22.Ковалентная связь

Ковалентная связь, атомная связь, гомеополярная связь(от лат.co— «совместно» иvales— «имеющий силу») —химическая связь, образованная перекрытием (обобществлением) парывалентныхэлектронных облаков. Обеспечивающие связь электронные облака (электроны) называютсяобщей электронной парой.

Существуют три вида ковалентной химической связи, отличающихся механизмом образования:

1. Простая ковалентная связь. Для её образования каждый из атомов предоставляет по одному неспаренному электрону. При образовании простой ковалентной связи формальные заряды атомов остаются неизменными.

• Если атомы, образующие простую ковалентную связь, одинаковы, то истинные заряды атомов в молекуле также одинаковы, поскольку атомы, образующие связь, в равной степени владеют обобществлённой электронной парой. Такая связь называется неполярной ковалентной связью. Такую связь имеютпростые вещества, например:О₂,N₂,Cl₂. Но не только неметаллы одного типа могут образовывать ковалентную неполярную связь. Ковалентную неполярную связь могут образовывать также элементы-неметаллы, электроотрицательность которых имеет равное значение, например, в молекуле PH₃связь является ковалентной неполярной, так как ЭО водорода равна ЭО фосфора.

• Если атомы различны, то степень владения обобществленной парой электронов определяется различием в электроотрицательностяхатомов. Атом с большей электроотрицательностью сильнее притягивает к себе пару электронов связи, и его истинный заряд становится отрицательным. Атом с меньшей электроотрицательностью приобретает, соответственно, такой же по величине положительный заряд. Если соединение образуется между двумя различныминеметаллами, то такое соединение называетсяковалентной полярнойсвязью.

2. Донорно-акцепторная связь. Для образования этого вида ковалентной связи оба электрона предоставляет один из атомов —донор. Второй из атомов, участвующий в образовании связи, называетсяакцептором. В образовавшейся молекуле формальный заряд донора увеличивается на единицу, а формальный заряд акцептора уменьшается на единицу.

3. Семиполярная связь. Её можно рассматривать как полярную донорно-акцепторную связь. Этот вид ковалентной связи образуется между атомом, обладающим неподелённой парой электронов (азот,фосфор,сера,галогеныи т. п.) и атомом с двумя неспаренными электронами (кислород,сера). Образование семиполярной связи протекает в два этапа:

1. Перенос одного электрона от атома с неподелённой парой электронов к атому с двумя неспаренными электронами. В результате атом с неподелённой парой электронов превращается в катион-радикал (положительно заряженная частица с неспаренным электроном), а атом с двумя неспаренными электронами — в анион-радикал (отрицательно заряженная частица с неспаренным электроном).

2. Обобществление неспаренных электронов (как в случае простой ковалентной связи).

При образовании семиполярной связи атом с неподелённой парой электронов увеличивает свой формальный заряд на единицу, а атом с двумя неспаренными электронами понижает свой формальный заряд на единицу.

Метод валентных связей

ВАЛЕНТНЫХ СВЯЗЕЙ МЕТОД (метод валентных схем), метод приближенного решения электронного ур-ния Шрёдингера для многоэлектронных молекулярных систем. Основан на представлениях о двухцентровых хим. связях между атомами в молекуле, образуемых двумя электронами.

Преобразование ковалентных связей складываются электромагнитные волны взаимодействующих атомов. В межядерном пространстве может происходить увеличение электронной плотности, тогда ковалентная связь образуется

(пример из практики)

Такая волновая функция, где мы складываем – симметричная; имеются противоположно направленные спины.

(рисунки из практики)

Недостатки метода валентных связей:

1. Метод валентных связей не объясняет существование молекул, молекулярных ионов с дефицитом валентных электронов. (рисунок из тетради)

2. Этот метод не объясняет образование математической связи, которая так же характеризуется большим дефицитом валентных электронов.

3. МВС не объясняет связь в молекуле кислорода (рисунок из тетради)

При подобном изображении связи в молекуле (двойная связь=) жидкий кислород, например при взаимодействии с магнитным полем должен выталкиваться из него. Однако, реальные факты указывают на то, что жидкий кислород втягивается в магнитное поле, что возможно лишь при наличии в его молекуле холостых электронов. Такие вещества называются парамагнитными.

ОО. Объяснение к этим фактам дается другим методом образования связи, который носит название метода молекулярных орбиталей (ММО).

Примеры веществ с ковалентной связью

Простой ковалентной связью соединены атомы в молекулахпростых газов (Н₂, Cl₂и др.) и соединений (Н₂О, NH₃, CH₄, СО₂, HCl и др.). Соединения с донорно-акцепторной связью —аммонияNH₄⁺, тетрафторборатанионBF₄⁻и др. Соединения с семиполярной связью — закись азота N₂O, O⁻-PCl₃⁺.

Кристаллы с ковалентной связью диэлектрикиилиполупроводники. Типичными примерами атомных кристаллов (атомы в которых соединены между собой ковалентными (атомными) связями) могут служитьалмаз,германийикремний.

Свойства ковалентной связи

1. Насыщаемость- способность атомов образовывать ограниченное число ковалентных связей. Например, нельзя присоединить еще один атом водорода к молекулеH₂ илиHClтак как спин электрона водорода окажется параллельным  спину одного из электронов в связующей электронной паре и будет происходить отталкивание водорода. Благодаря насыщаемости связей молекулы имеют определенный состав:H₂, а неH₃;HCl, а неH₂Clи т.д.

2. Направленность ковалентной связи определяет пространственную структуру молекул. Так как атомные орбитали пространственно ориентированы, то перекрывание электронных облаков происходит по определенным направлениям, что и обусловливает направленность ковалентной связи. Количественно направленность выражается в виде валентных углов между направлениями химической связи в молекулах.

3. Полярность ковалентной связи. Если ковалентная связь образована одинаковыми атомами, например, Н - Н, О = О,Cl-Cl, то обобществленные электроны равномерно распределены между ними. Такая связь называется ковалентной неполярной. Если же один из атомов сильнее притягивает электроны, то электронная пара смещается в сторону этого атома и в этом случае возникает полярная ковалентная связь. Критерием способности атома притягивать электрон может служить электроотрицательность (ЭО). Чем выше ЭО у атома, тем вероятнее смещение электронной пары в сторону ядра этого атома.