На прошлом занятии Вы изучили понятие электроотрицательности и сделали определенные выводы по поводу того, как положение элементов в ПСХЭ связано с разницей электроотрицательностей.
Это был первый шаг для определения физических свойств химических веществ. Мы будем работать по следующей схеме:
Существует несколько видов связей. Сегодня рассмотрим ту, которая называется "Ковалентная связь".
Тип элементов, образующих связь напрямую влияет на тип связи. Ковалентная связь образуется при разнице электроотрицательностей от 0 до 1,8.
Вспомним, в каких случаях это возможно.
Так как при образовании ковалентной связи оба участвующих элемента обладают высокой электроотрицательностью, то образуется общая электронная пара. Положительные ядра элементов притягиваются к отрицательной общей паре электронов.
Ядро каждого из элементов, образующих связь, пытается притянуть общую пару электронов к себе. И лучше всего получается это сделать тому элементу, чья электроотрицательность выше.
Если же разность электроотрицательностей мала и не превышает 0,4, то общая электронная пара располагается примерно посередине двух атомов. Чаще всего это наблюдается в простых веществах, где разность электроотрицательностей равна нулю. Такая ковалентная связь называется ковалентной неполярной.
Большее перекрытие образуется в случаях, когда ядра находятся ближе друг к другу и когда связь короче. При перекрытии атомных орбиталей образуются молекулярные орбитали.
Диаграмма "точек и крестов"
Диаграмма "точек и крестов" - схематическое представление вещества, в котором электроны внешнего слоя одного элемента обозначаются точками, а электроны внешнего уровня другого элемента обозначаются крестиками. Чаще всего, если это специально не оговорено, электроны внутренних уровней не отрисовываются.
Используем алгоритм, для того, чтобы изобразить диаграмму точек и крестов молекулы водорода.
1. Молекула состоит из двух атомов водорода. Водород - неметалл.
2. Так как связь образована между двумя одинаковыми атомами неметалла - связь ковалентная неполярная.
3. На внешнем слое каждого атома водорода находится по 1 электрону.
4. Водород находится в 1 периоде, соответственно, максимальное количество электронов на внешней оболочке 2. Каждому атому водорода не хватает по 1 электрону.
5. Образуется одинарная связь.
Слева изображено начало исполнения диаграммы "точек и крестов", где связь отрисована с помощью изображения пары электронов. Справа изображена структурная формула, где связь изображена с помощью линии. Линия обозначает общую пару электронов.
6. У атомов водорода больше нет других электронов, поэтому этот пункт пропускаем.
7. Так как было определено, что связь ковалентная, это обозначается на диаграмме с помощью двух скобок, описывающих связь.
Нарисуйте по данному алгоритму диаграммы "точек и крестов" и структурные формулы для молекул хлора, кислорода и азота. В структурных формулах неподеленные пары электронов без необходимости не пишут. Пишут только в тех заданиях, где нужно подчеркнуть их наличие. Например, при записи механизмов в старших классах.
Атом хлора на последнем слое имеет 7 электронов. Для хлора, находящегося в 3 периоде, максимальное количество электронов 8, значит, не хватает 1 электрона. Образуется одинарная ковалентная связь. Один электрон от каждого атома образует общую пару электронов. Остальные 6 электронов - образуют неподеленные пары электронов.
У атома кислорода на внешнем слое 6 электронов. Кислород находится во втором периоде, максимальное количество электронов 8, не хватает каждому атому по 2 электрона. Образуется двойная ковалентная связь. Два электрона от каждого атома входят в состав общих электронных пар, остальные 4 электрона образуют неподеленные электронные пары.
У атома азота на внешнем слое 5 электронов. Он расположен во 2 периоде, до 8 электронов не хватает по 3 электрона, значит, образуется тройная ковалентная связь. Три электрона от каждого атома азота образует общие пары электронов. Остальные два электрона образуют неподеленные пары электронов.
Если два атома образующие ковалентную связь разные и разность электроотрицательностей между ними находится в промежутке 0,4-1,8, то образующаяся ковалентная связь называется ковалентной полярной.
Правила и алгоритм действий при изображении диаграммы "точек и крестов" для сложных веществ такой же, как и для простых.
Общая пара электронов находится ближе к атому с большей электроотрицательностью, однако это не отображается на диаграммах подобного вида.
Построим диаграмму "точек и крестов для молекулы хлороводорода.
1. Хлор и водород - неметаллы.
2. Между неметаллами образуется ковалентная связь. В данном случае ковалентная полярная.
3. У хлора на последнем слое 7 электронов, а у водорода 1.
4. Хлору не хватает до 8 одного электрона, водороду не хватает до 2 одного электрона.
5. Образуется одинарная ковалентная связь.
6. У атома водорода больше нет электронов. У атома хлора на последнем слоее есть еще 6 электронов, которые образуют 3 пары неподеленных электронов.
7. Ковалентную связь обозначаем круглыми скобками.
Попробуйте составить диаграммы для молекул воды, метана и углекислого газа.
В состав молекулы воды входит один атом кислорода и два атома водорода. У атома кислорода на внешнем слое 6 электронов. Для завершения не хватает 2 электронов. У атомов водорода на последнем слое 1 электрон. До завершения не хватает по 1 электрону. Кислород - центральный атом. Он образует две одинарные связи, по одной с каждым атомом водорода. На образование общих пар электронов кислород потратит два электрона. Оставшиеся 4 образуют две неподеленные пары электронов.
Молекула метана состоит из одного атома углерода и четырех атомов водорода. Атом углерода будет располагаться в центре. В атоме углерода на последнем слое 4 электрона, до 8 не хватает 4. У атомов водорода на последнем слое по 1 электрону. До 2 не хватает 1. Будет образовано 4 одинарных связи. Ни у атома углерода ни у атомов водорода на внешнем слое больше нет электронов, кроме тех, что образовали связь, значит, неподеленных пар электронов на внешнем слое нет.
Молекула углекислого газа состоит из 1 атома углерода и 2 атомов кислорода. Атом углерода на внешнем слое содержит 4 электрона. До 8 не хватает 4. Атомы кислорода на внешнем слое содержат по 6 электронов. До 8 не хватает 2. Значит образуется две двойные связи. У кислорода есть еще по 4 электрона на внешнем слое, кроме тех, что задействованы в связи, значит нужно дорисовать по две неподеленных пары электронов каждому атому кислорода.
Если в диаграмме точек и крестов полярность связи не подчеркивается, то в структурной формуле при необходимости можно это обозначить. В правом верхнем углу элемента с большей электроотрицательностью Проставляют знак дельта минус, а в правом верхнем углу элемента с меньшей электроотрицательностью проставляют знак дельта плюс.
Дельта плюс и дельта минус обозначают возникновение частичных зарядов, но не отражают их величину.