Ковалентная s- и p-связь

Тема 2. Химическая связь и строение вещества

Внешние оболочки большинства атомов (кроме благородных газов) являются незавершенными. В процессе химического взаимодействия, при образовании химической связи, они завершаются.

Различают три основных вида связи – ковалентную, ионную, металлическую.

Ковалентная химическая связь, её разновидности и механизмы образования

Ковалентная связь – это связь, возникающая между атомами за счет образования общих электронных пар. Она образуется в результате перекрывания электронных облаков атомов, сопровождающегося выделением энергии.

Термин «ковалентная» следует понимать, как объединенная, приставка ко- означает совместное участие.

Рассмотрим образование молекулы Cl₂ из двух атомов хлора.

На внешнем энергетическом уровне у атома хлора 7 электронов: 3s²3p⁵. Обозначим электроны внешнего слоя точками – рисунок 5.

Рисунок 5 – Образование химической связи в молекуле Cl₂

Здесь образование ковалентной связи происходит за счет неспаренных p -электронов каждого атома. При сближении атомов неспаренные электроны связываются в общую пару электронов, называемую поделенной или обобществленной.

Ковалентная s- и p-связь

Если связь осуществляется одной общей электронной парой – возникает одинарная связь, перекрывание орбиталей происходит вдоль линии, соединяющей центры атомов. Такая связь еще называется s-связью. Одинарная связь в молекулах водорода (s – s связь), галогенов (p – p связь), галогенводородов (s – p связь) (рисунок 6). Если электроны, образующие ковалентные связи, находятся в различных состояниях (например, в s и p), тогда при образовании связи они выравниваются по форме и энергии – гибридизуются, что приводит к образованию равных по длине и энергии связей. sp ³, sp ², sp гибридизация будут разобраны в блоке «Органическая химия».

Рисунок 6 – Образование s-связи

Часто между атомами возникает кратная связь – двойная, тройная. Она осуществляется двумя или тремя общими электронными парами соответственно. В этом случае кроме перекрывания орбиталей вдоль линии, соединяющей центры атомов (s-связи), возникает дополнительное перекрывание орбиталей, направленных перпендикулярно линии связи. Эти дополнительные связи называются p-связи.

Так, если в атоме два неспаренных p -электрона, при образовании молекулы возникает два перекрывания орбиталей – одно вдоль линии, соединяющей центры атомов, второе – перпендикулярно им, образуется двойная связь – одна из них s-, вторая p- (рисунок 7).

Рисунок 7 – Образование p-связи

В молекуле азота тройная связь (одна s- и две p-), так как в атомах азота 3 неспаренных p -электрона (рисунок 8).

Рисунок 8 – Тройная связь в молекуле азота

Не во всех молекулах химическую связь можно объяснить подобным простым перекрыванием облаков. Например, образование молекулы кислорода нельзя трактовать возникновением двух поделенных электронных пар (рисунок 9 а), так как известно, что О₂ парамагнитен, втягивается в магнитное поле, а значит имеет неспаренные электроны. Более правильный вариант представлен на рисунке 9 б.