Ионная, ковалентная и металлическая связь: отличия и примеры
Атомы редко существуют поодиночке. Натрий и хлор дают поваренную соль, два атома водорода образуют молекулу H2, а атомы меди складываются в провод. Во всех случаях частицы удерживаются вместе, но механизм удержания разный.
Химическая связь - взаимодействие атомов или ионов, которое приводит к образованию устойчивой частицы или кристаллического вещества.
Почему атомы образуют связи
В реакциях главным образом участвуют внешние электроны. Атом может отдать их, принять или образовать общую электронную пару. Для элементов главных подгрупп это часто связано со стремлением получить заполненный внешний уровень. О валентных электронах подробнее рассказано в отдельной статье.
Тип связи влияет на свойства вещества. Соль NaCl твёрдая и хрупкая, хорошо проводит ток в расплаве и растворе. Вода состоит из отдельных молекул. Медь проводит ток в твёрдом состоянии. Формула сама по себе уже даёт первую подсказку, чего ждать от вещества.
Ионная связь
Ионная связь возникает после перехода электронов от одного атома к другому. Обычно это реакция металла с неметаллом. Натрий отдаёт внешний электрон и превращается в Na+. Хлор принимает электрон и становится Cl-. Противоположно заряженные ионы притягиваются, образуя ионную кристаллическую решётку.
Ионные соединения часто имеют высокие температуры плавления. В твёрдом кристалле ионы закреплены, поэтому ток почти не проходит. В расплаве или воде они становятся подвижными, и раствор проводит электричество. Примеры: MgO, CaCl2, KBr.
Ковалентная связь
Ковалентная связь образуется, когда атомы используют общую электронную пару. Она характерна для соединений неметаллов. В H2 каждый атом водорода даёт по одному электрону. В молекуле воды кислород образует две общие пары с атомами водорода.
Если одинаковые атомы тянут общую пару с одинаковой силой, связь неполярная: H2, O2, N2. У разных неметаллов притяжение часто неодинаково, и связь полярная: HCl, H2O, NH3. Полярность не равна полному переходу электрона. При полном переходе говорят уже об ионной связи.
Связь и агрегатное состояние не одно и то же. Ковалентные вещества могут быть газами, жидкостями и твёрдыми телами. Их свойства зависят ещё и от строения кристаллической решётки.
Металлическая связь
В металле внешние электроны не принадлежат одной паре соседних атомов. Они свободно перемещаются по всему кристаллу, а положительные ионы металла удерживаются этим общим электронным облаком. Такую связь называют металлической.
Подвижные электроны объясняют электропроводность и теплопроводность металлов. Они же дают металлический блеск. Ионы в решётке могут смещаться без разрушения общей связи, поэтому металлы ковкие и пластичные. Медь вытягивают в проволоку, алюминий прокатывают в фольгу.
Как определить тип связи
- Металл + неметалл: чаще ионная связь.
- Два одинаковых неметалла: ковалентная неполярная.
- Разные неметаллы: ковалентная полярная.
- Атомы металла в простом веществе или сплаве: металлическая.
Эта схема годится для базовых заданий. На границе типов бывают сложные случаи: связь имеет долю ионного и ковалентного характера, а в комплексных соединениях работает больше одного механизма. Начинайте с состава вещества и положения элементов в таблице, затем проверяйте формулу и свойства.
Полезная проверка: если вещество проводит ток в растворе, это не доказывает тип связи само по себе. Кислоты с ковалентными связями образуют ионы при растворении в воде. Формула, условия и строение вещества нужно рассматривать вместе.