Атоми більшості елементів немає окремо, оскільки можуть взаємодіяти між собою. При цьому взаємодії утворюються складніші частинки.

Природа хімічного зв'язку полягає у дії електростатичних сил, які є силами взаємодії між електричними зарядами. Такі заряди мають електрони та ядра атомів.

Електрони, розташовані на зовнішніх електронних рівнях (валентні електрони) перебуваючи далі від ядра, найслабше з ним взаємодіють, а значить здатні відриватися від ядра. Саме вони відповідають за зв'язування атомів один з одним.

Типи взаємодії у хімії

Типи хімічного зв'язку можна подати у вигляді наступної таблиці:

Характеристика іонного зв'язку

Хімічна взаємодія, що утворюється через тяжіння іонів, що мають різні заряди, називається іонним. Таке відбувається, якщо зв'язуються атоми мають суттєву різницю в електронегативності (тобто здатності притягувати електрони) і електронна пара переходить до електронегативнішого елементу. Результатом такого переходу електронів від одного атома до іншого є утворення заряджених частинок – іонів. Між ними і виникає тяжіння.

Найменшими показниками електронегативності мають типові метали, а найбільшими – типові неметали. Іони, таким чином, утворюються при взаємодії між типовими металами та типовими неметалами.

Атоми металу стають позитивно зарядженими іонами (катіонами), віддаючи електрони зовнішніх електронних рівнів, а неметали приймають електрони, перетворюючись таким чином на негативно зарядженііони (аніони).

Атоми переходять у більш стійкий енергетичний стан, завершуючи свої електронні конфігурації.

Іонний зв'язок ненаправлений і не насичений, оскільки електростатична взаємодія відбувається на всі боки, відповідно іон може притягувати іони протилежного знакау всіх напрямках.

Розташування іонів таке, що навколо кожного є певна кількість протилежно заряджених іонів. Поняття «молекула» для іонних сполук сенсу не має.

Приклади освіти

Утворення зв'язку в хлориді натрію (nacl) обумовлено передачею електрона від атома Na атом Cl з утворенням відповідних іонів:

Na 0 - 1 е = Na + (катіон)

Cl 0 + 1 е = Cl - (аніон)

У хлориді натрію довкола катіонів натрію розташовано шість аніонів хлору, а навколо кожного іону хлору - шість іонів натрію.

При утворенні взаємодії між атомами в сульфіді барію відбуваються такі процеси:

Ba 0 - 2 е = Ba 2+

S 0 + 2 е = S 2-

Віддає свої два електрони сірці в результаті чого утворюються аніони сірки S 2- і катіони барію Ba 2+ .

Металевий хімічний зв'язок

Число електронів зовнішніх енергетичних рівнів металів невелике, вони легко відриваються від ядра. В результаті такого відриву утворюються іони металу та вільні електрони. Ці електрони називаються "електронним газом". Електрони вільно переміщаються за обсягом металу і постійно зв'язуються та відриваються від атомів.

Будова речовини металу така: кристалічна решіткає кістяком речовини, а між її вузлами електрони можуть вільно переміщатися.

Можна навести такі приклади:

Mg - 2е<->Mg 2+

Cs - e<->Cs +

Ca - 2e<->Ca 2+

Fe - 3e<->Fe 3+

Ковалентна: полярна та неполярна

Найбільш поширеним видом хімічної взаємодіїє ковалентний зв'язок. Значення електронегативності елементів, що вступають у взаємодію, відрізняються не різко, у зв'язку з цим відбувається лише зміщення загальної електронної пари до більш негативного атома.

Ковалентна взаємодія може утворюватися за обмінним механізмом або за донорно-акцепторним.

Обмінний механізм реалізується, якщо в кожного з атомів є неспарені електрони на зовнішніх електронних рівнях і перекриття атомних орбіталей призводить до виникнення пари електронів, що вже належать обом атомам. Коли ж у одного з атомів є пара електронів на зовнішньому електронному рівні, а в іншого — вільна орбіталь, то при перекриванні атомних орбіталей відбувається узагальнення електронної пари та взаємодія щодо донорно-акцепторного механізму.

Ковалентні поділяються за кратністю на:

• прості чи одинарні;
• подвійні;
• потрійні.

Подвійні забезпечують узагальнення одразу двох пар електронів, а потрійні – трьох.

За розподілом електронної щільності (полярності) між атомами, що зв'язуються, ковалентний зв'язок ділиться на:

• неполярну;
• полярну.

Неполярний зв'язок утворюють однакові атоми, а полярний - різні за електронегативністю.

Взаємодія близьких по електронегативності атомів називають неполярним зв'язком. Загальна пара електронів у такій молекулі не притягнута до жодного з атомів, а належить однаково обом.

Взаємодія елементів, що розрізняються по електронегативності, призводить до утворення полярних зв'язків. Загальні електронні пари при такому типі взаємодії притягуються електронегативнішим елементом, але повністю до нього не переходять (тобто утворення іонів не відбувається). Через війну такого зміщення електронної щільності на атомах з'являються часткові заряди: більш електронегативному — негативний заряд, але в менш — позитивний.

Властивості та характеристика ковалентності

Основні характеристики ковалентного зв'язку:

• Довжина визначається відстанню між ядрами атомів, що взаємодіють.
• Полярність визначається зміщенням електронної хмари одного з атомів.
• Спрямованість - властивість утворювати орієнтовані просторі зв'язку і, відповідно, молекули, мають певні геометричні форми.
• Насичуваність визначається здатністю утворювати обмежену кількість зв'язків.
• Поляризуемість визначається здатністю змінювати полярність під дією зовнішнього електричного поля.
• Енергія необхідна руйнування зв'язку, що визначає її міцність.

Прикладом ковалентної неполярної взаємодії можуть бути молекули водню (H2), хлору (Cl2), кисню (O2), азоту (N2) та багато інших.

H · + · H → H-H молекуламає одинарний неполярний зв'язок,

O: + :O → O=O молекула має подвійну неполярну,

Ṅ: + Ṅ: → N≡N молекула має потрійну неполярну.

Як приклади ковалентного зв'язку хімічних елементівможна навести молекули вуглекислого (CO2) і чадного (CO) газу, сірководню (H2S), соляної кислоти(HCL), води (H2O), метану (CH4), оксиду сірки (SO2) та багатьох інших.

У молекулі CO2 взаємозв'язок між вуглецем і атомами кисню ковалентна полярна, оскільки більш негативний водень притягує до себе електронну щільність. Кисень має два неспарені електрони на зовнішньому рівні, а вуглець може надати для утворення взаємодії чотири валентні електрони. В результаті утворюються подвійні зв'язки та молекула виглядає так: O = C = O.

Щоб визначитися з типом зв'язку у тій чи іншій молекулі, досить розглянути складові її атоми. Прості речовини метали утворюють металеву, метали з неметалами - іонну, прості речовини неметали - ковалентну неполярну, а молекули, що складаються з різних неметалів, утворюються за допомогою ковалентного полярного зв'язку.

Хімічний зв'язок

У природі немає одиночні атоми. Усі вони перебувають у складі простих і складних сполук, де їх поєднання молекули забезпечується утворенням хімічних зв'язків друг з одним.

Освіта хімічних зв'язків між атомами – природний, мимовільний процес, оскільки у своїй відбувається зниження енергії молекулярної системи, тобто. енергія молекулярної системи менша від сумарної енергії ізольованих атомів. Це рушійна сила утворення хімічного зв'язку.

Природа хімічних зв'язків електростатична, т.к. атоми є сукупність заряджених частинок, між якими діють сили тяжіння та відштовхування, які приходять до рівноваги.

В освіті зв'язків беруть участь неспарені електрони, що знаходяться на зовнішніх атомних орбіталях(або готові електронні пари) - валентні електрони. Кажуть, що при утворенні зв'язків відбувається перекриття електронних хмар, внаслідок чого між ядрами атомів виникає область, де ймовірність знаходження електронів обох атомів максимальна.

s, p - елементи	d – елементи
Валентними є електрони зовнішнього рівня Наприклад, Н+1) 1 e 1s 1 1 валентний електрон O +8) 2 e) 6 e 1s 2 2s 2 2p 4 Зовнішній рівень не завершено - 6 валентних електронів	Валентними є електрони зовнішнього рівня таd – електрони переднього рівня Наприклад , Cr +24) 2e) 8e) 8e+ 5e )1e 6 валентних електронів (5е+1е)

Хімічний зв'язок - це взаємодія атомів, яка здійснюється шляхом обміну електронами.

При утворенні хімічного зв'язку атоми прагнуть придбати стійку восьмиелектронну (або двоелектронну – Н, Не) зовнішню оболонку, відповідну будову атома найближчого інертного газу, тобто. завершити свій зовнішній рівень.

Класифікація хімічних зв'язків.

1. За механізмом утворення хімічного зв'язку.

а) обмінний коли обидва атоми, що утворюють зв'язок, надають для неї неспарені електрони.

Наприклад, утворення молекул водню Н 2 та хлору Cl 2:

б) донорно – акцепторний коли один з атомів надає для утворення зв'язку готову пару електронів (донор), а другий атом – порожню вільну орбіталь.

Наприклад, утворення іону амонію (NH 4) + (заряджена частка):

2. За способом перекриття електронних орбіталей.

а) σ - зв'язок (сигма)коли максимум перекривання лежить на лінії, що з'єднує центри атомів.

Наприклад,

H 2 σ (s -s )

Cl 2 σ(p-p)

HClσ(s-p)

б) π - зв'язку (пі)якщо максимум перекривання не лежить на лінії, що з'єднує центри атомів.

3. За способом досягнення завершеної електронної оболонки.

Кожен атом прагне завершити свою зовнішню електронну оболонкуПри цьому способів досягнення такого стану може бути кілька.

Ознака порівняння	Ковалентна		Іонна	Металева
	неполярна	полярна
Як досягається завершена електронна оболонка?	Узагальнення електронів	Узагальнення електронів	Повна передача електронів, утворення іонів (заряджених частинок).	Узагальнення електронів усіма атомами в христ. ґратах
Які беруть участь атоми?	німе – німе ЕО = ЕО	1) Немет-Німет 1 2)Мет-немає ЕО < ЭО	мет + [немає] - ЕО << ЕО	У вузлах знаходяться катіони атоми металу. Зв'язок здійснюють вільно переміщуються в міжвузловому просторі електрони.
∆c = ЕО 1 - ЕО 2		< 1,7	> 1,7
Приклади	найпростіші речовини – неметали.

Іонний хімічний зв'язок – це зв'язок, який утворюється між атомами хімічних елементів (позитивно чи негативно заряджені іони). То що таке іонний зв'язок, і як відбувається її освіта?

Загальна характеристика іонного хімічного зв'язку

Іони – це частинки, що мають заряд, на які перетворюються атоми в процесі віддачі або прийняття електронів. Притягуються вони один до одного досить сильно, саме тому у речовин з таким типом зв'язку високі температури кипіння і плавлення.

Рис. 1. Іони.

Іонний зв'язок – хімічний зв'язок між різноіменними іонами, обумовлений їх електростатичним тяжінням. Її можна вважати граничним випадком ковалентного зв'язку, коли різниця електронегативності зв'язаних атомів така велика, що відбувається повний поділ зарядів.

Рис. 2. Іонний хімічний зв'язок.

Зазвичай вважається, що зв'язок набуває електронного характеру, якщо ЕО >1,7.

Відмінність у значенні електронегативності тим більше, чим далі елементи розташовані один від одного в періодичній системіза періодом. Цей зв'язок характерний для металів і неметалів, особливо розташованих у найбільш віддалених групах, наприклад, I і VII.

Приклад: кухонна сіль, хлорид натрію NaCl:

Рис. 3. Схема іонного хімічного зв'язку хлориду натрію.

Іонний зв'язок існує в кристалах, він має міцність, довжину, але не насичений і не спрямований. Іонний зв'язок характерний тільки для складних речовин, такі як солі, луги, деякі оксиди металів. У газоподібному стані такі речовини існують як іонних молекул.

Іонний хімічний зв'язок утворюється між типовими металами та неметалами. Електрони в обов'язковому порядкувід металу переходять до неметалу, утворюючи іони. В результаті утворюється електростатичне тяжіння, яке називають іонним зв'язком.

Насправді, повністю іонного зв'язку не зустрічається. Так званий іонний зв'язок носить частково іонний, частково ковалентний характер. Однак зв'язок складних молекулярних іонів може вважатися іонним.

Приклади утворення іонного зв'язку

Можна навести кілька прикладів утворення іонного зв'язку:

• взаємодія кальцію та фтору

Ca 0 (атом) -2e = Ca 2 + (іон)

- Кальцію легше віддати два електрони, ніж отримати відсутні.

F 0 (атом) + 1е = F- (іон)

- Фтору, навпаки, легше прийняти один електрон, ніж віддати сім електронів.

Знайдемо найменше загальне кратне між зарядами іонів, що утворюються. Воно дорівнює 2. Визначимо число атомів фтору, які приймуть два електрони від атома кальцію: 2: 1 = 2. 4.

Складемо формулу іонного хімічного зв'язку:

Ca 0 +2F 0 → Ca 2 +F−2.

• взаємодія натрію та кисню

4.3. Усього отримано оцінок: 318.

.

Вам відомо, що атоми можуть з'єднуватись один з одним з утворенням як простих, так і складних речовин. При цьому утворюються різного типу хімічні зв'язки: іонна, ковалентна (неполярна та полярна), металева та воднева.Одна з найбільш істотних властивостей атомів елементів, що визначають, який зв'язок утворюється між ними - іонна або ковалентна, - це електронегативність, тобто. здатність атомів у поєднанні притягувати себе електрони.

Умовну кількісну оцінкуЕлектронегативність дає шкала відносних електронегативностей.

У періодах спостерігається загальна тенденція зростання електронегативності елементів, а в групах - їх падіння. Елементи по електронегативностям розташовують у ряд, на підставі якого можна порівняти електронегативності елементів, що знаходяться в різних періодах.

Тип хімічного зв'язку залежить від того, наскільки велика різниця значень електронегативності атомів елементів, що з'єднуються. Чим більше відрізняються за електронегативністю атоми елементів, що утворюють зв'язок, тим хімічніший зв'язок полярніший. Провести різку межу між типами хімічних зв'язків не можна. У більшості сполук тип хімічного зв'язку виявляється проміжним; наприклад, сильнополярний ковалентний хімічний зв'язок близький до іонного зв'язку. Залежно від того, до якого з граничних випадків ближчий за своїм характером хімічний зв'язок, його відносять або до іонного або до ковалентного полярного зв'язку.

Іонний зв'язок.

Іонний зв'язок утворюється при взаємодії атомів, які різко відрізняються один від одного за електронегативністю.Наприклад, типові метали літій(Li), натрій(Na), калій(K), кальцій (Ca), стронцій(Sr), барій(Ba) утворюють іонний зв'язок із типовими неметалами, в основному з галогенами.

Крім галогенідів лужних металів, іонний зв'язок також утворюється в таких сполуках, як луги та солі. Наприклад, у гідроксиді натрію(NaOH) та сульфаті натрію(Na 2 SO 4) іонні зв'язкиіснують лише між атомами натрію та кисню (інші зв'язки – ковалентні полярні).

Ковалентний неполярний зв'язок.

При взаємодії атомів з однаковою електронегативністю утворюються молекули з ковалентним неполярним зв'язком.Такий зв'язок існує в молекулах наступних простих речовин: H2, F2, Cl2, O2, N2. Хімічні зв'язку цих газах утворені у вигляді загальних електронних пар, тобто. при перекриванні відповідних електронних хмар, обумовленому електронно-ядерною взаємодією, що здійснює при зближенні атомів.

Складаючи електронні формули речовин, слід пам'ятати, що кожна загальна електронна пара – це умовне зображення підвищеної електронної щільності, що виникає внаслідок перекривання відповідних електронних хмар.

Ковалентний полярний зв'язок.

При взаємодії атомів, значення електронегативностей яких відрізняються, але не різко, відбувається зміщення загальної електронної пари до більш негативного атома.Це найбільш поширений тип хімічного зв'язку, який зустрічається як у неорганічних, так і органічних сполуках.

До ковалентних зв'язків повною мірою відносяться і ті зв'язки, які утворені за донорно-акцепторним механізмом, наприклад, в іонах гідроксонію та аммонію.

Металевий зв'язок.

Зв'язок, який утворюється в результаті взаємодії відносно вільних електронів з іонами металів, називаються металевим зв'язком.Цей тип зв'язку характерний для простих речовин-металів.

Сутність процесу утворення металевого зв'язку полягає в наступному: атоми металів легко віддають валентні електрони та перетворюються на позитивні заряджені іони. Щодо вільні електрони, що відірвалися від атома, переміщаються між позитивними іонами металів. Між ними виникає металева зв'язок, т. е. Електрони як би цементують позитивні іони кристалічної решітки металів.

Водневий зв'язок.

Зв'язок, що утворюється між атомами водню однієї молекули та атомом сильно електронегативного елемента(O, N, F) іншої молекули називається водневим зв'язком.

Може виникнути питання: чому саме водень утворює такий специфічний хімічний зв'язок?

Це пояснюється тим, що атомний радіусводню дуже малий. Крім того, при зміщенні або повній віддачі свого єдиного електрона водень набуває порівняно високого позитивного заряду, за рахунок якого водень однієї молекули взаємодіє з атомами електронегативних елементів, що мають частковий негативний заряд, що виходить до складу інших молекул (HF, H 2 O, NH 3) .

Розглянемо деякі приклади. Зазвичай ми зображаємо склад води хімічною формулою H2O. Однак це не зовсім точно. Правильніше було б склад води позначати формулою (H 2 O)n, де n = 2,3,4 і т. д. Це тим, що окремі молекули води пов'язані між собою у вигляді водневих зв'язків.

Водневий зв'язок прийнято позначати крапками. Вона набагато слабша, ніж іонна або ковалентна зв'язок, але сильніша, ніж звичайна міжмолекулярна взаємодія.

Наявність водневих зв'язків пояснює збільшення обсягу води при зниженні температури. Це з тим, що з зниження температури відбувається зміцнення молекул і тому зменшується щільність їх «упаковки».

При вивченні органічної хіміївиникало і таке питання: чому температури кипіння спиртів набагато вищі, ніж відповідних вуглеводнів? Пояснюється це тим, що між молекулами спиртів також утворюються водневі зв'язки.

Підвищення температури кипіння спиртів відбувається також внаслідок укрупнення їх молекул.

Водневий зв'язок характерний і для багатьох інших органічних сполук(фенолів, карбонових кислотта ін.). З курсів органічної хімії та загальної біології вам відомо, що наявністю водневого зв'язку пояснюється вторинна структура білків, будова подвійної спіралі ДНК, тобто явище компліментарності.

Хімічний зв'язок - зв'язок між атомами в молекулі або молекулярному з'єднанні, що виникає в результаті перенесення електронів з одного атома на інший або узагальнення електронів для обох атомів.

Розрізняють кілька типів хімічних зв'язків: ковалентний, іонний, металевий, водневий.

Ковалентний зв'язок (лат. зі - спільно + valens - має силу)

Ковалентний зв'язок виникає між двома атомами за обмінним механізмом (узагальнення пари електронів) або донорно-акцепторного механізму (електронів донора та вільної орбіталі акцептора).

Ковалентним зв'язком з'єднані атоми в молекулах простих речовин (Cl 2 Br 2 O 2), органічних речовин(C 2 H 2), а також, у загальному випадку, між атомами неметалу та іншого неметалу (NH 3 , H 2 O, HBr).

Якщо атоми, що утворюють ковалентний зв'язок, мають однакові значення електронегативності, то зв'язок між ними називається ковалентним неполярним зв'язком. У таких молекулах немає "полюса" - електронна густина розподіляється рівномірно. Приклади: Cl2, O2, H2, N2, I2.

Якщо атоми, що утворюють ковалентний зв'язок, мають різні значення електронегативності, то зв'язок між ними називається ковалентним полярним. У таких молекулах є "полюс" - електронна щільність зміщена до електронегативнішого елементу. Приклади: HCl, HBr, HI, NH 3 H 2 O.

Ковалентний зв'язок може бути утворений за обмінним механізмом - усуспільненням електронної пари. У разі кожен атом " однаково " вкладається створення зв'язку. Наприклад, два атоми азоту, що утворюють молекулу N 2 віддають по 3 електрона із зовнішнього рівня для створення зв'язку.

Існує донорно-акцепторний механізм утворення ковалентного зв'язку, при якому один атом виступає як донор неподіленої електронної пари. Інший атом не витрачає свої електрони, а тільки надає орбіталь (комірку) для цієї електронної пари.

• NH 4+ - в іоні амонію
• NH 4 + Cl, NH 4 + Br - усередині іона амонію у всіх його солях
• NO 3 - - в нітрат іоні
• KNO 3 , LiNO 3 - всередині нітрат іона у всіх нітратах
• O 3 - озон
• H 3 O + - іон гідроксонію
• CO - чадний газ
• K, Na 2 - у всіх комплексних солях є хоча б один ковалентний зв'язок, що виник за донорно-акцепторним механізмом

Іонний зв'язок

Іонний зв'язок - один із видів хімічного зв'язку, в основі якого лежить електростатична взаємодія між протилежно зарядженими іонами.

У найчастішому випадку іонна зв'язок утворюється між типовим металом та типовим неметалом. Приклади:

NaF, CaCl 2 , MgF 2 , Li 2 S, BaO, RbI.

Великою підказкою є таблиця розчинності, адже всі солі мають іонні зв'язки: CaSO 4 , Na 3 PO 4 . Навіть іон амонію не виняток, між катіоном амонію і різними аніонами утворюються іонні зв'язки, наприклад у сполуках: NH 4 I, NH 4 NO 3 (NH 4) 2 SO 4 .

Часто у хімії зустрічаються кілька зв'язків усередині однієї молекули. Розглянемо, наприклад, фосфат амонію, позначивши тип кожного зв'язку усередині цієї молекули.

Металевий зв'язок - вид хімічного зв'язку, що утримує разом атоми металу. Цей тип зв'язку виділено окремо, оскільки його відмінністю є наявність високої концентрації у металах електронів провідності - "електронного газу". За природою металевий зв'язок близький до ковалентного.

"Хмара" електронів у металах здатна починати рух під різним впливом. Саме воно є причиною електропровідності металів.

Водневий зв'язок – вид хімічного зв'язку, що утворюється між деякими молекулами, що містять водень. Одна з найчастіших помилок вважати, що в самому газі, водні є водневі зв'язки - це зовсім не так.

Водневі зв'язки виникають між атомом водню та іншим електронегативним атомом (O, S, N, C).

Необхідно усвідомити найважливішу деталь: водневі зв'язки утворюються між молекулами, а чи не всередині. Вони є між молекулами:

• H 2 O
• Органічних спиртів: 2 H 5 OH, C 3 H 7 OH
• органічних кислот: CH 3 COOH, C 2 H 5 COOH

Почасти за рахунок водневих зв'язків спостерігається той самий виняток, пов'язаний з посиленням кислотних властивостейу ряді галогеноводородних кислот: HF → HCl → HBr → HI. Фтор є самим ЕО-им елементів, що сильно притягує до себе атом водню іншої молекули, що знижує здатність кислоти відщеплювати водень і знижує її силу.

© Беллевич Юрій Сергійович 2018-2020

Ця статтянаписана Беллевичем Юрієм Сергійовичем та є його інтелектуальною власністю. Копіювання, розповсюдження (у тому числі шляхом копіювання на інші сайти та ресурси в Інтернеті) або інше використання інформації та об'єктів без попередньої згоди правовласника переслідується за законом. Для отримання матеріалів статті та дозволу їх використання, зверніться, будь ласка, до