Ковалентний звязок – полярний і неполярний: що це таке і яка формула речовини

Речовини молекулярної будови утворюються з допомогою особливого виду взаємозв’язку. Ковалентний зв’язок в молекулі, полярний і неполярний, також називається атомною. Ця назва походить від латинського «co» — «спільно» і «vales» — «який має силу». При такому способі утворення сполук пара електронів ділиться між двома атомами.

Властивості

Що таке ковалентний полярний і неполярний зв’язок? Якщо нове з’єднання утворюється таким чином, відбувається усуспільнення електронних пар. Зазвичай такі речовини мають молекулярну будову: Н2, О3, HCl, HF, CH4.

Є і немолекулярные речовини, в яких атоми зв’язані таким чином. Це так звані атомні кристали: алмаз, діоксид кремнію, карбід кремнію. В них кожна частинка пов’язана з чотирма іншими, в результаті виходить дуже міцний кристал. Кристали з молекулярною структурою зазвичай не відрізняються високою міцністю.

Властивості такого способу утворення сполук:

  • кратність;
  • спрямованість;
  • ступінь полярності;
  • поляризовність;
  • пару.

Кратність — це кількість неподілених електронних пар. Їх може бути від однієї до трьох. У кисню до заповнення оболонки двох електронів не вистачає, тому вона буде подвійною. У азоту в молекулі N2 вона потрійна.

Поляризовність — можливість утворення ковалентного полярного зв’язку і неполярний. При цьому вона може бути більш або менш полярна, ближче до іонної або навпаки — в цьому полягає властивість ступеня полярності.

Спрямованість означає, що атоми прагнуть з’єднатися таким чином, щоб між ними залишилася як можна велика електронна щільність. Про спрямованості має сенс говорити тоді, коли з’єднуються p або d-орбіталі. S-орбіталі сферично симетричні, для них всі напрямки рівноцінні. У p-орбіталей неполярний або полярний ковалентний зв’язок спрямована уздовж його осі, так що дві «вісімки» перекриваються вершинами. Це σ-зв’язок. Існують і менш міцні π-зв’язку. У випадку p-орбіталей «вісімки» перекриваються бічними сторонами поза осі молекули. У подвійному або потрійному випадку p-орбіталі утворюють одну σ-зв’язок, а інші будуть типу π.

Дивіться також:  Хімічні властивості спиртів, загальна формула насичених одноатомних спиртів, як розділити хімічним способом бутанол і фенол, види спиртів, способи отримання

Спряження — це чергування простих і кратних, робить молекулу більш стабільною. Така властивість характерна для складних органічних сполук.

Види і способи утворення хімічних зв’язків

Полярність

Важливо! Як визначити, речовини з неполярного ковалентного чи полярної зв’язком перед нами? Це дуже просто: перша завжди виникає між однаковими атомами, а друга — між різними, мають неоднакову электроотрицательность.

Приклади ковалентного неполярного зв’язку — прості речовини:

  • водень Н2;
  • азот N2;
  • кисень О2;
  • хлор Cl2.

Схема утворення ковалентного неполярного зв’язку показує, що з допомогою об’єднання електронної пари атоми прагнуть доповнити зовнішню оболонку до 8 або 2 електронів. Наприклад, фтору не вистачає одного електрона до восьмиэлектронной оболонки. Після утворення поділеної електронної пари вона заповниться. Поширена формула речовини з ковалентного неполярного зв’язком — двухатомная молекула.

Полярно зазвичай зв’язуються тільки елементи-неметали:

  • Hcl;
  • Н2О;
  • HF;
  • CH4.

Але бувають і винятки, такі як AlCl3. Алюміній володіє властивістю амфотерності, тобто в одних з’єднаннях він веде себе як метал, а в інших — як металоїд. Різниця електронегативності в цьому з’єднанні невелика, тому алюміній з’єднується з хлором саме так, а не за іонним типом.

В цьому випадку молекулу утворюють різні елементи, але різниця електронегативності не так велика, щоб електрон повністю перейшов від одного атома до іншого, як в речовинах іонного будови.

Схеми утворення ковалентного структури цього типу показують, що електронна щільність зміщується до більш электроотрицательному атому, тобто поділена електронна пара знаходиться на одному з них ближче, ніж до другого. Частини молекули набувають заряд, який позначається грецькою буквою дельта. У хлороводороде, наприклад, хлор стає заряджений більш негативно, а водень — більш позитивно. Заряд буде частковий, а не цілий, як у іонів.

Важливо! Не слід плутати полярність зв’язку і полярність молекули. У метані СН4, наприклад, атоми пов’язані полярно, а сама неполярна молекула.

Корисне відео: полярний і неполярний ковалентний зв’язок

Механізм утворення

Утворення нових речовин може проходити за обмінним або донорно-акцепторної механізму. При цьому об’єднуються атомні орбіталі. Виникає одна або декілька молекулярних орбіталей. Вони відрізняються тим, що охоплюють обидва атома. Як і на атомній, на ній може перебувати не більше двох електронів, причому їх спини теж повинні бути різноспрямованими.

Дивіться також:  Глина що таке, щільність, властивості та застосування синьої, червоної глини, хімічний склад, питома вага, теплопровідність, глинисті породи, температура плавлення глини

Як визначити, який механізм задіяний? Це можна зробити по числу електронів на зовнішніх орбіталях.

Обмінний

В цьому випадку електронна пара на молекулярної орбіталі утворюється з двох неспарених електронів, кожен з яких належить своєму атому. Кожен з них прагне заповнити свою зовнішню електронну оболонку, зробити її стійкою восьми — або двоелектронного. Так зазвичай утворюються речовини з неполярною структурою.

Для прикладу розглянемо соляну кислоту HCl. У водню на зовнішньому рівні один електрон. У хлору — сім. Намалювавши схеми утворення ковалентного структури для нього, побачимо, що для заповнення зовнішньої оболонки кожному з них не вистачає по одному електрону. Поділивши між собою електронну пару, вони зможуть завершити зовнішню оболонку. За таким же принципом утворюються і двохатомні молекули простих речовин, наприклад, водню, кисню, хлору, азоту та інших неметалів.

Дивіться також:  Електронна конфігурація атомів і іонів, будова електронних оболонок атомів, розподіл електронів по енергетичним рівням, електронні формули алюмінію, хлору, сірки, кальцію

Механізм утворення

Донорно-акцепторний

У другому випадку обидва електрона являють собою неподеленную пару і належать одному атому (донора). У іншого (акцептора) є вільна орбіталь.

Формула речовини з ковалентного полярного зв’язком, утвореної таким чином, наприклад, іон амонію NH4+. Він утворюється з іона водню, в якому є вільна орбіталь, і аміаку NH3, що містить один «зайвий» електрон». Електронна пара з аміаку обобществляется.

Гібридизація

Коли електронна пара обобществляется між орбіталей різної форми, наприклад, s і р, утвориться гібридна електронне хмара sp. Такі орбіталі сильніше перекриваються, тому зв’язуються міцніше.

Так влаштовані молекули метану й аміаку. В молекулі метану СН4 повинні були утворитися три зв’язку з p-орбиталям і одна з s. Замість цього орбіталь гибридизируется з трьох р-орбіталей, виходять три гібридні sp3-орбіталі у формі витягнутих крапель. Це відбувається тому, що електрони 2s і 2p мають близьку енергію, вони взаємодіють один з одним при з’єднанні з іншим атомом. Тоді можна утворити гібридну орбіталь. Отримана молекула має форму тетраедра, водень розташовується в його вершинах.

Інші приклади речовин з гібридизацією:

  • ацетилен;
  • бензол;
  • алмаз;
  • вода.

Для вуглецю характерна ѕрЗ-гібридизація, тому вона часто зустрічається в органічних сполуках.

Корисне відео: ковалентний полярний зв’язок

Висновок

Ковалентний зв’язок, полярний або неполярний, характерна для речовин молекулярної будови. Неполярно пов’язані атоми одного елемента, а полярно — різних, але ненабагато відрізняється электроотрицательностью. Зазвичай таким чином поєднуються елементи-неметали, але бувають і винятки, такі як алюміній.