Bakit maaaring magsama-sama ang mga atomo sa isa't isa upang bumuo ng mga molekula? Ano ang dahilan ng posibleng pagkakaroon ng mga sangkap, na kinabibilangan ng mga atomo ng ganap na magkakaibang elemento ng kemikal? Ito ay mga pandaigdigang isyu na nakakaapekto sa mga pangunahing konsepto ng modernong pisikal at kemikal na agham. Maaari mong sagutin ang mga ito, pagkakaroon ng isang ideya tungkol sa elektronikong istraktura ng mga atomo at pag-alam sa mga katangian ng covalent bond, na siyang pangunahing batayan para sa karamihan ng mga klase ng mga compound. Ang layunin ng aming artikulo ay makilala ang mga mekanismo ng pagbuo ng iba't ibang uri ng mga bono ng kemikal at ang mga tampok ng mga katangian ng mga compound na naglalaman ng mga ito sa kanilang mga molekula.
Electronic na istraktura ng atom
Ang mga electroneutral na particle ng materya, na siyang mga istrukturang elemento nito, ay may istraktura na sumasalamin sa istruktura ng solar system. Habang umiikot ang mga planeta sa gitnang bituin - ang Araw, ang mga electron sa atom ay gumagalaw sa paligid ng positibong sisingilin na nucleus. Upang makilalaSa isang covalent bond, ang mga electron na matatagpuan sa huling antas ng enerhiya at ang pinakamalayo sa nucleus ay magiging makabuluhan. Dahil ang kanilang koneksyon sa gitna ng kanilang sariling atom ay minimal, sila ay madaling maakit ng nuclei ng iba pang mga atomo. Napakahalaga nito para sa paglitaw ng mga interatomic na pakikipag-ugnayan na humahantong sa pagbuo ng mga molekula. Bakit ang molecular form ang pangunahing uri ng pagkakaroon ng matter sa ating planeta? Alamin natin.
Basic na katangian ng mga atom
Ang kakayahan ng mga electrically neutral na particle na makipag-ugnayan, na humahantong sa pagtaas ng enerhiya, ang kanilang pinakamahalagang katangian. Sa katunayan, sa ilalim ng normal na mga kondisyon, ang molecular state ng matter ay mas matatag kaysa sa atomic state. Ang mga pangunahing probisyon ng modernong atomic at molekular na teorya ay nagpapaliwanag ng parehong mga prinsipyo ng pagbuo ng mga molekula at ang mga katangian ng isang covalent bond. Alalahanin na ang panlabas na antas ng enerhiya ng isang atom ay maaaring maglaman ng mula 1 hanggang 8 mga electron, sa huling kaso ang layer ay magiging kumpleto, na nangangahulugan na ito ay magiging napaka-stable. Ang mga atom ng marangal na gas ay may tulad na panlabas na istraktura ng antas: argon, krypton, xenon - mga inert na elemento na kumpletuhin ang bawat panahon sa sistema ng D. I. Mendeleev. Ang pagbubukod dito ay helium, na walang 8, ngunit 2 electron lamang sa huling antas. Ang dahilan ay simple: sa unang panahon mayroon lamang dalawang elemento na ang mga atomo ay may isang solong electron layer. Ang lahat ng iba pang elemento ng kemikal ay may mula 1 hanggang 7 electron sa huling, hindi kumpletong layer. Sa proseso ng pakikipag-ugnayan sa isa't isa, gagawin ng mga atomomagsikap na mapuno ng mga electron hanggang sa isang octet at ibalik ang pagsasaayos ng isang atom ng isang inert na elemento. Ang ganitong estado ay maaaring makamit sa dalawang paraan: sa pamamagitan ng pagkawala ng sarili o sa pamamagitan ng pagtanggap ng mga dayuhang negatibong sisingilin na mga particle. Ipinapaliwanag ng mga paraan ng pakikipag-ugnayang ito kung paano matukoy kung magkakaroon ng ionic o covalent bond sa pagitan ng mga tumutugong atomo.
Mga mekanismo para sa pagbuo ng isang matatag na electronic configuration
Isipin natin na dalawang simpleng substance ang pumapasok sa reaksyon ng compound: metallic sodium at gaseous chlorine. Ang isang sangkap ng klase ng mga asing-gamot ay nabuo - sodium chloride. Mayroon itong ionic na uri ng kemikal na bono. Bakit at paano ito nangyari? Balikan natin muli ang istruktura ng mga atomo ng mga paunang sangkap. Ang sodium ay may isang electron lamang sa huling layer, mahinang nakagapos sa nucleus dahil sa malaking radius ng atom. Ang enerhiya ng ionization ng lahat ng alkali metal, na kinabibilangan ng sodium, ay mababa. Samakatuwid, ang electron ng panlabas na antas ay umalis sa antas ng enerhiya, ay naaakit ng nucleus ng chlorine atom at nananatili sa espasyo nito. Lumilikha ito ng isang precedent para sa paglipat ng Cl atom sa anyo ng isang negatibong sisingilin na ion. Ngayon hindi na tayo nakikipag-ugnayan sa mga electrically neutral na particle, ngunit may charged sodium cations at chlorine anion. Alinsunod sa mga batas ng pisika, lumilitaw ang mga puwersa ng electrostatic attraction sa pagitan nila, at ang tambalan ay bumubuo ng isang ionic na kristal na sala-sala. Ang mekanismo ng pagbuo ng ionic na uri ng isang kemikal na bono na isinasaalang-alang namin ay makakatulong upang linawin ang mga detalye at pangunahing katangian ng isang covalent bond nang mas malinaw.
Nakabahaging mga pares ng electron
Kung may naganap na ionic bond sa pagitan ng mga atom ng mga elemento na ibang-iba sa electronegativity, ibig sabihin, mga metal at non-metal, lilitaw ang uri ng covalent kapag nag-interact ang mga atom ng pareho o magkakaibang non-metallic na elemento. Sa unang kaso, kaugalian na pag-usapan ang tungkol sa non-polar, at sa isa pa, tungkol sa polar form ng isang covalent bond. Ang mekanismo ng kanilang pagbuo ay karaniwan: ang bawat isa sa mga atomo ay bahagyang nagbibigay ng mga electron para sa karaniwang paggamit, na pinagsama sa mga pares. Ngunit ang spatial na pag-aayos ng mga pares ng elektron na may kaugnayan sa nuclei ng mga atom ay magkakaiba. Sa batayan na ito, ang mga uri ng covalent bond ay nakikilala - non-polar at polar. Kadalasan, sa mga kemikal na compound na binubuo ng mga atomo ng mga di-metal na elemento, mayroong mga pares na binubuo ng mga electron na may kabaligtaran na mga spin, ibig sabihin, umiikot sa paligid ng kanilang nuclei sa magkasalungat na direksyon. Dahil ang paggalaw ng mga negatibong sisingilin na mga particle sa kalawakan ay humahantong sa pagbuo ng mga ulap ng elektron, na sa huli ay nagtatapos sa kanilang magkakapatong. Ano ang mga kahihinatnan ng prosesong ito para sa mga atomo at saan ito humahantong?
Mga pisikal na katangian ng isang covalent bond
Lumalabas na sa pagitan ng mga sentro ng dalawang nakikipag-ugnayang atomo ay mayroong dalawang-elektron na ulap na may mataas na density. Ang mga electrostatic na puwersa ng atraksyon sa pagitan ng negatibong sisingilin na ulap mismo at ang nuclei ng mga atom ay tumataas. Ang isang bahagi ng enerhiya ay inilabas at ang mga distansya sa pagitan ng mga atomic center ay bumababa. Halimbawa, sa simula ng pagbuo ng isang molekula H2 ang distansya sa pagitan ng nuclei ng hydrogen atomsay 1.06 A, pagkatapos ng overlap ng mga ulap at ang pagbuo ng isang karaniwang pares ng elektron - 0.74 A. Ang mga halimbawa ng isang covalent bond na nabuo ayon sa mekanismo sa itaas ay matatagpuan kapwa sa simple at kumplikadong mga inorganic na sangkap. Ang pangunahing tampok na nakikilala nito ay ang pagkakaroon ng mga karaniwang pares ng elektron. Bilang resulta, pagkatapos ng paglitaw ng isang covalent bond sa pagitan ng mga atomo, halimbawa, hydrogen, ang bawat isa sa kanila ay nakakakuha ng electronic configuration ng inert helium, at ang resultang molekula ay may matatag na istraktura.
Spatial na hugis ng isang molekula
Ang isa pang napakahalagang pisikal na katangian ng isang covalent bond ay ang direksyon. Depende ito sa spatial na pagsasaayos ng molekula ng sangkap. Halimbawa, kapag ang dalawang electron ay nag-overlap sa isang spherical cloud, ang hitsura ng molekula ay linear (hydrogen chloride o hydrogen bromide). Ang hugis ng mga molekula ng tubig, kung saan nagha-hybrid ang s- at p-clouds, ay angular, at ang napakalakas na particle ng gaseous nitrogen ay parang isang pyramid.
Istruktura ng mga simpleng substance - hindi metal
Nang malaman kung anong uri ng bono ang tinatawag na covalent, kung ano ang mga senyales nito, ngayon ay oras na upang harapin ang mga varieties nito. Kung ang mga atomo ng parehong non-metal - chlorine, nitrogen, oxygen, bromine, atbp., ay nakikipag-ugnayan sa isa't isa, kung gayon ang kaukulang mga simpleng sangkap ay nabuo. Ang kanilang karaniwang mga pares ng elektron ay matatagpuan sa parehong distansya mula sa mga sentro ng mga atomo, nang hindi nagbabago. Para sa mga compound na may non-polar na uri ng covalent bond, ang mga sumusunod na katangian ay likas: mababang mga punto ng kumukulo atnatutunaw, insolubility sa tubig, mga katangian ng dielectric. Susunod, malalaman natin kung aling mga sangkap ang nailalarawan sa pamamagitan ng isang covalent bond, kung saan nangyayari ang pagbabago ng mga karaniwang pares ng elektron.
Electronegativity at ang epekto nito sa uri ng chemical bond
Ang katangian ng isang partikular na elemento upang makaakit ng mga electron mula sa isang atom ng isa pang elemento sa kimika ay tinatawag na electronegativity. Ang sukat ng mga halaga para sa parameter na ito, na iminungkahi ni L. Pauling, ay matatagpuan sa lahat ng mga aklat-aralin sa inorganic at pangkalahatang kimika. Ang pinakamataas na halaga nito - 4.1 eV - ay may fluorine, ang mas maliit - iba pang aktibong non-metal, at ang pinakamababang indicator ay tipikal para sa mga alkali na metal. Kung ang mga elemento na naiiba sa kanilang electronegativity ay tumutugon sa isa't isa, kung gayon ang isa, mas aktibo, ay makakaakit ng mga negatibong sisingilin na mga particle ng isang atom ng isang mas passive na elemento sa nucleus nito. Kaya, ang mga pisikal na katangian ng isang covalent bond ay direktang nakasalalay sa kakayahan ng mga elemento na mag-abuloy ng mga electron para sa karaniwang paggamit. Ang mga resultang karaniwang pares ay hindi na matatagpuan sa simetriko na may kinalaman sa nuclei, ngunit inililipat patungo sa mas aktibong elemento.
Mga tampok ng mga compound na may polar bond
Ang mga sangkap sa mga molekula kung saan ang magkasanib na mga pares ng electron ay asymmetric na may kinalaman sa nuclei ng mga atom ay kinabibilangan ng hydrogen halides, acids, compounds ng chalcogens na may hydrogen at acid oxides. Ito ay mga sulfate at nitrate acid, mga oxide ng sulfur at phosphorus, hydrogen sulfide, atbp. Halimbawa, ang isang molekula ng hydrogen chloride ay naglalaman ng isang karaniwang pares ng elektron,nabuo sa pamamagitan ng hindi magkapares na mga electron ng hydrogen at chlorine. Ito ay inilipat palapit sa gitna ng Cl atom, na isang mas electronegative na elemento. Ang lahat ng mga sangkap na may isang polar bond sa may tubig na mga solusyon ay naghihiwalay sa mga ion at nagsasagawa ng isang electric current. Ang mga compound na may polar covalent bond, ang mga halimbawang ibinigay namin, ay mayroon ding mas mataas na pagkatunaw at pagkulo ng punto kumpara sa mga simpleng non-metal substance.
Mga paraan para sa pagsira ng mga kemikal na bono
Sa organic chemistry, ang mga reaksyon ng pagpapalit ng saturated hydrocarbons na may mga halogens ay sumusunod sa isang radikal na mekanismo. Ang isang pinaghalong methane at chlorine sa liwanag at sa ordinaryong temperatura ay tumutugon sa paraan na ang mga molekula ng chlorine ay nagsimulang mahati sa mga particle na nagdadala ng mga hindi magkapares na electron. Sa madaling salita, ang pagkasira ng karaniwang pares ng elektron at ang pagbuo ng napakaaktibong mga radikal -Cl ay sinusunod. Nagagawa nilang maimpluwensyahan ang mga methane molecule sa paraang masira nila ang covalent bond sa pagitan ng carbon at hydrogen atoms. Isang aktibong particle –H ang nabuo, at ang libreng valency ng carbon atom ay kumukuha ng chlorine radical, at ang chloromethane ang naging unang produkto ng reaksyon. Ang ganitong mekanismo para sa paghahati ng mga molekula ay tinatawag na homolytic. Kung ang karaniwang pares ng mga electron ay ganap na pumasa sa pag-aari ng isa sa mga atomo, pagkatapos ay nagsasalita sila ng isang heterolytic na mekanismo na katangian ng mga reaksyon na nagaganap sa mga may tubig na solusyon. Sa kasong ito, ang mga molekula ng tubig sa polar ay tataas ang rate ng pagkasira ng mga chemical bond ng natunaw na compound.
Doble at triplemga link
Ang karamihan ng mga organic na substance at ilang inorganic na compound ay naglalaman sa kanilang mga molekula hindi isa, ngunit ilang karaniwang mga pares ng elektron. Ang multiplicity ng covalent bond ay binabawasan ang distansya sa pagitan ng mga atomo at pinatataas ang katatagan ng mga compound. Karaniwang tinutukoy ang mga ito bilang chemically resistant. Halimbawa, sa isang nitrogen molecule mayroong tatlong pares ng mga electron, ang mga ito ay ipinahiwatig sa structural formula sa pamamagitan ng tatlong gitling at tinutukoy ang lakas nito. Ang simpleng substance na nitrogen ay chemically inert at maaaring tumugon sa iba pang mga compound, tulad ng hydrogen, oxygen o metal, kapag pinainit o nasa mataas na presyon, gayundin sa pagkakaroon ng mga catalyst.
Ang double at triple bond ay likas sa mga klase ng organic compound gaya ng unsaturated diene hydrocarbons, gayundin sa mga substance ng ethylene o acetylene series. Tinutukoy ng maramihang mga bono ang mga pangunahing katangian ng kemikal: mga reaksyon ng karagdagan at polimerisasyon na nagaganap sa mga punto ng pagkasira nito.
Sa aming artikulo, nagbigay kami ng pangkalahatang paglalarawan ng covalent bond at sinuri ang mga pangunahing uri nito.
