1. Введение понятия ковалентной неполярной связи

Вспом­ним, как об­ра­зу­ет­ся ион­ная связь. Вы уже зна­е­те, что атомы хи­ми­че­ских эле­мен­тов стре­мят­ся за­вер­шить свои внеш­ние элек­трон­ные слои до устой­чи­во­го со­сто­я­ния. Так, атомы ме­тал­лов от­да­ют элек­тро­ны с по­след­не­го элек­трон­но­го слоя ато­мам неме­тал­лов, при этом об­ра­зу­ют­ся раз­но­имен­но за­ря­жен­ные ионы, ко­то­рые при­тя­ги­ва­ют­ся. Имен­но так в со­еди­не­ни­ях об­ра­зу­ет­ся ион­ная связь.

Об­ра­зо­ва­ние хи­ми­че­ской связи между оди­на­ко­вы­ми неме­тал­ла­ми

Рис. 1. Атом во­до­ро­да

Если в со­став мо­ле­ку­лы ве­ще­ства вхо­дят атомы од­но­го хи­ми­че­ско­го эле­мен­та, на­при­мер, два атома во­до­ро­да Н₂, то, оче­вид­но, связь между ними не может об­ра­зо­вы­вать­ся по ион­но­му ме­ха­низ­му. Ме­ха­низм об­ра­зо­ва­ния связи в мо­ле­ку­лах про­стых ве­ществ-неме­тал­лов от­ли­ча­ет­ся от об­ра­зо­ва­ния ион­ной связи.

В со­от­вет­ствии с мо­де­лью Ниль­са Бора, атом по­до­бен сол­неч­ной си­сте­ме – элек­тро­ны вра­ща­ют­ся во­круг ядра атома по стро­го опре­де­лен­ным ор­би­там. На­при­мер, в со­от­вет­ствии с этой мо­де­лью, атом во­до­ро­да будет вы­гля­деть, как по­ка­за­но рис.1. Заряд ядра атома во­до­ро­да равен +1. Во­круг ядра вра­ща­ет­ся всего один элек­трон.

Элек­трон­ное об­ла­ко

Рис. 2. Элек­трон­ная ор­би­таль атома во­до­ро­да

Мо­дель атома была уточ­не­на немец­ким фи­зи­ком Гей­зен­бер­гом.

Он вы­дви­нул прин­цип неопре­де­лен­но­сти, в со­от­вет­ствии с ко­то­рым можно го­во­рить лишь о ве­ро­ят­но­сти на­хож­де­ния элек­тро­на в око­ло­ядер­ном про­стран­стве. Таким об­ра­зом, элек­трон не вра­ща­ет­ся во­круг ядра, а на­хо­дит­ся около него с опре­де­лен­ной ве­ро­ят­но­стью.

Об­ласть про­стран­ства, в ко­то­рой на­хож­де­ние элек­тро­на наи­бо­лее ве­ро­ят­но, на­зы­ва­ют элек­трон­ным об­ла­ком, или элек­трон­ная ор­би­таль. На­при­мер, элек­трон­ная ор­би­таль во­до­ро­да имеет форму сферы. (см. Рис. 2.)

2. Ковалентная неполярная связь в молекуле водорода

Об­ра­зо­ва­ние связи между двумя ато­ма­ми во­до­ро­да  в мо­ле­ку­ле во­до­ро­да Н₂

Рис. 3. Ко­ва­лент­ная непо­ляр­ная связь в мо­ле­ку­ле во­до­ро­да

Рас­смот­рим об­ра­зо­ва­ние связи между двумя ато­ма­ми во­до­ро­да. Рис.3. Хи­ми­че­ская связь об­ра­зу­ет­ся в ре­зуль­та­те пе­ре­кры­ва­ния атом­ных ор­би­та­лей. В этом слу­чае между яд­ра­ми двух ато­мов об­ра­зу­ет­ся об­ласть по­вы­шен­ной элек­трон­ной плот­но­сти. Такое со­сто­я­ние энер­ге­ти­че­ски вы­год­но для обоих ато­мов, так как в дан­ном слу­чае оба элек­тро­на в рав­ной сте­пе­ни при­над­ле­жат обоим ато­мам.

Об­ра­зо­ва­ние связи в мо­ле­ку­ле во­до­ро­да можно по­ка­зать как с по­мо­щью пе­ре­кры­ва­ния атом­ных ор­би­та­лей, так и с по­мо­щью фор­мул Лью­и­са. Два элек­тро­на стали об­щи­ми для обоих ато­мов во­до­ро­да.

Так как в атоме во­до­ро­да всего один элек­трон­ный слой, и он за­вер­шен, если на нем два элек­тро­на, такое со­сто­я­ние вы­год­но для обоих ато­мов – об­ра­зо­ва­лась хи­ми­че­ская связь.

Хи­ми­че­ская связь, об­ра­зу­ю­ща­я­ся в ре­зуль­та­те пе­ре­кры­ва­ния атом­ных ор­би­та­лей, при ко­то­ром пара элек­тро­нов ста­но­вит­ся общей для обоих ато­мов, на­зы­ва­ет­ся ко­ва­лент­ной свя­зью

Об­ра­ти­те вни­ма­ние: при ко­ва­лент­ной связи пара элек­тро­нов ста­но­вит­ся общей для обоих ато­мов. Об­ра­зо­ва­ние мо­ле­ку­лы во­до­ро­да – это при­мер ко­ва­лент­ной связи. При этом об­ласть по­вы­шен­ной элек­трон­ной плот­но­сти на­хо­дит­ся по­се­ре­дине от­но­си­тель­но цен­тров ядер ато­мов, то есть пара элек­тро­нов в рав­ной сте­пе­ни при­над­ле­жит обоим ато­мам во­до­ро­да. Такая связь на­зы­ва­ет­ся ко­ва­лент­ной непо­ляр­ной свя­зью.

Хи­ми­че­скую связь между ато­ма­ми эле­мен­тов, в ре­зуль­та­те ко­то­рой элек­тро­ны в рав­ной сте­пе­ни при­над­ле­жат обоим ато­мам, на­зы­ва­ют ко­ва­лент­ной непо­ляр­ной свя­зью.

3. Ковалентная неполярная связь в молекуле хлора

Об­ра­зо­ва­ние ко­ва­лент­ной непо­ляр­ной связи в мо­ле­ку­ле хлора Cl₂

Рис. 4. Об­ра­зо­ва­ние связи в мо­ле­ку­ле хлора

Атом хлора на­хо­дит­ся в седь­мой груп­пе, глав­ной под­груп­пе пе­ри­о­ди­че­ской си­сте­мы. Зна­чит, на внеш­нем элек­трон­ном слое у него семь элек­тро­нов. До устой­чи­во­го, энер­ге­ти­че­ски вы­год­но­го со­сто­я­ния ему не хва­та­ет всего од­но­го элек­тро­на. Таким об­ра­зом, об­ра­зо­вав одну общую элек­трон­ную пару, два атома хлора по­лу­чат в свое рас­по­ря­же­ние так необ­хо­ди­мый каж­до­му из них элек­трон.

Если за­ме­нить общую элек­трон­ную пару чер­точ­кой, а элек­тро­ны, не участ­ву­ю­щие в об­ра­зо­ва­нии связи, не учи­ты­вать, то по­лу­чим гра­фи­че­скую фор­му­лу хлора. В мо­ле­ку­ле хлора атомы со­еди­не­ны оди­нар­ной ко­ва­лент­ной непо­ляр­ной свя­зью. Рис.4.

4. Ковалентная неполярная связь в молекуле азота

Об­ра­зо­ва­ние ко­ва­лент­ной непо­ляр­ной связи в мо­ле­ку­ле азота N₂

Рис. 5. Об­ра­зо­ва­ние связи в мо­ле­ку­ле азота

Азот на­хо­дит­ся в пятой груп­пе, глав­ной под­груп­пе таб­ли­цы Мен­де­ле­е­ва. Зна­чит, на внеш­нем элек­трон­ном слое каж­до­го атома азота на­хо­дит­ся пять элек­тро­нов.  До устой­чи­во­го, энер­ге­ти­че­ски вы­год­но­го со­сто­я­ния каж­до­му атому азота не хва­та­ет трех элек­тро­нов. Если каж­дый из этих ато­мов предо­ста­вит по три элек­тро­на на об­ра­зо­ва­ние общих элек­трон­ных пар, то при­об­ре­тет энер­ге­ти­че­ски вы­год­ное со­сто­я­ние. Рис.5. Таким об­ра­зом, в мо­ле­ку­ле азота об­ра­зу­ет­ся трой­ная ко­ва­лент­ная непо­ляр­ная связь.

Под­ве­де­ние итога

Се­год­ня вы разо­бра­ли со­став мо­ле­ку­лы ве­ще­ства, узна­ли, что элек­трон может на­хо­дить­ся в про­стран­стве около ядра с опре­де­лен­ной ве­ро­ят­но­стью. Об­ласть про­стран­ства, в ко­то­рой на­хож­де­ние элек­тро­на наи­бо­лее ве­ро­ят­но, на­зы­ва­ют элек­трон­ным об­ла­ком или элек­трон­ная ор­би­таль. При пе­ре­кры­ва­нии элек­трон­ных об­ла­ков об­ра­зу­ет­ся ко­ва­лент­ная связь.