Свойства и строение вещества: ковалентная неполярная связь, отличие от полярной

Данная статья повествует о том, что такое ковалентная неполярная связь. Описываются ее свойства, типы атомов, которые ее образуют. Показано место ковалентной связи среди других видов соединений атомов.

Физика или химия?

Есть в обществе такой феномен: одна часть однородной группы считает другую менее понятливой, более неуклюжей. Например, англичане смеются над ирландцами, музыканты, играющие на струнных, – над виолончелистами, жители России – над представителями чукотского этноса. К сожалению, наука не исключение: физики считают химиков второсортными учеными. Однако, делают они это зря: отделить, где физика, а где химия порой весьма непросто. Таким примером могут служить способы соединения атомов в веществе (например, ковалентная неполярная связь): строение атома – однозначно физика, получение из железа и серы сульфида железа со свойствами, отличными и от Fe, и от S – точно химия, а вот как из двух разных атомов получается однородное соединение – ни то ни другое. Это нечто посередине, но традиционно науку о связях изучают как раздел химии.

Электронные уровни

Количество и расположение электронов в атоме определяют четыре квантовых числа: главное, орбитальное, магнитное и спиновое. Так, согласно сочетанию всех этих чисел, на первой орбитали существуют только два s-электрона, на второй - два s-электрона и шесть p-электронов и так далее. С ростом заряда ядра увеличивается и количество электронов, заполняя все новые и новые уровни. Химические свойства вещества определяются тем, сколько и каких электронов находится в оболочке их атомов. Ковалентная связь, полярная и неполярная, образуется, если на внешних орбиталях двух атомов находятся по одному свободному электрону.

Образование ковалентной связи

Для начала надо отметить, что говорить «орбита» и «положение» в отношении электронов в электронной оболочке атомов некорректно. Согласно принципу Гейзенберга, определить точное местонахождение элементарной частицы невозможно. В данном случае корректнее было бы говорить об электронном облаке, как бы «размазанном» вокруг ядра на конкретном расстоянии. Итак, если у двух атомов (иногда одинаковых, иногда разных химических элементов) есть по одному свободному электрону, они могут объединять их на общую орбиталь. Таким образом, оба электрона принадлежат двум атомам сразу. Этим путем образуется, например, ковалентная неполярная связь.

Свойства ковалентных связей

Свойств у ковалентной связи четыре: направленность, насыщаемость, полярность, поляризуемость. В зависимости от их качества будут меняться химические свойства получающегося вещества: насыщаемость показывает, сколько связей способен создать этот атом, направленность показывает угол между связями, поляризуемость задается смещением плотности в сторону одного из участников связи. Полярность же связана с таким понятием, как электроотрицательность, и указывает на то, чем ковалентная неполярная связь отличается от полярной. В общих чертах электроотрицательность атома – это способность притягивать (или отталкивать) электроны соседей в устойчивых молекулах. Например, самыми электроотрицательными химическими элементами можно назвать кислород, азот, фтор, хлор. Если электроотрицательность двух разных атомов совпадает, появляется ковалентная неполярная связь. Чаще всего это происходит, если в молекулу соединяются два атома одного химического вещества, например H₂, N₂, Cl₂. Но это не обязательно так: в молекулах PH₃ ковалентная связь тоже неполярная.

Вода, кристалл, плазма

В природе существует несколько видов связей: водородная, металлическая, ковалентная (полярная, неполярная), ионная. Связь задается строением незаполненной электронной оболочки и определяет как структуру, так и свойства вещества. Как следует из названия, металлическая связь присуща только кристаллам определенных химических веществ. Именно тип связи атомов металлов между собой задает их способность проводить электрический ток. Фактически современная цивилизация построена на этом свойстве. Вода, самое важное вещество для человека, является результатом соединения ковалентной связью одного атома кислорода и двух водорода. Угол между двумя этими соединениями и задает уникальные свойства воды. Многие вещества, помимо воды, обладают полезными свойствами только потому, что их атомы соединяет ковалентная связь (полярная и неполярная). Ионная связь чаще всего существует в кристаллах. Наиболее показательными являются полезные свойства лазеров. Сейчас они бывают разными: с рабочим телом в виде газа, жидкости, даже органического красителя. Но оптимальным соотношением мощности, размера и стоимости обладает все же твердотельный лазер. Однако ковалентная неполярная химическая связь, как и другие виды взаимодействия атомов в молекулах, присуща веществам в трех агрегатных состояниях: твердом, жидком, газообразном. Для четвертого агрегатного состояния вещества, плазмы, говорить о связи бессмысленно. Фактически это сильно ионизированный разогретый газ. Однако в состоянии плазмы могут находиться молекулы твердых при нормальных условиях веществ – металлов, галогенов и т.д. Примечательно, что это агрегатное состояние вещества занимает наибольший объем Вселенной: звезды, туманности, даже межзвездное пространство представляют собой смешение разных видов плазмы. Мельчайшие частицы, которые способны пробить солнечные батареи спутников связи и вывести из строя систему GPS, являются пылевой низкотемпературной плазмой. Таким образом, привычный для людей мир, в котором важно знать тип химической связи веществ, представляет собой очень маленькую часть окружающей нас Вселенной.