энергия связи, тем ниже ее прочность. Чем короче химическая связь, тем она прочнее, и тем больше энергия связи.
Ионная химическая связь
Ионная связь — это химическая связь, основанная на электростатическом притяжении ионов.
Ионы образуются в процессе принятия или отдачи электронов атомами. Например, атомы всех металлов слабо удерживают электроны внешнего энергетического уровня. Поэтому для атомов металлов характерны восстановительные свойства — способность отдавать электроны.
+11 Na ) 2 ) 8 ) 1 — 1e = +11 Na + ) 2 ) 8
+17 Cl ) 2 ) 8 ) 7 + 1e = +17 Cl — ) 2 ) 8 ) 8
Обратите внимание:
Наглядно обобщим различие между ковалентными и ионным типами связи:
Металлическая химическая связь
Металлическая связь — это связь, которую образуют относительно свободные электроны между ионами металлов, образующих кристаллическую решетку.
У атомов металлов на внешнем энергетическом уровне обычно расположены от одного до трех электронов. Радиусы у атомов металлов, как правило, большие — следовательно, атомы металлов, в отличие от неметаллов, достаточно легко отдают наружные электроны, т.е. являются сильными восстановителями.
Межмолекулярные взаимодействия
Ориентационные силы притяжения возникают между полярными молекулами (диполь-диполь взаимодействие). Эти силы возникают между полярными молекулами. Индукционные взаимодействия — это взаимодействие между полярной молекулой и неполярной. Неполярная молекула поляризуется из-за действия полярной, что и порождает дополнительное электростатическое притяжение.
Водородные связи возникают между следующими веществами:
— фтороводород HF (газ, раствор фтороводорода в воде — плавиковая кислота), вода H2O (пар, лед, жидкая вода):
— раствор аммиака и органических аминов — между молекулами аммиака и воды;
— органические соединения, в которых связи O-H или N-H: спирты, карбоновые кислоты, амины, аминокислоты, фенолы, анилин и его производные, белки, растворы углеводов — моносахаридов и дисахаридов.
Водородная связь оказывает влияние на физические и химические свойства веществ. Так, дополнительное притяжение между молекулами затрудняет кипение веществ. У веществ с водородными связями наблюдается аномальное повышение температуры кипения.
Особенности полярной и неполярной химической связи
Неполярная и полярная химическая связь
Определение, общие сведения
Точное знание о строении атомного ядра химических элементов определилось в науке только в начале прошлого века. До этого из-за незнания о существовании электронов связь между частицами веществ объяснялось понятием о валентности.
В начале XVIII века ирландский химик Уильям Хиггинс опубликовал работу, где описал существование «неких связей между частицами веществ, которые являются соединительными связями между химическими элементами и их частицами».
Это заявление стало предвестником теории о валентности, а позже — теории о химических связях. Эта теория смогла объяснить химические свойства и особенности веществ, которые окружали человека.
Феномен химических связей объясняется стремлением всего к упорядочиванию. Химические элементы, атомы и их частицы стремятся к созданию уже определенных более устойчивых структур при меньших энергетических затратах. Разные вещества, с отличающимися свойствами, образуют разные химические связи, которые имеют особенные характеристики.
Современная химия различает несколько видов связей:
Наиболее распространенным типом химической связи является ковалентная связь.
Ковалентная химическая связь — химическая связь, которая образуется при взаимодействии атомов, по средствам перекрывания пар орбиталей их валентных электронов.
Теория об особых видах связи между частицами подтвердилась благодаря американскому химику Гилберту Льюису, который предложил теорию ковалентной связи в 1916 году. Благодаря этой теории ученый смог объяснить принцип связи между молекулами водорода Н2, азота N2, кислорода O2, галогенов (F2, Сl2, Вг2, I2).
Название ковалентной связи происходит от латинских «co» — совместно и «vales» — имеющий силу. Это название полностью определяет смысл ковалентной связи. В ходе обобществления валентных электронов происходит перекрытие орбиталей и объединение электронных пар.
Каждый из элементов связи получает необходимое для завершения последних энергетических уровней количество электронов, тем самым аккумулируя энергию связи по правилу октета.
Данный вид химической связи образуется между атомами химических элементов, относящихся к неметаллам. Все органические соединения образованы именно с помощью данного типа связи. Ковалентная связь характерна для простых веществ и сложных молекул.
Ковалентная связь при взаимодействии атомов бывает двух видов: полярная и неполярная. Атомы объединяются по типу обменного или донорно-акцепторного механизмов.
Образование ковалентной связи зависит от еще одного определения — электроотрицательности.
Электроотрицательность (ЭО) — способность атома в молекуле притягивать электронные пары в свою сторону.
В чем отличия, как различить
Ковалентная неполярная связь образуется между одинаковыми элементами. У таких соединений нет полюсов. Электроотрицательность двух атомов, вступающих в связь, одного химического элемента равна, а значит ни одна из частиц не притягивает электронные пары ближе к себе, электронная плотность распределяется равномерно.
Данный вид химической связи характерен для простых веществ: N2, F2, O2, H2 и других.
Ковалентная полярная связь образуется между веществами с разными ЭО. В таком случае, электронная связь смещается к элементу с бОльшей электроотрицательностью и появляется полярность соединения. Он становится отрицательно заряженным. Другой — положительно. Оба получают частичный заряд, а не почти полный (как в ионной связи). Они неярко выражены, а образовавшаяся молекула в целом имеет нейтральный заряд.
К таким соединениям относятся аммиак NH3, йодистый водород HI, вода H2O, хлористый водород HCl.
Графически полярная и неполярная ковалентная химическая связь выглядит так:
Образование связей, особенности, схема с примерами
Образование ковалентной связи приводит к возникновению новых общих электронных пар, располагающихся между центрами ядер атомов.
При ковалентной неполярной связи атомы одинаково вкладываются в создание электронных пар.
Образование молекулы хлора Cl2 происходит следующим образом:
Порядковый номер хлора согласно ПСХЭ Менделеева — 17. Это значит, что атом хлора имеет 17 электронов.
1 электронный слой имеет только 2 электрона.
2 слой заполняется по максимуму — 8 электронов.
3 слой обладает только 7 электронами. Ему не хватает еще одного для завершения электронного уровня.
Два атома хлора объединяются и предоставляют по одному неспаренному электрону друг другу для завершения электронного уровня — между ними возникает общая электронная пара.
Графически данный процесс выглядит следующим образом:
При ковалентной полярной связи один из атомов больше отдает, чем принимает, а второй — больше принимает, чем отдает электроны.
Образование молекулы фтористого водорода происходит следующим образом:
Водороду для завершения внешнего (1-го) электронного уровня не хватает 1 электрона. Фтору — также одного, однако изначально фтор обладает большей электроотрицательностью, чем водород в силу своего заряда. При образовании электронной связи он притягивает электронные пары к себе.
Графически данный процесс выглядит следующим образом:
Различают 2 вида механизмов образования ковалентных связей:
Первый тип встречается в природе гораздо чаще, нежели чем второй.
Обменный
Обменный механизм представляет собой взаимодействие между атомами, выполняющими одинаковые функции. Каждый из них предоставляет для процесса создания связи свободные (неспаренные) электроны.
По обменному механизму происходит образование H2, Cl2 и других соединений.
Донорно-акцепторный
Донорно-акцепторный механизм встречается, по сравнению с обменным, гораздо реже. Он характеризуется тем, что атомы, участвующие в создании химической связи, ведут себя различно. Один из них предоставляет электроны, а другой — место для них на своей свободной (вакантной) орбитали.
По донорно-акцепторному типу образован катион аммония NH4+ и комплексные соединения.
Графически данные механизмы выглядят так:
Гибридизация
Согласно модели атомного ядра, каждый атом химических элементов имеет орбитали разного типа — s, p, d, f. Атомы содержат эти орбитали независимо от количества электронов.
Гипотетический процесс смешения разных типов орбиталей у центрального атома многоатомной молекулы называется гибридизацией.
Гибридизация бывает следующих видов:
Самыми распространенными являются первые 3.
Гибридные электронные орбитали, содержащие валентные электроны, способны участвовать в образовании химических связей. Тип гибридизации центрального атома обуславливает геометрию многоатомной молекулы.
Центральным атомом в молекуле метана СH4 является углерод, тип гибридизации орбиталей его валентных электронов sp3, такой тип гибридизации всегда предполагает тетраэдрическую форму. При sp2-гибридизации молекулы имеют треугольную форму. Типу гибридизации sp обуславливает линейную или угловую геометрию. dsp2-гибридизация приводит к квадратной форме, а sp3d2-гибридизация — к октаэдрической.