Вперше про таке поняття як ковалентний зв'язоквчені-хіміки заговорили після відкриття Гілберта Ньютона Льюїса, який описав як узагальнення двох електронів. Більше пізні дослідженнядозволили описати і принцип ковалентного зв'язку. Слово ковалентнийможна розглядати у рамках хімії як здатність атома утворювати зв'язки з іншими атомами.
Пояснимо на прикладі:
Є два атоми з незначними відмінностями в електронегативності (С та CL, С та Н). Як правило, це яких максимально близько до будівлі електронної оболонкиблагородних газів.
За виконання цих умов виникає тяжіння ядер цих атомів до електронної пари, спільної їм. При цьому електронні хмари не просто накладаються одна на одну, як при Ковалентний зв'язокзабезпечує надійне з'єднання двох атомів за рахунок того, що перерозподіляється електронна щільність та змінюється енергія системи, що викликано "втягуванням" в між'ядерний простір одного атома електронної хмари іншої. Чим ширше взаємне перекриття електронних хмар, тим зв'язок вважається міцнішою.
Звідси, ковалентний зв'язок- це освіта, що виникла шляхом взаємного усуспільнення двох електронів, що належать двом атомам.
Як правило, речовини з молекулярними кристалічними гратами утворюються за допомогою саме ковалентного зв'язку. Характерними є плавлення і кипіння при низьких температурах, погана розчинність у воді та низька електропровідність. Звідси можна дійти невтішного висновку: основу будівлі таких елементів, як германій, кремній, хлор, водень - ковалентная зв'язок.
Властивості, характерні для цього виду сполуки:
- Насичуваність.Під цією властивістю зазвичай розуміється максимальна кількістьзв'язків, які можуть встановити конкретні атоми. Визначається ця кількість загальним числомтих орбіталей в атомі, які можуть брати участь у освіті хімічних зв'язків. Валентність атома, з іншого боку, може бути визначена кількістю вже використаних із метою орбіталей.
- Спрямованість. Усі атоми прагнуть утворювати максимально міцні зв'язки. Найбільша міцність досягається у разі збігу просторової спрямованості електронних хмар двох атомів, оскільки вони перекривають один одного. Крім того, саме така властивість ковалентного зв'язку як спрямованість впливає на просторове розташування молекул, тобто відповідає за їх "геометричну форму".
- Поляризованість.В основі цього положення лежить уявлення про те, що ковалентний зв'язок існує двох видів:
- полярна чи несиметрична. Зв'язок цього виду можуть утворювати лише атоми різних видів, тобто. ті, чия електронегативність значно різниться, або у випадках, коли загальна електронна пара несиметрично розділена.
- виникає між атомами, електронегативність яких практично дорівнює, а розподіл електронної густинипоступово.
Крім того, існують певні кількісні:
- Енергія зв'язку. Цей параметр характеризує полярний зв'язок з погляду її міцності. Під енергією розуміється та кількість тепла, яка була потрібна для руйнування зв'язку двох атомів, а також та кількість тепла, що було виділено при їх з'єднанні.
- Під довжиною зв'язокі молекулярної хімії розуміється довжина прямий між ядрами двох атомів. Цей параметр також характеризує міцність зв'язку.
- Дипольний момент- Величина, яка характеризує полярність валентного зв'язку.
ковалентний зв'язок
вид хімічного зв'язку; здійснюється парою електронів, загальних для двох атомів, що утворюють зв'язок. Атоми в молекулі можуть бути з'єднані одинарним ковалентним зв'язком (H2, H3C-CH3), подвійним (H2C=CH2) або потрійним (N2, HCCH). Атоми, що розрізняються по електронегативності, утворюють т.зв. полярний ковалентний зв'язок (HCl, H3C-Cl).
Ковалентний зв'язок
один із видів хімічного зв'язку між двома атомами, що здійснюється загальною для них електронною парою (по одному електрону від кожного атома). с. існує як у молекулах (у будь-яких агрегатних станах), так і між атомами, що утворюють ґрати кристала. с. може зв'язувати однакові атоми (у молекулах H2, Cl2, кристалах алмазу) або різні (у молекулах води, кристалах карборунду SiC). Майже всі види основних зв'язків у молекулах органічних сполукє ковалентними (С ≈ С, С ≈ Н, С ≈ N та ін). с. дуже міцні. Цим пояснюється мала хімічна активність парафінових вуглеводнів. Багато неорганічні сполукикристали яких мають атомну решітку, тобто утворюються за допомогою До. с., є тугоплавкими, мають високу твердість і зносостійкість. До них належать деякі карбіди, силіциди, бориди, нітриди (зокрема, відомий боразон BN), які знайшли застосування в новій техніці. також Валентність та Хімічний зв'язок.
══В. А. Кірєєв.
Вікіпедія
Ковалентний зв'язок
Ковалентний зв'язок(Від лат. co- «спільно» та vales- «має силу») - хімічний зв'язок, утворений перекриттям пари валентних електронних хмар. Електронні хмари, що забезпечують зв'язок, називаються загальною електронною парою.
Термін ковалентний зв'язок був вперше введений лауреатом Нобелівської преміїІрвінгом Ленгмюром у 1919 році. Цей термін ставився до хімічного зв'язку, обумовленого спільним володінням електронами, на відміну металевого зв'язку, В якій електрони були вільними, або від іонного зв'язку, в якій один з атомів віддавав електрон і ставав катіоном, а інший атом приймав електрон і ставав аніоном.
Пізніше (1927) Ф. Лондон і В. Гайтлер на прикладі молекули водню дали перший опис ковалентного зв'язку з точки зору квантової механіки.
З урахуванням статистичної інтерпретації хвильової функціїМ. Борна щільність ймовірності знаходження сполучних електронів концентрується у просторі між ядрами молекули (рис.1). Теоретично відштовхування електронних пар розглядаються геометричні розміри цих пар. Так, для елементів кожного періоду є певний середній радіус електронної пари:
0,6 для елементів до неону; 0,75 для елементів до аргону; 0,75 для елементів до криптону і 0,8 для елементів до ксенону.
Характерні властивості ковалентного зв'язку - спрямованість, насичуваність, полярність, поляризованість - визначають хімічні та Фізичні властивостіз'єднань.
Спрямованість зв'язку обумовлена молекулярною будовоюречовини та геометричної формиїхні молекули. Кути між двома зв'язками називають валентними.
Насичуваність - здатність атомів утворювати обмежену кількість ковалентних зв'язків. Кількість зв'язків, утворених атомом, обмежена кількістю його зовнішніх атомних орбіталей.
Полярність зв'язку зумовлена нерівномірним розподілом електронної густини внаслідок відмінностей в електронегативності атомів. За цією ознакою ковалентні зв'язки поділяються на неполярні та полярні (неполярні - двоатомна молекула складається з однакових атомів (H, Cl, N) та електронні хмари кожного атома розподіляються симетрично щодо цих атомів; полярні - двоатомна молекула складається з атомів різних хімічних елементів, і загальна електронна хмара зміщується у бік одного з атомів, утворюючи тим самим асиметрію розподілу електричного зарядуу молекулі, породжуючи дипольний момент молекули).
Поляризованість зв'язку виявляється у зміщенні електронів зв'язку під впливом зовнішнього електричного поля, у тому числі й іншої частки, що реагує. Поляризуемість визначається рухливістю електронів. Полярність та поляризованість ковалентних зв'язків визначає реакційну здатністьмолекул по відношенню до полярних реагентів.
Однак двічі лауреат Нобелівської премії Л. Полінг вказував, що «у деяких молекулах є ковалентні зв'язки, зумовлені одним або трьома електронами замість загальної пари». Одноелектронний хімічний зв'язок реалізується в молекулярному іоні водню H.
Молекулярний іон водню H містить два протони та один електрон. Єдиний електрон молекулярної системикомпенсує електростатичне відштовхування двох протонів та утримує їх на відстані 1,06 Å (довжина хімічного зв'язку H). Центр електронної щільності електронної хмари молекулярної системи рівновіддалений від обох протонів на борівський радіус α=0,53 А і є центром симетрії молекулярного іонаводню H.
n1.doc
3.2. Ковалентний зв'язокКовалентний зв'язок- це двоелектронний, двоцентровий зв'язок, що здійснюється за рахунок усуспільнення пари електронів.
Розглянемо механізм утворення ковалентного зв'язку з прикладу молекули водню Н 2 .
Ядро кожного атома водню оточене сферичною електронною хмарою 1s-електрона. При зближенні двох атомів ядро першого атома притягує другий електрон, а електрон першого атома притягується ядром другого. В результаті відбувається перекриття їх електронних хмар з утворенням загальної молекулярної хмари. Таким чином, в результаті перекриття електронних хмар атомів утворюється ковалентний зв'язок.
Схематично це можна зобразити так:
Н + Н Н : Н
Аналогічно утворюється ковалентний зв'язок у молекулі хлору:
. . . . . . . .
: Cl + Cl Cl : Cl :
. . . . . . . .
Якщо зв'язок утворюють однакові атоми (з однаковою електронегативністю), то електронна хмара розташовується симетрично щодо ядер двох атомів. У цьому випадку говорять про ковалентного неполярного зв'язку.
Ковалентна полярний зв'язок утворюється, коли взаємодіють атоми з різною електронегативністю.
. . . .
Н + Cl Н : Cl :
. . . .
Електронна хмара зв'язку несиметрична, зміщена до одного з атомів з більшою електронегативністю, даному випадкудо хлору.
Наведені приклади характеризують ковалентний зв'язок, який утворюється за обмінному механізму .
Другий механізм утворення ковалентного зв'язку - донорно-акцепторний. У цьому випадку зв'язок утворюється за рахунок неподіленої електронної пари одного атома (донора) та вільної орбіталі іншого атома (акцептора):
Н 3 N : + H + +
З'єднання з ковалентним зв'язком називаються атомними.
Умови утворення хімічного зв'язку
1. Хімічний зв'язок утворюється при достатньому зближенні атомів у тому випадку, якщо повний внутрішня енергіясистеми знижується. Таким чином, утворюється молекула виявляється більш стійкою, ніж окремі атоми і має меншу енергію.
2. Виникнення хімічного зв'язку завжди є екзотермічний процес.
3. Обов'язковою умовоюУтворення хімічного зв'язку є наявність підвищеної електронної щільності між ядрами.
Так, наприклад, радіус атома водню становить 0,053 нм. Якби атоми водню лише зближалися при освіті молекули, то міжядерна відстань була б 0,106 нм. Насправді, ця відстань 0,074 нм, отже, зближення ядер призводить до збільшення електронної щільності.
Кількісні характеристики хімічного зв'язку
1. Енергія зв'язку, Е, кДж/моль
Енергія зв'язку- це енергія, що виділяється при утворенні зв'язку чи кількість енергії, яку потрібно витратити на розрив зв'язку.
Чим більша енергія зв'язку, тим міцніше з'єднання. Енергія зв'язку більшості ковалентних з'єднаньзнаходиться в межах 200 – 800 кДж/моль.
2. Довжина зв'язку, r 0 нм
Довжина зв'язку- це відстань між центрами атомів (між'ядерна відстань).
Чим менша довжина зв'язку, тим міцніше з'єднання.
Таблиця 3.1.
Значення енергії та довжини деяких зв'язків
| Зв'язок | r 0 , нм | Е, кДж/моль |
| З - З | 0, 154 | 347 |
| З = З | 0,135 | 607 |
| С С | 0,121 | 867 |
| H - F | 0,092 | 536 |
| H - Cl | 0,128 | 432 |
| H - Br | 0,142 | 360 |
| H - I | 0,162 | 299 |
3. Валентні кутизалежить від просторової структури.
Властивості ковалентного зв'язку
1. Спрямованість ковалентного зв'язкувиникає у напрямку максимального перекривання електронних орбіталейвзаємодіючих атомів, що зумовлює просторову структуру молекул, тобто. їхню форму.
Розрізняють -зв'язку- зв'язки, утворені вздовж лінії, яка зв'язує центри атомів. -зв'язки можуть утворювати s - s, s - pі p - pелектронні хмари.
-зв'язок може бути утворений тільки р - релектронні хмари.
-зв'язок- це зв'язок, утворений по обидва боки від лінії, яка зв'язує центри атомів. Цей зв'язок характерний тільки для з'єднань з кратними зв'язками (подвійними та потрійними).
Схеми освіти - та - зв'язків представлені на рис. 3.1.
Мал. 3.1. Схеми освіти - та - зв'язків.
2. Насичуваність ковалентного зв'язку - повне використанняатомом валентних орбіталей.
3.3. Металевий зв'язок
Атоми більшості металів на зовнішньому енергетичному рівні містять невелику кількість електронів (1 е - 16 елементів; 2 е - 58 елементів,
3 е - 4 елементи; по 5 е - у Sb і Bi, а 6 е - у Ро). Останні три елементи є типовими металами.
У звичайних умовахметали є твердими кристалічні речовини(крім ртуті). У вузлах металевих кристалічних ґрат знаходяться катіони металів.
Мал. 3.2. Схема утворення металевого зв'язку.
Валентні електрони мають невелику енергію іонізації, і тому слабо утримуються в атомі. Електрони переміщаються по всій кристалічні гратиі належать всім його атомам, являючи собою так званий "електронний газ" чи "море валентних електронів". Таким чином, хімічний зв'язок у металах сильно справакалізований. Цим визначаються такі характерні для металів властивості як високі тепло- та електропровідність, ковкість, пластичність.
Металевий зв'язок характерна для металів та сплавів у твердому та рідкому стані. У пароподібному стані метали складаються з окремих молекул (одноатомних та двоатомних), пов'язаних між собою ковалентними зв'язками.