Хімічний зв’язок

Процес обміну електронами між атомами і є причиною виникнення хімічного зв’язку. Один з видів хімічного зв’язку – іонний зв’язок. Це зв’язок, що виникає між іонами в результаті дії електростатичних сил тяжіння (рис. 126). Типовим прикладом речовини з іонним зв’язком є ​​хлорид натрію. Однак це не єдиний вид хімічного зв’язку. Розглянемо молекулу, що складається з однакових атомів, наприклад молекулу водню, що має формулу Н2. Яким чином два атоми водню з’єднуються між собою? Ми знаємо, що на єдиній 1 s-орбіталі атома водню можуть перебувати два електрони. Однак атом водню має всього один електрон, і для заповнення оболонки йому потрібен ще один. У такому ж становищі знаходиться і другий атом водню.

Тому вони ніби «домовляються» користуватися наявними в їх розпорядженні двома електронами спільно. Тепер в їх розпорядженні є загальна орбіталь, заповнена, як їй і годиться, двома електронами. Така молекула володіє дуже високою стійкістю.
Хімічний зв’язок, при якій атоми усуспільнюється свої валентні електрони, називають ковалентним (рис. 127, 128). Залежно від кількості загальних електронних пар ковалентний зв’язок може бути одинарної, подвійної, а іноді й потрійний. Багато хімічні речовини побудовані з молекул, що складаються з атомів двох елементів, одним з яких є атом кисню. Такі речовини називаються оксидами. До оксидам відносяться такі добре відомі вам речовини, як вуглекислий газ СО2, вода Н2О і багато інших. При утворенні оксидів кисень, у якого для заповнення валентної оболонки не вистачає двох електронів, охоче утворює дві загальні електронні пари з атомами інших елементів, утворюючи з ними подвійну ковалентний зв’язок. А ось потрійні зв’язку зустрічаються в хімічних сполуках набагато рідше і утворюються переважно між атомами вуглець – вуглець, вуглець – азот і азот – азот.
Багато елементів у всіх з’єднаннях виявляють однакову валентність. Так, водень і лужні метали завжди одновалентних, а кисень завжди двухвалентен. Існують, однак, елементи зі змінною валентністю. Одним з рекордсменів серед таких елементів є хлор, який знаходиться в VIIа групі періодичної системи. Хлор здатний виявляти валентності від I до VII, і утворює численні і найрізноманітніші з’єднання.

 

З’єднуючись, наприклад, з киснем, він здатний утворювати різні оксиди: Cl2O, ClO2, Cl2O7. Відомі й інші елементи, валентність яких в різних реакціях може бути різною. Так, сірка може володіти валентності II, IV та VI, залізо може бути двох- і тривалентним, вуглець – двох- і четирехвалентного і т. Д.
Зв’язок, яку утворюють вільні електрони в кристалічній решітці металів, називають металевої. У вузлах кристалічної решітки металів розташовані їх позитивно заряджені іони. А оскільки, як ви знаєте, електрони валентної оболонки металів не надто міцно утримуються ядром, вони відриваються і безладно, подібно молекулам газу, рухаються між ними. Притягаючи позитивні іони, ці електрони не дають кристалу зруйнується під дією взаємного відштовхування цих іонів. Разом з тим електрони не можуть покинути кристал, оскільки притягуються позитивно зарядженими іонами, які у вузлах решітки. Через те що у всіх металах знаходиться велика кількість вільно рухаються, вони, як відомо, служать хорошими провідниками електричного струму.

Існує ще один вид хімічного зв’язку, який грає важливу роль у біологічних процесах. Цей зв’язок називають водневої. Причиною виникнення таких зв’язків є полярність деяких молекул. Пояснимо дане явище на прикладі молекули води (рис. 129). Як вам відомо, в цій молекулі атом кисню утримує біля себе два атоми водню за допомогою ковалентного зв’язку. Але оскільки ядро ​​атома кисню містить вісім позитивно заряджених протонів, а кожен атом водню – тільки один, то під дією електричного тяжіння загальні електронні пари зміщені від атому водню в сторону кисню. Через це та частина молекули, де знаходиться атом кисню, набуває невеликий негативний заряд, а ділянки, що відповідають атомам водню, – позитивний. Така молекула, различающаяся електричними зарядами на різних своїх ділянках, називається полярною молекулою або диполем. Уявімо собі тепер, що дві молекули води опиняються поруч. Тоді негативний ділянку однієї молекули буде притягатися до позитивного ділянці інший, і між ними виникне воднева зв’язок. Аналогічна зв’язок може виникати не тільки у воді, але і в багатьох інших, у тому числі і органічних, з’єднаннях. Водневі зв’язки є досить слабкими, але в тому випадку, коли їх багато, вони можуть досить міцно скріплювати молекули різних речовин, що має велике значення для багатьох біологічних процесів.
Перевірте свої знання
1. Що таке валентність?
2. Які електрони називаються валентними?
3. Як називають хімічний зв’язок, при якій атоми «усуспільнюється» електрони?
4. Яким чином здійснюється зв’язок в металевих кристалах?

Посилання на основну публікацію