Полярная ковалентная связь - удивительное и загадочное явление природы. Она объединяет атомы в молекулы, формируя разнообразие веществ вокруг нас. Давайте раскроем секреты этого вида химической связи!
Определение
Полярная ковалентная связь - это химическая связь между атомами с разной электроотрицательностью, при которой общие электронные пары смещаются к более электроотрицательному атому.
Строго говоря, к соединениям с ионной связью можно отнести лишь соединения, для которых разность в электроотрицательности больше 3.
Механизм образования
Полярная ковалентная связь образуется за счет обобществления электронных пар между атомами с разной электроотрицательностью. При этом электронная пара смещается к атому с бОльшей электроотрицательностью.
- Атом А имеет электроотрицательность χА
- Атом B имеет электроотрицательность χB, причем χB > χA
- Атомы A и B образуют общую электронную пару
- Из-за большей электроотрицательности атом B сильнее притягивает к себе электроны
- Электронная пара смещается к атому B –> образуется полярная ковалентная связь
Примеры ковалентной полярной связи есть во многих простых веществах, таких как HCl, H2O, CO2 и др.
Прочность
Прочность полярной ковалентной связи определяется разностью электроотрицательностей атомов. Чем больше разница, тем выше ионный характер связи и тем прочнее связь.
| Связь | Разность электроотрицательностей | Прочность связи |
| H-Cl | 0,9 | Средняя |
| H-F | 1,4 | Высокая |
Из таблицы видно, что с увеличением разницы электроотрицательностей прочность полярной ковалентной связи возрастает.
Длина
Длина полярной ковалентной связи зависит от степени полярности. Чем сильнее смещение электронной плотности, тем короче длина связи.
Например, в ряду HF - HCl - HBr - HI длина связи Э-Н уменьшается, так как возрастает полярность:
- HF: наиболее полярная связь, наикратчайшая длина
- HCl: менее полярная по сравнению с HF, длина больше
- HBr: еще менее полярная, длина еще больше
- HI: наименее полярная из ряда, наибольшая длина связи
Определить ковалентную полярную связь и рассчитать ее длину можно по разности электроотрицательностей.
Энергия
Энергия полярной ковалентной связи тем выше, чем больше разность электроотрицательностей.
Например, энергия связи в хлороводороде выше, чем в молекуле водорода:
- H2: неполярная ковалентная связь, энергия 435 кДж/моль
- HCl: полярная ковалентная связь, энергия 431 кДж/моль
Это связано с тем, что в HCl из-за бОльшей электроотрицательности хлора возникает частично ионный характер связи, что и повышает ее энергию.
Влияние полярности на агрегатное состояние вещества
Полярность ковалентной связи влияет на агрегатное состояние вещества при нормальных условиях.
Например, вода H2O с полярными связями O-H при комнатной температуре находится в жидком состоянии, тогда как аналогичные по молекулярной массе вещества с неполярными связями, такие как H2S, - это газы.
Это связано с тем, что между молекулами с полярными связями действуют силы межмолекулярного взаимодействия, которые удерживают молекулы вместе.
Реакционная способность
Полярная ковалентная связь обладает повышенной реакционной способностью по сравнению с неполярной из-за возникновения частичных зарядов на атомах.
Например, вода активно вступает в реакции с кислотами и основаниями. Это происходит благодаря наличию полярных связей O-H, которые образуют положительно и отрицательно заряженные полюса в молекуле H2O.
Взаимодействие с растворителями
Вещества с полярными связями хорошо растворяются в полярных растворителях, например в воде, и плохо - в неполярных, таких как benzin.
Примеры ковалентной полярной связи: глюкоза C6H12O6 и этанол C2H5OH содержат полярные O-H связи, поэтому растворяются в воде и не растворяются в бензине.
Электроотрицательность атомов в полярной связи
В полярной ковалентной связи атомы имеют разную электроотрицательность. Например, в связи H-Cl электроотрицательность хлора выше, чем у водорода.
Разность электроотрицательностей ∆χ для полярной связи составляет от 0,4 до 1,7.
Формулы ковалентной полярной связи можно записать с указанием значений электроотрицательностей, например: H-F(χ=4,0)-(χ=3,0)F.
Возникновение диполя
Из-за разной электроотрицательности атомов в полярной ковалентной связи возникает диполь молекулы с положительно и отрицательно заряженными полюсами.
Например, в молекуле HCl полярная связь H-Cl приводит к тому, что на хлоре скапливается частичный отрицательный заряд, а на атоме водорода - частичный положительный.
Примеры диполей полярной ковалентной связи можно найти в молекулах H2O, CO2, NH3.
Примеры веществ с полярной ковалентной связью
Примеры полярной ковалентной связи можно встретить во многих неорганических и органических соединениях.
Неорганические соединения
Неорганические соединения часто содержат полярные связи.
- Вода H2O - полярные связи O-H
- Хлороводород HCl - полярная связь H-Cl
- Оксиды металлов, например CO, NO - полярные связи C-O, N-O
Органические соединения
Большинство органических соединений имеют в своем составе полярные связи.
- Спирты R-OH - полярная связь O-H
- Карбоновые кислоты R-COOH - полярные связи C-O и O-H
- Амины R-NH2 - полярная связь N-H
Комплексные соединения
Полярные связи играют важную роль в биологических молекулах.
- Гемоглобин содержит полярные связи Fe-O в геме
- В молекуле хлорофилла есть полярные связи Mg-O
Другие примеры
Полярные связи присутствуют во многих других соединениях.
- Полимеры, например полиэтилен - полярные связи C-H
- Углеводы - полярные связи между атомами C, O, H
Особенности полярных связей в разных классах
Хотя полярная ковалентная связь имеет схожие черты в разных соединениях, ее конкретные свойства зависят от природы атомов и их окружения.
Например, полярная O-H связь в молекулах воды и этанола по-разному влияет на растворимость этих веществ в полярных и неполярных растворителях.
