Химическая связь: ионная, ковалентная, металлическая

Хлорид аммония NH4Cl в задании «выберите вещества, в которых есть и ионная, и ковалентная связь» ученик пропускает чаще, чем следовало бы: металла в формуле нет, а ионную связь он запомнил как «металл плюс неметалл». Хлорид алюминия AlCl3 в соседнем пункте он, напротив, уверенно записывает в ионные, потому что металл на месте. Ошибся он тут не от незнания темы, а от слишком короткого правила, которое на учебных примерах работает и ломается ровно на тех веществах, что любят ставить в экзаменационные варианты.

Связь стоит в самом начале курса, когда никто ещё не знает, зачем она нужна, а потом возвращается в чужом обличье: ионы пойдут в растворах, полярность группы объяснит свойства спиртов и кислот, а тип решётки решит, плавится вещество в руке или в печи. Из-за этого первая часть экзамена (разбор её устройства в статье о структуре ЕГЭ по химии) редко просит пересказать определение связи и чаще требует применить его к набору готовых формул.

Что смотреть в формуле, прежде чем вспоминать электроотрицательность

Я начинаю с вопроса, есть ли в веществе ионы. Катион металла или ион аммония плюс любой анион — между ними ионная связь, и точка. Затем смотрю, простые ли эти ионы. Если анион сложный (сульфат, нитрат, карбонат, гидроксид), то внутри него атомы удерживает уже ковалентная полярная связь, и в одной формуле оказываются сразу два вида связи. Четыре случая, которые встречаются чаще других:

• K2SO4: ионная между K(+) и SO4(2-), внутри сульфат-иона ковалентная полярная
• NaOH: ионная между Na(+) и OH(-), в гидроксид-ионе ковалентная полярная
• Na2O2: ионная между Na(+) и пероксид-ионом, внутри него ковалентная неполярная между двумя атомами кислорода
• NH4Cl: ионная между NH4(+) и Cl(-), внутри иона аммония ковалентные полярные

Если ионов нет, смотрю на сами атомы. Одинаковые атомы (Cl2, O2, N2, алмаз) дают ковалентную неполярную связь, разные неметаллы (HCl, H2O, CO2) — полярную: общая электронная пара смещена к более электроотрицательному из двух. Чисел для этого не нужно, достаточно помнить, что электроотрицательность растёт по периоду слева направо и по группе снизу вверх. Откуда этот порядок берётся, есть в статье про периодический закон и свойства элементов.

Где короткое правило ломается

Хлорид алюминия состоит из металла и неметалла, а связь в нём обычно относят к ковалентным полярным (в школьных ключах он стоит именно там). Хлорид аммония ломает правило с другой стороны: металла нет, связь между ионами ионная. Выучить такие исключения списком я бы не заставлял никого. Правило «металл плюс неметалл» лучше вовсе выбросить из заучивания и заменить вопросом про ионы, потому что вопрос даёт верный ответ на хлориде аммония и подсказывает осторожность на хлориде алюминия, а правило не даёт ни того ни другого. С этим можно спорить: девятикласснику правило проще, и ему в самом деле хватает его для контрольной. Переучивать его в одиннадцатом классе приходится на ходу, между другими темами.

Граница между ионной и ковалентной полярной связью в действительности условна: ионная связь — предельный случай полярной, когда электронная пара смещена почти целиком. В заданиях положение границы задаёт ключ, и спорить с ним на экзамене бесполезно, но понимать условность полезно, потому что тогда хлорид алюминия перестаёт казаться исключением и становится обычным промежуточным случаем.

Отдельная ловушка там же, где решётки и молекулы: полярность связи и полярность молекулы. В углекислом газе обе связи C=O полярные, а молекула неполярная, потому что она линейная и два смещения гасят друг друга. В воде молекула изогнутая, поэтому полярна и сама молекула. Ученик, который выучил «полярная связь, значит, полярная молекула», ошибётся на CO2 и на метане.

Набор формул целиком, как его решают на экзамене

Задание в таком духе: из пяти веществ (например, Na2O2, CH4, NH4NO3, SiO2, Cl2) выбрать те, где есть только ковалентная связь. Решение строится по тому же вопросу про ионы. Na2O2 уходит сразу: есть ион натрия. NH4NO3 уходит по иону аммония и нитрат-иону. Остаются CH4, SiO2 и Cl2, и в каждом из них ионов нет, значит, связь ковалентная: полярная у метана и у кремнезёма, неполярная у хлора. Три ответа, и ни один не потребовал таблицы электроотрицательностей. Если же в условии стоит «только полярная», проверка продолжается: хлор уходит, потому что атомы одинаковые.

Ошибки в таких заданиях бывают двух видов. Первый — остановиться на первом найденном признаке: увидеть кислород и водород в формуле гидроксида и решить, что связь ковалентная полярная, забыв про металл. Второй — отнести к ковалентным всё, где нет металла, хотя соль аммония ионная. Оба видны сразу, если выписать рядом с каждой формулой ионы.

Есть ещё мелкая запись, которую стоит исключить из письменных ответов: «молекула хлорида натрия». Молекулы у ионного вещества нет, в кристалле NaCl вообще нет отдельных пар, а есть решётка из ионов, и формула показывает лишь соотношение. Правильно говорить «формульная единица», а слово «молекула» оставить для веществ, у которых молекулы есть: хлора, воды, углекислого газа, метана.

Электронные формулы, схемы образования и донорно-акцепторная пара

Для ионной связи схема образования — это два полууравнения с электронами, и число отданных электронов обязано совпасть с числом принятых. Оксид магния проверки почти не создаёт: Mg - 2e = Mg(2+) и O + 2e = O(2-). Нитрид магния уже проверяет внимание: три атома магния отдают шесть электронов, и столько же принимают два атома азота.

3Mg - 6e = 3Mg(2+)

2N + 6e = 2N(3-)

Типичная потеря здесь одна: записывают один атом азота и один атом магния, а заряды ставят «по формуле Mg3N2» уже после, не сверяя электроны. Вторая — заряд пишут слева, перед символом, или забывают его вовсе, хотя в записи иона он стоит справа сверху.

В электронных и структурных формулах ковалентных веществ считают общие и неподелённые пары. У азота в N2 три общие пары и по одной неподелённой на атом, в структурной записи N≡N. У углекислого газа две двойные связи, O=C=O, и одинарные связи у углерода в этой формуле в работах бывают. У воды две общие пары и две неподелённые пары на кислороде. Простая проверка: число связей вокруг атома равно его валентности, и пятая связь у углерода в органике — всегда ошибка записи.

Отдельно про донорно-акцепторную связь, потому что про неё спрашивают особенно охотно. Ион аммония получается так: NH3 + H(+) = NH4(+). Пару электронов предоставляет азот, а у протона внешний уровень пуст. Когда ион образовался, все четыре связи N–H одинаковы, и спрашивать, какая из них донорно-акцепторная, можно только про историю образования, про свойства нельзя. Так же устроен ион гидроксония: H2O + H(+) = H3O(+).

Связь и решётка

Металлическая связь выглядит так: положительные ионы металла сидят в узлах кристалла, а электроны между ними общие на весь кусок металла и не закреплены за парой атомов. Отсюда ковкость (слой сдвигается, связи не рвутся) и электропроводность, и ничего заучивать здесь не нужно.

Хуже, когда связь и решётку смешивают. Связь описывает, как соединены два атома, а решётка описывает вещество целиком, и одной связи может соответствовать несколько решёток. В алмазе и в кремнезёме SiO2 связь ковалентная, но решётка атомная, поэтому они твёрдые и тугоплавкие, а в сухом льду связь тоже ковалентная, решётка молекулярная, и он возгоняется. Кто выучил «ковалентная связь, значит, летучее», теряет балл именно на кремнезёме. Для ионных веществ есть свой признак, который потом пригодится в другой теме: кристалл тока не проводит, потому что ионы в узлах стоят на месте, а расплав проводит, потому что ионы свободны. На этом держится электролиз расплавов и растворов.

Восьмой класс и экзамен: куда уходит тема

В большинстве программ химическая связь проходится в восьмом классе, сразу после строения атома, и в таком виде заканчивается: к девятому классу её используют как фон, а отдельно уже не повторяют. К экзамену она выветривается как раз по этой причине: ни одна из следующих тем не требует вспомнить, почему здесь ионная связь, а там ковалентная, и на повторении она кажется отработанной. Порядок, в котором школьный курс химии обычно выстроен, описан в статье о школьной химии и порядке её изучения.

Когда тема не идёт совсем, причина почти всегда лежит раньше связи. Ученик, который не считает электроны на внешнем уровне атомов первых трёх периодов, видит в видах связи набор названий. Поэтому я бы вернул его на шаг назад, к строению атома, и только потом брать формулы. Проверить готовность легко: пусть он сам, без подсказки, скажет, сколько электронов не хватает хлору и сколько отдаёт натрий, и объяснит, почему формула хлорида натрия NaCl и никогда NaCl2.

Тренировка здесь скучная, зато работает: двадцать формул из прошлогодних вариантов, у каждой выписать ионы, если они есть, затем виды связи внутри и между. Такая работа на бумаге, по-моему, надёжнее перечитывания параграфа. Для одиннадцатиклассника учебного года 2026/27 (экзамен весной 2027 года) разумно сделать это осенью, пока к связи не добавились гидролиз и электролиз, которые на ней стоят.

Затем те же приёмы переносятся на классы неорганических веществ: оксиды, кислоты, соли и основания удобно перебирать, спрашивая про каждое, какая связь внутри и какая между. Вторая часть экзамена (что в неё входит, разобрано в статье о второй части ЕГЭ по физике и химии) отдельного задания про связь не содержит, но без неё не пишется ни одно уравнение с ионами.

Начать поиск:

• репетиторы по химии
• репетиторы для 9 класса
• репетиторы с пробным занятием

Вопросы и ответы

Нужно ли знать значения электроотрицательности? Хватает порядка: какой из двух атомов притягивает электроны сильнее.

В гидроксиде натрия два вида связи при одной формуле: как так? Формула показывает состав, а связь живёт между конкретными атомами. Натрий с гидроксид-ионом связан ионной связью, а кислород с водородом внутри иона ковалентной полярной. Это два разных места в одном веществе.

Что делать, если вещество в задании я вижу впервые? Искать ионы: металл или аммоний плюс анион. Не нашёл ионов — смотреть на атомы, одинаковые они или разные. Незнакомая формула обычно собрана из знакомых кусков: сложный анион, как в сульфате или нитрате, ничем не отличается от тех, что уже встречались, и тогда достаточно найти границу между катионом и анионом, а внутри аниона связь ковалентная. Если ион не опознаётся, поможет таблица растворимости: заряды ионов выписаны там по краям, и формула разбивается на катион и анион сама.

Связь в алмазе и в графите одинакова? Вид связи один, ковалентная неполярная между атомами углерода. Решётки и свойства разные, потому что атомы соединены по-разному, и выбирать ответ нужно по вопросу, про что именно спрашивают.