Ковалентная связь. Параметры ковалентной связи. Механизмы образования ковалентной связи. Типы ковалентной связи

Ковалентная связь образована общей для двух атомов парой электронов

Ковалентная связь имеет характеристики:

• Энергия связи — Это тепловой эффект гомолитического разрыва связи.

• Длина связи — расстояние между ядрами атомов.

• Направленность (связи атома имеют определённое направление относительно друг друга). Направленность связей определяет геометрию молекул (валентные углы).

• Насыщаемость — строго определённое число связей, обусловленное числом неспаренных электронов атома.

Механизмы образования ковалентных связей

Различают несколько механизмов образования ковалентной связи:

• обменный (равноценный);

• донорно-акцепторный;

• дативный.

При использовании обменного механизма образование связи рассматривается как результат спаривания спинов свободных электронов атомов. При этом осуществляется перекрывание двух атомных орбиталей соседних атомов, каждая из которых занята одним электроном. Таким образом, каждый из связываемых атомов выделяет для обобществления пары по электрону, как бы обмениваясь ими. Например, при образовании молекулы трифторида бора из атомов три атомные орбитали бора, на каждой из которых имеется по одному электрону, перекрываются с тремя атомными орбиталями трех атомов фтора (на каждой из них также находится по одному неспаренному электрону).

В результате спаривания электронов в областях перекрывания соответствующих атомных орбиталей появляется три пары электронов, связывающих атомы в молекулу.

По донорно-акцепторному механизму перекрывается орбиталь с парой электронов одного атома и свободная орбиталь другого атома. В этом случае в области перекрывания также оказывается пара электронов. По донорно-акцепторному механизму происходит, например, присоединение фторид-иона к молекуле трифторида бора.

Вакантная р-орбиталь бора (акцептора электронной пары) в молекуле BF3 перекрывается с р-орбиталью иона , выступающего в роли донора электронной пары. В образовавшемся ионе все четыре ковалентные связи бор−фтор равноценны по длине и энергии, несмотря на различие в механизме их образования.

Атомы, внешняя электронная оболочка которых состоит только из s- и р-орбиталей, могут быть либо донорами, либо акцепторами электронной пары. Атомы, у которых внешняя электронная оболочка включает d-орбитали, могут выступать в роли и донора, и акцептора пар электронов. В этом случае рассматривается дативный механизм образования связи. Примером проявления дативного механизма при образования связи служит взаимодействие двух атомов хлора. Два атома хлора в молекуле образуют ковалентную связь по обменному механизму, объединяя свои неспаренные 3р электроны. Кроме того, происходит перекрывание 3р-орбитали атом 1, на которой имеется пара электронов, и вакантной 3d-орбитали атома 2, а также перекрывание 3р-орбитали атом 2, на которой имеется пара электронов, и вакантной 3d-орбитали атома 1. Действие дативного механизма приводит к увеличению прочности связи. Поэтому молекула является более прочной, чем молекула , в которой ковалентная связь образуются только по обменному механизму.

Типы ковалентной связи

Неполярная ковалентная связь образуется между атомами одного химического элемента. Так в молекулах водорода (), кислорода () и др. связь неполярна. Это значит, что общая электронная пара в равной степени принадлежит обоим атомам, т. к. у них одинаковая электроотрицательность.

Полярная ковалентная связь образуется между атомами разных химических элементов. Более электроотрицательный атом смещает к себе электронную пару. Чем больше различие электроотрицательностей атомов, тем сильнее будут смещены электроны, и связь будет более полярной. Так в CH4 смещение общих электронных пар от атомов водорода к атому углерода не столь велико, т. к. углерод не намного электроотрицательней водорода. Однако во фтороводороде HF связь сильно полярная, т. к. разница в электроотрицательности между водородом и фтором значительна. Одинарная ковалентная связь образуется, если атомы делят одну электронную пару, двойная — если две, тройная — если три.

Примером одинарной ковалентной связи могут быть молекулы водорода (), хлороводорода (HCl). Пример двойной ковалентной связи — молекула кислорода (), где каждый атом кислорода имеет два неспаренных электрона. Пример тройной ковалентной связи — молекула азота ().