Химическая связь: ковалентная

Что такое ковалентная связь

Если в формулах H₂O, O₂ или CO₂ ты видишь общие электронные пары, но не понимаешь, почему атомы соединяются именно так, эта тема поможет разобраться без заучивания. Ковалентная связь объясняет, как атомы «делятся» электронами, почему образуются молекулы и как по строению вещества предсказывать его свойства.

Ковалентная связь возникает между атомами, обычно неметаллами, за счёт образования общих электронных пар. Каждый атом стремится получить более устойчивую внешнюю электронную оболочку. Для этого атомы не обязательно полностью отдают или принимают электроны: они могут использовать одну или несколько пар совместно.

Главное слово здесь — общая. Электроны такой пары принадлежат сразу двум связанным атомам и движутся в пространстве между их ядрами. Благодаря этому атомы удерживаются вместе, а отдельная частица вещества становится устойчивее.

Чтобы проверить понимание, попробуй после чтения решить несколько коротких заданий в бесплатной практике в личном кабинете: там удобно сразу увидеть, где возникла ошибка.

Как образуется связь

Рассмотрим атом водорода. У него один электрон, а для устойчивого состояния на первом энергетическом уровне нужны два электрона. Два атома водорода объединяют свои электроны и создают одну общую пару. Так появляется молекула H₂, а связь между атомами называется одинарной.

У атома кислорода на внешнем уровне шесть электронов. До устойчивого набора ему не хватает двух, поэтому два атома кислорода образуют две общие электронные пары. Возникает двойная связь в молекуле O₂.

Число общих пар называют кратностью связи. Одна пара даёт одинарную связь, две пары — двойную, три пары — тройную. Чем выше кратность, тем обычно связь прочнее и короче, хотя при сравнении разных веществ нужно учитывать и другие факторы.

H· + ·H → H:H, или H—H
\( O:: + ::O \to O=O \)
N≡N — тройная связь

Точками обозначают внешние электроны, а чертой — общую электронную пару. Свободные пары, которые не участвуют в образовании связи, называют неподелёнными.

Неполярная и полярная связь

Ковалентная связь бывает неполярной или полярной. В неполярной связи общая электронная пара распределена между атомами примерно поровну. Это характерно для одинаковых атомов: H₂, O₂, N₂, Cl₂. Их электроотрицательность одинакова, поэтому ни один атом не притягивает пару заметно сильнее.

В полярной связи атомы разные, и один из них сильнее притягивает общие электроны. Например, в молекуле HCl электронная пара смещена к хлору. У хлора появляется частичный отрицательный заряд δ−, у водорода — частичный положительный δ+.

\( Hδ+—Clδ- \)
Oδ−←Hδ+ в каждой связи O—H
H₂, O₂, N₂ — неполярные связи

Полярность связи не всегда означает полярность всей молекулы. В CO₂ связи C=O полярны, но молекула линейная и симметричная: смещения электронов компенсируют друг друга. В H₂O форма угловая, поэтому молекула в целом полярна.

Для экзамена важно различать два вопроса: какие связи есть между атомами и полярна ли вся молекула. Это не одно и то же.

Как определить строение вещества

Решай задачу по алгоритму. Сначала запиши символы элементов и узнай число валентных электронов у каждого атома. Затем выбери центральный атом: обычно им бывает менее электроотрицательный элемент, но водород центральным атомом почти никогда не становится.

После этого соедини атомы одинарными связями и распредели оставшиеся электроны. Проверь, достигли ли атомы устойчивого внешнего уровня. Для большинства элементов главных подгрупп ориентиром служит правило октета: вокруг атома должно быть восемь электронов. У водорода действует особое правило дуэта — два электрона.

Вещество	Связь	Особенность
H₂	Одинарная неполярная	Одинаковые атомы
O₂	Двойная неполярная	Две общие пары
HCl	Одинарная полярная	Электроны смещены к Cl
N₂	Тройная неполярная	Три общие пары

В простых школьных задачах эта схема работает надёжно. Если встречается ион или металл, проверь, не нужно ли рассматривать ионную или металлическую связь.

Разобранный пример и ошибки

Определим вид связи в молекуле воды и объясним её полярность. У кислорода шесть валентных электронов, у каждого водорода — по одному. Кислороду не хватает двух электронов, поэтому он образует две общие пары с двумя атомами водорода.

\( H \cdot + \cdot O \cdot \cdot \cdot \cdot + \cdot H \to H:O:H \)
У O остаются две неподелённые пары
Каждая связь O—H — ковалентная полярная
Форма H₂O угловая → диполи не компенсируются
Вывод: молекула H₂O полярная

Первая распространённая ошибка — называть любую связь между неметаллами неполярной. Нужно сравнивать атомы: H—Cl полярна, а H—H неполярна. Вторая ошибка — считать, что двойная связь означает два отдельных соединения. На самом деле это две общие электронные пары между одной и той же парой атомов.

Третья ошибка связана с формой молекулы: полярные связи не гарантируют полярность всей частицы. Нарисуй направление смещения электронов и учти геометрию. Для тренировки можно открыть личный кабинет и выполнить задания с подсказками, а затем сверить рассуждение, а не только ответ.

Что запомнить

Ковалентная связь образуется за счёт общих электронных пар. Одна, две и три общие пары соответствуют одинарной, двойной и тройной связи. Между одинаковыми атомами связь обычно неполярная, между разными неметаллами часто полярная. Чтобы определить строение, считай валентные электроны, проверяй устойчивую оболочку и учитывай форму молекулы.

Запомни различие: связь описывает взаимодействие двух атомов, а молекула может иметь несколько связей и собственную геометрию. Именно поэтому полярные связи иногда образуют неполярную молекулу.

Следующий шаг — зарегистрируйся и реши 5 заданий бесплатно в личном кабинете. Сначала попробуй самостоятельно определить число общих пар и вид связи, затем объясни ответ словами.