Химическая связь: виды и способы определения
Тема кодификатора ОГЭ: Химическая связь: ковалентная (полярная и неполярная), ионная, металлическая.
1. Что такое химическая связь?
Химическая связь — это взаимодействие атомов, осуществляемое путем обмена электронами, в результате которого образуются молекулы, ионы, радикалы или кристаллы.
Причиной образования химической связи является стремление атомов к достижению устойчивой электронной конфигурации внешнего слоя (в большинстве случаев — к правилу октета, когда на внешнем слое находится 8 электронов, как у благородных газов, кроме водорода и гелия — им нужно 2 электрона).
2. Понятие электроотрицательности
Чтобы понять, какая именно связь образуется между атомами, нужно знать, как они относятся к своим и чужим электронам.
Электроотрицательность (ЭО) — способность атома оттягивать к себе общие электронные пары, участвующие в образовании связи.
Металлы слабо удерживают свои электроны (низкая ЭО) и легко их отдают. Неметаллы, наоборот, сильно притягивают электроны (высокая ЭО).
Фтор ($F$) — самый электроотрицательный элемент во всей таблице Менделеева.
3. Ковалентная неполярная связь
Ковалентная связь — это связь, образованная за счет общих электронных пар.
Ковалентная неполярная связь возникает между атомами одинаковых неметаллов (с одинаковой электроотрицательностью).
Так как атомы одинаковые, они тянут общие электроны с одинаковой силой. Электронное облако распределено симметрично, зарядов (полюсов) не возникает.
Где встречается ковалентная неполярная связь?
- В простых веществах-неметаллах (двухатомные молекулы): $H_2$, $O_2$, $N_2$, $F_2$, $Cl_2$, $Br_2$, $I_2$.
- В многоатомных простых веществах: $O_3$ (озон), $P_4$ (белый фосфор), $S_8$ (сера).
- В простых веществах атомного строения: алмаз, графит ($C$), кремний ($Si$).
- В некоторых сложных веществах между одинаковыми атомами, например: пероксид водорода ($H-O-O-H$), где связь $O-O$ является ковалентной неполярной.
4. Ковалентная полярная связь
Ковалентная полярная связь возникает между атомами разных неметаллов (с разной электроотрицательностью).
Более электроотрицательный неметалл сильнее притягивает общие электроны. Облако смещается к нему, и на нем возникает частичный отрицательный заряд ($\delta-$), а на другом атоме — частичный положительный ($\delta+$). Образуются два полюса (отсюда название — полярная).
Где встречается ковалентная полярная связь?
- В соединениях из двух разных неметаллов: $HCl$, $H_2O$, $NH_3$, $CO_2$, $SO_3$, $P_2O_5$.
- В кислотах: $H_2SO_4$, $HNO_3$, $H_3PO_4$ (связи между атомами неметаллов).
- В органических веществах (связи $C-H$, $C-O$, $C-N$).
5. Ионная связь
Ионная связь возникает между ионами — заряженными частицами. Обычно она образуется между металлом и неметаллом (или между катионом и анионом).
Разница в электроотрицательности настолько велика, что металл полностью отдает свой электрон неметаллу. Металл становится катионом (положительно заряженным, $+$), а неметалл — анионом (отрицательно заряженным, $-$). Разноименные ионы притягиваются за счет электростатических сил.
Где встречается ионная связь?
- В солях (галогениды, сульфиды, сульфаты, нитраты и т.д.): $NaCl$, $K_2SO_4$, $CaCO_3$.
- В оксидах металлов: $Na_2O$, $CaO$, $Fe_2O_3$.
- В основаниях (гидроксидах): $NaOH$, $Ca(OH)_2$ (ионная связь между металлом и гидроксогруппой).
- В солях аммония: $NH_4Cl$, $(NH_4)_2SO_4$. Ионная связь между катионом аммония $NH_4^+$ и анионом. Обратите внимание: металлов здесь нет, но связь ионная!
Важно: В сложных веществах, состоящих из трех и более элементов (например, сульфат натрия $Na_2SO_4$), присутствуют два типа связей: ионная (между катионом $Na^+$ и сульфат-ионом $SO_4^{2-}$) и ковалентная полярная (внутри сульфат-иона между серой и кислородом).
6. Металлическая связь
Металлическая связь — это связь в металлах и их сплавах между атом-ионами и свободными электронами ("электронным газом").
Где встречается металлическая связь?
- В простых веществах — металлах: $Na$, $Fe$, $Cu$, $Al$, $Au$.
- В сплавах: латунь, бронза, чугун, сталь.
7. Сводная таблица по типам связей
Используйте эту таблицу для быстрого определения типа химической связи по составу вещества.
| Тип связи | Между кем образуется | Примеры веществ |
|---|---|---|
| Ковалентная неполярная | Неметалл + Тот же неметалл | $H_2, O_2, Cl_2, P_4, C$ |
| Ковалентная полярная | Неметалл + Другой неметалл | $HCl, H_2O, CO_2, NH_3, H_2SO_4$ |
| Ионная | Металл + Неметалл (катион + анион) | $NaCl, CaO, NaOH, NH_4Cl$ |
| Металлическая | Металлы и их сплавы | $Fe, Cu, Al, Na$, латунь |
8. Разбор типовых заданий ОГЭ
В 5 задании ОГЭ вам чаще всего предлагается выбрать два вещества из списка, в которых присутствует определенный вид связи.
Пример 1: Поиск ионной связи
Из предложенного перечня выберите два вещества с ионной связью.
- $CO_2$
- $NaCl$
- $NH_3$
- $Br_2$
- $CaO$
Разбор:
Ионная связь образуется между металлом и неметаллом.
1. $CO_2$ (углекислый газ) — состоит из двух разных неметаллов (углерода и кислорода). Связь ковалентная полярная.
2. $NaCl$ (хлорид натрия) — состоит из металла ($Na$) и неметалла ($Cl$). Связь ионная. Подходит.
3. $NH_3$ (аммиак) — состоит из двух разных неметаллов ($N$ и $H$). Связь ковалентная полярная.
4. $Br_2$ (бром) — состоит из одинаковых неметаллов. Связь ковалентная неполярная.
5. $CaO$ (оксид кальция) — состоит из металла ($Ca$) и неметалла ($O$). Связь ионная. Подходит.
Ответ: 2, 5.
Пример 2: Поиск ковалентной неполярной связи
Из предложенного перечня выберите два вещества с ковалентной неполярной связью.
- $O_2$
- $H_2O$
- $CH_4$
- $Cl_2$
- $KCl$
Разбор:
Ковалентная неполярная связь образуется между атомами одинаковых неметаллов.
1. $O_2$ (кислород) — простое вещество, атомы одного неметалла. Связь ковалентная неполярная. Подходит.
2. $H_2O$ (вода) — разные неметаллы. Связь ковалентная полярная.
3. $CH_4$ (метан) — разные неметаллы. Связь ковалентная полярная.
4. $Cl_2$ (хлор) — простое вещество, атомы одного неметалла. Связь ковалентная неполярная. Подходит.
5. $KCl$ (хлорид калия) — металл и неметалл. Связь ионная.
Ответ: 1, 4.
Пример 3: Поиск ковалентной полярной связи
Из предложенного перечня выберите два вещества, в молекулах которых присутствует ковалентная полярная связь.
- $H_2S$
- $K_2S$
- $F_2$
- $PCl_3$
- $Na$
Разбор:
Ковалентная полярная связь образуется между разными неметаллами.
1. $H_2S$ (сероводород) — состоит из разных неметаллов ($H$ и $S$). Связь ковалентная полярная. Подходит.
2. $K_2S$ (сульфид калия) — состоит из металла и неметалла. Связь ионная.
3. $F_2$ (фтор) — состоит из одинаковых неметаллов. Связь ковалентная неполярная.
4. $PCl_3$ (хлорид фосфора(III)) — состоит из разных неметаллов ($P$ и $Cl$). Связь ковалентная полярная. Подходит.
5. $Na$ (натрий) — металл. Связь металлическая.
Ответ: 1, 4.