Что общего и какие отличия существуют между ковалентной и металлической связью
Химическая связь. Типы химической связи
Диссоциация хлорида натрия в воде
Темы кодификатора ЕГЭ: Ковалентная химическая связь, ее разновидности и механизмы образования. Характеристики ковалентной связи (полярность и энергия связи). Ионная связь. Металлическая связь. Водородная связь
Сначала рассмотрим связи, которые возникают между частицами внутри молекул. Такие связи называют внутримолекулярными.
Химическая связь между атомами химических элементов имеет электростатическую природу и образуется за счет взаимодействия внешних (валентных) электронов, в большей или меньшей степени удерживаемых положительно заряженными ядрами связываемых атомов.
Электроотрицательность χ – это способность атома притягивать (удерживать) внешние (валентные) электроны. Электроотрицательность определяется степенью притяжения внешних электронов к ядру и зависит, преимущественно, от радиуса атома и заряда ядра.
Важно отметить, что в различных источниках можно встретить разные шкалы и таблицы значений электроотрицательности. Этого не стоит пугаться, поскольку при образовании химической связи играет роль разность электроотрицательностей атомов, а она примерно одинакова в любой системе.
Если один из атомов в химической связи А:В сильнее притягивает электроны, то электронная пара смещается к нему. Чем больше разность электроотрицательностей атомов, тем сильнее смещается электронная пара.
Основные типы химических связей — ковалентная, ионная и металлическая связи. Рассмотрим их подробнее.
Ковалентная химическая связь
Основные свойства ковалентных связей
Эти свойства связи влияют на химические и физические свойства веществ.
Насыщаемость — это способность атомов образовывать ограниченное число ковалентных химических связей. Количество связей, которые способен образовывать атом, называется валентностью.
Полярность связи возникает из-за неравномерного распределения электронной плотности между двумя атомами с различной электроотрицательностью. Ковалентные связи делят на полярные и неполярные.
Поляризуемость связи — это способность электронов связи смещаться под действием внешнего электрического поля (в частности, электрического поля другой частицы). Поляризуемость зависит от подвижности электронов. Чем дальше электрон находится от ядра, тем он более подвижен, соответственно и молекула более поляризуема.
Ковалентная неполярная химическая связь
Ковалентная неполярная (симметричная) связь – это ковалентная связь, образованная атомами с равной элетроотрицательностью (как правило, одинаковыми неметаллами) и, следовательно, с равномерным распределением электронной плотности между ядрами атомов.
Дипольный момент неполярных связей равен 0.
Ковалентная полярная химическая связь
Ковалентная полярная связь – это ковалентная связь, которая возникает между атомами с разной электроотрицательностью (как правило, разными неметаллами) и характеризуется смещением общей электронной пары к более электроотрицательному атому (поляризацией).
Электронная плотность смещена к более электроотрицательному атому – следовательно, на нем возникает частичный отрицательный заряд (δ-), а на менее электроотрицательном атоме возникает частичный положительный заряд (δ+, дельта +).
Полярность связи влияет на физические и химические свойства соединений. От полярности связи зависят механизмы реакций и даже реакционная способность соседних связей. Полярность связи зачастую определяет полярность молекулы и, таким образом, непосредственно влияет на такие физические свойства как температуре кипения и температура плавления, растворимость в полярных растворителях.
Механизмы образования ковалентной связи
Ковалентная химическая связь может возникать по 2 механизмам:
1. Обменный механизм образования ковалентной химической связи – это когда каждая частица предоставляет для образования общей электронной пары один неспаренный электрон:
2. Донорно-акцепторный механизм образования ковалентной связи – это такой механизм, при котором одна из частиц предоставляет неподеленную электронную пару, а другая частица предоставляет вакантную орбиталь для этой электронной пары:
А: + B= А:В
При этом один из атомов предоставляет неподеленную электронную пару ( донор ), а другой атом предоставляет вакантную орбиталь для этой пары ( акцептор ). В результате образования связи оба энергия электронов уменьшается, т.е. это выгодно для атомов.
Ковалентная связь, образованная по донорно-акцепторному механизму, не отличается по свойствам от других ковалентных связей, образованных по обменному механизму. Образование ковалентной связи по донорно-акцепторному механизму характерно для атомов либо с большим числом электронов на внешнем энергетическом уровне (доноры электронов), либо наоборот, с очень малым числом электронов (акцепторы электронов). Более подробно валентные возможности атомов рассмотрены в соответствующей статье.
Ковалентная связь по донорно-акцепторному механизму образуется:
– в молекуле угарного газа CO (связь в молекуле – тройная, 2 связи образованы по обменному механизму, одна – по донорно-акцепторному): C≡O;
– в комплексных соединениях, химическая связь между центральным атомом и группами лигандов, например, в тетрагидроксоалюминате натрия Na[Al(OH)4] связь между алюминием и гидроксид-ионами;
– в азотной кислоте и ее солях — нитратах: HNO3, NaNO3, в некоторых других соединениях азота;
– в молекуле озона O3.
Основные характеристики ковалентной связи
Ковалентная связь, как правило, образуется между атомами неметаллов. Основными характеристиками ковалентной связи являются длина, энергия, кратность и направленность.
Кратность химической связи
Кратность химической связи — это число общих электронных пар между двумя атомами в соединении. Кратность связи достаточно легко можно определить из значения валентности атомов, образующих молекулу.
Например , в молекуле водорода H2 кратность связи равна 1, т.к. у каждого водорода только 1 неспаренный электрон на внешнем энергетическом уровне, следовательно, образуется одна общая электронная пара.
В молекуле кислорода O2 кратность связи равна 2, т.к. у каждого атома на внешнем энергетическом уровне есть по 2 неспаренных электрона: O=O.
В молекуле азота N2 кратность связи равна 3, т.к. между у каждого атома по 3 неспаренных электрона на внешнем энергетическом уровне, и атомы образуют 3 общие электронные пары N≡N.
Длина ковалентной связи
Длина химической связи – это расстояние между центрами ядер атомов, образующих связь. Ее определяют экспериментальными физическими методами. Оценить величину длины связи можно примерно, по правилу аддитивности, согласно которому длина связи в молекуле АВ приблизительно равна полусумме длин связей в молекулах А2 и В2: 
Длину химической связи можно примерно оценить по радиусам атомов, образующих связь, или по кратности связи, если радиусы атомов не сильно отличаются.
При увеличении радиусов атомов, образующих связь, длина связи увеличится.
При увеличении кратности связи между атомами (атомные радиусы которых не отличаются, либо отличаются незначительно) длина связи уменьшится.
Энергия связи
Мерой прочности химической связи является энергия связи. Энергия связи определяется энергией, необходимой для разрыва связи и удаления атомов, образующих эту связь, на бесконечно большое расстояние друг от друга.
Ковалентная связь является очень прочной. Ее энергия составляет от нескольких десятков до нескольких сотен кДж/моль. Чем больше энергия связи, тем больше прочность связи, и наоборот.
Прочность химической связи зависит от длины связи, полярности связи и кратности связи. Чем длиннее химическая связь, тем легче ее разорвать, и тем меньше энергия связи, тем ниже ее прочность. Чем короче химическая связь, тем она прочнее, и тем больше энергия связи.
Ионная химическая связь
Ионная связь — это химическая связь, основанная на электростатическом притяжении ионов.
Ионы образуются в процессе принятия или отдачи электронов атомами. Например, атомы всех металлов слабо удерживают электроны внешнего энергетического уровня. Поэтому для атомов металлов характерны восстановительные свойства — способность отдавать электроны.
+11 Na ) 2 ) 8 ) 1 — 1e = +11 Na + ) 2 ) 8
+17 Cl ) 2 ) 8 ) 7 + 1e = +17 Cl — ) 2 ) 8 ) 8
Обратите внимание:
Наглядно обобщим различие между ковалентными и ионным типами связи:
Металлическая химическая связь
Металлическая связь — это связь, которую образуют относительно свободные электроны между ионами металлов, образующих кристаллическую решетку.
У атомов металлов на внешнем энергетическом уровне обычно расположены от одного до трех электронов. Радиусы у атомов металлов, как правило, большие — следовательно, атомы металлов, в отличие от неметаллов, достаточно легко отдают наружные электроны, т.е. являются сильными восстановителями.
Межмолекулярные взаимодействия
Ориентационные силы притяжения возникают между полярными молекулами (диполь-диполь взаимодействие). Эти силы возникают между полярными молекулами. Индукционные взаимодействия — это взаимодействие между полярной молекулой и неполярной. Неполярная молекула поляризуется из-за действия полярной, что и порождает дополнительное электростатическое притяжение.
Водородные связи возникают между следующими веществами:
— фтороводород HF (газ, раствор фтороводорода в воде — плавиковая кислота), вода H2O (пар, лед, жидкая вода):
— раствор аммиака и органических аминов — между молекулами аммиака и воды;
— органические соединения, в которых связи O-H или N-H: спирты, карбоновые кислоты, амины, аминокислоты, фенолы, анилин и его производные, белки, растворы углеводов — моносахаридов и дисахаридов.
Водородная связь оказывает влияние на физические и химические свойства веществ. Так, дополнительное притяжение между молекулами затрудняет кипение веществ. У веществ с водородными связями наблюдается аномальное повышение температуры кипения.
Химические связи
Различают несколько типов химических связей: ковалентная, ионная, металлическая, водородная.
Ковалентная связь возникает между двумя атомами по обменному механизму (обобществление пары электронов) или донорно-акцепторному механизму (электронов донора и свободной орбитали акцептора).
Ковалентной связью соединены атомы в молекулах простых веществ (Cl2, Br2, O2), органических веществ (C2H2), а также, в общем случае, между атомами неметалла и другого неметалла (NH3, H2O, HBr).
Существует донорно-акцепторный механизм образования ковалентной связи, при котором один атом выступает в качестве донора неподеленной электронной пары. Другой атом не тратит свои электроны, а только лишь предоставляет орбиталь (ячейку) для этой электронной пары.
Ионная связь
В наиболее частом случае ионная связь образуется между типичным металлом и типичным неметаллом. Примеры:
Большой подсказкой служит таблица растворимости, ведь все соли имеют ионные связи: CaSO4, Na3PO4. Даже ион аммония не исключение, между катионом аммония и различными анионами образуются ионные связи, например в соединениях: NH4I, NH4NO3, (NH4)2SO4.
Часто в химии встречаются несколько связей внутри одной молекулы. Рассмотрим, например, фосфат аммония, обозначив тип каждой связи внутри этой молекулы.
Металлическая связь
«Облако» электронов в металлах способно приходить в движение под различным воздействием. Именно оно является причиной электропроводности металлов.
Водородная связь
Водородные связи возникают между атомом водорода и другим более электроотрицательным атомом (O, S, N, C).
Отчасти за счет водородных связей наблюдается то самое исключение, связанное с усилением кислотных свойств в ряду галогеноводородных кислот: HF → HCl → HBr → HI. Фтор является самым ЭО-ым элементов, сильно притягивает к себе атом водорода другой молекулы, что снижает способность кислоты отщеплять водород и снижает ее силу.
© Беллевич Юрий Сергеевич 2018-2021
Данная статья написана Беллевичем Юрием Сергеевичем и является его интеллектуальной собственностью. Копирование, распространение (в том числе путем копирования на другие сайты и ресурсы в Интернете) или любое иное использование информации и объектов без предварительного согласия правообладателя преследуется по закону. Для получения материалов статьи и разрешения их использования, обратитесь, пожалуйста, к Беллевичу Юрию.
Разница между ионными ковалентными и металлическими связями
Содержание:
В этой статье рассматриваются,
1. Каковы Ионные Облигации?
— определение, формирование, свойства
2. Что такое ковалентные облигации?
— определение, формирование, свойства
3. Что такое металлические облигации?
— определение, формирование, свойства
4. В чем разница между ионными ковалентными и металлическими облигациями?
Каковы Ионные Облигации
Некоторые атомы имеют тенденцию жертвовать или получать электроны, чтобы стать более стабильными, полностью занимая их крайнюю орбиту. Атомы с очень небольшим количеством электронов в их внешней оболочке имеют тенденцию отдавать электроны и становиться положительно заряженными ионами, в то время как атомы с большим количеством электронов на их внешней орбите имеют тенденцию принимать электроны и превращаться в положительно заряженные ионы. Когда эти ионы сближаются, силы притяжения возникают из-за противоположных зарядов ионов. Эти силы называются ионными связями. Эти стабильные связи также называются электростатические связи, Твердые тела, связанные ионными связями, имеют кристаллическую структуру и низкую электропроводность, что связано с отсутствием свободно движущихся электронов. Связи обычно возникают между металлом и неметаллом, которые имеют большую разницу в электроотрицательности. Примеры ионно-связанных материалов включают LiF, NaCl, BeO, CaF2 и т.п.
Что такое ковалентные облигации
Ковалентные связи образуются, когда два атома делят свои валентные электроны. Два атома имеют небольшую разницу в электроотрицательности. Ковалентные связи возникают между одинаковыми атомами или атомами разных типов. Например, фтору нужен один электрон, чтобы завершить его внешнюю оболочку, таким образом, один электрон делится другим атомом фтора, образуя ковалентную связь, в результате чего F2 молекулы. Ковалентно связанные материалы встречаются во всех трех штатах; т.е. твердое вещество, жидкость и газ. Примеры ковалентно связанных материалов включают газообразный водород, газообразный азот, молекулы воды, алмаз, диоксид кремния и т. Д.
Что такое металлические облигации
В металлической решетке валентные электроны слабо связаны ядрами атомов металла. Таким образом, валентные электроны требуют очень низкой энергии, чтобы освободиться от ядер. Как только эти электроны отсоединяются, атомы металла становятся положительно заряженными ионами. Эти положительно заряженные ионы окружены большим количеством отрицательно заряженных, свободно движущихся электронов, называемых электронным облаком. Электростатические силы образуются из-за притяжения между электронным облаком и ионами. Эти силы называются металлическими связями. В металлических связях почти каждый атом в решетке металла разделяет электроны; поэтому нет способа определить, какой атом разделяет какой электрон. По этой причине электроны в металлических связях называют делокализованными электронами. Благодаря свободно движущимся электронам металлы известны хорошими проводниками электричества. Примеры металлов с металлическими связями включают железо, медь, золото, серебро, никель и т. Д.
Разница между ионными ковалентными и металлическими связями
Определение
Ионная связь: Ионные связи представляют собой электростатические силы, возникающие между отрицательными и положительными ионами.
Бонд Энерджи
Ионные Связи: Энергия связи выше, чем металлические связи.
Ковалентные связи:Энергия связи выше, чем металлические связи.
Металлические облигации: Энергия связи ниже, чем у других первичных облигаций.
формирование
Ионные Связи: Ионные связи образуются, когда один атом предоставляет электроны другому атому.
Ковалентные связи: Ковалентные связи образуются, когда два атома делят свои валентные электроны.
Металлические облигации: Металлические связи образуются, когда переменное число атомов разделяет переменное число электронов в металлической решетке.
проводимость
Ионные Связи: Ионные связи имеют низкую проводимость.
Ковалентные связи: Ковалентные связи имеют очень низкую проводимость.
Металлические облигации: Металлические связи обладают очень высокой электрической и теплопроводностью.
Точки плавления и кипения
Ионные Связи: Ионные связи имеют более высокие температуры плавления и кипения.
Ковалентные связи: Ковалентные связи имеют более низкие температуры плавления и кипения.
Металлические облигации: Металлические связи имеют высокие температуры плавления и кипения.
Физическое состояние
Ионные Связи: Ионные связи существуют только в твердом состоянии.
Ковалентные связи: Ковалентные связи существуют в форме твердых веществ, жидкостей и газов.
Металлические облигации: Металлические связи существуют только в форме твердого тела.
Природа Бонд
Ионные Связи: Связь ненаправленная.
Ковалентные связи: Связь направленная.
Металлические облигации:Связь ненаправленная.
твердость
Ионные Связи: Ионные связи являются твердыми из-за кристаллической структуры.
Ковалентные связи: Ковалентные связи не очень прочны, за исключением алмаза, кремния и углерода.
Металлические облигации: Металлические связи не очень твердые.
тягучесть
Ионные Связи: Материалы с ионными связями не являются податливыми.
Ковалентные связи:Материалы с ковалентными связями не являются податливыми.
Металлические облигации:Материалы с металлическими связями податливы.
тягучесть
Ионные Связи: Материалы с ионными связями не являются пластичными.
Ковалентные связи: Материалы с ковалентными связями не являются пластичными.
Металлические облигации: Материалы с металлическими связями являются пластичными.
Примеры
Ионные Связи: Примеры включают LiF, NaCl, BeO, CaF2 и т.п.
Ковалентные связи: Примеры включают газообразный водород, газообразный азот, молекулы воды, алмаз, диоксид кремния и т. Д.
Металлические облигации: Примеры включают железо, золото, никель, медь, серебро, свинец и т. Д.