Химия. Учебники по химии. Шпаргалки по химии.

Главная страница сайта
Доска объявлений по химической продукции. Купить - продать химическое сырьё. Производители, Покупатели, Поставщики.

§3.4 Электроотрицательность. Различие между полярной ковалентной и ионной связями.

Только о небольшой части всех химических связей можно сказать, что они являются чисто ковалентными. В чисто ковалентных соединениях поделенная пара электронов всегда находится на одинаковом расстоянии от ядер обоих атомов. Это возможно тогда, когда между собой связаны одинаковые атомы. Например, из рассмотренных нами в этой главе молекул чисто ковалентными окажутся двухатомные молекулы водорода, кислорода, хлора, азота:

Когда между собой связываются разные атомы, поделенная пара химической связи всегда смещена к одному из атомов. К какому? Разумеется, к тому атому, который проявляет более сильные акцепторные свойства.

Допустим, при образовании двухатомной молекулы АБ электроны связи смещаются в сторону атома Б. В этом случае атом Б считается более электроотрицательным, чем атом А. С помощью формул Льюиса можно изобразить смещение пары электронов в полярной ковалентной связи следующим образом:

Под электроотрицательностью элемента понимают относительную способность его атомов притягивать электроны при связывании с другими атомами.

Подавляющее большинство молекул состоит из атомов разного вида и поэтому содержит полярные ковалентные связи.

Полярные ковалентные связи будут присутствовать, например, в молекулах таких соединений:

и других молекулах, состоящих из атомов не одного, а разных элементов.

Для примера рассмотрим оксид серы SO₂. Кислород (Z = 8) и сера (Z = 16) имеют похожие валентные оболочки (...2s² 2p⁴ и ...3s² 3p⁴), но внешние электроны серы находятся дальше от ядра и притягиваются к ядру слабее, чем у кислорода (рис. 3-4). Из-за этого поделенные электронные пары в молекуле SO₂ смещены вдоль химической связи в сторону атомов кислорода, которые приобретают за счет этого частичный отрицательный заряд. Такой частичный заряд обозначают греческой буквой "дельта" (d ). Атом серы приобретает частичный положительный заряд d +, а атомы кислорода - частичный отрицательный заряд d -.

Рис. 3-4. Взаимодействие менее электроотрицательной серы с более электроотрицательным кислородом приводит к соединению с полярными ковалентными связями. Вдоль каждой такой связи электронная плотность смещена в сторону атома кислорода.

Электроотрицательность зависит не только от расстояния между ядром и валентными электронами, но и от того, насколько валентная оболочка близка к завершенной. Атом с 7 электронами на внешней оболочке будет проявлять гораздо большую электроотрицательность, чем атом с 1 электроном.

Фтор является "чемпионом" электроотрицательности по двум причинам. Во-первых, он имеет на валентной оболочке 7 электронов (до октета недостает всего 1-го электрона) и, во-вторых, эта валентная оболочка расположена близко к ядру. Например, в соединении NaF поделенная электронная пара оттянута к атому фтора так сильно, что можно, почти не погрешив против истины, приписать фтору целый отрицательный, а натрию - целый положительный заряд:

Na⁺ F^–

Если вспомнить раздел 3.2, то такую связь уже лучше назвать ионной. Запись формулы в ионном виде является достаточно условной. Она всего лишь означает, что поляризация в ковалентной связи велика. Запись структуры с помощью формулы Na—F тоже правильна, потому что поляризация связи может быть близка к 100%, но никогда не достигает 100%. Например, в NaF поляризация связи составляет около 80%. Таким образом,

ИОННУЮ СВЯЗЬ можно рассматривать как ПРЕДЕЛЬНЫЙ случай полярной ковалентной связи.

Соединения с ионными и ковалентными связями могут довольно сильно отличаться друг от друга по внешнему виду и свойствам. Ионные соединения - обычно твердые и хрупкие вещества, плавящиеся при высоких температурах. Растворы ионных соединений проводят электрический ток, потому что при растворении они распадаются на заряженные ионы. Типичное ионное соединение - поваренная соль NaCl.

Соединения с ковалентными и полярными ковалентными связями обычно являются газами или жидкостями, а если это твердые вещества, то плавятся они сравнительно легко (хотя есть и исключения!). Их растворы не всегда проводят электрический ток, потому что при растворении такие молекулы могут и не распадаются на ионы. Типичные окружающие нас соединения с полярными ковалентными связями: углекислый газ CO₂, вода H₂O, песок SiO₂.

Граница между полярными ковалентными и ионными веществами достаточно условна. Например, чистая вода (полярное ковалентное соединение) все-таки обладает электропроводностью (правда, очень низкой), а если поваренную соль (ионное соединение) расплавить и нагреть до кипения (для этого потребуется температура 1465 °С!), то в парах будут присутствовать молекулы Na—Cl, а не отдельные ионы Na⁺ и Cl^–.

Можно ли измерить степень полярности ковалентной связи? Где кончается полярная ковалентная и начинается ионная связь?

Электроотрицательность можно выразить количественно и выстроить элементы в ряд по ее возрастанию. Наиболее часто используют ряд электроотрицательности элементов, предложенный американским химиком Л. Полингом. Электроотрицательность (X) измеряется в относительных величинах. Наиболее электроотрицательным из всех элементов является фтор (F) - его электроотрицательность в шкале Полинга принята равной 4,0. Остальные элементы по сравнению с фтором имеют меньшую электроотрицательность (таблица 3-3).

Таблица 3-3. Электроотрицательности (X) некоторых элементов (приведены в порядке возрастания X).

Элемент	K	Na	Li	Ca	Mg	Be	Al
X	0,82	0,93	0,98	1,00	1,31	1,57	1,61

Элемент	Zn	Cr	Fe	Si	B	P	H	C
X	1,65	1,66	1,8	1,9	2,04	2,19	2,20	2,55

Элемент	S	I	Br	N	Cl	O	F
X	2,58	2,66	2,96	3,04	3,16	3,44	4,0

Допустим, между двумя какими-то элементами образовалась химическая связь. Теперь разность электроотрицательностей этих элементов (D X) позволит нам судить о том, насколько эта связь отличается от чисто ковалентной.

Какие бы два атома не были связаны между собой, для вычисления D X нужно из большей электроотрицательности вычесть меньшую. Существует условная граница между ковалентной, полярной ковалентной и ионной связями.

Для ковалентной связи такая разница равна нулю или очень близка к нулю. Например: а) связь F—F в молекуле фтора F₂: D X = (4,0 - 4,0) = 0 (ковалентная связь); б) связь O=O в молекуле кислорода O₂: D X = (3,44 - 3,44) = 0 (ковалентная связь). Если величина D X меньше, чем 0,4 – такую связь тоже условно называют ковалентной.

При разности электроотрицательностей от 0,4 до 2,0 связь может считаться полярной ковалентной. Например: в) связь H—F в молекуле фтороводорода HF: D X = (4,0 - 2,2) = 1,8 (полярная ковалентная связь); г) связь C—Cl в молекуле CСl₄: D X = (3,16 - 2,55) = 0,61 (полярная ковалентная связь); д) связь S=O в молекуле SO₂: D X = (3,44 - 2,58) = 0,86 (полярная ковалентная связь).

При разнице электроотрицательностей больше 2,0 связь может считаться ионной. Например: е) связь Na—Cl в соединении NaCl: D X = (3,16 - 0,93) = 2,23 (ионная связь); ж) связь Na—F в соединении NaF: D X = (4,0 - 0,93) = 3,07 (ионная связь); з) связь K—O в соединении K₂O: D X = (3,44 - 0,82) = 2,62 (ионная связь).

Таким образом, при возникновении химической связи происходит не только обобществление электронов, но и в ряде случаев передача электронов от одного атома другому. Эта передача может быть частичной или почти полной. Электроны всегда передаются от атома с меньшей электроотрицательностью атому с большей электроотрицательностью.

Задачи.

3.14. Нарисуйте структурные формулы перечисленных ниже соединений, разделяя их на три группы: а) соединения с ковалентными связями, б) с полярными ковалентными связями, в) с ионными связями. Решение обоснуйте.

PH₃, CaO, Br₂, BeCl₂, CsBr, S₈ (циклическая молекула), BF₃, H₂, Li₂O.

3.15. В таблице 3-3 не приведены электроотрицательности для благородных газов. Попробуйте предсказать значение электроотрицательности ксенона в соединении XeF₆ (речь идет о качественной оценке: “очень большая”, “очень маленькая”).

_________________