Ковалентная связь обусловлена электромагнитным взаимодействием, удерживающим положительно заряженные ядра отрицательным зарядом, сосредоточенным в области перекрывания атомных орбиталей.
В атомах число атомных орбиталей, принимающих участие в образовании ковалентных связей, ограничено, следовательно для образования ковалентных связей характерна насыщаемость. Так, в молекуле Н2 (Н-Н) одна ковалентная связь между атомами водорода, и невозможно молекулярное образование Н4 в силу того обстоятельства, что пара электронов, участвующая в образовании ковалентной связи, заняла две s-орбитали, а в соответствии с принципом запрета Паули больше двух электронов с противоположными спинами на перекрывающихся орбиталях быть не может.
В атоме кислорода во внешней электронной оболочке две орбитали содержат по одному неспаренному электрону. Они принимают участие в образовании двух расположенных под некоторым углом друг к другу ковалентных связей в молекуле воды. Следовательно, ковалентные связи характеризуются не только насыщаемостью, но и направленностью.
Молекула – микросистема, состоящая из двух или большего числа ядер и электронов, движущихся в поле ядер, и содержащая ковалентные связи.
На рис. 8 представлены структурные модели молекул.
Структурные Молекулярные
формулы формулы
|
|
|
|
Рис. 8. Модели молекул H2 и F2 с неполярными ковалентными связями и HF и Н2S с полярными ковалентными связями. В атомах фтора и серы изображены соответственно только внешние 2р и 3р-орбитали
Область перекрывания атомных орбиталей несет отрицательный заряд (δ-), удерживающий положительно заряженные ядра на расстоянии, соответствующем длине химической связи (lсв).
Длина ковалентной связи – это расстояние между ядрами ковалентно связанных атомов молекулы.
Пара электронов ⇅, участвующая в образовании ковалентной связи (валентные электроны от лат. valentiа – сила), принадлежит обоим атомам.
В молекулах водорода Н2 и фтора F2 распределение электронной плотности симметрично относительно ядер. Зона перекрывания атомных орбиталей расположена между ядрами атомов. В них электронная пара в равной степени принадлежит обоим атомам. Такую ковалентную связь называют неполярной. Центры тяжести положительных и отрицательных зарядов таких молекул совпадают. Это молекулы недиполи.
В молекулах фтороводорода HF и сероводорода H2S зоны перекрывания атомных орбиталей несимметрично расположены между ядрами атомов. Электронная плотность в большей степени смещена к ядру атома фтора в HF и к ядру атома серы в H2S. Такие ковалентные связи называют полярными.
2.2. Гибридизация, s- и p-связи