Ковалентная химическая связь, ее разновидности и механизмы образования. Характеристики ковалентной связи (полярность и энергия связи. Ионная, металлическая и водородная связь

Различают три основных типа химической связи: ковалентную, ионную и металлическую, хотя эта классификация является условной. Химическая связь между атомами, осуществляемая обобществленными электронами, называется ковалентной. Ковалентная связь по своей природе представляет универсальный тип химической связи. Промежуточный тип связи, когда электроны несколько смещены от одного атома к другому, называют полярной ковалентной связью. В неполярных молекулах центры тяжести положительных и отрицательных зарядов совпадают. Неполярная ковалентная связь возникает в димерных молекулах (N₂, Cl₂ и т.д.).

Для объяснения ковалентной химической связи используется метод валентной связи (метод ВС), в котором предполагается:

а). При образовании молекулы электронная структура, индивидуальность каждого атома сохраняется.

б). Химическая связь образуется в результате обмена электронами с образованием общих электронных пар, принадлежащих обоим атомам.

в). Сама связь – область повышенной электронной плотности – локализована между каждой парой атомов в месте перекрывания атомных орбиталей.

В методе ВС предполагается три механизма образования ковалентной связи: обменный, донорно-акцепторный и дативный.

Обменный механизм, когда для образования химической связи каждый из двух связываемых атомов выделяет для обобществленной пары по одному неспаренному электрону.

Не следует понимать пару электронов в виде каких-то материализованных точечных зарядов, расположенных в центре между атомами. Чтобы произошел обмен неспаренными электронами необходимо проникновение одной атомной орбитали в другую, т.е. их перекрывание.

Схематически это выражается диаграммой ВС, например, для образования молекулы водорода (Н₂) из атомов.

Электроны в атоме водорода находятся на s-подуровне, атомная орбиталь имеет форму сферы. Две сферы перекрываются, электронная плотность больше между атомами. Образуется химическая связь.

Рассмотрим образование молекулы СО по методу ВС.

О 2s²2p⁴

C 2s²2p²

У кислорода и углерода имеется по два неспаренных электрона, следовательно, связь С=О двойная. Один электрон, находящийся на атомной орбитали называется неспаренным, а два на атомной орбитали – спаренными. Однако, экспериментальные данные указывают, что физические свойства СО близки к N₂, у молекулы которого тройная связь.

	Длина связи в пм	Энергия связи, кДж/моль	Тплав, К	Ткип, К
СО
N2

Отсюда можно сделать вывод, что в молекуле СО тоже должна быть тройная связь. Для объяснения был предложен донорно-акцепторный механизм образования ковалентной связи, т.е. в предпосылках метода ВС было добавлено, что образование общей электронной пары может происходить, как по обменному, так и по донорно-акцепторному механизмам.