CO₂: линейная форма
Вклады двух одинаковых полярных связей компенсируются.
Исследуем вместе
Одна, две или три общие пары
Переключай молекулу и двигай ползунок сближения. Схема покажет общие пары и число электронов в связи.
Изображение показывает общие пары, а не реальные траектории электронов.
Учебная схема: размеры, цвета и расстояния условны. Переключатели показывают объяснённые примеры, оценка здесь не выставляется.
01
Образование и разрыв связи
При образовании связи энергия выделяется, а для её разрыва энергию нужно затратить. Это удобно понимать по энергетической яме: чтобы вывести систему из минимума, необходимо поднять её энергию.
| Признак / объект | Что означает | Пояснение |
|---|---|---|
| Разрыв связи | Требует энергии | Подъём из энергетического минимума |
| Образование связи | Выделяет энергию | Переход к более низкой энергии |
В реакции одновременно разрываются старые и образуются новые связи. Общий тепловой эффект зависит от сравнения двух вкладов. Поэтому неверно объяснять выделение тепла только тем, что «связи разорвались».
Разрыв связи требует затрат энергии. Тепловой эффект реакции определяется всеми разрываемыми и образующимися связями.
02
Тройная связь и устойчивость молекулы
В N₂ школьная запись N≡N соответствует трём общим парам, шести электронам связи. Такая связь очень прочная, что помогает объяснить низкую реакционную способность молекулярного азота в обычных условиях.
- Одинарная
Одна общая пара.
- Двойная
Две общие пары.
- Тройная
Три общие пары.
Однако сравнивать прочность только по числу чёрточек для разных пар элементов нельзя. При сравнении связей одной и той же пары атомов большая кратность обычно означает меньшую длину и большую прочность. Одинарная связь представляет собой σ-связь; двойная состоит из одной σ- и одной π-связи, тройная — из одной σ- и двух π-связей. σ-перекрывание направлено вдоль линии ядер, π-перекрывание располагается по сторонам от неё.
Тройная связь содержит три общие электронные пары. Влияние кратности на длину и прочность корректнее сравнивать для одинаковой пары элементов.
Модель молекулы водорода H₂
Простое вещество водород состоит из двухатомных молекул H₂.
Hoa112008 · Wikimedia Commons · Public domain. Без изменений.
Не удалось загрузить изображение. Открыть источник
Модель молекулы кислорода O₂
Два атома O образуют молекулу простого вещества O₂.
Adam Rędzikowski · Wikimedia Commons · CC0. Без изменений.
Не удалось загрузить изображение. Открыть источник
03
Полярная связь и частичные заряды
В HCl хлор сильнее притягивает общую пару. На Cl возникает частичный отрицательный заряд δ−, на H — частичный положительный δ+. Электронная пара остаётся общей, хотя распределена несимметрично.
| Признак / объект | Что означает | Пояснение |
|---|---|---|
| Hδ+—Clδ− | Полярная ковалентная связь | Общая пара смещена |
| Na⁺ и Cl⁻ в соли | Ионная модель | Притяжение противоположных ионов |
Знаки δ обозначают частичные заряды, а не полностью образовавшиеся H⁺ и Cl⁻ в отдельной молекуле. Формальная степень окисления и реальное распределение электронной плотности — разные описания.
В полярной связи общая пара смещена к более электроотрицательному атому. Частичный заряд не равен автоматически целому заряду иона.
04
Полярность связи и всей молекулы
В CO₂ связи C=O полярны, но молекула линейна и симметрична. Их направленные вклады компенсируются, поэтому молекула в целом неполярна. Для воды угловое строение не даёт такой компенсации.
Полярная связь ещё не определяет полярность молекулы
УЧИТЫВАЕМ ПРОСТРАНСТВЕННУЮ ФОРМУ
Обе молекулы содержат полярные связи. Различие определяется их взаимным направлением в пространстве.
Чтобы описать полярность молекулы, недостаточно только сравнить элементы в одной связи. Нужно учитывать пространственную форму и все связи вместе. Это пример того, как строение добавляет информацию к составу. Кратность удобно сравнивать для одной пары элементов: связь C≡C обычно короче и прочнее C=C, а та — короче и прочнее C—C. Переносить это сравнение безусловно на любые разные атомы нельзя. Направленность ковалентной связи задаёт форму молекулы; линейная CO₂ неполярна в целом, хотя каждая связь C=O полярна. В угловой H₂O их вклады не компенсируются. Насыщаемость означает ограниченное число ковалентных связей, которое атом образует в выбранной частице. Направленность выражается, в частности, валентными углами: около 109,5° в CH₄, 107° в NH₃ и 104,5° в H₂O; электронные пары и пространственное строение нужно учитывать вместе.
Подробности: понятия и примеры
H₂O: угловая форма
Вклады не компенсируются, молекула полярна.
Полярность молекулы зависит от полярности связей и геометрии. Полярные связи не всегда делают всю молекулу полярной.
Соберём главное
Шесть выводов
01Разрыв связи требует затрат энергии. Тепловой эффект реакции определяется всеми разрываемыми и образующимися связями.
02Тройная связь содержит три общие электронные пары. Влияние кратности на длину и прочность корректнее сравнивать для одинаковой пары элементов.
03В полярной связи общая пара смещена к более электроотрицательному атому. Частичный заряд не равен автоматически целому заряду иона.
04Полярность молекулы зависит от полярности связей и геометрии. Полярные связи не всегда делают всю молекулу полярной.
05Структурная формула показывает связность и кратность. Неподелённые пары при этом могут быть опущены.
06Прочность связи зависит от природы атомов и кратности. Одно число чёрточек не заменяет сравнение одинаковых пар элементов.
Тест по параграфу10 вопросов · 4 варианта · один правильный · 0,5 балла за ответ · максимум 5
Учебный источник и иллюстрации
Основа: предоставленный учебник «Химия, 11 класс», § 14. Материал переработан и дополнен разъяснениями; источник: 11 класс. Химия — § 14. Свойства химических связей.pdf. Указаны условия реакций, единицы величин и границы применимости моделей. Числовые примеры решены по шагам.
Иллюстрации загружаются непосредственно с Wikimedia Commons; авторы и лицензии указаны под изображениями. Схемы и обучающие модели созданы для этого конспекта.
OpenStax: Chemistry 2e