Ковалентний зв’язок, її види
Ковалентний зв'язок - це хімічний зв'язок, що утворюється за рахунок загальних електронних пар.
Розглянемо механізм утворення ковалентного зв'язку з прикладу молекули водню H2. Атоми водню мають електронну формулу: 1H1s1.
При зближенні двох атомів водню відбувається взаємодія двох електронів з антипаралельними спинами (позначаються електрони стрілками з різних напрямків) із формуванням загальної (поділеної) електронної пари.
Схему утворення ковалентного зв'язку можна уявити, позначаючи неспарений електрон зовнішнього рівня однією точкою, а загальну електронну пару двома точками. Спільну електронну пару, тобто. ковалентний зв'язок, часто позначають рисою. Загальна електронна пара утворюється в результаті перекриття s-орбіталей атомів водню, при цьому в області перекривання орбіталей створюється підвищена щільність електронна.
Розглянемо утворення ковалентного зв'язку у молекулі хлору Cl2. Атоми хлору мають електронну формулу: 17Cl 1s2 2s2 2p6 3s2 3p5.
Атом хлору має сім електронів на зовнішньому енергетичному рівні, причому на 3p - підрівні знаходиться один неспарений електрон. При зближенні двох атомів хлору відбувається перекриття 3p - орбіталей з неспареними електронами та утворення загальної електронної пари. Кожен атом хлору в молекулі Cl2 зберігає три нерозділені електронні пари (які належать одному атому).
У молекулі водню H2, як і молекулі хлору Cl2, утворюється простий (одинарний) зв'язок. Існують молекули, у яких між двома атомами виникають дві чи три електронні пари. Такі ковалентні зв'язки називають, відповідно, подвійними чи потрійними. Загальна назва подвійних та потрійних зв'язків – кратні зв'язки.
Наприклад, розглянемо утворення ковалентного зв'язку вмолекула кисню O2. Атоми кисню мають електронну формулу: 8 O 1s2 2s2 2p4.
Атом кисню має шість електронів на зовнішньому енергетичному рівні, причому на 2p - підрівні знаходиться два неспарені електрони. В утворенні хімічного зв'язку в молекулі O2 беруть участь по два електрони кожного атома кисню. У разі утворюються дві загальні електронні пари (подвійний зв'язок). Кожен атом кисню в молекулі O2 зберігає дві нерозділені електронні пари.
При утворенні ковалентного зв'язку в молекулі водню кожен з атомів водню є стійкою двоелектронною конфігурацією за рахунок утворення загальної електронної пари. В інших випадках при утворенні ковалентного зв'язку, наприклад, молекулах хлору і кисню кожен з атомів є стійкою конфігурації, що складається з восьми електронів.
У разі всіх трьох розглянутих молекул (водню, хлору та кисню) ковалентний зв'язок утворився між атомами з однаковою електронегативністю. Така взаємодія спостерігається при утворенні простих речовин-неметалів, молекули яких складаються з двох однакових атомів. І тут загальні електронні пари розташовуються симетрично між ядрами атомів, з'єднуються. Внаслідок цього утворюються молекули, у яких центри позитивних та негативних зарядів збігаються.
Отже, ковалентний зв'язок, який утворюється між атомами з однаковою електронегативністю за рахунок загальних електронних пар, називають ковалентним неполярним зв'язком. Треба запам'ятати, що такий тип хімічного зв'язку утворюється у простих речовин-неметалів. Як приклади речовин з ковалентним неполярним типом зв'язку можна назвати фтор F2, бром Br2, йод I2, азот N2.
Якщо атоми, які взаємодіють, мають різну електронегативність (атоми різниххімічних елементів), то загальна електронна пара зміщуватиметься до атома з більшою електронегативністю. При цьому на атомі з більшою електронегативністю формується частковий негативний заряд, а на атомі з меншою електронегативністю - частковий позитивний заряд. Ці часткові заряди за абсолютним значенням менше одиниці.
Наприклад, при утворенні молекули водень хлориду HCl відбувається перекриття s-орбіталі атома водню та p-орбіталі атома хлору. Загальна електронна пара розташована несиметрично щодо центрів атомів, що взаємодіють. Вона зміщується більш електронегативного хлору.
На атомі хлору формується частковий негативний заряд, але в атомі водню — частковий позитивний заряд. І тут у молекулі центри позитивних і негативних зарядів не збігаються. Такі молекули називають полярними або диполями. Диполь - це система з двох зарядів, які є однаковими за величиною, але протилежними за знаком.
Отже, ковалентний зв'язок, який утворюється між атомами, електронегативності яких відрізняються, але незначно, називають ковалентним полярним зв'язком. Треба запам'ятати, що такий тип хімічного зв'язку утворюється у складних речовинах, утворених атомами неметалів. Як приклади речовин із ковалентним полярним типом зв'язку можна назвати водень фторид HF, вода H2O, аміак NH3, метан CH4, карбон (IV) оксид CO2.
Для молекули з ковалентним типом хімічного зв'язку можна записати електронну та структурну (графічну) формулу. Електронна формула складається із символів хімічних елементів, навколо яких точками позначені електрони зовнішнього рівня, а між атомами – загальні електронні пари. Структурна (графічна) формула - це формула, в якій кожна спільна електронна паразображується рисою. Як електронна, і структурна формули показують порядок повідомлення атомів у молекулі, їх взаємозв'язок.