Виды химической связи и их характеристики — теория для ЕГЭ

Коротко о главном

Химическая связь — это взаимодействие атомов, удерживающее их друг возле друга в молекулах, кристаллах, ионах. Тип связи определяется разностью электроотрицательностей (ЭО) атомов и их природой (металл/неметалл). Всего выделяют 4 основных вида: ковалентная (полярная и неполярная), ионная, металлическая, водородная. От вида связи зависят физические свойства вещества: температура плавления, растворимость, электропроводность.

Определения и формулы/правила

Электроотрицательность (ЭО) — способность атома притягивать общую электронную пару. Разность ЭО ($\Delta$ЭО) двух атомов определяет тип связи:

$$\Delta ЭО = |ЭО_1 - ЭО_2|$$

Вид связи	Условие образования	$\Delta$ЭО (ориентировочно)	Природа частиц	Примеры
Ковалентная неполярная	Атомы одного неметалла	$\Delta ЭО = 0$	Общие электронные пары, равномерно	$H_2, O_2, N_2, Cl_2, P_4$
Ковалентная полярная	Атомы разных неметаллов	$0 < \Delta ЭО < 1{,}7$	Общие пары смещены к более ЭО атому	$HCl, H_2O, NH_3, CO_2$
Ионная	Типичный металл + типичный неметалл	$\Delta ЭО \geq 1{,}7$	Ионы, электростатическое притяжение	$NaCl, CaF_2, K_2O, MgO$
Металлическая	Атомы металлов между собой	—	Катионы металла + «электронный газ»	$Na, Fe, Cu,$ сплавы
Водородная	H, связанный с F, O, N + свободная пара у другого атома (F, O, N)	—	Межмолекулярное притяжение	$H_2O, HF, NH_3$, спирты, белки

Механизмы образования ковалентной связи:

• обменный — каждый атом даёт по одному электрону: $H\cdot + \cdot H \rightarrow H{:}H$;
• донорно-акцепторный — один атом (донор) отдаёт пару электронов, другой (акцептор) предоставляет свободную орбиталь. Пример: образование иона $NH_4^+$ из $NH_3$ и $H^+$.

Кратность связи — число общих электронных пар между атомами: одинарная ($\sigma$), двойная ($\sigma+\pi$), тройная ($\sigma+2\pi$). Пример: $N \equiv N$ — тройная связь, $O = O$ — двойная.

Металлическая связь — обусловлена свободными электронами, делокализованными по всему кристаллу, что объясняет электро- и теплопроводность, ковкость, металлический блеск.

Водородная связь — возникает между молекулами (или внутри одной молекулы), где атом H соединён с сильно ЭО атомом (F, O, N), и притягивается к свободной электронной паре соседнего электроотрицательного атома. Она значительно слабее ковалентной, но заметно влияет на физические свойства (аномально высокие t°кип у $H_2O$, $HF$, $NH_3$).

Как применять (примеры)

Пример 1. Определить тип связи в веществе $CaCl_2$. Кальций — типичный металл, хлор — неметалл, $\Delta ЭО$ большая. Вывод: связь ионная, вещество — ионный кристалл.

Пример 2. Сравнить полярность связи в молекулах $HCl$ и $HI$. ЭО хлора (3,0) больше ЭО йода (2,7), а ЭО водорода — 2,1. Разность $\Delta ЭО(HCl) = 0{,}9$, $\Delta ЭО(HI) = 0{,}6$. Связь в $HCl$ более полярная, чем в $HI$.

Пример 3. Объяснить аномально высокую температуру кипения воды по сравнению с $H_2S$. В молекуле $H_2O$ атом кислорода сильно электроотрицателен и имеет неподелённые пары — между молекулами воды образуются водородные связи, которых нет (или они слабее) в $H_2S$ из-за меньшей ЭО серы. Это и повышает т.кип. воды.

Типичные ошибки

• Путают ковалентную полярную связь с ионной у веществ типа $NH_4Cl$ — там одновременно есть ионная (между $NH_4^+$ и $Cl^-$) и ковалентная (внутри катиона $NH_4^+$) связи.
• Считают, что связь между двумя одинаковыми неметаллами всегда ковалентная неполярная — забывают, что в сложных ионах ($SO_4^{2-}$) внутри есть ковалентная полярная связь, хотя атомы одного элемента может быть несколько.
• Не учитывают, что металлическая связь характерна не только для чистых металлов, но и для сплавов.
• Путают водородную связь с ковалентной — водородная связь всегда слабее и является межмолекулярным (или внутримолекулярным вторичным) взаимодействием, а не полноценной химической связью между атомами одной молекулы.
• Ошибочно считают все связи «металл—неметалл» ионными: например, в $AlCl_3$ связь ковалентная полярная, так как алюминий не является типичным металлом с точки зрения разности ЭО.

Где встречается на экзамене

Задание 4 проверяет умение определять вид химической связи по формуле вещества и объяснять механизм её образования (обменный/донорно-акцепторный). Задание 11 требует установить соответствие между формулой вещества и типом кристаллической решётки или видом связи, а также связать вид связи с физическими свойствами вещества (растворимость, электропроводность, летучесть, твёрдость).