n-butana

isobutana siklo-pentana metil c-butana

Posisi yang berbeda dari kelompok fungsional

OH [propanol-1] OH [propanol-2]

Gugus fungsi yang berbeda (metamerisme)

isomer

asam]asam aminoetanoat]

Lihat juga contoh dari Tabel. 2.

B) Perbedaan struktur elektronik:

Berbagai jenis dan posisi ikatan ganda

(isomer

[butadiena-1,3] [butin-1] [butin-2]

Rumus struktur biasa hanya mencerminkan dua aspek (A dan B) dari struktur molekul ini.

C) ISOMERIA SPASIAL (atau stereoisomerisme):

Isomer tersebut memiliki urutan ikatan yang sama antara atom, tetapi berbeda dalam pengaturan spasial atom atau kelompok atom penyusunnya. Teknik khusus digunakan untuk menunjukkan struktur spasial.

Ini termasuk:

(5) Isomerisme cis-trans- susunan atom yang berbeda relatif terhadap ikatan rangkap (a) atau bidang cincin (b):

Contoh (a) - stereoisomer butena-2:

[cis-Butena-2] [trans-Butena-2]

Contoh (b) - stereoisomer:

bentuk cis bentuk trans

(6) Isomerisme optik (cermin)

Fenomena ini disebabkan oleh adanya atom karbon asimetris dalam molekul; dibahas di bagian "Asam Hidroksida" dan "Karbohidrat".

(7) isomerisme konformasi

Ikatan kimia kovalen, varietasnya dan mekanisme pembentukannya. Karakteristik ikatan kovalen (polaritas dan energi ikatan). Ikatan ionik. Sambungan logam. ikatan hidrogen

Doktrin ikatan kimia adalah dasar dari semua teori kimia.

Ikatan kimia adalah interaksi atom yang mengikatnya menjadi molekul, ion, radikal, kristal.

Ada empat jenis ikatan kimia: ionik, kovalen, logam dan hidrogen.

Pembagian ikatan kimia menjadi beberapa jenis bersifat kondisional, karena semuanya dicirikan oleh kesatuan tertentu.

Ikatan ionik dapat dianggap sebagai kasus pembatas dari ikatan kovalen polar.

Ikatan logam menggabungkan interaksi kovalen atom dengan bantuan elektron bersama dan daya tarik elektrostatik antara elektron ini dan ion logam.

Dalam zat, seringkali tidak ada kasus yang membatasi ikatan kimia (atau ikatan kimia murni).

Misalnya, litium fluorida $LiF$ diklasifikasikan sebagai senyawa ionik. Faktanya, ikatan di dalamnya adalah $80%$ ionik dan $20%$ kovalen. Oleh karena itu, jelas lebih tepat untuk berbicara tentang tingkat polaritas (ionisitas) dari ikatan kimia.

Pada deret hidrogen halida $HF—HCl—HBr—HI—HAt$, derajat kepolaran ikatan menurun, karena perbedaan nilai keelektronegatifan atom halogen dan hidrogen berkurang, dan pada astatin ikatan menjadi hampir nonpolar $(EO(H) = 2,1; EO(At) = 2,2)$.

Berbagai jenis ikatan dapat terkandung dalam zat yang sama, misalnya:

1. dalam basa: antara atom oksigen dan hidrogen dalam gugus hidrokso, ikatannya bersifat kovalen polar, dan antara logam dan gugus hidrokso bersifat ionik;
2. dalam garam asam yang mengandung oksigen: antara atom non-logam dan oksigen dari residu asam - polar kovalen, dan antara logam dan residu asam - ionik;
3. dalam garam amonium, metilamonium, dll.: antara atom nitrogen dan hidrogen - kutub kovalen, dan antara ion amonium atau metilamonium dan residu asam - ionik;
4. dalam peroksida logam (misalnya, $Na_2O_2$) ikatan antara atom oksigen bersifat kovalen non-polar, dan antara logam dan oksigen bersifat ionik, dan seterusnya.

Berbagai jenis koneksi dapat melewati satu ke yang lain:

- selama disosiasi elektrolitik dalam air senyawa kovalen, ikatan polar kovalen berubah menjadi ikatan ionik;

- selama penguapan logam, ikatan logam berubah menjadi kovalen non-polar, dll.

Alasan kesatuan semua jenis dan jenis ikatan kimia adalah sifat kimianya yang identik - interaksi elektron-nuklear. Pembentukan ikatan kimia dalam hal apa pun adalah hasil dari interaksi elektron-nuklear atom, disertai dengan pelepasan energi.

Metode untuk pembentukan ikatan kovalen. Karakteristik ikatan kovalen: panjang ikatan dan energi

Ikatan kimia kovalen adalah ikatan yang terjadi antara atom karena pembentukan pasangan elektron yang sama.

Mekanisme pembentukan ikatan tersebut dapat berupa pertukaran dan donor-akseptor.

SAYA. mekanisme pertukaran bertindak ketika atom membentuk pasangan elektron yang sama dengan menggabungkan elektron yang tidak berpasangan.

1) $H_2$ - hidrogen:

Ikatan muncul karena pembentukan pasangan elektron yang sama oleh $s$-elektron atom hidrogen (orbital $s$ yang tumpang tindih):

2) $HCl$ - hidrogen klorida:

Ikatan muncul karena pembentukan pasangan elektron yang sama dari $s-$ dan $p-$elektron (orbital $s-p-$ yang tumpang tindih):

3) $Cl_2$: dalam molekul klorin, ikatan kovalen terbentuk karena elektron $p-$ yang tidak berpasangan (orbital $p-p-$ yang tumpang tindih):

4) $N_2$: tiga pasangan elektron umum terbentuk di antara atom-atom dalam molekul nitrogen:

II. Mekanisme donor-akseptor Mari kita perhatikan pembentukan ikatan kovalen menggunakan contoh ion amonium $NH_4^+$.

Donor memiliki pasangan elektron, akseptor memiliki orbital kosong yang dapat ditempati pasangan ini. Dalam ion amonium, keempat ikatan dengan atom hidrogen adalah kovalen: tiga terbentuk karena penciptaan pasangan elektron yang sama oleh atom nitrogen dan atom hidrogen melalui mekanisme pertukaran, satu - oleh mekanisme donor-akseptor.

Ikatan kovalen dapat diklasifikasikan menurut cara tumpang tindih orbital elektron, serta perpindahannya ke arah salah satu atom yang terikat.

Ikatan kimia yang terbentuk sebagai hasil tumpang tindih orbital elektron di sepanjang garis ikatan disebut $σ$ -ikatan (sigma-ikatan). Ikatan sigma sangat kuat.

Orbital $p-$ dapat tumpang tindih di dua wilayah, membentuk ikatan kovalen melalui tumpang tindih lateral:

Ikatan kimia terbentuk sebagai hasil dari tumpang tindih "lateral" orbital elektron di luar jalur komunikasi, mis. di dua wilayah disebut $π$ -ikatan (pi-bonds).

Oleh derajat bias pasangan elektron yang sama ke salah satu atom yang mereka ikat, ikatan kovalen dapat kutub dan non-polar.

Ikatan kimia kovalen yang terbentuk antara atom-atom dengan keelektronegatifan yang sama disebut non-polar. Pasangan elektron tidak bergeser ke atom mana pun, karena atom memiliki ER yang sama - sifat menarik elektron valensi ke arah diri mereka sendiri dari atom lain. Sebagai contoh:

itu. melalui ikatan kovalen non-polar, molekul zat non-logam sederhana terbentuk. Ikatan kimia kovalen antara atom-atom unsur yang keelektronegatifannya berbeda disebut kutub.

Panjang dan energi ikatan kovalen.

ciri sifat ikatan kovalen adalah panjang dan energinya. Panjang tautan adalah jarak antar inti atom. Ikatan kimia semakin kuat semakin pendek panjangnya. Namun, ukuran kekuatan ikatan adalah energi ikat, yang ditentukan oleh jumlah energi yang diperlukan untuk memutuskan ikatan. Biasanya diukur dalam kJ/mol. Jadi, menurut data eksperimen, panjang ikatan molekul $H_2, Cl_2$, dan $N_2$ masing-masing adalah $0,074, 0,198$, dan $0,109$ nm, dan energi ikatnya adalah $436, 242$, dan $946$ kJ/ mol, masing-masing.

Ion. Ikatan ionik

Bayangkan dua atom "bertemu": atom logam golongan I dan atom nonlogam golongan VII. Atom logam memiliki satu elektron pada tingkat energi terluarnya, sedangkan atom nonlogam hanya kekurangan satu elektron untuk melengkapi tingkat energi terluarnya.

Atom pertama akan dengan mudah menyerahkan elektronnya kepada yang kedua, yang jauh dari nukleus dan terikat lemah padanya, dan yang kedua akan memberinya tempat bebas pada tingkat elektronik terluarnya.

Kemudian sebuah atom, yang kehilangan salah satu muatan negatifnya, akan menjadi partikel bermuatan positif, dan yang kedua akan berubah menjadi partikel bermuatan negatif karena menerima elektron. Partikel seperti ini disebut ion.

Ikatan kimia yang terjadi antara ion disebut ion.

Pertimbangkan pembentukan ikatan ini menggunakan senyawa natrium klorida yang terkenal (garam meja) sebagai contoh:

Proses transformasi atom menjadi ion ditunjukkan pada diagram:

Transformasi atom menjadi ion seperti itu selalu terjadi selama interaksi atom logam biasa dan nonlogam biasa.

Pertimbangkan algoritme (urutan) penalaran saat merekam pembentukan ikatan ion, misalnya, antara atom kalsium dan klor:

Bilangan yang menunjukkan jumlah atom atau molekul disebut koefisien, dan bilangan yang menunjukkan jumlah atom atau ion dalam suatu molekul disebut indeks.

sambungan logam

Mari berkenalan dengan bagaimana atom unsur logam berinteraksi satu sama lain. Logam biasanya tidak ada dalam bentuk atom yang terisolasi, tetapi dalam bentuk potongan, ingot, atau produk logam. Apa yang menyatukan atom logam?

Atom-atom sebagian besar logam di tingkat terluar mengandung sejumlah kecil elektron - $1, 2, 3$. Elektron ini mudah terlepas, dan atom diubah menjadi ion positif. Elektron yang terlepas berpindah dari satu ion ke ion lainnya, mengikatnya menjadi satu kesatuan. Berhubungan dengan ion, elektron ini untuk sementara membentuk atom, kemudian putus lagi dan bergabung dengan ion lain, dan seterusnya. Akibatnya, dalam volume logam, atom terus diubah menjadi ion dan sebaliknya.

Ikatan dalam logam antara ion melalui elektron yang disosialisasikan disebut logam.

Gambar secara skematis menunjukkan struktur fragmen logam natrium.

Dalam hal ini, sejumlah kecil elektron yang disosialisasikan mengikat sejumlah besar ion dan atom.

Ikatan logam memiliki beberapa kemiripan dengan ikatan kovalen, karena didasarkan pada pembagian elektron terluar. Namun, dalam ikatan kovalen, elektron tak berpasangan terluar dari hanya dua atom tetangga yang disosialisasikan, sedangkan dalam ikatan logam, semua atom mengambil bagian dalam sosialisasi elektron ini. Itulah mengapa kristal dengan ikatan kovalen rapuh, sedangkan kristal dengan ikatan logam, pada umumnya, plastis, konduktif secara elektrik, dan memiliki kilau logam.

Ikatan logam adalah karakteristik dari logam murni dan campuran berbagai logam - paduan yang berada dalam keadaan padat dan cair.

ikatan hidrogen

Ikatan kimia antara atom hidrogen terpolarisasi positif dari satu molekul (atau bagian darinya) dan atom terpolarisasi negatif dari unsur yang sangat elektronegatif yang memiliki pasangan elektron tidak terbagi ($F, O, N$ dan lebih jarang $S$ dan $Cl$), yang lain molekul (atau bagian-bagiannya) disebut hidrogen.

Mekanisme pembentukan ikatan hidrogen sebagian elektrostatik, sebagian donor-akseptor.

Contoh ikatan hidrogen antarmolekul:

Dengan adanya ikatan seperti itu, bahkan zat dengan berat molekul rendah dalam kondisi normal dapat berupa cairan (alkohol, air) atau gas yang mudah mencair (amonia, hidrogen fluorida).

Zat dengan ikatan hidrogen memiliki kisi kristal molekul.

Substansi struktur molekul dan non-molekul. Jenis kisi kristal. Ketergantungan sifat-sifat zat pada komposisi dan strukturnya

Struktur molekul dan non-molekul zat

Bukan atom atau molekul individu yang masuk ke dalam interaksi kimia, tetapi zat. Suatu zat dalam kondisi tertentu dapat berada dalam salah satu dari tiga keadaan agregasi: padat, cair atau gas. Sifat-sifat suatu zat juga tergantung pada sifat ikatan kimia antara partikel yang membentuknya - molekul, atom atau ion. Menurut jenis ikatan, zat struktur molekul dan non-molekul dibedakan.

Zat yang tersusun dari molekul disebut zat molekul. Ikatan antara molekul dalam zat tersebut sangat lemah, jauh lebih lemah daripada antara atom di dalam molekul, dan sudah pada suhu yang relatif rendah mereka putus - zat berubah menjadi cairan dan kemudian menjadi gas (sublimasi yodium). Titik leleh dan titik didih zat yang terdiri dari molekul meningkat dengan meningkatnya berat molekul.

Zat molekuler termasuk zat dengan struktur atom ($C, Si, Li, Na, K, Cu, Fe, W$), di antaranya ada logam dan non-logam.

Pertimbangkan sifat fisik logam alkali. Kekuatan ikatan antar atom yang relatif rendah menyebabkan kekuatan mekanik yang rendah: logam alkali lunak dan dapat dengan mudah dipotong dengan pisau.

Ukuran atom yang besar menyebabkan densitas logam alkali yang rendah: litium, natrium, dan kalium bahkan lebih ringan daripada air. Pada golongan logam alkali, titik didih dan titik leleh berkurang dengan bertambahnya bilangan urut unsur, karena. ukuran atom meningkat dan ikatan melemah.

Untuk zat non-molekul struktur termasuk senyawa ionik. Sebagian besar senyawa logam dengan non-logam memiliki struktur ini: semua garam ($NaCl, K_2SO_4$), beberapa hidrida ($LiH$) dan oksida ($CaO, MgO, FeO$), basa ($NaOH, KOH$). Zat ionik (non-molekul) memiliki titik leleh dan titik didih yang tinggi.

Kisi kristal

Suatu zat, seperti diketahui, dapat eksis dalam tiga keadaan agregasi: gas, cair dan padat.

Padatan: amorf dan kristal.

Pertimbangkan bagaimana fitur ikatan kimia mempengaruhi sifat padatan. Benda padat dibagi menjadi kristal dan amorf.

Zat amorf tidak memiliki titik leleh yang jelas - ketika dipanaskan, mereka secara bertahap melunak dan menjadi cair. Dalam keadaan amorf, misalnya, adalah plastisin dan berbagai resin.

Zat kristal dicirikan oleh susunan yang benar dari partikel penyusunnya: atom, molekul, dan ion - pada titik-titik yang ditentukan secara ketat di ruang angkasa. Ketika titik-titik ini dihubungkan oleh garis lurus, kerangka spasial terbentuk, yang disebut kisi kristal. Titik-titik di mana partikel kristal berada disebut simpul kisi.

Tergantung pada jenis partikel yang terletak di simpul kisi kristal, dan sifat hubungan di antara mereka, empat jenis kisi kristal dibedakan: ionik, atom, molekul dan logam.

kisi kristal ionik.

ionik disebut kisi kristal, di simpul yang ada ion. Mereka dibentuk oleh zat dengan ikatan ion, yang dapat mengikat ion sederhana $Na^(+), Cl^(-)$, dan kompleks $SO_4^(2−), OH^-$. Akibatnya, garam, beberapa oksida dan hidroksida logam memiliki kisi kristal ionik. Misalnya, kristal natrium klorida terdiri dari ion positif $Na^+$ bergantian dan ion negatif $Cl^-$, membentuk kisi berbentuk kubus. Ikatan antara ion dalam kristal semacam itu sangat stabil. Oleh karena itu, zat dengan kisi ionik dicirikan oleh kekerasan dan kekuatan yang relatif tinggi, mereka tahan api dan tidak mudah menguap.

kisi kristal atom.

nuklir disebut kisi kristal, di dalam simpul-simpulnya terdapat atom-atom individual. Dalam kisi-kisi seperti itu, atom-atom saling berhubungan oleh ikatan kovalen yang sangat kuat. Contoh zat dengan kisi kristal jenis ini adalah intan, salah satu modifikasi alotropik karbon.

Sebagian besar zat dengan kisi kristal atom memiliki titik leleh yang sangat tinggi (misalnya, untuk berlian di atas $3500°C$), zat tersebut kuat dan keras, praktis tidak larut.

Kisi kristal molekul.

Molekuler disebut kisi kristal, di simpul di mana molekul berada. Ikatan kimia dalam molekul ini dapat berupa polar ($HCl, H_2O$) atau nonpolar ($N_2, O_2$). Terlepas dari kenyataan bahwa atom-atom dalam molekul terikat oleh ikatan kovalen yang sangat kuat, ada gaya tarik antarmolekul yang lemah antara molekul itu sendiri. Oleh karena itu, zat dengan kisi kristal molekul memiliki kekerasan rendah, titik leleh rendah, dan mudah menguap. Sebagian besar senyawa organik padat memiliki kisi kristal molekul (naftalena, glukosa, gula).

Kisi kristal metalik.

Zat dengan ikatan logam memiliki kisi kristal logam. Di simpul kisi semacam itu ada atom dan ion (baik atom atau ion, di mana atom logam dengan mudah berubah, memberikan elektron terluarnya "untuk penggunaan umum"). Struktur internal logam semacam itu menentukan sifat fisik karakteristiknya: kelenturan, plastisitas, konduktivitas listrik dan termal, dan kilau logam yang khas.

Teori modern tentang sifat organik adalah pengembangan dari ide A. M. Butlerov tentang ketergantungan pada strukturnya. Struktur ekspresif memberikan gambaran tentang seluruh variasi, meskipun prediksi bukanlah hasil dari hukum matematika yang ketat, tetapi hanya bersifat kualitatif dan meninggalkan lebih banyak bagian dari bakat dan intuisi ahli kimia eksperimental.

Ciri-ciri sifat fisika senyawa sering dinyatakan sebagai penjumlahan dari beberapa istilah yang berhubungan dengan unsur-unsur yang bersesuaian yang membentuk senyawa ini. Aplikasi semacam itu skema aditif untuk menemukan karakteristik fisiko-kimiawi suatu senyawa menurut rumus strukturnya, oleh karena itu, ini setara dengan asumsi bahwa suatu unsur, yang masuk ke dalam komposisi berbagai senyawa, selalu menyumbangkan bagian yang sama dari karakteristik tersebut.

Dalam kasus yang paling sederhana, asumsi sehubungan dengan hubungan ini ternyata sangat dekat dengan kebenaran (tambahan, misalnya, adalah nilai volume molekul dan

Kuliah: Substansi struktur molekul dan non-molekul. Jenis kisi kristal. Ketergantungan sifat-sifat zat pada komposisi dan strukturnya

Zat molekuler dan nonmolekuler

Berdasarkan strukturnya, bahan kimia dibagi menjadi dua kelompok: yang terdiri dari molekul disebut molekuler, dan mengandung atom dan ion - non-molekul.

Zat molekuler memiliki titik leleh/titik didih yang rendah. Mereka dapat berada dalam tiga keadaan agregat: cair, padat, gas. Kelompok ini mencakup sebagian besar zat sederhana non-logam, serta senyawanya satu sama lain. Ikatan antar atom zat molekul bersifat kovalen.

Zat nonmolekuler memiliki titik leleh/titik didih yang tinggi. Mereka dalam keadaan padat. Ini adalah, Anda dapat menebaknya, zat sederhana - logam, senyawanya dengan non-logam, non-logam termasuk boron, karbon - berlian, fosfor (hitam dan merah), silikon. Zat non-molekul membentuk kristal ionik, atom, molekul, yang susunan partikelnya memiliki urutan yang jelas dan membentuk kisi.

Jenis kisi kristal

Ada empat jenis kisi kristal, tergantung pada jenis partikel yang terletak di lokasi kisi:

1) ionikkisi kristal adalah karakteristik senyawa dengan jenis ikatan kimia ionik. Di situs kisi adalah kation dan anion. Contoh zat dengan kisi kristal jenis ini adalah garam, oksida, dan hidroksida dari logam biasa. Ini adalah zat keras tapi rapuh. Mereka memiliki ketangguhan. Mereka larut dalam air dan bersifat konduktif listrik.

2) Nuklir kisi memiliki atom pada simpulnya. Partikel membentuk ikatan kovalen non-polar dan polar. Dari zat sederhana, kisi kristal jenis ini termasuk karbon dalam bentuk grafit dan berlian, boron, silikon, dan germanium. Dari zat kompleks, misalnya, silikon oksida (kuarsa, kristal batu) memiliki kisi atom. Ini adalah zat tahan api yang sangat keras, tidak didistribusikan secara luas di alam. Jangan larut dalam air.

3) Molekul kisi kristal dibentuk oleh molekul yang disatukan oleh gaya tarik antarmolekul yang lemah. Oleh karena itu, zat jenis kisi ini dicirikan oleh kekerasan yang rendah, kerapuhan, dan suhu leleh yang rendah. Misalnya, air dalam keadaan sedingin es. Sebagian besar senyawa organik padat memiliki jenis kisi ini. Jenis ikatan dalam senyawa adalah kovalen.

Tergantung pada keadaan di mana senyawa di alam, mereka dibagi menjadi molekuler dan non-molekul. Dalam zat molekuler, partikel struktural terkecil adalah molekul. Zat-zat ini memiliki kisi kristal molekuler. Dalam zat nonmolekul, partikel struktural terkecil adalah atom atau ion. Kisi kristal mereka adalah atom, ionik atau logam.

Jenis kisi kristal sangat menentukan sifat zat. Misalnya, logam yang memiliki jenis kisi kristal logam, berbeda dari semua elemen lainnya plastisitas tinggi, konduktivitas listrik dan termal. Sifat-sifat ini, serta banyak lainnya - kelenturan, kilau logam, dll. karena jenis ikatan khusus antara atom logam - ikatan logam. Perlu dicatat bahwa sifat-sifat yang melekat pada logam hanya muncul dalam keadaan terkondensasi. Misalnya, perak dalam bentuk gas tidak memiliki sifat fisik logam.

Jenis ikatan khusus dalam logam - logam - disebabkan oleh kekurangan elektron valensi, sehingga ikatan tersebut umum untuk seluruh struktur logam. Model struktur logam yang paling sederhana mengasumsikan bahwa kisi kristal logam terdiri dari ion positif yang dikelilingi oleh elektron bebas, pergerakan elektron terjadi secara acak, seperti molekul gas. Namun, model seperti itu, sementara secara kualitatif menjelaskan banyak sifat logam, ternyata tidak cukup dalam verifikasi kuantitatif. Perkembangan lebih lanjut dari teori keadaan logam mengarah pada penciptaan teori pita logam, yang didasarkan pada konsep mekanika kuantum.

Pada simpul kisi kristal terdapat kation dan atom logam, dan elektron bergerak bebas di sepanjang kisi kristal.

Sifat mekanik yang khas dari logam adalah plastik, karena kekhasan struktur internal kristal mereka. Plastisitas dipahami sebagai kemampuan benda di bawah aksi kekuatan eksternal untuk mengalami deformasi, yang tetap ada setelah penghentian pengaruh eksternal. Sifat logam ini memungkinkan mereka untuk diberikan berbagai bentuk selama penempaan, menggulung logam menjadi lembaran atau ditarik menjadi kawat.

Plastisitas logam disebabkan oleh fakta bahwa di bawah aksi eksternal, lapisan ion yang membentuk kisi kristal bergeser relatif satu sama lain tanpa putus. Ini terjadi sebagai akibat dari fakta bahwa elektron yang dipindahkan, karena redistribusi bebas, terus melakukan hubungan antara lapisan ionik. Di bawah aksi mekanis pada zat padat dengan kisi atom, lapisan individualnya dipindahkan dan adhesi di antara mereka terputus karena pemutusan ikatan kovalen.

Jika simpul kisi kristal adalah ion, maka zat tersebut membentuk jenis kisi kristal ionik.

Ini adalah garam, serta oksida dan hidroksida dari logam biasa. Ini adalah zat yang keras dan rapuh, tetapi kualitas utamanya : larutan dan lelehan senyawa ini menghantarkan arus listrik.