Номер 1, страница 39, часть 1 - гдз по химии 10 класс учебник Оспанова, Аухадиева

1. Какие свойства характерны для ковалентной связи?

Ковалентная связь — это химическая связь, которая возникает в результате образования одной или нескольких общих электронных пар между двумя атомами, как правило, неметаллов. Она обладает рядом ключевых свойств, определяющих структуру и химическое поведение веществ.

Направленность

Ковалентная связь образуется в результате перекрывания электронных облаков (атомных орбиталей) взаимодействующих атомов. Поскольку атомные орбитали (кроме s-орбиталей) имеют определенную форму и ориентацию в пространстве, максимальное перекрывание достигается при определенном взаимном расположении атомов. Это свойство называется направленностью. Именно направленность ковалентных связей определяет пространственное строение, то есть геометрию молекул (их форму) и валентные углы. Например, в молекуле метана ($CH_4$) четыре гибридные $sp^3$-орбитали атома углерода направлены к вершинам тетраэдра, образуя валентные углы $109.5o $. В молекуле воды ($H_2O$) связи направлены под углом примерно $104.5o $, что придает молекуле уголковое строение.

Насыщаемость

Насыщаемость — это способность атомов образовывать ограниченное число ковалентных связей. Это число определяется количеством валентных электронов и количеством свободных валентных орбиталей атома. Атом не может образовать связей больше, чем его валентные возможности. Например, атом водорода, имеющий один электрон, может образовать только одну ковалентную связь. Атом углерода в возбужденном состоянии имеет четыре неспаренных электрона и может образовать четыре ковалентные связи, как в молекуле $CH_4$.

Полярность и поляризуемость

Полярность — это свойство, возникающее при образовании связи между атомами с разной электроотрицательностью ($χ$). Электроотрицательность — это способность атома притягивать к себе электроны.

• Если связь образуется между атомами с одинаковой электроотрицательностью ($Δχ = 0$), общая электронная пара располагается симметрично между ядрами. Такая связь называется ковалентной неполярной. Примеры: $H_2$, $O_2$, $Cl_2$.

• Если электроотрицательности атомов различны ($Δχ > 0$), общая электронная пара смещается в сторону более электроотрицательного атома. На нем возникает частичный отрицательный заряд ($δ−$), а на другом атоме — частичный положительный заряд ($δ+$). Такая связь называется ковалентной полярной. Примеры: $HCl$, $H_2O$. Чем больше разница в электроотрицательности, тем полярнее связь.

Поляризуемость — это способность электронной системы связи (электронного облака) деформироваться под действием внешнего электрического поля, например, поля соседнего иона или полярной молекулы. Чем легче смещается электронное облако связи, тем выше ее поляризуемость. Поляризуемость возрастает с увеличением размера атомов и кратности связи.

Кратность

Кратность связи определяется числом общих электронных пар, связывающих два атома. Различают:

• Одинарную связь (одна общая электронная пара, например, $H-H$ в $H_2$, $C-C$ в этане $C_2H_6$).

• Двойную связь (две общие электронные пары, например, $O=O$ в $O_2$, $C=C$ в этилене $C_2H_4$).

• Тройную связь (три общие электронные пары, например, $N≡N$ в $N_2$, $C≡C$ в ацетилене $C_2H_2$).

С увеличением кратности связи возрастает ее прочность (энергия) и уменьшается ее длина.

Энергия и длина связи

Это количественные характеристики ковалентной связи.

• Энергия связи — это количество энергии, которое необходимо затратить для разрыва 1 моля данных связей в газовой фазе. Она является мерой прочности связи. Выражается в кДж/моль. Чем выше энергия связи, тем прочнее связь.

• Длина связи — это равновесное расстояние между ядрами связанных атомов. Она зависит от радиусов атомов и кратности связи. Измеряется в пикометрах (пм) или ангстремах (Å). С увеличением кратности и прочности связи ее длина, как правило, уменьшается.

Ответ: Основными свойствами, характерными для ковалентной связи, являются: направленность (определяет геометрию молекул), насыщаемость (ограниченное число связей у атома), полярность (возникает из-за разницы электроотрицательностей) и поляризуемость (смещаемость электронного облака), кратность (число общих электронных пар). Количественными характеристиками связи служат ее энергия (мера прочности) и длина (расстояние между атомами).