Русский изменить

Ошибка: нет перевода

×

Водородная связь. Ионная ковалентная связь.

Main page / Генетика XXII века / Раздел 2. АТОМЫ, АТОМНЫЕ ОБОЛОЧКИ / Водородная связь. Ионная ковалентная связь.

Содержание

    Когда электронные оболочки атомов, входящих в состав молекул, немного сдвинуты, на них возникает частичный электрический заряд, и в силу этого появляется межмолекулярное электрическое притяжение там, где заряды имеют разный знак. Такая связь, при которой один из притягивающихся атомов — это атом водорода, называется «водородной связью». Очень важно понимать разницу между водородной и ковалентной связью между атомами. При ковалентной связи возникает обобществление электронов. При водородной связи обобществления электронов НЕ происходит — просто соседние молекулы притягиваются друг к другу потому, что они являются электрическими диполями, и на их концах возникают электрические заряды, которыми они и притягиваются друг к другу. Тот конец диполя, на котором есть некоторый отрицательный электрический заряд, притягивается к тому концу соседнего диполя, на котором есть некоторый положительный заряд.

    Посмотрим на таблицу электроотрицательности атомов, наиболее часто встречающихся в органических соединениях. Разместим химические элементы в порядке убывания силы их электроотрицательности, т.е. той силы, с которой атом стремится захватить и обобществить электроны соседних атомов. Номер перед названием элемента – это его порядковый номер в периодической таблице. Вообще желательно постепенно запоминать эти номера, так как если я помню номер элемента, то за секунду могу вычислить его электронную формулу, а значит и сказать многое о его свойствах. Жирным выделена конфигурация внешних электронных оболочек — тех самых, которые и имеют значение для анализа химических взаимодействий между атомами.

     

    9        Фтор (F)                                 4,0           1s² 2s² 2p⁵

    8        Кислород (O)                      3,4           1s² 2s² 2p⁴

    17     Хлор (Cl)                                 3,2           1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p⁵

    7        Азот (N)                                  3,0           1s² 2s² 2p³

    16     Сера (S)                                    2,6           1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p⁴

    6        Углерод (C)                          2,6           1s² 2s² 2p²

    1        Водород (H)                        2,2           1s¹

    15     Фосфор (P)                          2,2           1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p³

    12     Магний (Mg)                        1,3           1s² 2s² 2p⁶ 3s²

    20     Кальций (Ca)                       1,0           1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p⁶ 4s²

    11     Натрий (Na)                         0,9           1s² 2s² 2p⁶ 3s¹

    19     Калий (K)                               0,8           1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p⁶ 4s¹

     

    Мы видим, что те элементы, у которых на внешних s-p-подуровнях в сумме лишь по 1-2 электрона, обладают слабой электроотрицательностью, и их можно понять — им гораздо проще отдать кому-нибудь свои 1-2 электрона, чем совершать неблагодарный труд по собиранию 6-7 электронов. Отсюда следует очень важный вывод: если мы видим молекулу, в которой есть атомы магния, кальция, натрия или калия, то можно быть уверенным, что именно в той части молекулы, где расположены эти атомы, имеется небольшой положительный заряд (δ+), поскольку электроны оттуда оттянуты к более электроотрицательным атомам.

    Самой большой электроотрицательностью обладают фтор, кислород, хлор и азот: им нужно добрать лишь по 1-2 электрона для того, чтобы их внешние (s+p)-подуровни обрели состояние завершенности, и их незаполненные подуровни расположены близко к ядру, что делает их аппетит особенно сильным, ведь положительно заряженное атомное ядро сильно притягивает к себе электроны, и это притяжение не экранируется многочисленными внутренними электронными оболочками.

    И вот теперь, вооружившись всей этой информацией, представим себе, что будет, если натрий встретится с хлором. У натрия на внешнем уровне есть лишь один электрон: 3s¹. Хлор настолько мощно захватит этот валентный электрон натрия, что буквально оторвет его с руками. В результате электрон так сильно переместится от натрия к хлору, что вместо того, чтобы говорить о каком-то «частичном электрическом заряде», который образуется на концах молекул, уже можно говорить о полноценных электрических зарядах.

    Атом натрия, практически полностью лишившийся внешнего электрона, приобретает полноценный положительный заряд (+1), а атом хлора, получив дополнительный электрон практически в свою полную собственность, становится отрицательно заряженным (-1), то есть и натрий и хлор становятся ионами в этом химическом соединении, и между ними возникает сильное электрическое притяжение, и такая химическая связь называется «ионной ковалентной связью», или, для краткости, «ионной».

    Можно сказать, что ионная связь — это полярная ковалентная связь, доведенная до своего предела полярности. Ученые так договорились, что если разница в электроотрицательности двух соединенных между собой атомов превышает две единицы, то такая полярная ковалентная связь будет называться ионной. Подсчитаем разницу в нашем случае: 3.2 — 0.9 = 2.3, так что связь атомов натрия и хлора в соединении NaCl является несомненно ионной.

    Ионная связь очень прочна, потому что теперь помимо того, что атомы удерживаются на своих местах за счет энергетической выгодности их электронных оболочек, они еще к тому же притягиваются друг к другу с дополнительной силой электрического притяжения, ведь они теперь стали ионами, заряженными положительно и отрицательно. Поэтому химические соединения, составляющие которых образуют между собой ионную связь, существенно отличаются от тех, в которых связь является обычной, ковалентной. Как правило, ионные химические соединения представляют собой твердые и хрупкие вещества с высокой температурой плавления. Раствор ионных соединений отлично проводит ток, ведь в растворе они распадаются на заряженные ионы. В отличие от них, средне-полярные (то есть образованные атомами с небольшой разницей в электроотрицательности, так что общая электронная пара сдвинута лишь немного) и неполярные ковалентные соединения представляют собой газ или жидкость, а если они являются твердыми телами, то легко плавятся, и их раствор далеко не всегда проводит ток.