Виды связей между химическими элементами, схемы их образования

Вещества состоят из молекул, а они, в свою очередь, сформированы химическими элементами. Схемы образования таких связей зависят от типа материй. В любом виде связывания участвуют свободные электроны, находящиеся на внешнем уровне атомов. Зная механизм образования молекул, можно составить их структурную формулу.

Оглавление:

• Электронная пара
• Ионная схема
• Металлическая решетка

Электронная пара

Ковалентная (атомная) химическая связь осуществляется между двумя атомами при помощи общей электронной пары. В этом случае электронные облака элементов перекрываются, каждый получает электроны, нужные для завершения своего внешнего энергетического уровня. Благодаря этому объединению атомы удерживаются вместе. Есть два механизма образования атомной связи:

1. Обменный — оба атома предоставляют по одному неспаренному электрону для образования общей пары.
2. Донорно-акцепторный — один элемент отдает неподеленную электронную пару, а второй предоставляет свободную орбиталь.

В зависимости от электроотрицательности элементы могут владеть электронной парой в равной степени или один из атомов будет сильнее притягивать ее.

Атомная неполярная

Это вид связи возникает между одинаковыми атомами. Для нее характерно равномерное владение электронами обоими элементами. Их заряд не меняется. Таким способом образуются простые вещества, например, Cl2.

Схему образования молекулы хлора можно описать следующим образом: на внешнем уровне у атома хлора расположены семь электронов, то есть для завершения не хватает одного. Любой элемент отдает по одному электрону для образования общей пары. Происходит перекрывание р-орбиталей и образование молекулы Cl2.

Электроотрицательность элементов, участвующих в создании ковалентной неполярной связи, одинаковая. Дипольный момент здесь равен 0. Атомы владеют электронами в равной степени, поэтому ни один не имеет заряда.

Ковалентная полярная

Этот тип ковалентной связи образуется между двумя элементами, электроотрицательность которых отличается незначительно. Как правило, это два неметалла. Полярной связь называют, поскольку общая пара смещается в сторону более электроотрицательного элемента. Сильный атом приобретает отрицательный заряд, а более слабый — положительный. Электроотрицательность атомов можно определить по специальной шкале. Вещества, образованные полярной связью, могут состоять из двух и более элементов, например:

1. Бромистоводородная кислота HBr. Водород расположен в первом периоде, то есть у него есть только один энергетический уровень, на котором находится один электрон. У брома на внешнем уровне 7 электронов и требуется еще один. Оба атома отдают свои неспаренные частицы, получается общая пара. Но бром сильнее водорода, поэтому он тянет эту пару на себя, приобретая отрицательный заряд. Водород же становится положительно заряженным.
2. Сероводород H2S. Сера находится в VI группе, значит, на внешнем уровне у нее шесть электронов, два из которых неспаренные. Каждый из них участвует в образовании общей пары с двумя атомами водорода. Атом серы, как самый электроотрицательный, оттягивает на себя обе пары, получая уловный заряд -2. Аналогично можно записать схему образования молекулы воды H2O.
3. Аммиак NH3. У азота на внешней р-орбитали расположены три неспаренных электрона. Каждый из них связывается с одним атомом водорода. То есть молекула аммиака образована тремя ковалентными связями, смещенными в сторону азота.

В молекуле могут присутствовать два электроотрицательных атома, которые будут оттягивать на себя электронную плотность. Примером такого вещества служит фторид кислорода OF2. Кислород отдает по одному электрону в общую пару с атомами фтора, притягивающими отрицательный заряд к себе. Таким образом, фтор имеет условный заряд -1, у кислорода этот показатель равен +2.

Если схема образования ковалентной полярной связи протекает по донорно-акцепторному механизму, то связь будет двойной. Для примера можно рассмотреть молекулу углекислого газа CO2. Углерод на внешнем уровне имеет 4 электрона, а кислород — 6. Две неподеленные электронные пары от углерода соединяются со свободными орбиталями атомов кислорода. Структуральная формула линейна: О=С=О. Связь полярна, смещена в сторону кислорода. На углероде сосредоточен заряд +4, а на кислороде -2.

Ионная схема

Связь, которая возникает между ионами (частицами, приобретающими заряд в результате принятия или отдачи электронов) и имеет электростатическую природу, называется ионной. Схема образования химической связи ионного типа основана на передаче электронов от одного атома другому. После этого элементы превращаются в ионы с положительным и отрицательным зарядом. Противоположно заряженные частицы притягиваются друг к другу.

Ионное связывание образуется между металлом и неметаллом. Ярким примером их соединения является хлорид калия. Хлор, как все галогены, должен принять один электрон для завершения внешнего энергетического уровня. Калий — щелочной металл — на внешнем уровне имеет один электрон, который и отдает хлору. Потеряв отрицательную частицу, калий получает заряд +1, а хлор наоборот. Положительный ион притягивается к отрицательному, вместе они образуют соль KCl.

Другой пример ионной схемы связывания — это оксид марганца MgO. Марганец — элемент второй группы главной подгруппы, на внешнем уровне у него 2 электрона. Их забирает кислород для заполнения своей орбитали. После этого появляются ионы Mg (+2) и О (-2). Притягиваясь, они образуют оксид.

Электростатическое притяжение ионов очень сильное, поэтому температуры кипения и плавления этих веществ высокие.

Молекула с ионной связью имеет четкую структуру, где каждый ион окружен противоположно заряженными частицами. Этот тип характерен для солей, оксидов металлов и оснований. Соли аммония, не имеющие металла в составе, тоже образованы ионной связью.

Металлическая решетка

Структура всех металлов представляет собой металлическую решетку с общими электронами. Такая связь носит название металлической. Атомы металлов имеют на внешнем уровне малое число электронов. Связь их с ядром ослабевает с ростом периода в таблице Менделеева. Из-за слабых сил притяжения неспаренные электроны могут легко отрываться от атома металла, превращая его в катион. Схема описывается уравнением Me(0) - ne = Me (+n), где n — число внешних электронов.

Металлическая связь представлена структурированной решеткой, на вершинах которой расположены атомы и катионы металла. Между этими вершинами движутся свободные электроны. Они то присоединяются к катиону, превращая его обратно в атом, то снова отрываются и передвигаются к следующему катиону. Эта динамическая система удерживается благодаря электростатическому притяжению.

Химическая связь — сила, удерживающая элементы вместе, образуя молекулу или кристалл. В ее образовании всегда задействованы неспаренные электроны и свободные орбитали атомов. Существует ионная связь, объединяющая металлы и неметаллы. Она может быть ковалентной или атомной, образующейся между двумя неметаллами, или металлической, удерживающей металлические решетки.