Ковалентная связь

Химическая связь заключается в том, что атомы соединяются вместе, чтобы образовать молекулы. Этот процесс происходит потому, что атомы хотят достичь стабильной электронной конфигурации. Один из самых распространенных типов химических связей — это ковалентная связь. В этом объяснении мы подробно рассмотрим ковалентное связывание простым языком и с большим количеством примеров, чтобы помочь вам понять. В конце этого урока вы должны иметь четкое представление о том, что такое ковалентные связи, как они образуются и почему они важны для жизни, как мы ее знаем.

Что такое ковалентная связь?

Ковалентные связи — это тип химической связи, в которой два атома делят пару электронов. Эти общие электроны позволяют каждому атому достигать электронной конфигурации благородного газа, что обычно является очень стабильной структурой. В большинстве случаев ковалентные связи образуются между неметаллическими атомами с аналогичными электроотрицательностями.

Понимание обмена электронами

Атомы имеют электроны, расположенные на энергетических уровнях или оболочках вокруг ядра. Самая внешняя оболочка известна как валентная оболочка. Атомы хотят заполнить свои валентные оболочки максимально возможным количеством электронов, потому что полная валентная оболочка является стабильной. Для большинства первых нескольких рядов периодической таблицы это означает, что в валентной оболочке должно быть восемь электронов, правило, известное как "правило октета".

В ковалентной связи атомы достигают полной валентной оболочки, обмениваясь электронами. Рассмотрим пример с участием двух атомов водорода:

H + H → H:H
    

На диаграмме выше каждый атом водорода начинает с одного электрона. Обмениваясь этими электронами (обозначено как H:H), оба атома водорода могут наслаждаться доступом к двум электронам, завершая свою первую и единственную оболочку.

Одинарные, двойные и тройные связи

Ковалентные связи могут включать одну, две или три пары общих электронов, что приводит к одинарным, двойным и тройным связям, соответственно. Вот как они работают:

Одинарные связи

Одинарная связь включает пару общих электронов. Это самый простой и распространенный тип ковалентной связи. Например, в молекуле хлорного газа (Cl₂), каждый атом хлора делится одним электроном с другим:

Cl· + Cl → Cl:Cl
    

Линия в середине фигуры представляет собой пару общих электронов или ковалентную связь.

Двойные связи

Двойная связь образуется, когда две пары электронов делятся между двумя атомами. Примером этого является молекула кислорода (_O2):

O + O → O::O
    

Двойная линия в середине представляет собой две пары общих электронов.

Тройные связи

Тройная связь включает три пары общих электронов и является самой прочной из трех видов ковалентных связей. Примером молекулы с тройной связью является азотный газ (N₂):

N:::N
    

Три линии вместе представляют три пары общих электронов.

Полярные и неполярные ковалентные связи

Ковалентные связи можно разделить на две категории в зависимости от разделения электронов между атомами: полярные и неполярные ковалентные связи.

Неполярная ковалентная связь

В неполярной ковалентной связи электроны равномерно делятся между двумя атомами. Это обычно происходит между атомами одного элемента или атомами с аналогичными электроотрицательностями. Примерами являются молекулы водорода (_H2) и кислорода (_O2).

Полярная ковалентная связь

В полярной ковалентной связи электроны делятся неравномерно. Это означает, что один атом имеет большее притяжение к общим электронам. Атом с большим притяжением считается более электроотрицательным, чем другой. Общий пример полярной ковалентной связи можно найти в молекуле воды (H₂O):

H－O－H
    

В воде кислород более электроотрицателен, чем водород, что означает, что он привлекает общие электроны более сильнее. Это приводит к отрицательному заряду на атоме кислорода и положительному заряду на атомах водорода, создавая дипольный момент.

Примеры ковалентных соединений

Ковалентные связи образуют основу многих различных типов соединений. Вот некоторые примеры, показывающие, насколько универсальными могут быть ковалентные связи:

• Углекислый газ (_CO2): В этой молекуле присутствуют две двойные связи между атомом углерода и двумя атомами кислорода.

    O=C=O
        

• Метан (_CH4): В метане один атом углерода образует четыре одинарные ковалентные связи с четырьмя атомами водорода, делая его простым углеводородом.

    H
    |
    H-C-H
    |
    H
        

• Аммиак (_NH3): Аммиак — это пример молекулы, в которой один атом азота образует три одинарные ковалентные связи с тремя атомами водорода.

    H
    |
    H-N-H
    |
        

Важность ковалентных связей

Ковалентные связи играют жизненно важную роль в химии живых организмов. Они образуют скелет биологических молекул, таких как белки, нуклеиновые кислоты и углеводы. Без ковалентных связей сложные молекулы, необходимые для жизни, не могли бы образовываться или функционировать.

Например, ДНК, молекула, которая несет генетическую информацию в клетках, состоит из ковалентных связей, которые соединяют сахара и фосфатные группы вместе в длинную цепь, которая формирует спиральную структуру. Способность атомов углерода образовывать четыре ковалентные связи делает его невероятно универсальным в создании сложных органических соединений.

Заключение

Понимание ковалентных связей важно, потому что это помогает объяснить, как атомы соединяются, чтобы образовывать различные молекулы, которые составляют все вокруг нас. От воды, которую мы пьем, до воздуха, которым мы дышим, и до клеток в наших телах, ковалентные связи присутствуют везде, удерживая атомы вместе стабильными и предсказуемыми способами. Обмениваясь электронами, атомы могут достигать полной внешней оболочки, достигая тем самым стабильности. Образование одинарных, двойных и тройных связей придает молекулам различные свойства, что влияет на то, как они взаимодействуют в химических реакциях. Также важно знать разницу между полярными и неполярными ковалентными связями, поскольку это влияет на взаимодействия молекул, растворимость, точки плавления и кипения, а также электрическую проводимость.

Это всестороннее понимание ковалентных связей важно для дальнейшего изучения химии и биологии, и оно создает основу для углубленных исследований более сложных химических поведений и взаимодействий в будущем.

Комментарии