Прежде, чем попытаться приблизиться непосредственно к ковалентному типу химической связи, внесём ясность относительно того, о чём собственно идёт речь. Что такое химическая связь вообще? На этот вопрос, я думаю, в массовом сознании едва ли найдётся ответ. Мы же с Вами здесь собрались для того, чтобы в том числе немного преодолеть те ограничения, которые накладывает на нас обыденное сознание.
Итак, давайте размышлять. Химическая связь - это некие силы, которые удерживают атомы (а иногда и молекулы) между собой, верно?
А какова природа этих сил?
Из курса физики мы знаем о четырёх фундаментальных типах взаимодействия: гравитационном, электромагнитном, сильном и слабом ядерном взаимодействиях. Первое из них слишком слабое, два последних действуют внутри ядра, остаётся электромагнитное взаимодействие.
И действительно, как бы ни было странно это признавать, природа химической связи на самом деле носит исключительно физический характер - всё, что удерживает атомы(а иногда и молекулы) между собой, все химические связи сводятся в конечном итоге к одному и тому же - электромагнитному взаимодействию, то есть взаимному притяжению разноимённо заряженных частиц. И, если в случае ионной связи всё достаточно очевидно (об инной связи тут), то в случае ковалентной - не очень. Итак мы выдвигаемся, чтобы понять, каким же образом разноимённо заряженным частицам нужно притягиваться друг к другу, чтобы мы назвали это ковалентной связью!
Начнём с того, что сведём всё многообразие природы атомов химических элементов до двух воплощений, а именно до металлов и неметаллов (как отличать металлы от неметаллов тут).
Металлы (Ме) характеризуются металлическими свойствами - способностью отдавать электроны, неметаллы (неМе) - неметаллическими свойствами - способностью эти электроны принимать (подробнее об этом тут).
На этом этапе мы приходим к формированию вот такой незатейливой схемы, которая в первом приближении даёт нам представление о типах химической связи.
И если в случае с ионной связью всё логично: металл отдаёт электроны, неметалл - принимает, то в случае с ковалентной связью возникает вопрос: если ковалентная связь - это связь, образованная между атомами химических элементов неметаллов, которые характеризуются неметаллическими свойствами, то есть, способностью принимать электроны, то откуда они будут принимать эти электроны?
Ответ: из обобществлённых электронных пар! Атомы химических элементов неметаллов, образуя ковалентную химическую связь, реализуют свою способность принимать электроны, воспринимая обобществлённые электронные пары.
Прежде чем мы рассмотрим конкретные примеры стоит сказать, что ковалентная связь, как было видно на одной из схем выше, бывает двух типов: полярная и неполярная.
Отличить ковалентные связи друг от друга очень просто, достаточно запомнить, что в случае, если мы имеем дело с химической связью между атомами одного химического элемента неметалла, то связь ковалентная неполярная, если же разных химических элементов неметаллов, то ковалентная полярная. Объяснить, почему терминологически состоялись именно эти понятия, мы сможем ниже.
Пришло время рассмотреть конкретные примеры!
Молекула кислорода.
Как известно, газ кислород, которым мы дышим, кислород как вещество, на планете Земля представлен в виде двухатомных молекул.
Чтобы добраться до строения молекулы и понимания того, почему именно такая форма существования этого вещества отвечает и химическому и физическому смыслу, рассмотрим электронную конфигурацию атома кислорода.
Как мы видим, в составе внешнего энергетического уровня атома кислорода можно выделить две неподелённые электронные пары (НЭП) и два неспаренных электрона(подробнее об этом тут).
Далее построим модель атома кислорода, символически обозначив электрон точкой.
Как мы знаем, атомы химических элементов, образуя химические связи, стремятся приобрести электронную конфигурацию инертного благородного газа (об этом тут). В данном случае таковым является неон (Ne), у которого на внешнем энергетическом уровне 8 электронов. У нашего кислорода, я напомню, 6. Почему же атомам кислорода химически выгодно вступать во взаимодействие? Дело в том, что атомы кислорода, образуя химическую связь, обобществляют имеющиеся у них неспаренные электроны, из которых формируются две обобществлённые электронные пары, что и позволяет каждому из атомов кислорода получить в своё распоряжение 2 дополнительных электрона.
Если химический смысл может быть нам теперь понятен, то электромагнитная природа данного взаимодействия по прежнему остаётся неочевидной.
Дело в том, что в молекуле кислорода при перекрывании атомных электронных орбиталей, на прямой, соединяющей центры атомов, возникает область повышенной электронной плотности, которую условно мы обозначили как δ-, то есть область повышенной электронной плотности. Данная область, во-первых, становится центром притяжения для положительно заряженных ядер, а во-вторых, экранирует положительно заряженные ядра друг от друга, то есть снижает их силы взаимного отталкивания.
Ну, а так как данная связь образована атомами одного химического элемента неметалла, то и охарактеризовать мы её можем как ковалентную неполярную. Почему неполярную? Дело в том, что подобная связь образована атомами одного химического элемента неметалла, то есть, атомами обладающими одинаковым значением электроотрицательности (подробнее об электроотрицательности тут), то есть электронная плотность оказывается равномерно распределена по всей молекуле, что не позволяет говорить о наличии каких бы то ни было полюсов положительного и отрицательного зарядов.
Ух. В следующей части мы рассмотрим ковалентную полярную химическую связь, а потом и донорно-акцепторный механизм образования ковалентной связи, а на этом у меня всё. Спасибо. Пока.