Hoekom kan atome met mekaar kombineer om molekules te vorm? Wat is die rede vir die moontlike bestaan van stowwe, wat atome van heeltemal verskillende chemiese elemente insluit? Dit is globale kwessies wat die fundamentele konsepte van moderne fisiese en chemiese wetenskap raak. Jy kan hulle beantwoord deur 'n idee te hê oor die elektroniese struktuur van atome en die eienskappe van die kovalente binding te ken, wat die basiese basis vir die meeste klasse verbindings is. Die doel van ons artikel is om vertroud te raak met die meganismes van vorming van verskeie tipes chemiese bindings en die kenmerke van die eienskappe van verbindings wat hulle in hul molekules bevat.
Elektroniese struktuur van die atoom
Elektroneutrale deeltjies van materie, wat sy struktuurelemente is, het 'n struktuur wat die struktuur van die sonnestelsel weerspieël. Soos die planete om die sentrale ster wentel - die Son, so beweeg die elektrone in die atoom om die positief gelaaide kern. Om te karakteriseerIn 'n kovalente binding sal die elektrone wat op die laaste energievlak geleë is en die verste van die kern af beduidend wees. Aangesien hul verband met die middelpunt van hul eie atoom minimaal is, kan hulle maklik deur die kerne van ander atome aangetrek word. Dit is baie belangrik vir die voorkoms van interatomiese interaksies wat lei tot die vorming van molekules. Waarom is die molekulêre vorm die hooftipe bestaan van materie op ons planeet? Kom ons vind uit.
Basiese eienskap van atome
Die vermoë van elektries neutrale deeltjies om in wisselwerking te tree, wat lei tot 'n toename in energie, is hul belangrikste kenmerk. Inderdaad, onder normale toestande is die molekulêre toestand van materie meer stabiel as die atoomtoestand. Die hoofbepalings van moderne atoom- en molekulêre teorie verduidelik beide die beginsels van die vorming van molekules en die kenmerke van 'n kovalente binding. Onthou dat die buitenste energievlak van 'n atoom van 1 tot 8 elektrone kan bevat, in laasgenoemde geval sal die laag volledig wees, wat beteken dit sal baie stabiel wees. Atome van edelgasse het so 'n eksterne vlakstruktuur: argon, kripton, xenon - inerte elemente wat elke periode in die stelsel van D. I. Mendeleev voltooi. Die uitsondering hier is helium, wat nie 8, maar slegs 2 elektrone in die laaste vlak het. Die rede is eenvoudig: in die eerste periode is daar net twee elemente waarvan die atome 'n enkele elektronlaag het. Alle ander chemiese elemente het van 1 tot 7 elektrone op die laaste, onvolledige laag. In die proses van interaksie met mekaar, sal die atomestreef daarna om tot 'n oktet met elektrone gevul te word en die konfigurasie van 'n atoom van 'n inerte element te herstel. So 'n toestand kan op twee maniere bereik word: deur die verlies van 'n mens se eie of deur die aanvaarding van vreemde negatief gelaaide deeltjies. Hierdie vorme van interaksie verduidelik hoe om te bepaal of 'n ioniese of kovalente binding tussen die reagerende atome sal vorm.
Meganismes vir die vorming van 'n stabiele elektroniese konfigurasie
Kom ons stel ons voor dat twee eenvoudige stowwe in die reaksie van die verbinding ingaan: metaalnatrium en gasvormige chloor. 'n Stof van die klas soute word gevorm - natriumchloried. Dit het 'n ioniese tipe chemiese binding. Hoekom en hoe het dit ontstaan? Kom ons kyk weer na die struktuur van die atome van die aanvanklike stowwe. Natrium het net een elektron op die laaste laag, swak gebind aan die kern as gevolg van die groot radius van die atoom. Die ionisasie-energie van alle alkalimetale, wat natrium insluit, is laag. Daarom verlaat die elektron van die buitenste vlak die energievlak, word deur die kern van die chlooratoom aangetrek en bly in sy ruimte. Dit skep 'n presedent vir die oorgang van die Cl-atoom in die vorm van 'n negatief gelaaide ioon. Nou het ons nie meer te doen met elektries neutrale deeltjies nie, maar met gelaaide natriumkatione en chlooranione. In ooreenstemming met die wette van fisika ontstaan elektrostatiese aantrekkingskragte tussen hulle, en die verbinding vorm 'n ioniese kristalrooster. Die meganisme van vorming van die ioniese tipe van 'n chemiese binding wat deur ons oorweeg word, sal help om die besonderhede en hoofkenmerke van 'n kovalente binding duideliker te verduidelik.
Gedeelde elektronpare
As 'n ioniese binding voorkom tussen atome van elemente wat baie verskillend is in elektronegatiwiteit, dit wil sê metale en nie-metale, dan verskyn die kovalente tipe wanneer atome van dieselfde of verskillende nie-metaalelemente in wisselwerking tree. In die eerste geval is dit gebruiklik om te praat van nie-polêre, en in die ander, oor die polêre vorm van 'n kovalente binding. Die meganisme van hul vorming is algemeen: elk van die atome gee gedeeltelik elektrone vir algemene gebruik, wat in pare gekombineer word. Maar die ruimtelike rangskikking van elektronpare relatief tot die kerne van atome sal anders wees. Op hierdie basis word die tipes kovalente bindings onderskei - nie-polêr en polêr. Meestal, in chemiese verbindings wat uit atome van nie-metaalelemente bestaan, is daar pare wat bestaan uit elektrone met teenoorgestelde spins, dit wil sê, wat om hul kerne in teenoorgestelde rigtings roteer. Aangesien die beweging van negatief gelaaide deeltjies in die ruimte lei tot die vorming van elektronwolke, wat uiteindelik in hul onderlinge oorvleueling eindig. Wat is die gevolge van hierdie proses vir atome en waartoe lei dit?
Fisiese eienskappe van 'n kovalente binding
Dit blyk dat daar tussen die middelpunte van twee interaktiewe atome 'n twee-elektronwolk met 'n hoë digtheid is. Die elektrostatiese aantrekkingskragte tussen die negatief gelaaide wolk self en die kerne van atome neem toe. 'n Gedeelte van energie word vrygestel en die afstande tussen atoomsentrums verminder. Byvoorbeeld, aan die begin van die vorming van 'n molekule H2 die afstand tussen die kerne van waterstofatomeis 1,06 A, na die oorvleueling van wolke en die vorming van 'n gemeenskaplike elektronpaar - 0,74 A. Voorbeelde van 'n kovalente binding wat volgens die bogenoemde meganisme gevorm word, kan gevind word tussen eenvoudige en komplekse anorganiese stowwe. Die belangrikste onderskeidende kenmerk daarvan is die teenwoordigheid van algemene elektronpare. As gevolg hiervan, na die ontstaan van 'n kovalente binding tussen atome, byvoorbeeld waterstof, verkry elkeen van hulle die elektroniese konfigurasie van inerte helium, en die resulterende molekule het 'n stabiele struktuur.
Ruimtelike vorm van 'n molekule
Nog 'n baie belangrike fisiese eienskap van 'n kovalente binding is rigting. Dit hang af van die ruimtelike konfigurasie van die stofmolekule. Byvoorbeeld, wanneer twee elektrone met 'n sferiese wolk oorvleuel, is die voorkoms van die molekule lineêr (waterstofchloried of waterstofbromied). Die vorm van watermolekules, waarin s- en p-wolke hibridiseer, is hoekig, en baie sterk deeltjies gasvormige stikstof lyk soos 'n piramide.
Struktuur van eenvoudige stowwe - nie-metale
Nadat ons uitgevind het watter soort binding kovalent genoem word, watter tekens dit het, is dit nou tyd om met sy variëteite te handel. As atome van dieselfde nie-metaal - chloor, stikstof, suurstof, broom, ens., met mekaar in wisselwerking tree, dan word die ooreenstemmende eenvoudige stowwe gevorm. Hulle algemene elektronpare is op dieselfde afstand van die middelpunte van atome geleë, sonder om te verskuif. Vir verbindings met 'n nie-polêre tipe kovalente binding is die volgende kenmerke inherent: lae kookpunte ensmelting, onoplosbaarheid in water, diëlektriese eienskappe. Vervolgens gaan ons uitvind watter stowwe deur 'n kovalente binding gekenmerk word, waarin 'n verskuiwing van gewone elektronpare plaasvind.
Elektronegatiwiteit en die effek daarvan op die tipe chemiese binding
Die eienskap van 'n spesifieke element om elektrone van 'n atoom van 'n ander element in chemie aan te trek, word elektronegatiwiteit genoem. Die skaal van waardes vir hierdie parameter, voorgestel deur L. Pauling, kan gevind word in alle handboeke oor anorganiese en algemene chemie. Sy hoogste waarde - 4,1 eV - het fluoor, die kleiner een - ander aktiewe nie-metale, en die laagste aanwyser is tipies vir alkalimetale. As elemente wat verskil in hul elektronegatiwiteit met mekaar reageer, dan sal onvermydelik een, meer aktief, negatief gelaaide deeltjies van 'n atoom van 'n meer passiewe element na sy kern aantrek. Dus, die fisiese eienskappe van 'n kovalente binding hang direk af van die vermoë van die elemente om elektrone vir algemene gebruik te skenk. Die resulterende gemeenskaplike pare is nie meer simmetries ten opsigte van die kerne geleë nie, maar word na die meer aktiewe element verskuif.
Kenmerke van verbindings met 'n polêre binding
Stowwe in molekules waarvan gesamentlike elektronpare asimmetries is met betrekking tot die kerne van atome sluit in waterstofhaliede, sure, verbindings van chalkogene met waterstof en suuroksiede. Dit is sulfaat- en nitraatsure, oksiede van swael en fosfor, waterstofsulfied, ens. Byvoorbeeld, 'n waterstofchloriedmolekule bevat een gewone elektronpaar,gevorm deur ongepaarde elektrone van waterstof en chloor. Dit word nader aan die middel van die Cl-atoom geskuif, wat 'n meer elektronegatiewe element is. Alle stowwe met 'n polêre binding in waterige oplossings dissosieer in ione en gelei 'n elektriese stroom. Verbindings wat 'n polêre kovalente binding het, waarvan ons voorbeelde gegee het, het ook hoër smelt- en kookpunte in vergelyking met eenvoudige nie-metaalstowwe.
Metodes om chemiese bindings te breek
In organiese chemie volg die substitusiereaksies van versadigde koolwaterstowwe met halogene 'n radikale meganisme. 'n Mengsel van metaan en chloor in die lig en by gewone temperatuur reageer op so 'n manier dat die chloormolekules begin verdeel in deeltjies wat ongepaarde elektrone dra. Met ander woorde, die vernietiging van die gemeenskaplike elektronpaar en die vorming van baie aktiewe radikale -Cl word waargeneem. Hulle is in staat om metaanmolekules op so 'n manier te beïnvloed dat hulle die kovalente binding tussen koolstof- en waterstofatome breek. 'n Aktiewe deeltjie -H word gevorm, en die vrye valensie van die koolstofatoom neem 'n chloorradikaal aan, en chloormetaan word die eerste produk van die reaksie. So 'n meganisme vir die splitsing van molekules word homolities genoem. As die gewone paar elektrone heeltemal in die besit van een van die atome oorgaan, dan praat hulle van 'n heterolitiese meganisme kenmerkend van reaksies wat in waterige oplossings plaasvind. In hierdie geval sal polêre watermolekules die tempo van vernietiging van die chemiese bindings van die opgeloste verbinding verhoog.
Dubbel en drievoudigskakels
Die oorgrote meerderheid van organiese stowwe en sommige anorganiese verbindings bevat in hul molekules nie een nie, maar verskeie algemene elektronpare. Die veelvoud van die kovalente binding verminder die afstand tussen atome en verhoog die stabiliteit van verbindings. Daar word gewoonlik na hulle verwys as chemies bestand. Byvoorbeeld, in 'n stikstofmolekule is daar drie pare elektrone, hulle word in die struktuurformule met drie strepies aangedui en bepaal die sterkte daarvan. Die eenvoudige stof stikstof is chemies inert en kan met ander verbindings, soos waterstof, suurstof of metale, slegs reageer wanneer dit verhit word of teen verhoogde druk, sowel as in die teenwoordigheid van katalisators.
Dubbel- en drievoudige bindings is inherent aan sulke klasse organiese verbindings soos onversadigde dieenkoolwaterstowwe, sowel as stowwe van die etileen- of asetileenreeks. Veelvuldige bindings bepaal die belangrikste chemiese eienskappe: addisie- en polimerisasiereaksies wat plaasvind by die punte van hul breek.
In ons artikel het ons 'n algemene beskrywing van die kovalente binding gegee en die hooftipes daarvan ondersoek.
