одновременно принадлежащей двум атомам. Это послужило основой для разработки современной теории ковалентной связи.

Особенность ковалентной связи состоит в том, что электронные пары, сформированные из неспаренных электронов свободных атомов, обобществляются атомными ядрами одинаковых или различных атомов. Ковалентная связь характерна для большинства химических соединений и прежде всего для многих простых веществ. Одной из простых молекул с ковалентной связью является молекула водорода. При образовании молекулы электроны, ранее принадлежавшие двум разным ядрам, «обобществляются», образуя единое электронное облако. Ковалентную связь условно обозначают черточкой, например Н—Н (Н2), N==N (N2). Каждой черточке соответствует электронная пара. Число электронных пар1 определяет валентность. По Льюису,

внешние электроны обозначают точками: Н-, Не:, :F-, :Ne:.

У гелия И неона все электроны спаренные, поэтому атомы этих элементов не взаимодействуют друг с другом. \

Атомы фтора, как и атомы водорода, стремятся реагировать между собой:

Н + Н -*- Н.Н :F-+F:-- :F:F:

• " " "

Пара электронов, поделенная атомами водорода и фтора, достраивает их внешние орбитали до конфигурации благородного газа.

Полярная связь. Отдельные атомы в молекуле могут быть не только одинаковыми, как в Н2, N2, Cl2, F2, 02, но и различными, например НС1, Н20, NH3, С02, СН4 и др. Молекулы, состоящие из разнородных атомов, могут быть полярными, т. е. обладать электрическим дипольным моментом. Диполи можно рассматривать как. системы из двух зарядов, равных по абсолютной величине, но противоположных по знаку и находящихся на определенном расстоянии друг от друга. Это означает, что общая электронная пара смещена в сторону одного из них. В результате возникает асимметрия в распределении заряда. В этом случае связь называют прлярной или гетерополяр-ной в отличие от неполярной, или гомеополярной, как у молекул Н2, F2, N2, С12 и т. п. Молекула тем более полярна, чем больше смещена общая электронная пара к одному из атомов.

Многоатомные молекулы могут быть и неполярными, если у них симметрично расположены заряды. Например, молекула С02 неполярна, а молекула S02—-полярна. Молекула С02 имеет линейное строение, а молекула S02 угловое:

,»/ $

О—С—О (У \з

Вещества, образованные полярными молекулами, имеют более высокие температуры плавления и кипения, чем вещества, образованные неполярными молекулами.

Гибридизация атомных орбиталей. При образовании молекулы вместо исходных s-, р- и «/-орбиталей атомов образуются смешанные или гибридные деформированные молекулярные орбитали, что приводит к образованию более прочной химической связи. Вместо исходных s- и /ьорбиталей образуются две равноценные гибридные орбитали (др-орбитали). Это явление называется sp-гибридизацией. При гибридизации одной s- и двух р-орбиталей образуется три> лр2-орбитали (вр^-гибридизация). В этом случае гибридные орбитали лежат в одной плоскости и ориентированы под углом 120°. Примером может служить молекула BF3. Если в гибридизации участвуют одна s- и три р-орбйтали {sp3-гибридизация), то в результате образуются четыре гибридные лр3-орбитали, вытянутые в направлениях к вершинам тетраэдра, т. е. ориентированные под углом 109°28' друг к другу: Такая гибридизация характерна для молекул метана СН4.

При образовании молекул воды также имеет место sp3-гибридизация атомных орбиталей кислорода, но валентный угол отличается от тетраэдрического (104,5° вместо тетраэдрического 109,5°). Это связано с неравноценностью состояния электронов, окружающих атом кислорода в молекуле воды. Изобразим формулы метана и воды по Льюису:

н

Н:С:Н Н:б:Н . или Н:Й:

Н Н

Атомы водорода симметрично расположены вокруг углерода в молекуле метана. В молекуле воды две электронные пары остаются неподеленными, т. е. принадлежат атому кислорода. Это приводит к асимметрии в распределении электронного заряда и к отклонению угла связи О—Н от тетраэдрического угла 109,5°.

Донорно-акцепторная связь. Ковалентная связь может возникать за счет обобществления двумя ядрами пары электронов, которые принадлежат одному из атомов. Для понимания этого вида ковалентной связи рассмотрим фррмулу NH3, в которой электроны, принадлежащие азоту, обозначим точками, а электроны, принадлежащие водороду, крестиками:

н

.х-HxN: -X Н

Из восьми внешних электронов шесть образуют три ковалентНые связи и являются общими для Н и N. Два электрона принадлежат только атому азота. Они составляют неподеленную электронную пару. Такая пара электронов может вступать в связь с атомом, у которого есть во внешнем слое свободная орбиталь, как, например, у иона водорода. Поэтому при взаимодействии NH3 с ионом водорода образуется NH4-hoh:

Copyright © 2007-2012 Zomber.Ru

Использование материалов сайта возможно при условии указания активной ссылки
Решить химию