Ковалентная связь и свойства ковалентных соединений

Ковалентная связь — один из основных типов химических связей, который позволяет образовывать химические соединения. Понимание ковалентной связи помогает объяснить, почему вещества имеют специфические свойства, такие как температура плавления, температура кипения, проводимость и растворимость. В этом подробном руководстве по ковалентной связи мы рассмотрим эти концепции, используя простой язык, подкрепленный примерами и визуальными диаграммами.

Понимание ковалентных связей

Ковалентная связь — это химическая связь, которая включает в себя совместное использование электронных пар между атомами. Эти общие пары электронов позволяют каждому атому иметь полную внешнюю оболочку, которая обычно связана со стабильной электронной конфигурацией благородных газов. Ковалентная связь обычно возникает между неметаллическими атомами с похожими электроотрицательностями.

Основной особенностью ковалентных связей является то, что они включают обмен электронами. Это отличается от ионных связей, где электроны передаются от одного атома к другому.

Образование ковалентных связей

Когда два неметаллических атома подходят близко, их внешние электроны начинают взаимодействовать. Если их притяжение достаточно сильное, атомы будут делить одну или более пар электронов. Обменные электроны помогают завершить внешнюю оболочку каждого атома, делая молекулу стабильной.

Пример: образование молекулы водорода (H 2 ) Каждый атом водорода имеет 1 электрон. Совместно используя свои электроны, они образуют молекулу водорода. H• + •H → H:H или H2

В молекуле водорода каждый атом водорода делит один электрон, что приводит к образованию одинарной ковалентной связи, представленной линией между двумя атомами (H—H).

Типы ковалентных связей

Ковалентные связи классифицируются по количеству общих электронных пар:

• Одинарная ковалентная связь: Включает одну пару общих электронов. Пример: H ₂, Cl ₂.
• Двойная ковалентная связь: Включает две пары общих электронов. Пример: O ₂, CO ₂.
• Тройная ковалентная связь: Включает три пары общих электронов. Пример: N ₂.

Одинарная ковалентная связь

В молекулах, таких как _Cl2, каждый атом хлора образует одинарную ковалентную связь за счет деления одного электрона. Это приводит к образованию двухатомной молекулы:

Пример: Cl 2 Cl• + •Cl → Cl:Cl или Cl2

Двойная ковалентная связь

В двойной ковалентной связи между атомами делятся две пары электронов. Например, в молекуле кислорода (O ₂) два атома кислорода делят две пары электронов. Это представлено двойной линией между атомами:

Пример: O 2 O::O или O=O

Тройная ковалентная связь

Тройная ковалентная связь включает три пары электронов. В азоте (N ₂) атомы азота делят три пары электронов, образуя очень сильную тройную связь:

Пример: N 2 N:::N или N≡N

Свойства ковалентных соединений

Ковалентные соединения имеют специфические свойства, которые отличают их от ионных соединений. Эти свойства зависят от природы ковалентных связей и включают температуру плавления, температуру кипения, электро проводимость и растворимость.

Низкая температура плавления и кипения

Ковалентные соединения обычно имеют более низкие температуры плавления и кипения, чем ионные соединения. Это связано с тем, что ковалентные связи удерживают отдельные молекулы вместе, но силы между этими молекулами (межмолекулярные силы) слабее, чем силы в кристаллической решетке ионного соединения.

Например, точка кипения воды (H ₂O) составляет 100°C, в то время как точка кипения хлорида натрия (NaCl) значительно выше — 1413°C.

Электро проводимость

Ковалентные соединения обычно не проводят электричество, когда растворены в воде, в отличие от ионных соединений. Это связано с тем, что ковалентные соединения не содержат свободных ионов или заряженных частиц, которые могут переносить электрический ток.

Растворимость

Ковалентные соединения часто менее растворимы в воде, чем ионные соединения. Это связано с тем, что они обычно не образуют ионы в растворе. Однако некоторые ковалентные соединения могут быть растворимы в органических растворителях, таких как этанол. Например, сахар (ковалентное соединение) легко растворяется в воде, но не в бензоле.

Примеры ковалентных соединений

Существует множество ковалентных соединений, каждое из которых имеет различные характеристики и применения:

• Вода ( _H2O ): Жизненно важное соединение для жизни, важное для многих биологических и химических процессов.
• Углекислый газ ( _CO2 ): Газ, жизненно важный для фотосинтеза у растений и важный парниковый газ.
• Метан ( _CH4 ): Простой углеводород и важный компонент природного газа. Является топливом и источником энергии.

Полярные и неполярные ковалентные связи

Ковалентные связи могут классифицироваться как полярные или неполярные в зависимости от электроотрицательностей вовлеченных атомов. Электроотрицательность — это мера способности атома привлекать и удерживать электроны.

Неполярная ковалентная связь

В неполярных ковалентных связях электроны делятся равномерно между двумя атомами, поскольку их электроотрицательности одинаковы. Примером этого является связь в молекуле водорода (H ₂ ).

Полярная ковалентная связь

Полярные ковалентные связи образуются, когда существует значительная разница в электроотрицательностях между двумя атомами. Это приводит к неравномерному распределению электронов. Примером этого является связь в молекуле воды (H ₂O), где атом кислорода более электроотрицателен, чем атомы водорода. Это приводит к дипольному моменту, где конец кислорода является слегка отрицательным, а конец водорода слегка положительным.

Пример: H 2O Hδ+-Oδ--Hδ+

Эта полярность придает воде уникальные свойства, такие как высокая точка кипения и поверхностное натяжение.

Молекулярная форма и теория ВСППЭ

Форма молекул определяется расположением атомов в трехмерном пространстве. Теория отталкивания пар валентных электронов (ВСППЭ) помогает предсказать молекулярные формы, основываясь на отталкивании электронных пар в валентной оболочке центрального атома.

Основная молекулярная геометрия

• Линейная: Связи расположены в одной прямой линии. Пример: CO ₂
• Гнутая: Связи расположены в изогнутой или угловой форме. Пример: H ₂O
• Тригональная планарная: связи расположены в плоском треугольнике. Пример: BH ₃
• Тетраэдрическая: Связи расположены в форме тетраэдра. Пример: CH ₄

Пример: метан ( _CH4 )

Молекулярная геометрия метана — тетраэдрическая, где атом углерода находится в центре, а атомы водорода — в углах тетраэдра.

Это геометрическое расположение помогает минимизировать электронное отталкивание и достичь стабильной конфигурации.

Заключение

Ковалентные связи — это фундаментальная концепция химии, важная для понимания того, как молекулы формируются и взаимодействуют. За счет совместного использования электронов атомы достигают стабильности. Ковалентные соединения демонстрируют уникальные свойства, такие как низкие температуры плавления и кипения, отсутствие проводимости электричества в водном растворе и различные растворимости. Кроме того, теория ВСППЭ предоставляет руководство для прогнозирования молекулярных форм, которые важны для химических и физических свойств веществ.

Понимание этих концепций обеспечивает основополагающие знания, необходимые для изучения сложных тем в химии, и дает представление о структуре и поведении молекулярных веществ в окружающем мире.

Комментарии