§11. Ковалентная химическая связь
i. Работа в информационной среде
1. Найдите в Интернете электронные адреса, раскрывающие содержание ключевых слов и словосочетаний параграфа для создания классного банка данных.
Ответ:
1. http://www.hemi.nsu.ru/ucheb132.htm
2. https://dic.academic.ru/dic.nsf/ruwiki/972648
3. https://ru.wikipedia.org/wiki/Ковалентная_связь
4. https://foxford.ru/wiki/himiya/kovalentnaya−svyaz−i−ee−harakteristiki
2. Используя ресурсы Интернета, подготовьте информационный продукт (по выбору): презентацию по теме урока или сообщение по одному из ключевых слов (словосочетаний) параграфа.
Ответ:
Ковалентная химическая связь
Ковалентная связь (от лат. co — «совместно» и vales — «имеющий силу») — химическая связь, образованная перекрытием (обобществлением) пары валентных (находящихся на внешней оболочке атома) электронных облаков. Обеспечивающие связь электронные облака (электроны) называются общей электронной парой.
Характерные свойства ковалентной связи — направленность, насыщаемость, полярность, поляризуемость — определяют химические и физические свойства соединений.
Направленность связи обусловлена молекулярным строением вещества и геометрической формы их молекулы.
Углы между двумя связями называют валентными.
Насыщаемость — способность атомов образовывать ограниченное число ковалентных связей. Количество связей, образуемых атомом, ограничено числом его внешних атомных орбиталей.
Полярность связи обусловлена неравномерным распределением электронной плотности вследствие различий в электроотрицательностях атомов.
По этому признаку ковалентные связи подразделяются на неполярные и полярные (неполярные — двухатомная молекула состоит из одинаковых атомов ($H_{2}, Cl_{2}, N_{2}$) и электронные облака каждого атома распределяются симметрично относительно этих атомов; полярные — двухатомная молекула состоит из атомов разных химических элементов, и общее электронное облако смещается в сторону одного из атомов, образуя тем самым асимметрию распределения электрического заряда в молекуле, порождая дипольный момент молекулы).
Поляризуемость связи выражается в смещении электронов связи под влиянием внешнего электрического поля, в том числе и другой реагирующей частицы. Поляризуемость определяется подвижностью электронов.
Полярность и поляризуемость ковалентных связей определяет реакционную способность молекул по отношению к полярным реагентам.
Электроны тем подвижнее, чем дальше они находятся от ядер.
Существуют три вида ковалентной химической связи, отличающихся механизмом ее образования:
1. Простая ковалентная связь. Для ее образования каждый из атомов предоставляет по одному неспаренному электрону. При образовании простой ковалентной связи формальные заряды атомов остаются неизменными. Если атомы, образующие простую ковалентную связь одинаковы, то истинные заряды атомов в молекуле также одинаковы, поскольку атомы, образующиеся связь в равной степени владеют обобществленной электронной парой, такая связь называется неполярной ковалентной связью. Если атомы различны, тогда степень владения обобществленной парой электронов определяется различием в электроотрицательностях атомов, атом с большей электроотрицательностью в большей степени обладает парой электронов связи, и поэтому его истинный заряд имеет отрицательный знак, атом с меньшей электроотрицательностью приобретает соответственно такой же по величине заряд, но с положительным знаком.
2. Донорно-акцепторная связь. Для образования этого вида ковалентной связи оба электрона предоставляет один из атомов (донор), второй из атомов, участвующий в образовании связи называется акцептором. В образовавшейся молекуле формальный заряд атома донора увеличивается на единицу, а формальный заряд атома акцептора уменьшается на единицу.
3.Семиполярная связь. Этот вид ковалентной связи образуется между атомом, обладающим неподеленной парой электронов (азот, фосфор, сера, галогены и т. п.) и атомом с двумя неспаренными электронами (кислород, сера). Образование семиполярной связи протекает в два этапа:
− окисление (перенос одного электрона) атома с НЭП атомом с двумя неспаренными электронами. В результате атом с НЭП превращается в катион−радикал (положительно заряженная частица с неспаренным электроном), а атом с двумя неспаренными электронами − в анион−радикал (отрицательно заряженная частица с неспаренным электроном).
− обобществление неспаренных электронов (как в случае простой ковалентной связи).
?. Вопросы и задания
1. Все элементы главной подгруппы VII группы (VIIА группы) Периодической системы Д.И. Менделеева (подгруппы фтора) образуют простые вещества, состоящие из двух атомных молекул. Запишите электронную схему образования и структурную формулу таких молекул, пользуясь общим химическим знаком для всей подгруппы Г (галоген).
Ответ:
Электронная формула:
•• •• •• ••
:Г• + •Г : → :Г(:)Г:
•• •• •• ••
Структурная формула.
Г- Г
2. Запишите схемы образования химических связей для веществ, состав которых отображают формулами KCl и $Cl_{2}$.
Ответ:
1. KCl.
Калий — это элемент главной подгруппы I группы Периодической системы Д.И. Менделеева, металл. Его атому легче отдать один внешний электрон, чем принять недостающие семь.
Хлор — элемент главной подгруппы VII группы, неметалл. Его атому легче принять 1 электрон, чем отдать 7 электронов с внешнего уровня.
Найдём наименьшее общее кратное между зарядами образовавшихся ионов, оно равно 1 (1 * 1). Затем определим, сколько атомов калия нужно взять, чтобы они отдали один электрон (т.е. надо взять 1 атом калия), и сколько атомов хлора надо взять, чтобы они могли принять один электрон (т.е. нужно взять 1 атом хлора).
K0 — 1e- → K+
Cl0 + 1e- → Cl-
K0 + Cl0 → K+Cl-
| 1e ↑
2. $Cl_{2}$
Хлор — это элемент главной подгруппы VII группы. Его атомы имеют по семь электронов на внешнем уровне. Чтобы определить число неспаренных электронов, воспользуемся формулой:
8 – N = число неспаренных электронов, где N— номер группы химического элемента.
Следовательно, атомы хлора будут иметь (8 – 7 = 1) один неспаренный электрон.
•• •• •• ••
:Cl• + •Cl: → :Cl(••)Cl:
•• •• •• ••
Cl − Cl
Связь между атомами одного и того же элемента ковалентная.
3. Сколько неспаренных электронов имеют атомы серы? Какая связь будет в молекулах $S_{2}$? Запишите схему образования химической связи в молекулах $S_{2}$.
Ответ:
Сера (S) — это элемент главной подгруппы VI группы, неметалл. Его атомы имеют по шесть электронов на внешнем уровне.
Чтобы определить число неспаренных электронов, воспользуемся формулой:
8 – N = число неспаренных электронов, где N— номер группы химического элемента.
Следовательно, атомы серы будут иметь (8 – 6 = 2) два неспаренный электрона.
В молекуле $S_{2}$ атомы связаны двумя общими электронными парами, поэтому связь двойная. Связь между атомами одного и того же элемента, ковалентна.
Схема образования химической связи в молекуле $S_{2}$:
•• •• •• ••
•S• + •S• → S(::)S
•• •• •• ••
S = S
4. Расположите в порядке увеличения прочности химической связи вещества с формулами $S_{2}, Cl_{2}, N_{2}$ и обоснуйте правильность своего решения. Как будет изменяться длина связи в молекулах составленного вами ряда?
Ответ:
Чем больше общих электронных пар у атомов в молекуле, тем прочнее связаны они друг с другом и тем меньше расстояние между ядрами атомов, соответственно, меньше длина связи.
В ряде соединений $Cl_{2}, S_{2}, N_{2}$ увеличивается прочность связи и уменьшается длина связи. Это связано с кранотстью связи как показано далее.
У хлора 7 электронов на внешнем энергетическом уровне.
•• •• •• ••
:Cl• + •Cl: → :Cl(••)Cl:
•• •• •• ••
$Cl - Cl$
В молекуле $Сl_{2}$ атомы связаны одной общей электронной парой, поэтому связь одинарная.
У серы 6 электронов на внешнем энергетическом уровне.
•• •• •• ••
•S• + •S• → S(::)S
•• •• •• ••
$S = S$
В молекуле $S_{2}$ атомы связаны двумя общими электронными парами, поэтому связь двойная.
У азота 5 электронов на внешнем энергетическом уровне.
• • • •
:N• + •N: = :N(:::)N:
• • • •
N ≡ N
В молекуле $N_{2}$ атомы связаны тремя общими электронными парами, поэтому связь тройная.
5. Разделите вещества на две группы по типу химической связи: $N_{2}, Li_{2}O, KCl, O_{2}, CaF_{2}, H_{2}$.
Ответ:
Ионная связь Ковалентная связь
(между металлом (между атомами
и неметаллом) неметаллов)
$Li_{2}O$ $N_{2}$
$KCl$ $O_{2}$
$CaF_{2}$ $H_{2}$
