Ковалентний зв’язок

Утворення ковалентного зв’язку

При утворенні хімічного зв’язку атоми прагнуть до того, щоб на їхньому зовнішньому енергетичному рівні було два (у випадку з Гідрогеном) або вісім (октет) електронів. Цього можна досягти кількома способами. Найпоширеніший з них полягає в об’єднанні неспарених електронів у спільні електронні пари, які одночасно належать обом атомам.

Хімічний зв’язок, що виникає внаслідок утворення спільних електронних пар, називають ковалентним.

У найпростішому з відомих атомів — атомі Гідрогену — на зовнішньому електронному рівні перебуває один електрон: при зображенні утворення хімічного зв’язку заведено позначати електрони зовнішнього енергетичного рівня (валентні електрони) крапкою або хрестиком: Н•.

Такі формули називають формулами Льюїса, або електронно-крапковими формулами. За допомогою таких формул утворення молекули Н₂ можна записати у вигляді схеми:

Таким чином, кожний атом Гідрогену віддає свій валентний електрон у спільне користування. При цьому утворюється спільна електронна пара, що одночасно однаковою мірою належить обом атомам Гідрогену. Кожен атом Гідрогену завдяки цьому має електронну конфігурацію інертного газу (атома Гелію), тобто повністю заповнений зовнішній електронний шар, що обумовлює стійкість молекули водню.

Спільну електронну пару, яка обумовлює хімічний зв’язок, можна позначити рискою. Таким чином, отримуємо структурну формулу водню:

Н - Н.

Атоми неметалів другого періоду прагнуть доповнити електронну оболонку до октету. Атом Флуору містить на зовнішньому рівні сім електронів — три електронні пари та один неспарений електрон.

До завершення зовнішнього рівня атому Флуору не вистачає одного електрона, тому кожен з атомів віддає в спільне користування по одному неспареному електрону:

Таким чином, кожний з атомів одержує на зовнішньому рівні по вісім електронів (октет), з яких два перебувають у спільному користуванні, а шість (три пари) не беруть участі в утворенні хімічного зв’язку й належать лише одному атому (неподілені електронні пари).

Утворення подвійного та потрійного зв’язків

При взаємодії двох атомів, кожний з яких має кілька неспарених електронів, утворюється відразу кілька спільних електронних пар. Прикладом може слугувати молекула кисню O₂. В атомі Оксигену на зовнішньому рівні перебуває шість електронів: дві електронні пари й два неспарені електрони.

Ці неспарені електрони беруть участь в утворенні двох спільних електронних пар:

Такий хімічний зв’язок називають подвійним і позначають двома рисками. Зв’язок, утворений однією парою електронів, називають одинарним (або ординарним, тобто звичайним).

В атомах Нітрогену на зовнішньому електронному рівні перебуває три неспарені електрони. Завдяки їм при утворенні молекули азоту N₂ утворюються три спільні електронні пари:

Зв’язок у молекулі азоту називають потрійним.

Утворення зв’язку між різними атомами

У молекулі фтороводню HF атом Гідрогену за рахунок «чужого» електрона завершує перший енергетичний рівень, а атом Флуору F — другий:

Якщо в одному атомі є кілька неспарених електронів, то він може утворювати ковалентні зв’язки відразу з кількома атомами. У молекулі води атом Оксигену утворює два ковалентні зв’язки з двома атомами Гідрогену:

Між атомами різних елементів можуть також утворюватися і подвійні зв’язки. Наприклад, у молекулі вуглекислого газу СO₂ між атомами Карбону й Оксигену:

У цьому разі кожний з атомів Оксигену утворює подвійний зв’язок, а атом Карбону — два подвійні зв’язки.