Урок № 20.

Тема: Ковалентний зв'язок, його утворення.

Мета: сформувати уявлення про утворення ковалентного зв'язку на основі знань про електронегативність та будову атомів, навчитися розрізняти ковалентний полярний і неполярний зв'язок, навчитися розрізняти речовини з ковалентними полярними та неполярними зв'язками.

Подивись відео, вивчи теорію.

Відео Тетяни Базавлук,https://www.youtube.com/watch?v=19L9Maka-XQ&t=513s

Утворення ковалентного зв'язку

Ковалентний зв'язок утворюється при взаємодії неметалічних елементів. Атоми неметалічних елементів мають високу електронегативність і намагаються заповнити зовнішній електронний шар за рахунок чужих електронів. Два таких атома можуть перейти в стійкий стан, якщо об'єднають свої електрони.

Ковалентний зв'язок — це зв'язок між атомами неметалічних елементів, він утворюється за рахунок спільних електронних пар.

Розглянемо виникнення ковалентного зв'язку в простих речовинах.


Розглянемо обмінний механізм утворення ковалентного неполярного зв'язку.

• Ковалентний неполярний зв'язок утворюється між атомами неметалічних елементів із приблизно однаковою електронегативністю.

Приклад

Елементами з приблизно однаковою електронегативністю прийнято вважати такі, у яких різниця значень електронегативності незначна: від 0 (однакові ЕН) до 0,4. Які ж речовини утворені атомами елементів з такою електронегативністю?

Підказка: Прості речовини H2, O2, O3, Cl2, а є ще S8, Р4.та інші. Це зрозуміло, адже до складу цих молекул входять однакові атоми, отже, і електронегативність у них однакова. Тепер візьмемо таблицю електронегативностей (див. табл. 3 на с. 56).

Знайдіть елементи, в яких різниця електронегативностей незначна. Не забувайте, що ми шукаємо тільки неметалічні елементи. От, наприклад:

  • С (ЕН дорівнює 2,5) і S (ЕН дорівнює 2,6);

  • Н (ЕН дорівнює 2,1) і Р (ЕН дорівнює 2,1) — очевидно, у цих випадках зв'язок ковалентний неполярний.

Механізм утворення ковалентного неполярного зв'язку

Розглянемо, як і чому утворюється ковалентний неполярний зв'язок. Кожен атом, що бере участь в утворенні хімічного зв'язку, прагне завершити свій зовнішній рівень, тобто на зовнішньому рівні в нього має бути 8 електронів (октет). Винятком є Гідроген, у якого завершений перший рівень має 2 електрони.

Розглянемо утворення молекули водню. У кожного атома Гідрогену є неспарений електрон.

У випадку, якщо два атоми об'єднаються в молекулу, атоми матимуть можливість використовувати електрони один одного для завершення рівня.

Для початку атоми мають зіштовхнутися.

При цьому відбувається таке: електронна орбіталь одного атома притягується ядром іншого атома:


У випадку, якщо два атоми об'єднаються в молекулу, атоми матимуть можливість використовувати електрони один одного для завершення рівня.

Для початку атоми мають зіштовхнутися.

При цьому відбувається таке: електронна орбіталь одного атома притягується ядром іншого атома:


Атоми зближуються. Це зближення відбувається доти, поки не почнуть відштовхуватися ядра атомів і електронні оболонки.

Хімічний зв'язок утворюється, коли сили притягання й відштовхування між ядрами й електронними оболонками дорівнюватимуть одна одній.


Неспарені електрони обох атомів утворюють спільну електронну пару, яка належить обом атомам. При цьому виникає спільна електронна орбіталь із найбільшою електронною густиною в між'ядерному просторі, що врівноважує відштовхування позитивно заряджених ядер.

Таким чином, утворення ковалентного неполярного зв'язку між атомами Гідрогену можна зобразити так:


Схематично показують ковалентний зв'язок двома крапками між атомами: Н : Н. Це електронна формула. Крапки тут позначають електрони, які беруть участь в утворенні зв'язку.

— Я зрозумів: електронні орбіталі обох атомів ніби змішались в одну велику хмару.

Але це зовсім не означає, що там замість крапок постійно перебувають два кругленьких електрончики. Просто між ядрами майже весь час є ділянка, в якій імовірність перебування цих електронів дуже висока.

Замість двох крапок можна намалювати одну риску — один зв'язок: Н - Н. Це структурна формула.

Зверніть увагу: умовою утворення ковалентного зв'язку є протилежна спрямованість спінів електронів!

Ділянка найбільшої електронної густини, утворена за перекривання електронних хмар, у цьому випадку не зміщена до жодного з атомів у молекулі тому, що в них однакова електронегативність.

Відповідно, ядра атомів з однаковою силою притягують до себе спільні електрони.

Це і є особливістю ковалентного неполярного зв'язку.

Спільні електронні пари, які утворюються в простих речовинах H2,O2,Cl2,F2N2, в однаковій мірі належать обом атомам. Такий ковалентний зв'язок називається неполярним.

Ковалентний неполярний зв'язок сполучає атоми в простих речовинах — неметалах.

Ковалентний зв'язок з утворенням однієї спільної електронної пари називається одинарним.

Спільні електронні пари (ковалентні зв'язки) утворюються за рахунок неспарених електронів, розташованих на зовнішніх енергетичних рівнях атомів, що взаємодіють.

Механізм утворення зв'язку — обмінний, тому що атоми ніби обмінюються електронами.

Якщо провести між ядрами атомів вісь симетрії, то електронна густина буде розташовуватися саме на ній.


Розглянемо утворення молекули азоту. Три неспарені електрони на зовнішньому рівні атома Нітрогену утворюють спільні пари:


Якщо замінити кожну спільну пару електронів однією рискою, одержимо структурну формулу: N≡N

Атом Нітрогену має три неспарених електрони на зовнішньому рівні.

У молекулі утворюються три спільні електронні пари. Зв'язок в молекулі азоту — потрійний.

Зверніть увагу, що поняття валентність, яке ви вивчали в 7 класі, тут дістає підтвердження на електронному рівні. Кожний неспарений електрон утворює один зв'язок. Тому кількість неспарених електронів визначає кількість зв'язків — валентність: Гідроген, Хлор і Флуор, як ми бачимо, одновалентні, а Нітроген — трьохвалентний.

• Число неспарених електронів відповідає числу спільних електронних пар, дорівнює числу ковалентних зв'язків, дорівнює валентності атома в сполуці.


Ковалентний полярний зв'язок


Якщо ковалентний зв'язок утворюється між різними атомами, то спільна електронна пара зміщується до того з них, який має вищу електронну негативність (ЕН). Він отримує частковий негативний заряд. Атом, що має меншу ЕН, стає зарядженим позитивно. У цьому випадку утворюється полярний ковалентний зв'язок.

Ковалентний полярний зв'язок утворюється між атомами неметалів у складних речовинах.


• Ковалентний полярний зв'язок утворюється між неметалічними елементами з різною електронегативністю.

Механізм утворення ковалентного полярного зв'язку подібний до механізму утворення ковалентного неполярного зв'язку, тільки загальна електронна густина буде зміщена до більш електронегативного елемента.

Розглянемо утворення молекули НСl.

В атомі Гідрогену на зовнішньому рівні міститься один електрон. У Хлорі на зовнішньому рівні сім електронів, один з яких неспарений.


Утворюється одна спільна електронна пара, яка зміщена до атома Хлору. У результаті з'являються часткові заряди: на атомі Хлору — негативний, а на атомі Гідрогену — позитивний. Зміщення електронної густини прийнято позначати грецькою літерою дельта δ:



Через те що електронегативності атомів різні, під час утворення цієї молекули електронна густина буде зміщена до атома Хлору, тому його атом матиме частково негативний заряд (δ-), а атом Гідрогену — частково позитивний (δ+). У такий спосіб утворюються два полюси «+» і «-», тому такий зв'язок називають ковалентним полярним.

Полярний ковалентний зв'язок часто позначають стрілкою: H→Cl. Стрілка показує напрям зміщення електронної густини.


Ковалентний зв'язок і валентність

Валентність кожного елемента обмежена числом неспарених електронів, здатних брати участь в утворенні зв'язків (валентних електронів), тому кожний атом утворює тільки чітко визначене число ковалентних зв'язків у молекулі.

ДІЗНАЙТЕСЯ БІЛЬШЕ

В разі одержання додаткової енергії електрони зовнішнього рівня атома можуть розпарюватися, переходити на порожні орбіталі. Число неспарених електронів збільшується, а отже, збільшується валентність. Перехід електронів на інші орбіталі пояснює змінну валентність.

Розглянемо утворення молекули гідроген сульфіду. Атом Сульфуру двовалентний, атом Гідрогену одновалентний.

Будова зовнішнього рівня атома Сульфуру:


Будова зовнішнього рівня атома Гідрогену:


Утворюється молекула H2S із такою структурою:


Насправді провести чітку межу між ковалентними полярними й неполярними зв'язками майже неможливо. Часто говорять про більш-менш виражену полярність зв'язку.

Отже, потрібно запам'ятати:

  • Ковалентні зв'язки утворюються між неметалічними елементами.

  • Якщо електронегативність цих елементів приблизно однакова, зв'язки ковалентні неполярні, різні електронегативності — ковалентні полярні.


Характеристики ковалентного зв'язку


Найважливішими характеристиками ковалентного зв'язку є довжина, полярність і міцність. Ці характеристики визначають фізичні та хімічні властивості речовини: їх температури плавлення і кипіння, розчинність, хімічну активність.


Довжина ковалентного зв'язку — це відстань між ядрами сполучених атомів.


Довжина хімічного зв'язку залежить від радіусів атомів.

Чим більше радіуси атомів, тим довший зв'язок між ними.

H−H — 0,074нм;

F−F— 0,142нм;

Cl−Cl — 0,198нм;

Br−Br— 0,228 нм;

I−I — 0,267нм.

Кратність зв'язку також впливає на її довжину.

Чим більше спільних електронних пар у атомів, тим коротшим є зв'язок.

C−C— 0,154 нм;

C= C— 0,133 нм;

C≡C— 0,120нм.

Міцність ковалентного зв'язку — стійкість спільної електронної пари до розриву.

Міцність зв'язку визначає хімічну активність речовини: чим менше міцність зв'язку, тим легше речовина вступає в хімічні реакції.

Міцність зв'язку залежить від її довжини і кратності.

Чим менше довжина зв'язку, тим він міцніший.

В ряду сполук Гідрогену з галогенами довжина зв'язку зростає, а міцність зменшується.

Приклад:

H−F,H−Cl,H−Br

Чим більша кратність зв'язку, тим вище його міцність.

Приклад:

F−F,N≡N

Молекули фтору і азоту відрізняються кратністю зв'язку. Щоб розділити молекулу азоту на атоми, необхідно затратити приблизно в сім разів більше енергії, ніж для розриву зв'язку в молекулі фтору.

Полярність ковалентного зв'язку — значення часткових зарядів на зв'язаних атомах.

Полярність ковалентного зв'язку залежить від різниці електронегативності цих атомів.

Чим сильніше відрізняються атоми за електронегативністю, тим більше полярність зв'язку.

Приклад:

H0,43+→F0,43−,H0,18+→Cl0,18−,Н0,12+→Br0,12−.

Полярність зв'язку зменшується, що узгоджується з положенням атомів в ряду електронегативності.


За матеріалами сайту "Мій клас" та підручнику "Хімія" 8 клас, автор Т. Гранкіна.

Тренування:

вправи сайту LearningApps.org

Домашнє завдання:

  1. Вивчи параграф підручника.

  2. Виконай вправи після параграфа.

Книга корисна, коли її читають.

Народна мудрість.