Полярная ковалентная связь: сущность и примеры

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 χ_А
• Атом B имеет электроотрицательность χ_B, причем χ_B > χ_A
• 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.

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:

1. HF: наиболее полярная связь, наикратчайшая длина
2. HCl: менее полярная по сравнению с HF, длина больше
3. HBr: еще менее полярная, длина еще больше
4. 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.