Химическая связь
Химическая связь и ее характеристики
Химическая связь – это взаимодействие атомов в веществе для стабильности структуры, которое происходит с обменом электронов
Из определения понятно, что атомы просто ищут себе компанию. Разберем, насколько их отношения в соединениях экологичны.
Но что вынуждает атомы друг с другом взаимодействовать?
Согласно правилу октета, атомы хотят заполнить внешний электронный уровень. То есть, полностью укомплектоваться электронами и походить на благородные газы. Кроме того, находиться в соединениях для химических элементов более выгодно.
У нее есть ряд характеристик:
1) Длина — расстояние между атомами. На нее влияет радиус атома. Дальше — больше длина связи. Ближе — прочнее соединение, чтобы разорвать такую связь, нужно приложить усилия.
2) Кратность. Количество связей между двумя атомами. Больше кратность — труднее разрушить. Если пуговицу прошить только раз, то она быстро оторвется. Но если основательно так поработать иголкой, то пуговка прослужит дольше. В химических связях всё то же самое. Только у каждого химического элемента есть своя валентность, она показывает, сколько связей атом может себе позволить.
Валентность — это число химических связей, в которые способен вступить атом.
Стоит отличать ее от степени окисления(условный заряд атома).
Разберем разницу на примере молекулы кислорода (О₂). Степень окисления в соединении 0. Но валентность будет II, потому что между атомами кислорода две связи. Если взять атом кислорода (О), то степень окисления будет -2, а валентность всё так же будет II, ведь атом может образовать две связи.
Бывает одинарная, двойная, тройная, четверная, пятикратная(да, даже такая есть). Кратностью обладает ковалентная связь. Но не так давно обнаружили, что кратные связи встречаться и у соединений металлов (ниобия, тантала, молибдена, вольфрама.)
3) Прочность. Насколько химическая связь устойчива к воздействию на нее и к разрыву. Зависит от кратности и длины. Всё вполне логично. Меньше кратность, больше длина — легче нарушить соединение. Вещества с низкой прочностью легче вступают в реакции с другими веществами.
4) Энергия связи — когда образуется связь, всегда выделяется некоторое количество энергии. Так как общая энергия соединения меньше, чем отдельных атомов. Измеряется в кДж/моль. И равна силе, которою нужно приложить, чтобы разорвать соединение.
5) Полярность. Показывает смещение пары электронов между атомами. Зависит от электроотрицательности. Если один из атомов наглее, у него больше электроотрицательность, то он будет тянуть «одеяло» из электронов на себя.
Электроотрицательность — это способность атомов смещать к себе чужие электроны. Эта величина у элементов увеличивается слева направо в периоде, и уменьшается сверху вниз в группе.Также есть ряд электроотрицательности химических элементов. В него всегда можно подсмотреть если возникли трудности с определением более «наглого» атома.
6) Направленность. Электронные уровни атомов имеют форму и определенным образом расположены в пространстве. При возникновении между двумя атомами связи, происходит перекрытие орбиталей. Проще говоря, наложение или состыковка валентных уровней. И чем полноценнее происходит перекрытие, тем направленнее связь. Такой характеристикой обладает ковалентная связь. А вот ионная и металлическая не обладают.
7) Поляризуемость. При воздействии на соединение электрического тока, будут смещаться электроны. Причём чем дальше они расположены от атома, тем подвижнее. То есть под воздействием внешнего поля, соединение становится полярнее, чем было. Существует взаимосвязь между полярностью и поляризацией. Чем полярнее связь, тем меньше поляризация под, так как при полярной связи электроны и так сдвинуты ближе к электроотрицательному атому. Поэтому ковалентной связи такая характеристика свойственна, а ионной нет.
Типы химических связей
Выделяют четыре типа химических связей.
- Ковалентная
- Металлическая
- Ионная
- Водородная
Ковалентная связь
Возникает только между неметаллами.
Всего есть два механизма образования:
Обменный. Самый популярный. Каждого химический элемент выделяет по одному электрону в электронную пару. Равноценный обмен. Встретились два атома у каждый внес свою лепту. Никому не обидно.
Донорно-акцепторный. Похож на аренду помещения. У одного атома есть свободная орбиталь, а у другого спаренные электроны. Тот, атом, который принимает электроны, называют акцептором, а другой, тот что с парочкой электронов, донором.
Есть два варианта ковалентной связи:
1) Неполярная ковалентная связь возникает между атомами с одинаковой электроотрицательностью.
То есть только между одинаковыми элементами. Например: кислород (O₂), ромбическая сера (S₈).
Но также встречается и в сложных соединениях, например, как у атомов углерода в этилене (С₂H₄) или пропиленгликоле (C₃H₈O₂).
2) Полярная ковалентная связь возникает между атомами, у которых разная электроотрицательность.
Более электроотрицательный атом смещает электроны на себя, поэтому связь, и называется полярной. Примеры: оксид хлора (Cl₂O₇) и оксид фосфора P₂O₅.
Ионная связь
Ионная связь появляется только между металлами и неметаллами, то есть, элементами со значительной разницей электроотрицательности.
Металлы дарят электроны, неметаллы принимают. В результате получаются ионы: катион (положительный) и анион(отрицательный).
Такой тип соединения есть во всех солях, оксидах металлов, соединениях галогенов с металлами и других. Например, во фториде золота (AuF₃), хлориде натрия или поваренной соли (NaCl), йодиде рубидия (RbI), сульфате меди (CuSO₄), астатиде серебра (AgAt).
Металлическая связь
Из самого названия понятно, что такой вид встречается в соединениях металлов.
На внешнем электронном уровне у разных металлов 1, 2, 3 электрона. Они легко их отдают и становятся положительно заряженными ионами(катионами). Соединения металлов можно представить сеткой, в узлах которой расположились катионы. Они удерживаются там за счет общих электронов. Причем электроны свободно перемещаются с одного электронного слоя на другой, то к одному иону металла, то к другому. Это называется «электронный газ» или «электронное облако».
Благодаря наличию общего подвижного электронного облака, металлы имеют хорошую электропроводность.
Такой вид встречается у простых веществ: натрий (Na), серебро (Ag), медь (Cu). Так и в металлических сплавах: AlCr₂, Ca₂Cu.
Водородная связь
Связь образуется между электроотрицательными атомами и атомами водорода, которые соединены с другими электроотрицательными атомами ковалентной полярной связью.
В основном это соединения водорода с O, N, F, назовем их суперэлектроотрицательными.
Для примера возьмём H₂O. Кислород здесь намного электроотрицательнее водорода, поэтому пара электронов сильно смещена к атому кислорода. Из-за этого у водорода появляется слабый положительный заряд. У атома кислорода, в свою очередь, появляется слабый отрицательный заряд. А теперь представим, что встретились две молекулы воды А и В, за счет наличия заряда на атомах, они будут друг другу притягиваться, плюс к минусу. Но еще у каждого водорода в молекулах воды свободный внешний электронный уровень (их электроны же сбежали к кислородам). У кислорода из молекулы B есть спаренные электроны и по донорно-акцепторному механизму он арендует электронную орбиталь у водорода из молекулы A. Водород будет выступать акцептором, а кислород другой молекулы донором.
Водородная связь на обозначается тремя точками.
Связь бывает внутримолекулярной(ДНК. РНК, многоатомные спирты) и межмолекулярной(вода (H₂O), аммиак (NH₃), фтороводород (H₂F₂)).
Водородная связь насыщенная и направленная.
Определяем тип связи
Начинать всегда лучше с самого простого и легкого.
Если перед нами металл, например, хром(Cr), цинк (Zn), магний (Mg), то это металлическая связь.
Если вещество состоит из одинаковых неметаллов, азот (N₂), кислород (O₂), хлор (Cl₂). 100% ковалентная неполярная.
Если состоит из металла и неметалла, как в следующих соединениях: хлорид бария (BaCl₂), сульфид меди (CuS), йодид бериллия (BeI₂). То это ионная связь.
А если в веществе два разных неметалла, то связь ковалентная полярная. Например, как в оксиде хлора (Cl₂O₇) и оксиде фосфора P₂O₅.
А что насчет водородной связи? Помним, что она возникает в соединениях где водород соединен с суперэлектроотрицательным элементом. Чаще с кислородом, фтором, азотом, например: вода (H₂O), аммиак (NH₃), метанол (CH₃OH). Видим похожее, значит это она.
Проверь себя
Какой тип химической связи в BeI₂?
- Ковалентная неполярная.
- Ионная.
- Ковалентная полярная.
В чем заключается правило октана?
- Атомы хотят забить электронами внешний энергетический уровень.
- Все атомы тяготятся лишними электронами и мечтают от них избавиться.
- Атомы хотят отличаться от благородных газов.
Какие есть характеристики химической связи?
- Длина, энергия, кратность.
- Широта, долгота, параллельность.
- Поляризуемость, полярность и промедление.
У какого типа химической связи самая большая полярность?
- У ковалентной
- У ионной
- У металлической
- Водородной