Связь, соединяющая два атома водорода в молекуле газообразного водорода, является классической ковалентной связью. Связь легко анализировать, потому что атомы водорода имеют только по одному протону и по одному электрону. Электроны находятся в одноэлектронной оболочке атома водорода, в которой есть место для двух электронов.
Поскольку атомы водорода идентичны, ни один из них не может отобрать электрон у другого, чтобы сформировать свою электронную оболочку и образовать ионную связь. В результате два атома водорода разделяют два электрона ковалентной связью. Электроны проводят большую часть своего времени между положительно заряженными ядрами водорода, притягивая их обоих к отрицательному заряду двух электронов.
TL; DR (слишком длинный; Не читал)
Молекулы газообразного водорода состоят из двух атомов водорода, связанных ковалентной связью. Атомы водорода также образуют ковалентные связи в других соединениях, например, в воде с атомом кислорода и в углеводородах с атомами углерода. В случае воды ковалентно связанные атомы водорода могут образовывать дополнительные межмолекулярные водородные связи, которые более слабые, чем ковалентные молекулярные связи. Эти связи придают воде некоторые ее физические характеристики.
Ковалентные связи в воде
Атомы водорода в H2Молекула воды O образуют ковалентную связь того же типа, что и в газообразном водороде, но с атомом кислорода. Атом кислорода имеет шесть электронов в своей внешней электронной оболочке, в которой есть место для восьми электронов. Чтобы заполнить свою оболочку, атом кислорода делит два электрона двух атомов водорода ковалентной связью.
Помимо ковалентной связи, молекула воды образует дополнительные межмолекулярные связи с другими молекулами воды. Молекула воды представляет собой полярный диполь, что означает, что один конец молекулы, кислородный конец, заряжен отрицательно, а другой конец с двумя атомами водорода имеет положительный заряд. Отрицательно заряженный атом кислорода одной молекулы притягивает один из положительно заряженных атомов водорода другой молекулы, образуя диполь-дипольную водородную связь. Эта связь слабее ковалентной молекулярной связи, но она удерживает молекулы воды вместе. Эти межмолекулярные силы придают воде специфические характеристики, такие как высокое поверхностное натяжение и относительно высокую температуру кипения для веса молекулы.
Углеродные и водородные ковалентные связи
Углерод имеет четыре электрона во внешней электронной оболочке, в которой есть место для восьми электронов. В результате в одной конфигурации углерод разделяет четыре электрона с четырьмя атомами водорода, чтобы заполнить свою оболочку ковалентной связью. Полученное соединение - CH4, метан.
В то время как метан с его четырьмя ковалентными связями является стабильным соединением, углерод может вступать в другие конфигурации связей с водородом и другими атомами углерода. Конфигурация с четырьмя внешними электронами позволяет углероду создавать молекулы, которые составляют основу многих сложных соединений. Все такие связи являются ковалентными связями, но они придают углероду большую гибкость в его связующем поведении.
Ковалентные связи в углеродных цепях
Когда атомы углерода образуют ковалентные связи с менее чем четырьмя атомами водорода, дополнительные связывающие электроны остаются во внешней оболочке атома углерода. Например, два атома углерода, которые образуют ковалентные связи с тремя атомами водорода, могут образовывать ковалентную связь друг с другом, разделяя свои единственные оставшиеся связывающие электроны. Это соединение этан, C2ЧАС6.
Точно так же два атома углерода могут связываться с двумя атомами водорода каждый и образовывать двойную ковалентную связь друг с другом, разделяя между собой четыре оставшихся электрона. Это соединение - этилен, C2ЧАС4. В ацетилене, C2ЧАС2, два атома углерода образуют тройную ковалентную связь и одинарную связь с каждым из двух атомов водорода. В этих случаях задействованы только два атома углерода, но два атома углерода могут легко поддерживать только одинарные связи друг с другом, а остальные использовать для связи с дополнительными атомами углерода.
Пропан, C3ЧАС8, имеет цепочку из трех атомов углерода с одинарными ковалентными связями между ними. Два концевых атома углерода имеют одинарную связь со средним атомом углерода и три ковалентные связи с тремя атомами водорода каждая. Средний атом углерода имеет связи с двумя другими атомами углерода и двумя атомами водорода. Такая цепь может быть намного длиннее и является основой для многих сложных органических углеродных соединений, встречающихся в природе, и все они основаны на одной и той же ковалентной связи, которая соединяет два атома водорода.