Властивості речовин з ковалентним полярним зв'язком:

• за агрегатним станом це газоподібні і рідкі речовини;

• більшість з цих речовин є електролітами різної сили ;

• ковалентний полярний зв'язок присутній у функціональних групах органічних молекул, визначає їх високу реакційну здатність.

§3.3. Механізми утворення ковалентного зв’язку

Існує 2 МЕХАНІЗМИ УТВОРЕННЯ ковалентного зв'язку: обмінний і донорно - акцепторний.

• Обмінний механізм утворення ковалентного зв'язку:

А  + В   А  В.

Кожний атом дає по одному неспареному електрону для утворення спільної (поділеної) пари. В результаті електронні хмари атомів перекриваються, виділяється енергія, утворюється міцна система (молекула), а зовнішні рівні атомів стають завершеними.

• Донорно-акцепторний механізм утворення ковалентного зв'язку:

А + Д   А  Д

Неподілена електронна пара одного атома (Д – ДОНОРА) переходить в загальне користування донора і іншого атома (А – АКЦЕПТОРА), який приймає цю пару на свою вільну орбіталь.

У йоні амонію NH₄⁺ три зв'язки N – Н утворюються за обмінним механізмом, а четвертий за донорно-акцепторним. При цьому міц­ність всіх чотирьох зв'язків однакова.

аміакйон амонію

Наприклад: NH₃ легко взаємодіє з молекулою НCl. В полярній молекулі НCl загальна електронна пара сильно зміщена у бік більш електронегативного атома хлору. При цьому орбіталь атома водню практично вільна і вона може приймати електронну пару донора (атома азоту). Так утворюється додатковий зв'язок.

У результаті донорно–акцепторної взаємодії двох нейтральних молекул NH₃ і НCl утворюється нова сполука – хлорид амонію:

NH₃ + HCl = NH₄C1.

аміак хлорид амонію

Хлорид амонію – йонна сполука. Донорно-акцепторна взаємодія перетворила молекулу аміаку в йон амонію NH₄⁺. В йоні амонію три водні зв'язані з азотом за обмінним механізмом, а четвертий водень – за донорно–акцепторним.

§3.4. Властивості ковалентного зв'язку. Σ – та π - зв’язки

До властивостей ковалентного зв′язку відносяться:

1. ДОВЖИНА (L_ЗB)– відстань між ядрами хімічно зв'язаних атомів.

Хімічний зв'язок тим міцніший, чим меншою є його довжина. Вимі­рюється в нанометрах (нм, 10^-9 м) або в ангстремах (Ǻ, 10^-10 м).

Наприклад: СН₃ - СН₃ L_ЗВ = 0,154 нм, CH₂=CH₂ L_ЗB = 0,114 нм.

2. ЕНЕРГІЯ (Е_ЗВ) – енергія, необхідна для розриву зв'язку (кДж/моль).

Наприклад: СН₃-СН₃ Е_ЗВ = 320 кДж/моль СН₂=СН₂ Е_Зв = 610 кДж/моль

3. ПОЛЯРНІСТЬ – ступінь зсуву спільної електронної пари до більш електронегативного атома. Чим більше різниця ЕН атомів, тим більша полярність та менша міцність зв'язку.

Наприклад: в молекулі CH₄ зв'язок малополярний, тому молекула метану міцна, не утворює йонів, не дисоціює у воді. НCl – полярна мо­лекула, сильний електроліт, повністю дисоціює у воді: НCl  Н⁺ + Clˉ

4. ПОЛЯРИЗОВАНІСТЬ – здатність зв'язку змінювати полярність під дією різних чинників (молекул інших речовин або каталізаторів).

5. СПРЯМОВАНІСТЬ – зумовлює просторову структуру, кут між зв'яз­ками, форму молекули. Спрямованість зв'язку визначається типом гібридизації атома.

6. НАСИЧЕНІСТЬ – це здатність атомів утворювати обмежену кіль­кість ковалентних зв'язків. Насиченість дорівнює числу зв'язків ато­ма з іншими атомами. Атом, який має максимальну кількість зв'яз­ків називається насиченим атомом.

Наприклад, атом С, який приєднує 4 інші атоми називається насичений атом карбону, тому що максимальна валентність вуглецю дорівнює 4. В алканах атом карбону насичений (СН₃-СН₃). В алкенах атом вуг­лецю, який приєднує 3 інші атоми називається ненасичений (СН₂=СН₂).

7. КРАТНІСТЬ – кількість спільних електронних пар між атомами. Зі збі­льшенням кратності енергія зв’язку збільшується.

Наприклад: Н – Н кратність дорівнює 1, О = О кратність 2, N ≡ N крат­ність 3.

Міцність зв'язку збільшується, якщо збільшуються енергія та крат­ність. Якщо збільшуються довжина та полярність, міцність зв'яз­ку змен­шується. Спрямованість, поляризованість і насиченість не впли­вають на міцність зв′язку.

СПОСОБИ УТВОРЕННЯ КОВАЛЕНТНОГО ЗВЯЗКУ

В залежності від способу перекривання орбіталей і симетрії елект­­ронної хмари, що утворюється, розрізняють σ- (сигма) та π - (пі) зв’язки.

• σ - зв’язки (сигма - зв'язки) утворюються, якщо орбіталі двох ато­мів перекриваються вздовж лінії, яка з′єднує ядра атомів (аксіальне перекриття). σ - зв'язки утворюються за допомогою гібридних та негібридних орбіталей атомів і є міцними зв'язками.

Рис 3.1. а) молекула Н₂ б) молекула HCI.

• π - зв’язок (пі - зв'язок) утворюється при бічному (латеральному) перекритті негібридизованих р-орбіталей. При цьому області підви­ще­ної електронної густини розташовані вище і нижче за лінію, яка з′єднує ядра атомів. π - зв'язок менш міцний, ніж σ - зв'язок.

Рис.3.2. Утворення σ- та π-звязків в молекулі О₂.