Алмаз и кремний имеют высокую твердость и не растворяются в воде, а кристаллы поваренной соли хоть и тверды, но отлично растворимы. Эти физические свойства обусловлены разным строением вещества и разными химическими связями между атомами. В этом материале мы рассмотрим наиболее прочные химические связи в молекуле — ковалентные.
Химическая связь — взаимодействие атомов, осуществляемое путём обмена электронами или их перехода от одного атома к другому.
Причиной образования химической связи является стремление системы к более устойчивому состоянию. Например, у одного атома есть один или два электрона на внешнем уровне, ему нужно тратить определенные силы, чтобы их удерживать и на это тратится энергия. У другого атома как раз не хватает электронов чтобы принять свое стабильное состояние, поэтому ему тоже живется тяжело. Когда же они объединяются, одному удобно передать свои электроны другому атому, а ему принять их, так получается химическая связь.
Различают четыре основных типа химической связи: ковалентную, ионную, металлическую и водородную.
Важнейшей характеристикой атома при образовании химической связи является его электроотрицательность (ЭО) — способность притягивать электроны.
Электроотрицательность - это суперсила перетягивать на себя электроны, но кто-то оказывается сильнее, а кто-то — слабее (это как с перетягиванием каната).
Что такое ковалентная связь?
Ковалентная связь — это образование общей электронной пары у двух атомов вещества при сближении ядер этих атомов.
Как происходит такое взаимодействие? Атом водорода отличается очень простым строением — его электронное облако или орбиталь содержит лишь один свободный (валентный) электрон. При сближении двух атомов водорода их орбитали пересекаются и начинают частично перекрывать друг друга.
Свободные электроны на этих орбиталях объединяются в пару, которая принадлежит обоим участникам взаимодействия. Это и есть процесс образования ковалентной связи. По ее итогам каждый атом имеет уже два электрона и приобретает устойчивую внешнюю оболочку.
В зависимости от того, будет ли пара принадлежать обоим атомам в равной мере или сместится к одному из них, ковалентная связь бывает полярной или неполярной.
Ковалентная неполярная связь
Если вернуться к примеру с водородом, нужно помнить, что: при ковалентной связи пара электронов становится общей для обоих атомов. При этом область повышенной электронной плотности (область нахождения электронной пары) находится посередине относительно центров ядер атомов, то есть пара электронов в равной степени принадлежит обоим атомам водорода. Такая связь называется ковалентной неполярной связью.
Химическую связь между атомами элементов, в результате которой электроны в равной степени принадлежат обоим атомам, называют ковалентной неполярной связью.
Ковалентная неполярная связь образуется между атомами элементарных веществ с одинаковой ЭО, например H2, N2, O2, F2, Cl2, Br2,I2, P4, S8.
Ковалентная полярная связь
Мы рассмотрели, как проходит ковалентная химическая связь в молекулах, где все частицы одинаковы. Но если сблизить два атома с разной ЭО — например, водорода и хлора, получится другая картина. Поскольку у хлора ЭО выше и он притягивает электроны немного сильнее, чем водород, общая пара смещается в его сторону. Другими словами, у такой химической связи есть полярность.
Атом, принимающий электроны (в данном случае хлор), приобретает условно отрицательный заряд. Второй же атом, отдающий валентные электроны, заряжается положительно.
Ковалентная полярная связь — это электронный обмен между двумя атомами в молекуле вещества, при котором общая пара электронов смещается к одному атому (более электроотрицательному). Электронная плотность распределена неравномерно.
Ковалентная полярная связь образуется между атомами неметаллов с разной ЭО в составе сложных веществ.
Рассмотрим подробный пример.
В молекуле аммиака NH3 атом азота имеет 3 свободных электрона, т. е. может образовать 3 химические связи. Поскольку это сложное вещество, состоящее из атомов неметаллов, можно говорить о полярности. Атом азота имеет общие электронные пары с тремя атомами водорода. При этом азот обладает более высокой ЭО, чем водород, поэтому электронная плотность смещена в его сторону.
Формула данного вещества с ковалентной полярной связью: