Химия. 10 класс

Из курса химии 7–9-го классов вы знаете, что при обычных условиях атомы большинства химических элементов в свободном виде (по отдельности) не существуют. Даже в простых веществах атомы связаны друг с другом химическими связями. Исключением являются лишь благородные газы.

Например, простое вещество водород состоит из молекул Н₂, в которых два атома водорода связаны одной ковалентной связью: .

Химическая связь — взаимодействие, связывающее отдельные атомы в химические соединения (молекулы или кристаллы).

Участвовать в образовании химических связей могут только те электроны, которые слабее всего связаны с ядром, то есть электроны внешнего энергетического уровня. Такие электроны называются валентными.

Валентные электроны принято обозначать точками, которые окружают символ химического элемента. Такие формулы называются электронными формулами.

электронные формулы атомов водорода и углерода

Видно, что атомы водорода и углерода имеют незавершённые электронные оболочки, поэтому отдельные атомы водорода и углерода не могут существовать при обычных условиях. В отличие от них атомы благородных газов, имеющие завершённые электронные оболочки, устойчивы. Электронные формулы атомов благородных газов гелия и неона следующие:

Окружность вокруг электронной формулы указывает на завершённость внешнего слоя. То есть атом гелия имеет завершённую двухэлектронную, а атом неона — восьмиэлектронную внешнюю оболочку. Отсюда следует важный вывод — атомы будут стремиться сформировать стабильные завершённые электронные оболочки за счёт отдачи, присоединения либо обобществления электронов. При этом образуются химические связи.

Пример 1. Образование ионной связи между литием и фтором.

На внешнем электронном слое атома лития находится один электрон, поэтому атом лития легко отдаёт этот электрон, приобретая завершённую электронную оболочку, как у ближайшего благородного газа — гелия. На внешнем слое атома фтора располагается семь электронов, поэтому фтор, наоборот, легко присоединяет один электрон, приобретая завершённую восьмиэлектронную внешнюю оболочку, как у атома неона:

При образовании фторида лития электрон от атома лития переходит к атому фтора. В результате образуются ионы Li⁺ и F^–. Электронные конфигурации ионов Li⁺ и F^– такие же, как у атомов гелия и неона соответственно:

Li⁺: 1s²

F^–: …2s²3p⁶

Разноимённо заряженные ионы притягиваются друг к другу. Такая связь называется ионной. Ионная связь образуется между атомами металла и неметалла. Ионная связь имеется в солях (NaCl, KF), оксидах металлов (Na₂O, K₂O), гидроксидах металлов (NaOH, KOH).

Пример 2. Образование ковалентной связи в молекуле водорода H_2.

На внешнем слое атома водорода имеется один неспаренный электрон. Поскольку при образовании молекулы водорода между собой взаимодействуют одинаковые атомы, электрон не будет переходить от одного атома к другому и разноимённо заряженные ионы образовываться не будут. Вместо этого неспаренные электроны двух атомов водорода образуют общую электронную пару. При этом каждый атом водорода приобретает завершённую электронную оболочку, как у атома гелия:

Связь, образованную посредством общих электронных пар, называют ковалентной. В формулах ковалентную связь (общую электронную пару) обозначают чёрточкой. Например, формулу молекулы водорода можно записать . Такая формула называется структурной. Она показывает не только состав, но и строение молекулы.

Ковалентная связь образуется между атомами неметаллов. Ковалентная связь имеется в простых веществах неметаллов (H₂, Cl₂, O₂, N₂), оксидах неметаллов (CO₂, SO₂), кислотах (HCl, H₂SO₄).

Мы рассмотрели два типа химической связи — ковалентную и ионную. Ковалентная связь образуется между атомами неметаллов. Посредством ионной связи соединяются металлы с неметаллами.

При взаимодействии атомов металлов друг с другом возникает третий тип химической связи — металлическая связь. Подробно с этим типом связи вы знакомились в курсе химии 9-го класса. Напомним, что металлическая связь имеется в простых веществах, образованных металлами, например Na, K, Fe, и в металлических сплавах.