Образование ковалентной связи

Ковалентная связь образуется за счет общей электронной пары.

В невозбужденном атоме азота имеются 3 неспаренных электрона:

Следовательно, за счет неспаренных электронов атом азота образует 3 ковалентные связи. Это и происходит в молекуле N₂ и NH₃. Ковалентность здесь = 3.

Однако число ковалентных связей м.б. больше числа неспаренных электронов.

Н апример:

З а счет неспаренных электронов углерод образует две ковалентные связи. Но для углерода характерны связи, где имеются 4 ковалентные связи. Это оказывается возможным, если один электрон в форме S перевести на р-подуровень. Такой процесс возбуждения, сопровождающийся «распариванием» электронов м.б. представлен следующей схемой:

Т еперь во внешнем электронном слое находятся 4 неспаренных электрона. Отсюда, возбужденный атом может участвовать в образовании 4 ковалентных связей. Переход спаренного электрона на другой уровень (например, со 2^го на 3^ий) связан с затратой очень большой энергии, которая не покрывается энергией, выделяющейся при образовании новых связей. Поэтому у кислорода ковалентность всегда = 2, а F_фтора=1.

А

₁₇Cl ₂)₈)₇)

томы третьего периода и др. имеют во внешнем слое d-подуровень, на который при возбуждении могут переходить s и p – электроны внешнего слоя.

При возбуждении у него может быть 3,5,7 неспаренных электронов.

Е

Отсюда соединения хлора: HClO₂ – хлористая кислота, HСlO₃ – хлорноватая кислота, HСlO₄ – хлорная кислота.

I

из восьми электронов шесть образуют 3 ковалентные связи и являются общими для N и H.

I. Во многих случаях ковалентная связь возникает и за счет спаренных электронов, например, NH₃.

Н о 2 электрона принадлежат только азоту и образуют неподеленную электронную пару. Такая пара тоже может участвовать в образовании ковалентной связи с другим атомом, если во внешнем электронном слое у него есть свободная орбиталь. Например: у иона Н.

П

NH₃

N







Н

Н

Н

+

Н⁺

NН₄⁺

оэтому при взаимодействии NH₃ + H⁺ образуется ковалентная связь и неподеленная пара становится общей.

Общая пара электронов принадлежащая одному атому называется донорной, а свободная орбиталь другого атома (акцептором). Такой способ образования связи называется донорно-акцепторным.

Насыщаемость

Максимальная ковалентность у элементов 2^го периода равна 4, т.к. на внешнем энергетическом уровне у них находятся 4 орбитали (s и p) и может разместиться максимум 8 электронов 2s² 2p⁶ (2+6=8) 8:2=4.

Атомы элементов 3^го периода и т.д. имеют и d-орбитали и ковалентность может = 9; 3s²3p⁶3d¹⁰ (2+6+10=18); 18:2=9.

Способность атомов участвовать в образовании ограниченного числа ковалентных связей называется насыщаемостью.

Направленность

Свойства молекулы, её способность вступать в химическое взаимодействие с другими молекулами (реакционная способность) зависят не только от прочности химических связей в молекуле, но в значительной мере и от её пространственного строения. Этот раздел химии называется стереохимией.

Образование ковалентной связи осуществляется за счет перекрывания электронных облаков взаимодействующих атомов. При этом область перекрывания располагается в определенном направлении к атомам. Иначе говоря обладает направленностью.

Например, молекула водорода.

П ерекрывание атомных s- орбиталей происходит вблизи прямой, соединяющей ядра атомов Н, т.е. оси. Такая связь называется сигма связью – σ связь.

В образовании σ связи могут принимать участие и р-электроны. Например: HF

F 2)7)

H 1)

σ

H

F

σ - связь

s

p

– связь ориентирована вдоль оси.

с м. также F₂.

Н о при взаимодействии р-электронов перпендикулярно оси связи, образуется не одна, а две области перекрывания, такая связь называется Пи – связью. (π – связь). см. N₂

И дет образование связи в N₂ за счет 3^х ковалентных связей 1 сигма и 2 Пи связи в пространстве x, y, z.

Пи связь и сигма неравноценны, т.к. энергия из разрыва различна.