Химическая связь: ионная и ковалентная (полярная/неполярная) — тренажёр для 8 класса

Раздел 1 — Определение

Химическая связь — это взаимодействие атомов, удерживающее их вместе в молекуле, ионе или кристалле за счёт перераспределения валентных электронов. Причина образования связи одна: система из связанных атомов обладает меньшей энергией, чем те же атомы по отдельности, а любая система стремится к минимуму энергии.

Природа связи определяется тем, как атомы решают задачу завершения внешнего электронного слоя. Атом может отдать электроны, принять их или объединить с соседом в общую пару — отсюда три типа связи в школьном курсе: ионная, ковалентная неполярная и ковалентная полярная.

Место темы в программе 8 класса — переход от строения атома к строению вещества. Знание типа связи объясняет, почему поваренная соль твёрдая и тугоплавкая, а кислород — газ, и служит основой для тем «Кристаллические решётки» и «Электролитическая диссоциация».

Раздел 2 — Ключевые правила

Тип химической связи определяется разностью электроотрицательностей связанных атомов. Электроотрицательность (ЭО) — способность атома в соединении притягивать к себе общие электронные пары; по шкале Полинга ЭО растёт слева направо в периоде и снизу вверх в группе, максимум у фтора (4,0), минимум у щелочных металлов (Na — 0,9).

1. Ионная связь возникает между атомами с большой разностью ЭО (Δχ > 1,7) — обычно между типичным металлом и типичным неметаллом. Металл отдаёт электроны, неметалл принимает, образуются противоположно заряженные ионы, притягивающиеся электростатически: NaCl, K₂O, CaF₂.
2. Ковалентная неполярная связь образуется между атомами одного и того же неметалла (Δχ = 0). Общая пара расположена симметрично: H₂, Cl₂, O₂, N₂.
3. Ковалентная полярная связь образуется между атомами разных неметаллов (0 < Δχ ≤ 1,7). Общая пара смещена к более электроотрицательному атому, на нём возникает частичный заряд δ−, на втором δ+: HCl, H₂O, NH₃.
4. Число общих пар равно числу неспаренных электронов, которые атом отдаёт в связь: одна пара — одинарная связь (Cl–Cl), две — двойная (O=O), три — тройная (N≡N).
5. Заряды ионов равны числу отданных или принятых электронов и по модулю совпадают с валентностью: Na⁺, Mg²⁺, Cl⁻, O²⁻; сумма зарядов в формуле всегда равна нулю.

Раздел 3 — Разбор примеров

Пример 1. Cl₂. Атом хлора имеет 7 электронов на внешнем слое, до октета не хватает одного. Каждый атом предоставляет по одному неспаренному электрону: Cl· + ·Cl → Cl : Cl, или Cl–Cl. Разность ЭО равна 3,0 − 3,0 = 0, пара строго посередине. Вывод: простое вещество неметалла — ковалентная неполярная связь.

Пример 2. HCl. Водород даёт один электрон, хлор — один, образуется общая пара H : Cl. ЭО хлора 3,0, водорода 2,1, Δχ = 0,9 — пара смещена к хлору. Обозначение полярности: H^δ+ → Cl^δ−. Вывод: два разных неметалла дают ковалентную полярную связь.

Пример 3. NaCl. Натрий на внешнем слое имеет 1 электрон, хлор — 7. Схема: Na⁰ − 1e⁻ → Na⁺; Cl⁰ + 1e⁻ → Cl⁻; Na⁺ + Cl⁻ → NaCl. Δχ = 3,0 − 0,9 = 2,1 > 1,7, электрон переходит полностью. Вывод: металл + неметалл — ионная связь и ионная кристаллическая решётка.

Пример 4. H₂O. Кислороду до октета не хватает двух электронов, поэтому он образует две общие пары с двумя атомами водорода: H : O : H. ЭО кислорода 3,5, водорода 2,1, Δχ = 1,4. Обе пары смещены к кислороду: на нём 2δ−, на каждом водороде δ+. Вывод: полярность связи не зависит от числа атомов, только от разности ЭО.

Пример 5. MgO. Магний отдаёт 2 электрона, кислород принимает 2: Mg⁰ − 2e⁻ → Mg²⁺; O⁰ + 2e⁻ → O²⁻. Δχ = 3,5 − 1,2 = 2,3. Вывод: заряды ионов больше единицы, если валентность элементов больше единицы.

Раздел 4 — Таблица

Раздел 5 — Типичные ошибки

Определение типа связи по числу элементов, а не по их природе. Ученик видит два разных символа и пишет «ионная». Неправильно: HCl — ионная. Правильно: водород и хлор — неметаллы, значит связь ковалентная полярная.

Приписывание целых зарядов атомам в полярной молекуле. Смещение пары путают с её передачей. Неправильно: H⁺Cl⁻ в молекуле хлороводорода. Правильно: H^δ+Cl^δ− — заряды частичные, электрон остаётся общим.

Отнесение кратных связей к полярным. Двойная и тройная связь кажутся «несимметричными». Неправильно: в O=O связь полярная, потому что пар две. Правильно: атомы одинаковы, Δχ = 0 — связь ковалентная неполярная.

Разговор о «молекулах» ионных веществ. Формулу NaCl принимают за молекулу. Правильно: NaCl — формульная единица, описывающая соотношение ионов Na⁺ и Cl⁻ в кристалле.

Смещение пары к менее электроотрицательному атому. Ученик ориентируется на порядок символов в формуле. Неправильно: в NH₃ пары смещены к водороду. Правильно: ЭО азота 3,0 больше ЭО водорода 2,1, пары смещены к азоту.

Раздел 6 — Пошаговый алгоритм

1. Запишите формулу вещества и выпишите входящие в него химические элементы.
2. Определите по Периодической системе, металл каждый элемент или неметалл.
3. Если есть металл и неметалл — связь ионная; перейдите к шагу 6.
4. Если все элементы — неметаллы и они одинаковы, связь ковалентная неполярная.
5. Если неметаллы разные, связь ковалентная полярная; найдите атом с большей ЭО и укажите на нём δ−.
6. Составьте схему: для ионной — отдача и приём электронов с указанием зарядов; для ковалентной — общие электронные пары точками, затем чёрточками.
7. Проверьте результат: у каждого атома неметалла внешний слой завершён до 8 электронов (у водорода до 2), число чёрточек равно валентности, сумма зарядов ионов равна нулю.

Раздел 7 — Как запомнить

• «Металл + неметалл = ионная» — короткая формула, покрывающая почти все задания уровня 8 класса.
• «Одинаковые — поровну, разные — с перекосом»: Cl₂ неполярная, HCl полярная.
• Стрелка к «жадному»: общая пара всегда идёт к элементу, стоящему правее и выше в таблице (F > O > N ≈ Cl > C ≈ S > H).
• Ряд ЭО для запоминания: F(4,0) — O(3,5) — N, Cl(3,0) — C, S(2,5) — H(2,1) — Na(0,9). Разность 2,1 у пары Na–Cl и служит эталоном ионной связи.
• Проверка октетом: если после составления схемы у неметалла на внешнем слое не 8 электронов, схема составлена с ошибкой.