Итак, в предыдущей части мы выяснили, что:
- Химическая связь в своей сущности имеет физическую природу взаимодействия электромагнитного характера.
- Что ковалентная связь при некотором упрощении - это связь между атомами химических элементов неметаллов посредством обобществлённых электронных пар.
- Что говорить о ковалентной НЕполярной химической связи мы можем в том случае, если связь эта образована между атомами одного химического элемента неметалла.
В этой серии наша задача состоит в том, чтобы, во-первых, определить химический смысл ковалентной полярной химической связи, то есть, объяснить, почему с химической точки зрения атомам оказывается выгодно образовывать подобного рода связь, а, во-вторых, найти физический смысл данного взаимодействия, то есть, увидеть те самые разноимённые заряды, посредством которых частицы и оказываются удерживаемыми между собой.
Согласно данной схеме:
Ковалентная полярная химическая связь - связь, образующаяся между атомами разных химических элементов неметаллов.
Рассмотрим пример! В качестве такового подойдёт всем нам хорошо известное вещество, химическую формулу которого, вероятно, знают даже самые далёкие от химии представители нашего вида. Речь, конечно, идёт о воде.
Водород (H) и кислород (O), входящие в состав воды, по своей природе относятся к неметаллам (подробнее об этом здесь).
Чтобы подобраться к строению молекулы воды, нам необходимо рассмотреть электронную конфигурацию атомов водорода и кислорода (подробнее об этом здесь)
Мы видим, что у атома водорода в составе электронной оболочки имеется один единственный неспаренный электрон, тогда как у атома кислорода на внешнем, втором, энергетическом уровне имеется 6 электронов, из которых 4 электрона образуют две неподелённые электронные пары, а оставшиеся 2 электрона оказываются неспаренными.
Исходя из этого построим очень простые модели атомов водорода и кислорода с учётом строения их внешнего энергетического уровня (почему внешнего? дело в том, что в нашем случае в образовании химической связи, то есть валентными электронами, будут лишь электроны на внешнем энергетическом уровне).
Электрон атома водорода мы обозначили крестиком, а электроны атома кислорода - кружочками лишь для того, чтобы отличать их друг от друга в нижеследующей схеме.
Но прежде чем мы построим электронную модель молекулы воды, мы вспомним о том, какую энергетическую задачу преследуют атомы, образуя химическую связь. Дело в том, что атомы, образуя химическую связь, стремятся приобрести электронную конфигурацию инертных благородных газов, которая характеризуется повышенной устойчивостью и стабильностью. И для атома водорода это электронная конфигурация гелия (He), а для кислорода - неона (Ne).
И как же нашим атомам водорода и кислорода получить в своё распоряжение недостающее число электронов? Обобществить имеющиеся у них неспаренные электроны!
Образуя одну обобществлённую электронную пару с атомом кислорода каждый атом водорода получает в своё распоряжение 2 электрона, что соответствует электронной конфигурации инертного благородного газа гелия, атом же кислорода в свою очередь, образуя за счёт имеющихся у него двух неспаренных электронов две обобществлённые электронные пары получает в своё распоряжение 8 электронов на внешнем энергетическом уровне, что соответствует электронной конфигурации инертного благородного газа неона. Таким образом мы понимаем, как реализуется химический смысл образования ковалентной полярной химической связи!
Осталось понять, что же с физической точки зрения удерживает атомы между собой и почему этимологически данный тип связи стал полярным.
Посмотрим на ряд электроотрицательности неметаллов. (подробнее об электроотрицательности тут)
Кислород в данном ряду находится значительно правее водорода, а это значит, что кислород - значительно более электроотрицательный атом, чем водород. Если вспомнить, что электроотрицательность - это способность атомов химических элементов оттягивать на себя электронную плотность, станет ясно, что в паре кислород-водород (O-H) кислород будет оттягивать на себя обобществлённые ими электронные пары.
Упростим вышеобозначенную схему. Дело в том, что в так называемых структурных формулах на месте обобществлённой электронной пары можно разместить обычную чёрточку и при этом не потерять в смысловой нагрузке.
Далее, так как атом кислорода более электроотрицательный, то он будет оттягивать на себя обобществлённые электронные пары, на месте которых у нас имеются чёрточки. Символически обозначить оттягивание электронной плотности мы можем с помощью стрелочек, направленных в сторону более электроотрицательного атома, в нашем случае это атом кислорода.
Так атом кислорода оттягивает на себя электронные пары, то он как бы укутывается в электронное одеялко, а так как электроны несут отрицательный заряд, то и атом кислорода приобретает частичный повышенный отрицательный заряд, что мы обозначили как δ- (дельта минус). Атомы водорода в свою очередь в случае оттягивания от них обобществлённых электронных пар приобретают частичный положительный заряд δ+, так как положительный заряд их ядра оказывается менее скомпенсированным. И это, как Вы понимаете, развязка нашей истории!
Пройденный нами путь позволяет понять, почему на атомах водорода формируется полюс положительного заряда, а на атоме кислорода полюс отрицательного заряда, что, во-первых, объясняет этимологию полярности данной ковалентной связи, а, во-вторых, разноимённо заряженные частицы, это нам известно из курса физики, притягиваются друг к другу, что и реализует физический смысл данного типа взаимодействия!
А на этом у меня всё. В следующий раз рассмотрим различные механизмы образования ковалентной связи. Спасибо. Пока.