Ботаника 

Определяне на вида химическа връзка в веществата. Ковалентна връзка - полярна и неполярна, механизми на образуване

Известно е, че електронните обвивки, съдържащи осем външни електрона, два от които са разположени върху с-орбитали, и шест - на R-орбитали, притежава повишена устойчивост.Те кореспондират инертни газове : неон, аргон, криптон, ксенон, радон (намерете ги в периодичната таблица). Хелиевият атом, който съдържа само два електрона, е още по -стабилен. Атомите на всички други елементи са склонни да приближат електронната си конфигурация до електронната конфигурация на най -близкия инертен газ. Това може да стане по два начина - чрез даряване или прикачване на електрони на външното ниво.

    По -изгодно е натриевият атом, който има само един недвоен електрон, да го даде, като по този начин атомът получава заряд (става йон) и придобива електронната конфигурация на инертен газ от неон.

    В хлорния атом липсва само един електрон до конфигурацията на най -близкия инертен газ, така че той се стреми да придобие електрон.

Всеки елемент, в по -голяма или по -малка степен, има способността да привлича електрони, което се характеризира числено със стойността електроотрицателност... Съответно, колкото по -голяма е електроотрицателността на даден елемент, толкова по -силно той привлича електрони и толкова по -изразени са неговите окислителни свойства.

Желанието на атомите да придобият стабилна електронна обвивка обяснява причината за образуването на молекули.

Определение

Химическа връзка- Това е взаимодействието на атомите, което определя стабилността на химична молекула или кристал като цяло.

ВИДОВЕ ХИМИЧЕСКА ВРЪЗКА

Има 4 основни типа химически връзки:

Помислете за взаимодействието на два атома със същите стойности на електроотрицателност, например два атома хлор. Всеки от тях има седем валентни електрона. Преди електронната конфигурация на най -близкия инертен газ, на всеки им липсва по един електрон.

Приближаването на два атома до определено разстояние води до образуването на обща електронна двойка, която едновременно принадлежи и на двата атома. Тази обща двойка е химическа връзка. Същото се случва и в случай на молекула водород. Водородът има само един недвоен електрон и му липсва още един електрон преди конфигурацията на най -близкия инертен газ (хелий). По този начин, когато два водородни атома се приближават един до друг, те образуват една обща електронна двойка.

Определение

Връзката между атомите на неметали, произтичаща от взаимодействието на електрони с образуването на общи електронни двойки, се нарича ковалентен.

Ако взаимодействащите атоми имат равни стойности на електроотрицателност, общата електронна двойка принадлежи еднакво и на двата атома, тоест тя е на еднакво разстояние от двата атома. Тази ковалентна връзка се нарича неполярен.

Определение

Ковалентна неполярна връзка- химическа връзка между атоми на неметали с равни или близки стойности на електроотрицателност. В този случай общата електронна двойка принадлежи еднакво и на двата атома, не се наблюдава изместване на електронната плътност.

Ковалентна неполярна връзка се осъществява в прости неметални вещества: $ \ mathrm (O) _2, \ mathrm (N) _2, \ mathrm (Cl) _2, \ mathrm (P) _4, \ mathrm (O) _3 $. Когато атомите с различни стойности на електроотрицателност взаимодействат, например водород и хлор, общата електронна двойка се измества към атома с по -голяма електроотрицателност, тоест към хлора. Атомът на хлора придобива частичен отрицателен заряд, а водородният атом частичен положителен заряд. Това е пример за ковалентна полярна връзка.

Определение

Връзката, образувана от неметални елементи с различна електроотрицателност, се нарича ковалентен полярен.В този случай електронната плътност се измества към по -електроотрицателен елемент.

Молекула, в която центровете на положителни и отрицателни заряди са разделени, се нарича дипол... Полярната връзка се осъществява между атоми с различна, но не много различна електроотрицателност, например между различни неметали. Примери за съединения с полярни ковалентни връзки са съединения на неметали помежду си, както и различни йони, съдържащи атоми на неметали $ (\ mathrm (NO) _3–, \ mathrm (CH) _3 \ mathrm (COO)- ) $. Сред органичните вещества има особено много ковалентни полярни съединения.

Ако разликата в електроотрицателността на елементите е голяма, ще има не просто изместване на електронната плътност, а пълно прехвърляне на електрон от един атом в друг. Нека разгледаме това, като използваме примера на натриев флуорид NaF. Както видяхме по -рано, натриевият атом е склонен да дарява един електрон и флуорният атом е готов да го приеме. Това лесно се постига чрез тяхното взаимодействие, което е придружено от преход на електрон.

В този случай натриевият атом напълно прехвърля своя електрон към флуорния атом: натрият губи електрон и се зарежда положително, а хлорът придобива електрон и се зарежда отрицателно.

Определение

Атомите и групите от атоми, носещи заряд, се наричат йони.

В получената молекула - натриев хлорид $ Na ^ + F ^ - $ - връзката се осъществява поради електростатичното привличане на противоположно заредени йони. Тази връзка се нарича йонна... Реализира се между типични метали и неметали, тоест между атоми с много различни стойности на електроотрицателност.

Определение

Йонна връзкаобразувани поради силите на електростатично привличане между противоположно заредени йони - катиони и аниони.

Има още един вид връзка - метал, характерни за прости вещества - метали. Характеризира се с привличане на частично йонизирани атоми на метал и валентни електрони, които образуват един електронен облак („електронен газ“). Валентните електрони в металите са делокализирани и принадлежат едновременно на всички метални атоми, свободно се движат в кристала. Следователно комуникацията е многоцентрова. В преходните метали металната връзка е частично ковалентна, тъй като се допълва от припокриването на d орбитали на пред-външния слой, частично изпълнен с електрони. Металите образуват метални кристални решетки. Подробно е описано в темата "Метална връзка и нейните характеристики."

междумолекулни взаимодействия

Пример за силно междумолекулно взаимодействие

е водатази връзка,образуван между водороден атом от една молекула и атом с висока електроотрицателност ($ \ mathrm (F) $, $ \ mathrm (O) $, $ \ mathrm (N) $). Пример за водородна връзка е взаимодействието на водни молекули $ \ mathrm (O) _2 \ mathrm (O) ... \ mathrm (OH) _2 $, молекули амоняк и вода $ \ mathrm (H) _3 \ mathrm (N ) ... \ mathrm (OH) _2 $, метанол и вода $ \ mathrm (CH) _3 \ mathrm (OH) ... \ mathrm (OH) _2 $, както и различни части от протеинови молекули, полизахариди, нуклеинови киселини.

Друг пример за междумолекулно взаимодействие е силите на ван дер Ваалскоито възникват по време на поляризацията на молекулите и образуването на диполи. Те определят връзката между слоевете атоми в слоести кристали (като структурата на графита).

Характеристики на химическата връзка

Химическата връзка се характеризира с дължина, енергия, посокаи насищане(всеки атом е способен да образува ограничен брой връзки). Множеството комуникации е равно на броя на общите електронни двойки. Формата на молекулите се определя от вида на електронните облаци, участващи в образуването на връзката, както и от наличието или отсъствието на самотни електронни двойки. Така например молекулата $ \ mathrm (CO) _2 $ е линейна (няма самотни електронни двойки), а $ \ mathrm (H) _2 \ mathrm (O) $ и $ \ mathrm (SO) _2 $ са ъглови (има самотни двойки). Ако взаимодействащите атоми имат много различни стойности на електроотрицателности, общата електронна двойка е почти напълно изместена към атомите с най -висока електроотрицателност. Следователно йонната връзка може да се разглежда като ограничаващ случай на полярна ковалентна връзка, когато електронът е преминал почти напълно от един атом в друг. В действителност никога не настъпва пълно изместване, тоест няма абсолютно никакви йонни вещества. Например в $ \ mathrm (NaCl) $ реалните заряди на атомите са +0,92 и –0,92, а не +1 и –1.

Йонната връзка се реализира в съединения на типични метали с неметали и киселинни остатъци, а именно в метални оксиди ($ \ mathrm (CaO) $, $ \ mathrm (Al) _2 \ mathrm (O) _3 $), основи ($ \ mathrm (NaOH) $, $ \ mathrm (Ca (OH)) _ 2 $) и соли ($ \ mathrm (NaCl) $, $ \ mathrm (K) _2 \ mathrm (S) $, $ \ mathrm (K) _2 \ mathrm (SO) _4 $, $ \ mathrm (NH) _4 \ mathrm (Cl) $, $ \ mathrm (CH) _3 \ mathrm (NH) _3 ^ + $, $ \ mathrm (Cl ^ -) $) .

механизми за образуване на химически връзки

Благодарение на което се образуват молекули от неорганични и органични вещества. Химическата връзка се появява при взаимодействието на електрическите полета, които се създават от ядрата и електроните на атомите. Следователно, образуването на ковалентна химическа връзка е свързано с електрическа природа.

Какво е облигация

Този термин означава резултат от действието на два или повече атома, които водят до образуването на силна многоатомна система. Основните видове химични връзки се образуват, когато енергията на реагиращите атоми намалява. В процеса на образуване на връзка атомите се опитват да завършат своята електронна обвивка.

Видове комуникация

В химията се разграничават няколко типа връзки: йонни, ковалентни, метални. Ковалентната химическа връзка има два вида: полярна, неполярна.

Какъв е механизмът на неговото създаване? Ковалентна неполярна химическа връзка се образува между атоми на същите неметали, които имат същата електроотрицателност. В този случай се образуват общи електронни двойки.

Неполярна комуникация

Примери за молекули, които имат неполярна ковалентна химическа връзка, включват халогени, водород, азот, кислород.

Тази връзка е открита за първи път през 1916 г. от американския химик Люис. Първоначално той изложи хипотеза и тя беше потвърдена едва след експериментално потвърждение.

Ковалентната химическа връзка е свързана с електроотрицателност. За неметали тя има висока стойност. В хода на химичното взаимодействие на атомите прехвърлянето на електрони от един атом в друг не винаги е възможно, в резултат на което те се комбинират. Между атомите се появява истинска ковалентна химическа връзка. 8 клас от редовната учебна програма включва подробно изследване на няколко вида комуникация.

Веществата с този тип връзка, при нормални условия, са течности, газове, както и твърди вещества с ниска точка на топене.

Видове ковалентни връзки

Нека се спрем на този въпрос по -подробно. Какви са видовете химически връзки? Ковалентна връзка съществува в замяна, донорно-акцепторни варианти.

Първият тип се характеризира с връщане на един недвоен електрон от всеки атом до образуването на обща електронна връзка.

Електроните, комбинирани в обща връзка, трябва да имат противоположни завъртания. Водородът може да се разглежда като пример за този тип ковалентна връзка. С приближаването на неговите атоми се наблюдава проникването на техните електронни облаци един в друг, което в науката се нарича припокриване на електронни облаци. В резултат на това електронната плътност между ядрата се увеличава, а енергията на системата намалява.

На минималното разстояние водородните ядра се отблъскват, в резултат на което се образува определено оптимално разстояние.

В случай на донорно-акцепторен тип ковалентна връзка, една частица има електрони, тя се нарича донор. Втората частица има свободна клетка, която ще побере чифт електрони.

Полярни молекули

Как се образуват ковалентни полярни химични връзки? Те възникват в ситуации, когато свързаните атоми на неметали имат различна електроотрицателност. В такива случаи споделените електрони са разположени по -близо до атома, за който стойността на електроотрицателност е по -висока. Като пример за ковалентна полярна връзка може да се разгледа връзките, които възникват в молекулата на бромоводорода. Тук обществените електрони, които са отговорни за образуването на ковалентната връзка, са по -близо до брома, отколкото до водорода. Причината за това е, че бромът има по -висока електроотрицателност от водорода.

Методи за определяне на ковалентната връзка

Как да идентифицираме ковалентни полярни химически връзки? За да направите това, трябва да знаете състава на молекулите. Ако в него присъстват атоми от различни елементи, в молекулата съществува ковалентна полярна връзка. Неполярните молекули съдържат атоми от един химичен елемент. Сред задачите, които се предлагат като част от училищния курс по химия, има такива, които включват идентифициране на типа връзка. Задачи от този тип са включени в задачите на заключителната атестация по химия в 9 клас, както и в тестовете на единния държавен изпит по химия в 11 клас.

Йонна връзка

Каква е разликата между ковалентни и йонни химични връзки? Ако ковалентната връзка е характерна за неметали, тогава се образува йонна връзка между атоми, които имат значителни разлики в електроотрицателността. Например, това е характерно за съединения от елементи от първата и втората групи на основните подгрупи на PS (алкални и алкалоземни метали) и елементи от 6 и 7 групи от основните подгрупи на периодичната таблица (халкогени и халогени).

Образува се в резултат на електростатичното привличане на йони с противоположни заряди.

Характеристики на йонната връзка

Тъй като силовите полета на противоположно заредените йони са разпределени равномерно във всички посоки, всяко от тях е в състояние да привлича частици с противоположен знак към себе си. Това е, което характеризира ненасочеността на йонната връзка.

Взаимодействието на два йона с противоположни знаци не предполага пълна взаимна компенсация на отделните силови полета. Това допринася за запазването на способността за привличане на йони в други посоки, поради което се наблюдава ненаситеност на йонната връзка.

В йонно съединение всеки йон има способността да привлича определен брой други с противоположни знаци към себе си, за да образува кристална решетка с йонна природа. В такъв кристал няма молекули. Всеки йон е заобиколен от вещество с определен определен брой йони с различен знак.

Метална връзка

Този вид химическа връзка има определени индивидуални характеристики. Металите имат прекомерен брой валентни орбитали с липса на електрони.

Когато отделните атоми се приближават един към друг, техните валентни орбитали се припокриват, което допринася за свободното движение на електрони от една орбитала в друга, създавайки връзка между всички метални атоми. Тези свободни електрони са основната характеристика на металната връзка. Той не притежава насищане и насоченост, тъй като валентните електрони са равномерно разпределени в кристала. Наличието на свободни електрони в металите обяснява някои от техните физични свойства: метален блясък, пластичност, ковък, топлопроводимост, непрозрачност.

Един вид ковалентна връзка

Той се образува между водороден атом и елемент, който има висока електроотрицателност. Има вътрешно- и междумолекулни водородни връзки. Този вид ковалентна връзка е най -крехка, появява се поради действието на електростатични сили. Водородният атом има малък радиус и когато този един електрон се измести или се откаже, водородът се превръща в положителен йон, действащ върху атома с висока електроотрицателност.

Сред характерните свойства на ковалентната връзка са: насищане, насоченост, поляризуемост, полярност. Всеки от тези показатели има определена стойност за формираната връзка. Например насочеността се определя от геометричната форма на молекулата.

Концепцията за химическа връзка е от немалко значение в различни области на химията като наука. Това се дължи на факта, че именно с негова помощ отделните атоми могат да се комбинират в молекули, образувайки всякакви вещества, които от своя страна са обект на химически изследвания.

Разнообразието от атоми и молекули е свързано с появата на различни видове връзки между тях. Различните класове молекули се характеризират със свои собствени характеристики на разпределение на електрони, а оттам и свои собствени видове връзки.

Основни понятия

Химическа връзкасе нарича съвкупност от взаимодействия, които водят до свързване на атомите с образуването на стабилни частици с по -сложна структура (молекули, йони, радикали), както и агрегати (кристали, стъкла и др.). Характерът на тези взаимодействия е електрически по природа и те възникват по време на разпределението на валентните електрони в приближаващите се атоми.

Валентността е приетаназовете способността на атома да образува определен брой връзки с други атоми. В йонните съединения броят на дарените или прикрепените електрони се приема като валентна стойност. В ковалентни съединения той е равен на броя на общите електронни двойки.

Под окислителното състояние се разбира като условнозаряда, който би могъл да има на атом, ако всички полярни ковалентни връзки са йонни.

Многообразието на комуникацията се наричаброят на споделените електронни двойки между разглежданите атоми.

Връзките, разглеждани в различни клонове на химията, могат да бъдат разделени на два вида химически връзки: тези, които водят до образуване на нови вещества (вътремолекулни) , итези, които възникват между молекули (междумолекулни).

Основни комуникационни характеристики

Чрез енергията на комуникациятасе нарича енергията, необходима за разрушаване на всички съществуващи връзки в молекулата. Това е и енергията, отделяна по време на образуването на връзка.

Дължина на комуникациятасе отнася до разстоянието между съседни ядра на атоми в молекула, при което силите на привличане и отблъскване са балансирани.

Тези две характеристики на химическата връзка на атомите са мярка за нейната сила: колкото по -къса е дължината и колкото по -голяма е енергията, толкова по -силна е връзката.

Валентен ъгълобичайно е да се нарича ъгълът между представените линии, преминаващ по посока на връзката през ядрата на атомите.

Методи за описание на връзката

Най -често срещаните са два подхода за обяснение на химическата връзка, заимствани от квантовата механика:

Молекулярно -орбитален метод.Той разглежда молекулата като съвкупност от електрони и ядра от атоми, като всеки отделен електрон се движи в полето на действие на всички останали електрони и ядра. Молекулата има орбитална структура и всичките й електрони са разпределени по тези орбити. Също така, този метод се нарича MO LCAO, което означава „молекулна орбитална - линейна комбинация

Методът на валентните връзки.Представлява молекула като система от две централни молекулни орбитали. Освен това всеки от тях съответства на една връзка между два съседни атома в молекулата. Методът се основава на следните разпоредби:

  1. Образуването на химическа връзка се осъществява от двойка електрони с противоположни завъртания, които са разположени между двата разглеждани атома. Образуваната електронна двойка принадлежи на два атома еднакво.
  2. Броят на връзките, образувани от един или друг атом, е равен на броя на несдвоените електрони в основното и възбуденото състояние.
  3. Ако електронните двойки не участват в образуването на връзка, тогава те се наричат ​​самотни двойки.

Електроотрицателност

Възможно е да се определи вида на химическата връзка във вещества въз основа на разликата в стойностите на електроотрицателността на съставляващите я атоми. Под електроотрицателностразбират способността на атомите да изтеглят общи електронни двойки (електронен облак), което води до поляризация на връзката.

Има различни начини за определяне на стойностите на електроотрицателността на химичните елементи. Най -използваната обаче е скалата, базирана на термодинамични данни, предложена още през 1932 г. от Л. Полинг.

Колкото по -значителна е разликата в електроотрицателността на атомите, толкова повече се проявява нейната йонност. Напротив, равни или близки стойности на електроотрицателност показват ковалентната природа на връзката. С други думи, възможно е математически да се определи какъв вид химическа връзка се наблюдава в определена молекула. За да направите това, трябва да изчислите ΔХ - разликата между електроотрицателността на атомите по формулата: ΔX = | X 1 -NS 2 |.

  • Ако ΔX> 1,7,тогава връзката е йонна.
  • Ако 0,5≤ΔX≤1,7,тогава ковалентната връзка е полярна.
  • Ако ΔX = 0или близо до него, тогава връзката се отнася до ковалентна неполярна.

Йонна връзка

Йонната връзка е връзка, която се появява между йони или поради пълното изтегляне на обща електронна двойка от един от атомите. Във вещества този вид химическа връзка се осъществява от силите на електростатично привличане.

Йони са заредени частици, образувани от атоми в резултат на свързването или освобождаването на електрони. Ако атомът приеме електрони, той придобива отрицателен заряд и се превръща в анион. Ако атомът дарява валентни електрони, той се превръща в положително заредена частица, наречена катион.

Характерно е за съединения, образувани при взаимодействие на атоми на типични метали с атоми на типични неметали. Основната част от този процес е желанието на атомите да придобият стабилни електронни конфигурации. А типичните метали и неметали за това трябва да дадат или да получат само 1-2 електрона, което те лесно правят.

Механизмът на образуване на йонна химическа връзка в молекула традиционно се разглежда на примера на взаимодействието на натрий и хлор. Атомите на алкални метали лесно даряват електрон, изтеглен от халогенен атом. Резултатът е Na + катион и Cl - анион, които се държат заедно чрез електростатично привличане.

Няма идеална йонна връзка. Дори в такива съединения, които често се наричат ​​йонни, не се получава окончателният преход на електрони от атом в атом. Образуваната електронна двойка все още остава в обща употреба. Следователно се говори за степента на йонност на ковалентната връзка.

Йонната връзка се характеризира с две основни свойства, свързани помежду си:

  • ненасоченост, тоест електрическото поле около йона има формата на сфера;
  • ненаситеността, тоест броят на противоположно заредените йони, които могат да бъдат разположени около всеки йон, се определя от техния размер.

Ковалентна химическа връзка

Връзката, образувана, когато електронните облаци на неметални атоми се припокриват, тоест осъществявани от обща електронна двойка, се нарича ковалентна връзка. Броят на споделените двойки електрони определя множеството на връзката. По този начин водородните атоми са свързани с една единствена връзка H ··· H, а кислородните атоми образуват двойна връзка O :: O.

Има два механизма за неговото формиране:

  • Сменяем - всеки атом представлява един електрон за образуване на обща двойка: A + B = A: B, докато външните атомни орбитали, на които се намира един електрон, участват в осъществяването на връзката.
  • Донор -акцептор - за образуването на връзка един от атомите (донор) осигурява двойка електрони, а вторият (акцептор) осигурява свободна орбитала за поставянето му: A +: B = A: B.

Методите за припокриване на електронни облаци по време на образуването на ковалентна химическа връзка също са различни.

  1. Директен. Областта на припокриване на облака лежи върху права въображаема линия, свързваща ядрата на разглежданите атоми. В този случай се образуват σ-връзки. Видът на химическата връзка, която възниква в този случай, зависи от вида на електронните облаци, които се припокриват: s-s, s-p, p-p, s-d или p-d σ-връзки. В частица (молекула или йон) е възможна само една σ-връзка между два съседни атома.
  2. Странично. Извършва се от двете страни на линията, свързваща атомните ядра. Така се образува π-връзка, като са възможни и нейните разновидности: p-p, p-d, d-d. Освен σ-връзката, π-връзката никога не се образува; тя може да бъде в молекули, съдържащи множество (двойни и тройни) връзки.

Свойства на ковалентна връзка

Те определят химичните и физичните характеристики на съединенията. Основните свойства на всяка химическа връзка в веществата са нейната насоченост, полярност и поляризуемост, както и насищане.

Съсредоточете севръзката се дължи на особеностите на молекулярната структура на веществата и геометричната форма на техните молекули. Същността му е, че възможно най -доброто припокриване на електронни облаци с определена ориентация в пространството. Варианти на образуване на σ- и π-връзки вече бяха разгледани по-горе.

Под насищанеразбират способността на атомите да образуват определен брой химични връзки в молекулата. Броят на ковалентните връзки за всеки атом е ограничен от броя на външните орбитали.

Полярноствръзката зависи от разликата в стойностите на електроотрицателност на атомите. Равномерността на разпределението на електроните между ядрата на атомите зависи от това. Ковалентната връзка за тази черта може да бъде полярна или неполярна.

  • Ако обща електронна двойка принадлежи еднакво на всеки от атомите и се намира на същото разстояние от техните ядра, тогава ковалентната връзка е неполярна.
  • Ако общата двойка електрони се измести към ядрото на един от атомите, тогава се образува ковалентна полярна химическа връзка.

Поляризациясе изразява чрез изместване на свързаните електрони под действието на външно електрическо поле, което може да принадлежи на друга частица, съседни връзки в същата молекула, или да идва от външни източници на електромагнитни полета. Така че, ковалентната връзка под тяхно влияние може да промени полярността си.

Хибридизацията на орбитали се разбира като промяна в тяхната форма по време на осъществяването на химическа връзка. Това е необходимо, за да се постигне най -ефективното припокриване. Има следните видове хибридизация:

  • sp 3. Една s- и три р-орбитали образуват четири "хибридни" орбитали със същата форма. Външно прилича на тетраедър с ъгъл между осите 109 °.
  • sp 2. Една s- и две p-орбитали образуват плосък триъгълник с ъгъл между осите 120 °.
  • sp. Една s- и една p-орбитала образуват две "хибридни" орбитали с ъгъл между осите им 180 °.

Характерна особеност на структурата на металните атоми е доста голям радиус и наличието на малък брой електрони във външните орбитали. В резултат на това в такива химични елементи връзката между ядрото и валентните електрони е относително слаба и лесно се разрушава.

Металнивръзка се нарича такова взаимодействие между атоми-йони на метали, което се осъществява с помощта на делокализирани електрони.

В металните частици валентните електрони могат лесно да напуснат външните орбитали, както и да заемат свободни места по тях. Така в различно време една и съща частица може да бъде атом и йон. Отделените от тях електрони се движат свободно в обема на кристалната решетка и осъществяват химическа връзка.

Този вид връзка има сходства с йонна и ковалентна. Що се отнася до йонната връзка, йони са необходими за съществуването на метална връзка. Но ако за осъществяване на електростатично взаимодействие в първия случай са необходими катиони и аниони, то във втория ролята на отрицателно заредените частици се играе от електроните. Ако сравним метална връзка с ковалентна връзка, тогава за образуването на двете са необходими общи електрони. Въпреки това, за разлика от полярната химическа връзка, те не са локализирани между два атома, а принадлежат към всички метални частици в кристалната решетка.

Специалните свойства на почти всички метали се дължат на металната връзка:

  • пластичност, присъства поради възможността за изместване на слоеве от атоми в кристалната решетка, задържани от електронен газ;
  • метален блясък, който се наблюдава поради отразяването на светлинните лъчи от електрони (в прахообразно състояние няма кристална решетка и следователно електрони, движещи се по нея);
  • електрическа проводимост, която се осъществява чрез поток от заредени частици и в този случай малки електрони свободно се движат сред големи метални йони;
  • топлопроводимост, наблюдавана поради способността на електроните да пренасят топлина.

Този тип химическа връзка понякога се нарича междинно между ковалентни и междумолекулни взаимодействия. Ако водородният атом има връзка с един от силно електроотрицателните елементи (като фосфор, кислород, хлор, азот), той може да образува допълнителна връзка, наречена водород.

Той е много по -слаб от всички видове връзки, разгледани по -горе (енергия не надвишава 40 kJ / mol), но не може да се пренебрегне. Ето защо водородната химическа връзка в диаграмата изглежда като пунктирана линия.

Образуването на водородна връзка е възможно поради едновременното електростатично взаимодействие донор-акцептор. Голяма разлика в стойностите на електроотрицателност води до появата на излишна електронна плътност върху атомите на O, N, F и други, както и до липсата й върху водородния атом. В случай, че няма съществуваща химическа връзка между такива атоми, когато те са достатъчно близо, силите на привличане се активират. В този случай протонът е акцептор на електронната двойка, а вторият атом е донорът.

Водородната връзка може да възникне както между съседни молекули, например вода, карбоксилни киселини, алкохоли, амоняк, така и в рамките на молекула, например, салицилова киселина.

Наличието на водородна връзка между водните молекули обяснява редица нейни уникални физични свойства:

  • Стойностите на неговия топлинен капацитет, диелектрична константа, точки на кипене и топене, в съответствие с изчисленията, трябва да бъдат значително по -малки от реалните, което се обяснява със свързаността на молекулите и необходимостта от изразходване на енергия за разрушаване на междумолекулен водород облигации.
  • За разлика от другите вещества, обемът на водата се увеличава с понижаване на температурата. Това се дължи на факта, че молекулите заемат определена позиция в кристалната структура на леда и се отдалечават една от друга по дължината на водородната връзка.

Тази връзка играе особена роля за живите организми, тъй като нейната специална структура и следователно свойствата се определят от присъствието й в протеинови молекули. В допълнение, нуклеиновите киселини, съставляващи двойната спирала на ДНК, също са свързани чрез водородни връзки.

Кристални връзки

По -голямата част от твърдите тела имат кристална решетка - специално взаимно подреждане на частиците, които ги образуват. В този случай се наблюдава триизмерна периодичност, а атомите, молекулите или йоните са разположени на възлите, които са свързани с въображаеми линии. В зависимост от естеството на тези частици и връзките между тях, всички кристални структури се разделят на атомни, молекулни, йонни и метални.

Мястотата на йонната кристална решетка са катиони и аниони. Освен това всеки от тях е заобиколен от строго определен брой йони само с противоположни заряди. Типичен пример е натриев хлорид (NaCl). Те са склонни да имат високи точки на топене и твърдост, тъй като изискват много енергия за счупване.

В местата на молекулярната кристална решетка има молекули на вещества, образувани от ковалентна връзка (например I 2). Те са свързани помежду си чрез слабо взаимодействие на ван дер Ваалс и следователно такава структура е лесна за унищожаване. Такива съединения имат ниска точка на кипене и топене.

Атомната кристална решетка се образува от атомите на химични елементи с високи валентни стойности. Те са свързани със здрави ковалентни връзки, което означава, че веществата се отличават с високи точки на кипене, точки на топене и голяма твърдост. Пример за това е диамант.

По този начин всички видове връзки, присъстващи в химичните вещества, имат свои собствени характеристики, които обясняват тънкостите на взаимодействието на частици в молекули и вещества. Свойствата на връзките зависят от тях. Те определят всички процеси, протичащи в околната среда.

Химическата връзка, нейните видове, свойства, заедно с това е един от крайъгълните камъни на интересна наука, наречена химия. В тази статия ще анализираме всички аспекти на химическите връзки, тяхното значение в науката, ще дадем примери и много други.

Какво е химическа връзка

Под химическата връзка в химията се разбира взаимното сцепление на атомите в молекулата и в резултат на действието на силата на привличане, която съществува между тях. Благодарение на химическите връзки се образуват различни химични съединения, това е естеството на химическата връзка.

Видове химически връзки

Механизмът за образуване на химическа връзка силно зависи от нейния тип или тип; като цяло следните основни видове химични връзки се различават:

  • Ковалентна химическа връзка (която от своя страна може да бъде полярна и неполярна)
  • Йонна връзка
  • Връзка
  • Химическа връзка

    • като хората.

Що се отнася до, отделна статия е посветена на него на нашия уебсайт и можете да прочетете по -подробно на връзката. Освен това ще анализираме по -подробно всички други основни видове химически връзки.

Йонна химическа връзка

Образуването на йонна химическа връзка се случва, когато два йона с различни заряди се привличат взаимно. Йони обикновено са прости с такива химически връзки, състоящи се от един атом материя.

Диаграма на йонна химическа връзка.

Характерна особеност на йонния тип на химическа връзка е липсата на насищане и в резултат на това много различен брой противоположно заредени йони могат да се присъединят към йон или дори към цяла група йони. Пример за йонна химическа връзка е съединението на цезиев флуорид CsF, в което нивото на "йонност" е почти 97%.

Водородна химическа връзка

Много преди появата на съвременната теория за химическите връзки в съвременния й вид, учените-химици забелязват, че водородните съединения с неметали имат различни удивителни свойства. Да кажем, че точката на кипене на водата и заедно с флуороводорода е много по-висока, отколкото би могла да бъде, ето готов пример за водородна химическа връзка.

Картината показва диаграма на образуване на водородна химическа връзка.

Характерът и свойствата на водородната химическа връзка се дължат на способността на водородния атом Н да образува друга химическа връзка, откъдето идва и името на тази връзка. Причината за образуването на такава връзка са свойствата на електростатичните сили. Например, общият електронен облак в молекулата на флуороводорода е толкова изместен към флуор, че пространството около атома на това вещество е наситено с отрицателно електрическо поле. Около водородния атом, особено когато е лишен от единствения си електрон, всичко е точно обратното, електронното му поле е много по -слабо и в резултат на това има положителен заряд. Както знаете, положителните и отрицателните заряди се привличат по толкова прост начин и има водородна връзка.

Химическа връзка на метали

Каква химическа връзка е характерна за металите? Тези вещества имат свой собствен вид химическа връзка - атомите на всички метали не са подредени по никакъв начин, но по определен начин редът на тяхното подреждане се нарича кристална решетка. Електроните на различни атоми образуват общ електронен облак, докато те слабо взаимодействат помежду си.

Ето как изглежда металната химическа връзка.

Всички метали могат да се използват като пример за метална химическа връзка: натрий, желязо, цинк и т.н.

Как да определим вида на химическата връзка

В зависимост от веществата, които участват в него, ако е метал и неметал, тогава връзката е йонна, ако два метала, тогава метална, ако два неметала, тогава ковалентна.

Свойства на химическата връзка

За сравняване на различни химични реакции се използват различни количествени характеристики, като например:

  • дължина,
  • енергия,
  • полярност,
  • ред на връзките.

Нека ги разгледаме по -отблизо.

Дължина на връзката - равновесното разстояние между ядрата на атомите, които са свързани чрез химическа връзка. Обикновено се измерва експериментално.

Енергията на химическата връзка определя нейната сила. В този случай енергията се отнася до усилията, необходими за разкъсване на химическа връзка и отделяне на атомите.

Полярността на химическата връзка показва колко е изместена електронната плътност към един от атомите. Способността на атомите да изместват електронната плътност към себе си или, просто казано, да „издърпват одеялото върху себе си“ в химията се нарича електроотрицателност.

Фиг. 1. Орбитални радиуси на елементи (r a) и дължина на едноелектронна химическа връзка (d)

Най-простата едноелектронна химическа връзка се създава от единичен валентен електрон. Оказва се, че един електрон е в състояние да задържи два положително заредени йона в едно цяло. При едноелектронното свързване кулоновите сили на отблъскване на положително заредени частици се компенсират от кулоновите сили на привличане на тези частици към отрицателно зареден електрон. Валентният електрон става общ за двете ядра на молекулата.

Примери за такива химични съединения са молекулярни йони: H 2 +, Li 2 +, Na 2 +, K 2 +, Rb 2 +, Cs 2 +:

Полярна ковалентна връзка възниква в хетероядрени двуатомни молекули (фиг. 3). Свързващата електронна двойка в полярна химическа връзка е близо до атома с по -висок потенциал за първа йонизация.

Разстоянието d между атомните ядра, характеризиращо пространствената структура на полярните молекули, може приблизително да се разглежда като сумата от ковалентните радиуси на съответните атоми.

Характеристика на някои полярни вещества

Преместването на свързващата електронна двойка към едно от ядрата на полярната молекула води до появата на електрически дипол (електродинамика) (фиг. 4).

Разстоянието между центровете на тежестта на положителни и отрицателни заряди се нарича дължина на дипола. Полярността на молекулата, подобно на полярността на връзката, се оценява от величината на диполния момент μ, който е произведение на дължината на дипола l от стойността на електронния заряд:

Множество ковалентни връзки

Множество ковалентни връзки са представени от ненаситени органични съединения, съдържащи двойни и тройни химични връзки. За да опише естеството на ненаситените съединения, Л. Полинг представя понятията за сигма и π-връзки, хибридизация на атомни орбитали.

Хибридизацията на Полинг за два S и два р електрона даде възможност да се обясни посоката на химичните връзки, по -специално тетраедричната конфигурация на метана. За да се обясни структурата на етилена, един р-електрон трябва да бъде изолиран от четири еквивалентни Sp 3-електрона на въглероден атом, за да образува допълнителна връзка, наречена π-връзка. В този случай трите останали Sp 2 -хибридни орбитали са разположени в равнината под ъгъл 120 ° и образуват основни връзки, например плоска молекула на етилен (фиг. 5).

В новата теория на Полинг всички свързващи електрони станаха равни и на равно разстояние от линията, свързваща ядрата на молекулата. Теорията на огънатите химически връзки на Полинг взе предвид статистическата интерпретация на вълновата функция на М. Борн, кулоновата електронна корелация на електроните. Появи се физически смисъл - естеството на химическата връзка се определя изцяло от електрическото взаимодействие на ядра и електрони. Колкото повече свързващи електрони, толкова по -кратко е междуядреното разстояние и по -силна е химическата връзка между въглеродните атоми.

Трицентрова химическа връзка

По-нататъшното развитие на концепцията за химическо свързване е дадено от американския физикохимик У. Липскомб, който разработва теорията за двуелектронните трицентрови връзки и топологична теория, която дава възможност да се предскаже структурата на някои повече борни хидриди (борохидриди) .

Електронна двойка в трицентрова химическа връзка става обща за три атомни ядра. В най-простия представител на трицентровата химическа връзка, молекулния водороден йон Н 3 +, електронната двойка държи три протона в едно цяло (фиг. 6).

Фиг. 7 Диборан

Съществуването на борани с техните двуелектронни трицентрови връзки с "мостови" водородни атоми нарушава каноничната доктрина за валентността. Водородният атом, който по -рано се смяташе за стандартен едновалентен елемент, се оказа свързан със същите връзки с два борни атома и стана официално двувалентен елемент. Работата на У. Липскомб за дешифриране на структурата на борани разширява концепцията за химическо свързване. Нобеловият комитет присъжда на Уилям Нън Липскомб Химическата награда за 1976 г. за изследване на структурата на борани (борхидрити), изясняваща проблемите на химическите връзки).

Многоцентрова химическа връзка

Фиг. 8 Фероценова молекула

Фиг. 9 Дибензол хром

Фиг. 10 Ураноцен

Всичките десет (C-Fe) връзки във фероценовата молекула са еквивалентни, Fe-c междуядреното разстояние е 2.04 Å. Всички въглеродни атоми във фероценова молекула са структурно и химически еквивалентни, дължината на всяка С-С връзка е 1,40-1,41 Å (за сравнение, в бензен, дължината на С-С връзката е 1,39 Å). Около железния атом се появява 36-електронна обвивка.

Динамика на химическата връзка

Химическата връзка е доста динамична. По този начин металната връзка се трансформира в ковалентна връзка по време на фазов преход по време на изпаряването на метала. Преходът на метал от твърдо в парно състояние изисква големи количества енергия.

В пари тези метали се състоят практически от хомоядрени двуатомни молекули и свободни атоми. При кондензация на метални пари ковалентната връзка се превръща в метална.

Изпаряването на соли с типична йонна връзка, например флуориди на алкални метали, води до разрушаване на йонната връзка и образуване на хетероядрени двуатомни молекули с полярна ковалентна връзка. В този случай се осъществява образуването на димерни молекули с мостови връзки.

Характеризиране на химическата връзка в молекулите на флуориди на алкални метали и техните димери.

По време на кондензацията на пари от флуориди на алкални метали, полярната ковалентна връзка се трансформира в йонна с образуването на съответната кристална решетка на солта.

Механизъм на преход от ковалентна към метална връзка

Фиг. 11. Съотношението между радиуса на орбиталата на електронната двойка r e и дължината на ковалентната химическа връзка d

Фиг. 12 Ориентация на диполи на двуатомни молекули и образуване на изкривен октаедричен фрагмент от клъстера по време на кондензация на изпарения на алкални метали

Фиг. 13 Обемно центрирано кубично разположение на ядра в кристали на алкални метали и свързваща връзка

Разпръснатото привличане (сили на Лондон) определя междуатомното взаимодействие и образуването на хомоядрени двуатомни молекули от атоми на алкални метали.

Образуването на ковалентна връзка метал -метал е свързано с деформация на електронните обвивки на взаимодействащи атоми - валентните електрони създават свързваща електронна двойка, чиято електронна плътност е концентрирана в пространството между атомните ядра на молекулата, която е възникнала. Характерна особеност на хомоядрените двуатомни молекули на алкални метали е дългата дължина на ковалентната връзка (3,6-5,8 пъти дължината на връзката в молекулата на водорода) и ниската енергия на нейното разрушаване.

Определеното съотношение между re и d определя неравномерното разпределение на електрическите заряди в молекулата - отрицателният електрически заряд на свързващата електронна двойка е концентриран в средната част на молекулата, а положителните електрически заряди на двете атомни ядра са концентрирани при краищата на молекулата.

Неравномерното разпределение на електрическите заряди създава условия за взаимодействие на молекулите поради ориентационни сили (сили на Ван дер Ваалс). Молекулите на алкални метали са склонни да се ориентират по такъв начин, че в околността се появяват противоположни електрически заряди. В резултат на това между молекулите действат привличащи сили. Поради наличието на последния, молекулите на алкалните метали се приближават и повече или по -малко здраво се събират. В същото време се получава известна деформация на всяка от тях под действието на по -близките полюси на съседните молекули (фиг. 12).

Всъщност свързващите електрони на първоначалната двуатомна молекула, попадащи в електрическото поле на четири положително заредени атомни ядра от молекули на алкални метали, се откъсват от орбиталния радиус на атома и стават свободни.

В този случай свързващата електронна двойка става обща дори за системата с шест катиона. Изграждането на металната кристална решетка започва на етапа на клъстера. В кристалната решетка на алкални метали ясно е изразена структурата на свързващото звено, което има формата на изкривен сплескан октаедър - квадратна бипирамида, чиято височина и ръбовете на основата са равни на стойността на константата на транслационната решетка aw (фиг. 13).

Стойността на константата на транслационната решетка a w на кристал от алкален метал значително надвишава дължината на ковалентната връзка на молекула на алкален метал; следователно, общоприето е, че електроните в метала са в свободно състояние:

Математическата конструкция, свързана със свойствата на свободните електрони в метала, обикновено се идентифицира с "повърхността на Ферми", която трябва да се разглежда като геометрично място, където се намират електроните, осигурявайки основното свойство на метала - да провежда електрически ток.

При сравняване на процеса на кондензация на парите на алкални метали с процеса на кондензация на газове, например водород, се появява характерна особеност в свойствата на метала. Така че, ако по време на кондензацията на водород се появят слаби междумолекулни взаимодействия, тогава по време на кондензацията на метални пари се появяват процеси, характерни за химичните реакции. Самата кондензация на металните пари протича на няколко етапа и може да бъде описана чрез следната процесия: свободен атом → двуатомна молекула с ковалентна връзка → метален клъстер → компактен метал с метална връзка.

Взаимодействието на молекулите на алкални метални халогениди е придружено от тяхната димеризация. Димерна молекула може да се разглежда като електрически квадрупол (фиг. 15). Понастоящем са известни основните характеристики на димерите на халогениди на алкални метали (дължини на химичните връзки и ъгли на свързване).

Дължина на химическата връзка и ъгли на свързване в димери на халогениди на алкални метали (E 2 X 2) (газова фаза).

E 2 X 2 X = F X = Cl X = Br X = I
d EF, Å d ECl, Å d EBr, Å d EI, Å
Li 2 X 2 1,75 105 2,23 108 2,35 110 2,54 116
Na 2 X 2 2,08 95 2,54 105 2,69 108 2,91 111
K 2 X 2 2,35 88 2,86 98 3,02 101 3,26 104
Cs 2 X 2 2,56 79 3,11 91 3,29 94 3,54 94

В процеса на кондензация ефектът на ориентационните сили се засилва, междумолекулното взаимодействие е придружено от образуването на клъстери, а след това и твърдо вещество. Халогенидите на алкални метали образуват кристали с проста кубична и центрирана в тялото кубична решетка.

Тип кристална решетка и константа на транслационна решетка за халогениди на алкални метали.

В процеса на кристализация настъпва по -нататъшно увеличаване на междуатомното разстояние, което води до откъсване на електрон от орбиталния радиус на атом на алкален метал и прехвърляне на електрон към халогенен атом с образуването на съответните йони. Силовите полета на йони са равномерно разпределени във всички посоки в пространството. В тази връзка, в кристалите на алкални метали, силовото поле на всеки йон координира в никакъв случай един йон с противоположния знак, както е обичайно да се представя качествено йонната връзка (Na + Cl -).

В кристалите на йонни съединения концепцията за прости дву йонни молекули като Na + Cl - и Cs + Cl - губи значението си, тъй като йонът на алкалния метал е свързан с шест хлорни йона (в кристал на натриев хлорид) и с осем хлорни йони (в кристал на цезиев хлорид. междуонните разстояния в кристалите са на еднакво разстояние.

Бележки (редактиране)

  1. Наръчник по неорганична химия. Константи на неорганични вещества. - М.: „Химия“, 1987. - С. 124. - 320 с.
  2. Лидин Р.А., Андреева Л.Л., Молочко В.А.Наръчник по неорганична химия. Константи на неорганични вещества. - М.: „Химия“, 1987. - С. 132-136. - 320 стр.
  3. Ганкин В.Ю., Ганкин Ю.В.Как се образува химическа връзка и как протичат химичните реакции. - М.: Издателска група „Граница“, 2007. - 320 с. -ISBN 978-5-94691296-9
  4. Б. В. НекрасовКурс по обща химия. - М.: Госхимиздат, 1962.- С. 88.- 976 с.
  5. Полинг Л.Характерът на химическата връзка / под редакцията на Я. К. Сиркин. - платно. от английски М. Е. Дяткина. - М.-Л.: Госхимиздат, 1947.- 440 с.
  6. Теоретична органична химия / изд. R.H. Freidlina. - платно. от английски Бундел Ю.Г. - М .: Изд. чужда литература, 1963. - 365 с.
  7. Леменовски Д.А., Левицки М.М.Руско химическо списание (списание на Руското химическо дружество на името на Д. И. Менделеев). - 2000.- Т. XLIV, брой 6. - С. 63-86.
  8. Химически енциклопедичен речник / Гл. изд. I.L. Knunyants. - М.: Сов. енциклопедия, 1983.- С. 607.- 792 стр.
  9. Б. В. НекрасовКурс по обща химия. - М.: Госхимиздат, 1962.- С. 679.- 976 с.
  10. Лидин Р.А., Андреева Л.Л., Молочко В.А.Наръчник по неорганична химия. Константи на неорганични вещества. - М.: „Химия“, 1987. - С. 155-161. - 320 стр.
  11. Гилеспи Р.Геометрия на молекулите / per. от английски Е.З. Засорин и В.С. Мастрюков, изд. Ю. А. Пентина. - М.: "Мир", 1975. - С. 49. - 278 с.
  12. Наръчник на химика. - 2 -ро издание, Rev. и добавете. - L. -M.: GNTI Chemical Literature, 1962. - T. 1. - S. 402-513. - 1072 стр.
  13. Лидин Р.А., Андреева Л.Л., Молочко В.А.Наръчник по неорганична химия. Константи на неорганични вещества .. - М.: "Химия", 1987. - С. 132-136. - 320 стр.
  14. Зиман Дж.Електрони в металите (въведение в теорията на повърхностите на Ферми). Напредъкът във физическите науки .. - 1962. - Т. 78, брой 2. - 291 стр.

Вижте също

  • Химическа връзка- статия от Великата съветска енциклопедия
  • Химическа връзка- Chemport.ru
  • Химическа връзка- Физическа енциклопедия