Свойства ковалентной связи – это такие характеристики: валентный угол, насыщаемость, направленность, полярность и т.д.
1. Валентный угол – это угол между соседними осями связей (ось связи – условная линия, проведенная через ядра химически соединенных атомов). Величина валентного угла зависит от природы орбиталей, типа гибридизации центрального атома, влияния неподеленных электронных пар, не принимающих участия в образовании связей (рис. 4.15).
Рисунок 4.15 – Валентные углы в молекулах некоторых соединений:
а) геометрическая форма молекул и размеры валентных углов;
б) масштабные модели молекул
2. Насыщаемость – это способность атома элемента образовывать с другими атомами ограниченное число ковалентных связей, которое определяется количеством орбиталей, принимающих участие в возникновении этих связей.
3. Направленность – это такое размещение электронной плотности между атомами, которое определяется расположением в пространстве валентных орбиталей и обеспечивает их максимальное перекрывание.
Электронные орбитали имеют разные формы и разную ориентацию в пространстве, поэтому их взаимное перекрывание может происходить разными способами.
В зависимости от этого различаютs- иp- связи.
Рисунок 4.16 – Схемы образованияs-связей между условными атомами А и В при перекрывании электронных орбиталей на оси связи
Сигма-связь (s-связь) – это перекрывание электронных орбиталей вдоль оси связи.
s- Связь может возникать при перекрывании двух s-орбиталей, одной s- и одной р-орбитали, двух р-орбиталей или двух d-орбиталей (рис. 4.16). Сигма-связь характеризуется наличием единственной области перекрывания электронных орбиталей, расположенной на оси связи; она всегда одинарная, т.е. образована только одной электронной парой.
Пи-связь (p- связь) – это перекрывание электронных орбиталей по обе стороны от оси связи (рис. 4.17).
p-Связь может образоваться при взаимодействии двух параллельных р-орбиталей или двух d-орбиталей (рис. 4.18).
Рисунок 4.17 – Постадийное формированиеp-связи при сближении и перекрывании двух рz-орбиталей
Рисунок 4.18 – Схемы образованияp-связей между атомами А и В при перекрывании электронных орбиталей
4. Кратность определяется числом общих электронных пар, связывающих атомы. Ковалентная связь по кратности может быть одинарной (простой), двойной и тройной.
Связь, образованная одной общей электронной парой, называется одинарной (простой), двумя электронными парами – двойной, тремя электронными парами – тройной.
Одинарная связь всегда являетсяs-связью, двойная – это совокупностьs- иp-связей, а тройная – совокупность однойs- и двухp- связей. Так, в молекуле водорода Н2 атомы связаны одинарной связью (Н–Н), в молекуле азота N2-тройной (рис. 4.19).
Рисунок 4.19 – Тройная связь в молекуле азота N2 (N?N): а) образованиеs- связи при перекрывании рх-орбиталей двух атомов N; б) образованиеp-связи при перекрывании рz-орбиталей двух атомов N; в) образованиеp-связи при перекрывании рy-орбиталей двух атомов N
Особенное значение кратность имеет в органических соединениях, потому что от нее зависит изменение свойств и реакционной способности веществ. Например, в этане С2Н6 между атомами углерода осуществляется одинарная (С–С), в этилене С2Н4 – двойная (С=С), в ацетилене С2Н2 – тройная (С?С) связь (рис. 4.20).
Рисунок 4.20 – Кратность связи между атомами углерода: а) одинарнаяs- связь в этане Н3С–СН3; б) двойнаяs+p- связь в этилене Н2С=СН2; в) тройнаяs+p+p- связь в ацетилене НС?СН
5. Полярность. Электронная плотность ковалентной связи может по-разному размещаться в межъядерном пространстве.
Полярность – это свойство ковалентной связи, обусловленное неравномерным распределением электронной плотности вследствие различий в электроотрицательностях атомов.
По признаку полярности (или ее отсутствия) различают полярную и неполярную ковалентные связи.
Неполярной, или гомеополярной, называется связь, при которой общее электронное облако размещается симметрично относительно ядер соединенных атомов и в одинаковой мере принадлежит обоим атомам.
Молекулы с таким типом связи называются неполярными, или гомоядерными (т.е. состоящими из атомов с одинаковыми ядрами). Неполярная связь характерна в основном для гомоядерных молекул (Н2, Cl2, N2 и т.п.) или реже – для соединений, образованных атомами элементов с близкими значениями электроотрицательностей, например, карбид кремния SiC.
Полярной, или гетерополярной, называется связь, при которой общее электронное облако несимметрично и смещено к одному из атомов.
Молекулы с полярной связью называются полярными, или гетеро-ядерными. В таких молекулах общая электронная пара смещена в сторону атома с большей электроотрицатель-ностью. На таком атоме возникает избыточный отрицательный заряд (d–), называемый эффективным. А на атоме с меньшей электроотрицательностью появляется одинаковый по величине, но противоположный по знаку эффективный положительный заряд (d+). Например, эффективный заряд на атоме Н в молекуле HCldH = +0,17, а на атоме Cl –dСl = –0,17 абсолютного заряда электрона (рис. 4.21).
Рисунок 4.21 – Полярность ковалентной связи:
а) неполярная связь в гомоядерной молекуле Cl2;
б) полярная связь в гетероядерной молекуле HCl
Чтобы установить, в какую сторону будет смещаться электронная плотность полярной ковалентной связи, необходимо сравнить электроотрицательность обоих атомов. По увеличению электроотрицательности химические элементы располагаются в последовательности, которая называется шкалой электроотрицательности:
Пример 4.5. В какую сторону смещается электронная плотность связи в молекулах OF2, CCl4, PCl5, H2O, H2S?
Решение. Заданные молекулы состоят из атомов, имеющих разную электроотрицательность. Используя ряд электроотрицательностей элементов, можно определить направление смещения общих электронных пар и показать его с помощью стрелок. В молекуле OF2: O?F, в CCl4: C?Cl, в PCl5: P?Cl, в H2O: H?O, в H2S: H?S.
Ключевые слова и термины
Русский
Украинский
Английский
Французский
Арабский
валентный угол
валентний кут
valence angle
angle de valence
????????????
кратность
кратність
multiplicity
multiplicit?
??????
направленность
спрямованість
directivity
directivit?
?????????
насыщаемость
насиченість
saturability
saturabilit?
полярность
полярність
polarity
polarit?
?????
Контрольные вопросы
Дайте определение таким понятиям: валентный угол, насыщаемость, направленность, кратность, полярность.
На какие типы делится ковалентная связь по кратности? Приведите примеры.
Охарактеризуйтеs- иp-связи. Какая из них более прочная?
Какая связь называется полярной, а какая – неполярной?
Задания для самостоятельной работы
Предложенные задания имеют по четыре варианта ответов, из которых правильных может быть несколько.
Как называется тип ковалентной связи, при котором максимальная электронная плотность общей электронной пары располагается по обе стороны от оси связи (боковое перекрывание):
а)s(сигма); б)d(дельта); в)p(пи); г)t(тау)?
Какая характеристика ковалентной связи определяется как способность атомов участвовать в образовании ограниченного количества связей:
а) энергия связи; б) насыщаемость;в) направленность; г) кратность?
В молекуле какого вещества кратность связи равна трем:
а) О2; б) СО2; в) N2; г) H2O?
В каком из предложенных соединений более всего выражена полярность ковалентной связи:
а) H2S; б) Cl2; в) PH3; г) HCl?
Укажите неполярную молекулу, в которой все связи полярны:
а) H2O; б) CCl4; в) NH3; г) HCl.
Среди перечисленных формул выберите ту, что выражает состав полярной молекулы.
а) CO2; б) CCl4; в) Cl2; г) H2S.
В молекулах каких веществ имеется неполярная ковалентная связь:
а) N2О; б) НСl; в) O2; г) Н2?
В молекулах каких веществ имеется полярная ковалентная связь:
а) Н2S; б) НBr; в) O3; г) Cl2?
Каким свойством ковалентной связи обусловлена невозможность для атома элемента углерода образовывать более четырех ковалентных связей:
а) полярность; б) направленность;в) длина связи; г) насыщаемость?
