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

Ikatan kimia intramolekul

Mari kita perhatikan terlebih dahulu ikatan yang muncul antara partikel dalam molekul. Koneksi seperti itu disebut intramolekul.

ikatan kimia antar atom unsur kimia memiliki sifat elektrostatik dan terbentuk karena interaksi elektron eksternal (valensi), dalam derajat lebih atau kurang dipegang oleh inti bermuatan positif atom yang terikat.

Konsep kuncinya di sini adalah ELEKTRONEGNATIVITAS. Dialah yang menentukan jenis ikatan kimia antara atom dan sifat-sifat ikatan ini.

adalah kemampuan atom untuk menarik (memegang) luar(valensi) elektron. Keelektronegatifan ditentukan oleh tingkat tarikan elektron eksternal ke nukleus dan terutama bergantung pada jari-jari atom dan muatan nukleus.

Keelektronegatifan sulit ditentukan dengan jelas. L. Pauling menyusun tabel elektronegativitas relatif (berdasarkan energi ikatan molekul diatomik). Unsur yang paling elektronegatif adalah fluor dengan makna 4 .

Penting untuk dicatat bahwa dalam sumber yang berbeda Anda dapat menemukan skala dan tabel nilai elektronegativitas yang berbeda. Ini tidak perlu ditakuti, karena pembentukan ikatan kimia berperan atom, dan itu kira-kira sama dalam sistem apa pun.

Jika salah satu atom dalam ikatan kimia A:B menarik elektron lebih kuat, maka pasangan elektron bergeser ke arahnya. Lebih perbedaan keelektronegatifan atom, semakin banyak pasangan elektron yang dipindahkan.

Jika nilai keelektronegatifan atom yang berinteraksi sama atau kira-kira sama: EO(A)≈EO(V), maka pasangan elektron bersama tidak dipindahkan ke salah satu atom: A: B. Koneksi seperti itu disebut kovalen non polar.

Jika keelektronegatifan atom yang berinteraksi berbeda, tetapi tidak banyak (perbedaan keelektronegatifan kira-kira dari 0,4 hingga 2: 0,4<ΔЭО<2 ), maka pasangan elektron digeser ke salah satu atom. Koneksi seperti itu disebut kutub kovalen .

Jika keelektronegatifan atom yang berinteraksi berbeda secara signifikan (perbedaan keelektronegatifan lebih besar dari 2: EO>2), maka salah satu elektron hampir sepenuhnya berpindah ke atom lain, dengan formasi ion. Koneksi seperti itu disebut ionik.

Jenis utama dari ikatan kimia adalah kovalen, ionik dan metalik koneksi. Mari kita pertimbangkan mereka secara lebih rinci.

ikatan kimia kovalen

Ikatan kovalen – itu ikatan kimia dibentuk oleh pembentukan pasangan elektron bersama A:B . Dalam hal ini, dua atom tumpang tindih orbital atom. Ikatan kovalen dibentuk oleh interaksi atom-atom dengan perbedaan elektronegativitas yang kecil (sebagai aturan, antara dua non-logam) atau atom dari satu unsur.

Sifat dasar ikatan kovalen

• orientasi,
• saturasi,
• polaritas,
• polarisasi.

Sifat ikatan ini mempengaruhi sifat kimia dan fisika zat.

arah komunikasi mencirikan struktur kimia dan bentuk zat. Sudut antara dua ikatan disebut sudut ikatan. Misalnya, pada molekul air, sudut ikatan H-O-H adalah 104,45 o, sehingga molekul air bersifat polar, dan pada molekul metana, sudut ikatan H-C-H adalah 108 o 28 .

saturasi adalah kemampuan atom untuk membentuk ikatan kimia kovalen dalam jumlah terbatas. Banyaknya ikatan yang dapat dibentuk oleh suatu atom disebut.

Polaritas ikatan timbul karena distribusi kerapatan elektron yang tidak merata antara dua atom dengan keelektronegatifan yang berbeda. Ikatan kovalen dibagi menjadi polar dan non-polar.

Polarisabilitas koneksi adalah kemampuan elektron ikatan untuk dipindahkan oleh medan listrik eksternal(khususnya, medan listrik partikel lain). Polarisabilitas tergantung pada mobilitas elektron. Semakin jauh elektron dari nukleus, semakin mobile elektron tersebut, dan oleh karena itu, molekulnya lebih dapat terpolarisasi.

Ikatan kimia kovalen non-polar

Ada 2 jenis ikatan kovalen yaitu POLAR dan NON-POLAR .

Contoh . Pertimbangkan struktur molekul hidrogen H 2 . Setiap atom hidrogen membawa 1 elektron tidak berpasangan di tingkat energi terluarnya. Untuk menampilkan atom, kami menggunakan struktur Lewis - ini adalah diagram struktur tingkat energi eksternal atom, ketika elektron dilambangkan dengan titik. Model struktur titik Lewis adalah bantuan yang baik ketika bekerja dengan elemen periode kedua.

H. + . H=H:H

Dengan demikian, molekul hidrogen memiliki satu pasangan elektron yang sama dan satu ikatan kimia H–H. Pasangan elektron ini tidak berpindah ke atom hidrogen mana pun, karena keelektronegatifan atom hidrogen adalah sama. Koneksi seperti itu disebut kovalen non-polar .

Ikatan kovalen non-polar (simetris) - ini adalah ikatan kovalen yang dibentuk oleh atom dengan elektronegativitas yang sama (sebagai aturan, non-logam yang sama) dan, oleh karena itu, dengan distribusi kerapatan elektron yang seragam antara inti atom.

Momen dipol ikatan nonpolar adalah 0.

Contoh: H 2 (H-H), O 2 (O=O), S 8 .

Ikatan kimia kovalen polar

ikatan kovalen polar adalah ikatan kovalen yang terjadi antara atom dengan keelektronegatifan berbeda (biasanya, non-logam yang berbeda) dan dicirikan pemindahan pasangan elektron yang sama ke atom yang lebih elektronegatif (polarisasi).

Kerapatan elektron digeser ke atom yang lebih elektronegatif - oleh karena itu, muatan negatif parsial (δ-) muncul di atasnya, dan muatan positif parsial muncul pada atom yang kurang elektronegatif (δ+, delta +).

Semakin besar perbedaan keelektronegatifan atom, semakin tinggi polaritas koneksi dan lebih banyak lagi momen dipol . Antara molekul tetangga dan muatan berlawanan tanda, gaya tarik tambahan bekerja, yang meningkatkan kekuatan koneksi.

Polaritas ikatan mempengaruhi sifat fisik dan kimia senyawa. Mekanisme reaksi dan bahkan reaktivitas ikatan tetangga bergantung pada polaritas ikatan. Polaritas suatu ikatan sering menentukan polaritas molekul dan dengan demikian secara langsung mempengaruhi sifat fisik seperti titik didih dan titik leleh, kelarutan dalam pelarut polar.

Contoh: HCl, CO2, NH3.

Mekanisme pembentukan ikatan kovalen

Ikatan kimia kovalen dapat terjadi melalui 2 mekanisme:

1. mekanisme pertukaran pembentukan ikatan kimia kovalen adalah ketika setiap partikel menyediakan satu elektron tidak berpasangan untuk pembentukan pasangan elektron yang sama:

TETAPI . + . B= A:B

2. Pembentukan ikatan kovalen adalah mekanisme di mana salah satu partikel memberikan pasangan elektron yang tidak digunakan bersama, dan partikel lainnya menyediakan orbital kosong untuk pasangan elektron ini:

TETAPI: + B= A:B

Dalam hal ini, salah satu atom memberikan pasangan elektron yang tidak digunakan bersama ( penyumbang), dan atom lainnya menyediakan orbital kosong untuk pasangan ini ( akseptor). Sebagai hasil dari pembentukan ikatan, energi kedua elektron berkurang, yaitu ini bermanfaat bagi atom.

Ikatan kovalen yang dibentuk oleh mekanisme donor-akseptor, tidak berbeda oleh sifat-sifat dari ikatan kovalen lain yang dibentuk oleh mekanisme pertukaran. Pembentukan ikatan kovalen oleh mekanisme donor-akseptor khas untuk atom baik dengan sejumlah besar elektron di tingkat energi eksternal (donor elektron), atau sebaliknya, dengan jumlah elektron yang sangat kecil (akseptor elektron). Kemungkinan valensi atom dipertimbangkan secara lebih rinci dalam yang sesuai.

Ikatan kovalen dibentuk oleh mekanisme donor-akseptor:

- dalam molekul karbon monoksida CO(ikatan dalam molekul adalah rangkap tiga, 2 ikatan dibentuk oleh mekanisme pertukaran, satu oleh mekanisme donor-akseptor): C≡O;

- di ion amonium NH 4 +, dalam ion amina organik, misalnya, dalam ion metilamonium CH 3 -NH 2 + ;

- di senyawa kompleks, ikatan kimia antara atom pusat dan gugus ligan, misalnya, dalam natrium tetrahidroksoaluminat Na ikatan antara ion aluminium dan hidroksida;

- di asam nitrat dan garamnya- nitrat: HNO 3 , NaNO 3 , dalam beberapa senyawa nitrogen lainnya;

- dalam molekul ozon O 3 .

Sifat-sifat utama ikatan kovalen

Ikatan kovalen, sebagai suatu peraturan, terbentuk antara atom-atom non-logam. Ciri-ciri utama ikatan kovalen adalah panjang, energi, multiplisitas dan directivity.

Multiplisitas ikatan kimia

Multiplisitas ikatan kimia - Ini jumlah pasangan elektron bersama antara dua atom dalam suatu senyawa. Multiplisitas ikatan dapat dengan mudah ditentukan dari nilai atom yang membentuk molekul.

Misalnya , dalam molekul hidrogen H 2 multiplisitas ikatan adalah 1, karena setiap hidrogen hanya memiliki 1 elektron tidak berpasangan di tingkat energi terluar, oleh karena itu, satu pasangan elektron umum terbentuk.

Dalam molekul oksigen O2, multiplisitas ikatan adalah 2, karena setiap atom memiliki 2 elektron tidak berpasangan di tingkat energi terluarnya: O=O.

Dalam molekul nitrogen N 2, multiplisitas ikatan adalah 3, karena antara setiap atom ada 3 elektron tidak berpasangan di tingkat energi terluar, dan atom-atom tersebut membentuk 3 pasangan elektron umum N≡N.

Panjang ikatan kovalen

Panjang ikatan kimia adalah jarak antara pusat-pusat inti atom yang membentuk ikatan. Itu ditentukan oleh metode fisik eksperimental. Panjang ikatan dapat diperkirakan kira-kira, menurut aturan aditif, yang menyatakan bahwa panjang ikatan dalam molekul AB kira-kira sama dengan setengah jumlah panjang ikatan dalam molekul A2 dan B2:

Panjang ikatan kimia dapat diperkirakan secara kasar sepanjang jari-jari atom, membentuk ikatan, atau oleh banyaknya komunikasi jika jari-jari atom tidak jauh berbeda.

Dengan bertambahnya jari-jari atom yang membentuk ikatan, maka panjang ikatan akan bertambah.

Misalnya

Dengan peningkatan multiplisitas ikatan antar atom (yang jari-jari atomnya tidak berbeda, atau sedikit berbeda), panjang ikatan akan berkurang.

Misalnya . Dalam deret: C–C, C=C, C≡C, panjang ikatan berkurang.

Energi ikatan

Ukuran kekuatan ikatan kimia adalah energi ikatan. Energi ikatan ditentukan oleh energi yang dibutuhkan untuk memutuskan ikatan dan melepaskan atom-atom yang membentuk ikatan ini hingga jarak tak terhingga satu sama lain.

Ikatan kovalen adalah sangat tahan lama. Energinya berkisar dari beberapa puluh hingga beberapa ratus kJ/mol. Semakin besar energi ikatan, semakin besar kekuatan ikatan, dan sebaliknya.

Kekuatan ikatan kimia tergantung pada panjang ikatan, polaritas ikatan, dan multiplisitas ikatan. Semakin lama ikatan kimia, semakin mudah untuk memutuskan, dan semakin rendah energi ikatan, semakin rendah kekuatannya. Semakin pendek ikatan kimianya, semakin kuat ikatannya, dan semakin besar energi ikatannya.

Misalnya, dalam deret senyawa HF, HCl, HBr dari kiri ke kanan kekuatan ikatan kimia berkurang, karena panjang ikatan bertambah.

Ikatan kimia ionik

Ikatan ionik adalah ikatan kimia berdasarkan tarik-menarik elektrostatik ion.

ion terbentuk dalam proses menerima atau memberikan elektron oleh atom. Misalnya, atom-atom dari semua logam dengan lemah menahan elektron dari tingkat energi terluar. Oleh karena itu, atom logam dicirikan sifat restoratif kemampuan untuk menyumbangkan elektron.

Contoh. Atom natrium mengandung 1 elektron pada tingkat energi ke-3. Dengan mudah melepaskannya, atom natrium membentuk ion Na + yang jauh lebih stabil, dengan konfigurasi elektron dari gas neon mulia Ne. Ion natrium mengandung 11 proton dan hanya 10 elektron, sehingga total muatan ion adalah -10+11 = +1:

+11tidak) 2 ) 8 ) 1 - 1e = +11 tidak +) 2 ) 8

Contoh. Atom klorin memiliki 7 elektron pada tingkat energi terluarnya. Untuk memperoleh konfigurasi atom argon inert yang stabil Ar, klorin perlu mengikat 1 elektron. Setelah pengikatan elektron, ion klorin yang stabil terbentuk, yang terdiri dari elektron. Muatan total ion adalah -1:

+17Cl) 2) 8) ) 7 + 1e = +17 Cl — ) 2 ) 8 ) 8

Catatan:

• Sifat ion berbeda dengan sifat atom!
• Ion stabil tidak hanya dapat terbentuk atom, tetapi juga kelompok atom. Misalnya: ion amonium NH 4 +, ion sulfat SO 4 2-, dll. Ikatan kimia yang dibentuk oleh ion tersebut juga dianggap ionik;
• Ikatan ion biasanya terbentuk antara logam dan bukan logam(kelompok bukan logam);

Ion yang dihasilkan tertarik karena gaya tarik listrik: Na + Cl -, Na 2 + SO 4 2-.

Mari kita generalisasi secara visual perbedaan jenis ikatan kovalen dan ion:

sambungan logam adalah hubungan yang terbentuk relatif elektron bebas di antara ion logam membentuk kisi kristal.

Atom-atom logam pada tingkat energi terluar biasanya memiliki: satu sampai tiga elektron. Jari-jari atom logam, biasanya, besar - oleh karena itu, atom logam, tidak seperti non-logam, cukup mudah menyumbangkan elektron terluar, mis. adalah agen pereduksi kuat.

Dengan menyumbangkan elektron, atom logam menjadi ion bermuatan positif . Elektron yang terlepas relatif bebas pindah antara ion logam bermuatan positif. Di antara partikel-partikel ini ada koneksi, karena elektron bersama menahan kation logam dalam lapisan bersama-sama , sehingga menciptakan yang cukup kuat kisi kristal logam . Dalam hal ini, elektron terus bergerak secara acak, yaitu. atom netral baru dan kation baru terus bermunculan.

Interaksi antarmolekul

Secara terpisah, ada baiknya mempertimbangkan interaksi yang terjadi antara molekul individu dalam suatu zat - interaksi antarmolekul . Interaksi antarmolekul adalah jenis interaksi antara atom netral di mana ikatan kovalen baru tidak muncul. Gaya interaksi antar molekul ditemukan oleh van der Waals pada tahun 1869 dan dinamai menurut namanya. Pasukan Van dar Waals. Gaya Van der Waals dibagi menjadi: orientasi, induksi dan penyebaran . Energi interaksi antarmolekul jauh lebih kecil daripada energi ikatan kimia.

Orientasi kekuatan tarik-menarik timbul antara molekul polar (interaksi dipol-dipol). Gaya-gaya ini muncul di antara molekul-molekul polar. Interaksi induktif adalah interaksi antara molekul polar dan non-polar. Molekul non-polar terpolarisasi karena aksi molekul polar, yang menghasilkan daya tarik elektrostatik tambahan.

Jenis khusus interaksi antarmolekul adalah ikatan hidrogen. - ini adalah ikatan kimia antarmolekul (atau intramolekul) yang muncul antara molekul yang memiliki ikatan kovalen polar kuat - H-F, H-O atau H-N. Jika ada ikatan seperti itu dalam molekul, maka di antara molekul akan ada gaya tarik tambahan .

Mekanisme pendidikan Ikatan hidrogen sebagian elektrostatik dan sebagian donor-akseptor. Dalam hal ini, sebuah atom dari unsur yang sangat elektronegatif (F, O, N) bertindak sebagai donor pasangan elektron, dan atom hidrogen yang terhubung ke atom-atom ini bertindak sebagai akseptor. Ikatan hidrogen dicirikan orientasi di luar angkasa dan saturasi.

Ikatan hidrogen dapat dilambangkan dengan titik: H ··· O. Semakin besar keelektronegatifan atom yang terhubung dengan hidrogen, dan semakin kecil ukurannya, semakin kuat ikatan hidrogennya. Ini terutama merupakan karakteristik senyawa fluor dengan hidrogen , serta untuk oksigen dengan hidrogen , lebih sedikit nitrogen dengan hidrogen .

Ikatan hidrogen terjadi antara zat-zat berikut:

— hidrogen fluorida HF(gas, larutan hidrogen fluorida dalam air - asam fluorida), air H 2 O (uap, es, air cair):

— larutan amonia dan amina organik- antara amonia dan molekul air;

— senyawa organik dengan ikatan O-H atau N-H: alkohol, asam karboksilat, amina, asam amino, fenol, anilin dan turunannya, protein, larutan karbohidrat - monosakarida dan disakarida.

Ikatan hidrogen mempengaruhi sifat fisik dan kimia zat. Dengan demikian, daya tarik tambahan antar molekul membuat zat sulit mendidih. Zat dengan ikatan hidrogen menunjukkan peningkatan abnormal pada titik didih.

Misalnya Sebagai aturan, dengan peningkatan berat molekul, peningkatan titik didih zat diamati. Namun, dalam sejumlah zat H 2 O-H 2 S-H 2 Se-H 2 Te kita tidak mengamati perubahan linier pada titik didih.

Yaitu, di titik didih air sangat tinggi - tidak kurang dari -61 o C, seperti yang ditunjukkan oleh garis lurus, tetapi lebih dari itu, +100 o C. Anomali ini dijelaskan oleh adanya ikatan hidrogen antara molekul air. Oleh karena itu, pada kondisi normal (0-20 o C), air cairan oleh keadaan fase.

Tidak ada teori terpadu tentang ikatan kimia; ikatan kimia secara kondisional dibagi menjadi kovalen (jenis ikatan universal), ionik (kasus khusus ikatan kovalen), logam dan hidrogen.

Ikatan kovalen

Pembentukan ikatan kovalen dimungkinkan melalui tiga mekanisme: pertukaran, donor-akseptor dan datif (Lewis).

Berdasarkan mekanisme pertukaran pembentukan ikatan kovalen terjadi karena sosialisasi pasangan elektron yang sama. Dalam hal ini, setiap atom cenderung memperoleh kulit gas inert, mis. mendapatkan tingkat energi luar yang lengkap. Pembentukan ikatan kimia tipe pertukaran digambarkan menggunakan rumus Lewis, di mana setiap elektron valensi atom diwakili oleh titik (Gbr. 1).

Beras. 1 Pembentukan ikatan kovalen dalam molekul HCl melalui mekanisme pertukaran

Dengan perkembangan teori struktur atom dan mekanika kuantum, pembentukan ikatan kovalen direpresentasikan sebagai tumpang tindih orbital elektronik (Gbr. 2).

Beras. 2. Pembentukan ikatan kovalen karena tumpang tindih awan elektron

Semakin besar tumpang tindih orbital atom, semakin kuat ikatan, semakin pendek panjang ikatan dan semakin besar energinya. Ikatan kovalen dapat dibentuk dengan tumpang tindih orbital yang berbeda. Sebagai hasil dari tumpang tindih orbital s-s, s-p, serta orbital d-d, p-p, d-p dengan lobus samping, pembentukan ikatan terjadi. Tegak lurus dengan garis yang menghubungkan inti dari 2 atom, ikatan terbentuk. Ikatan satu dan satu dapat membentuk ikatan kovalen rangkap (ganda), ciri zat organik golongan alkena, alkadiena, dll. Ikatan satu dan dua membentuk ikatan kovalen rangkap (tiga), ciri organik zat dari golongan alkuna (asetilen).

Pembentukan ikatan kovalen mekanisme donor-akseptor perhatikan contoh kation amonium:

NH 3 + H + = NH 4 +

7 N 1s 2 2s 2 2p 3

Atom nitrogen memiliki pasangan elektron bebas bebas (elektron tidak terlibat dalam pembentukan ikatan kimia di dalam molekul), dan kation hidrogen memiliki orbital bebas, sehingga masing-masing merupakan donor dan akseptor elektron.

Mari kita perhatikan mekanisme datif pembentukan ikatan kovalen menggunakan contoh molekul klorin.

17 Cl 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 5

Atom klorin memiliki pasangan elektron bebas dan orbital kosong, oleh karena itu, ia dapat menunjukkan sifat donor dan akseptor. Oleh karena itu, ketika molekul klorin terbentuk, satu atom klorin bertindak sebagai donor, dan yang lainnya sebagai akseptor.

Utama karakteristik ikatan kovalen adalah: saturasi (ikatan jenuh terbentuk ketika sebuah atom mengikat elektron sebanyak yang dimungkinkan oleh kemampuan valensinya; ikatan tak jenuh terbentuk ketika jumlah elektron yang terikat lebih kecil dari kemampuan valensi atom); directivity (nilai ini dikaitkan dengan geometri molekul dan konsep "sudut valensi" - sudut antara ikatan).

Ikatan ionik

Tidak ada senyawa dengan ikatan ion murni, meskipun ini dipahami sebagai keadaan atom yang terikat secara kimia di mana lingkungan elektronik atom yang stabil dibuat dengan transisi lengkap kerapatan elektron total ke atom unsur yang lebih elektronegatif. . Ikatan ion hanya mungkin terjadi antara atom unsur elektronegatif dan elektropositif yang berada dalam keadaan ion yang bermuatan berlawanan - kation dan anion.

DEFINISI

Ion disebut partikel bermuatan listrik yang terbentuk dengan melepaskan atau menempelkan elektron ke atom.

Saat mentransfer elektron, atom logam dan non-logam cenderung membentuk konfigurasi kulit elektron yang stabil di sekitar nukleusnya. Sebuah atom non-logam menciptakan cangkang gas inert berikutnya di sekitar intinya, dan atom logam menciptakan cangkang gas inert sebelumnya (Gbr. 3).

Beras. 3. Pembentukan ikatan ion menggunakan contoh molekul natrium klorida

Molekul di mana ikatan ionik ada dalam bentuk murni ditemukan dalam keadaan uap suatu zat. Ikatan ion sangat kuat, sehubungan dengan hal ini, zat dengan ikatan ini memiliki titik leleh yang tinggi. Tidak seperti ikatan kovalen, ikatan ionik tidak dicirikan oleh directivity dan saturasi, karena medan listrik yang diciptakan oleh ion bekerja sama pada semua ion karena simetri bola.

ikatan logam

Ikatan logam hanya terjadi pada logam - ini adalah interaksi yang menahan atom logam dalam kisi tunggal. Hanya elektron valensi atom logam, yang termasuk dalam seluruh volumenya, yang berpartisipasi dalam pembentukan ikatan. Dalam logam, elektron terus-menerus terlepas dari atom, yang bergerak di seluruh massa logam. Atom logam, tanpa elektron, berubah menjadi ion bermuatan positif, yang cenderung membawa elektron yang bergerak ke arah mereka. Proses terus menerus ini membentuk apa yang disebut "gas elektron" di dalam logam, yang mengikat semua atom logam bersama-sama dengan kuat (Gbr. 4).

Ikatan logamnya kuat, oleh karena itu, logam dicirikan oleh titik leleh yang tinggi, dan adanya "gas elektron" memberikan kelenturan dan keuletan logam.

ikatan hidrogen

Ikatan hidrogen adalah interaksi antarmolekul yang spesifik, karena kemunculan dan kekuatannya tergantung pada sifat kimia zat tersebut. Ini terbentuk antara molekul di mana atom hidrogen terikat pada atom dengan elektronegativitas tinggi (O, N, S). Terjadinya ikatan hidrogen tergantung pada dua alasan, pertama, atom hidrogen yang terkait dengan atom elektronegatif tidak memiliki elektron dan dapat dengan mudah dimasukkan ke dalam awan elektron atom lain, dan kedua, memiliki valensi s-orbital, hidrogen atom dapat menerima pasangan elektron bebas dari atom elektronegatif dan membentuk ikatan dengannya melalui mekanisme donor-akseptor.

Konsep ikatan kimia tidak kalah pentingnya dalam berbagai bidang kimia sebagai ilmu. Ini disebabkan oleh fakta bahwa dengan bantuannya atom-atom individu dapat bergabung menjadi molekul, membentuk semua jenis zat, yang, pada gilirannya, menjadi subjek penelitian kimia.

Keanekaragaman atom dan molekul dikaitkan dengan munculnya berbagai jenis ikatan di antara mereka. Kelas yang berbeda dari molekul dicirikan oleh fitur mereka sendiri dari distribusi elektron, dan karenanya jenis ikatan mereka sendiri.

Konsep dasar

ikatan kimia disebut kumpulan interaksi yang mengarah pada pengikatan atom untuk membentuk partikel stabil dari struktur yang lebih kompleks (molekul, ion, radikal), serta agregat (kristal, gelas, dll.). Sifat interaksi ini adalah listrik di alam, dan mereka muncul selama distribusi elektron valensi dalam mendekati atom.

Valensi diterima sebutkan kemampuan suatu atom untuk membentuk sejumlah ikatan tertentu dengan atom lain. Dalam senyawa ionik, jumlah elektron yang diberikan atau dilampirkan diambil sebagai nilai valensi. Dalam senyawa kovalen, itu sama dengan jumlah pasangan elektron umum.

Di bawah tingkat oksidasi dipahami sebagai kondisional muatan yang mungkin ada pada atom jika semua ikatan kovalen polar adalah ionik.

Multiplisitas koneksi disebut jumlah pasangan elektron bersama antara atom-atom yang dipertimbangkan.

Ikatan yang dibahas dalam berbagai cabang kimia dapat dibagi menjadi dua jenis ikatan kimia: ikatan yang mengarah pada pembentukan zat baru (intramolekuler) , dan yang timbul antar molekul (antarmolekul).

Karakteristik komunikasi dasar

Dengan energi ikatan adalah energi yang diperlukan untuk memutuskan semua ikatan dalam molekul. Ini juga merupakan energi yang dilepaskan selama pembentukan ikatan.

Panjang komunikasi disebut jarak antara inti atom yang berdekatan dalam suatu molekul, di mana gaya tarik-menarik dan tolak-menolak seimbang.

Kedua karakteristik ikatan kimia atom ini adalah ukuran kekuatannya: semakin pendek panjangnya dan semakin besar energinya, semakin kuat ikatannya.

Sudut valensi Merupakan kebiasaan untuk menyebut sudut antara garis yang diwakili yang melewati arah ikatan melalui inti atom.

Metode Deskripsi Hubungan

Dua pendekatan paling umum untuk menjelaskan ikatan kimia, dipinjam dari mekanika kuantum:

Metode orbital molekul. Dia menganggap molekul sebagai satu set elektron dan inti atom, dengan masing-masing elektron bergerak di bidang aksi semua elektron dan inti lainnya. Molekul memiliki struktur orbital, dan semua elektronnya didistribusikan di sepanjang orbit ini. Juga, metode ini disebut MO LCAO, yang merupakan singkatan dari "orbital molekul - kombinasi linier"

Metode ikatan valensi. Merupakan molekul sebagai sistem dua orbital molekul pusat. Selain itu, masing-masing sesuai dengan satu ikatan antara dua atom yang berdekatan dalam molekul. Cara tersebut didasarkan pada ketentuan sebagai berikut:

1. Pembentukan ikatan kimia dilakukan oleh sepasang elektron dengan spin berlawanan, yang terletak di antara dua atom yang dipertimbangkan. Pasangan elektron yang terbentuk dimiliki oleh dua atom secara setara.
2. Jumlah ikatan yang dibentuk oleh satu atau lain atom sama dengan jumlah elektron tidak berpasangan pada keadaan dasar dan keadaan tereksitasi.
3. Jika pasangan elektron tidak mengambil bagian dalam pembentukan ikatan, maka mereka disebut pasangan mandiri.

Keelektronegatifan

Jenis ikatan kimia dalam suatu zat dapat ditentukan berdasarkan perbedaan nilai keelektronegatifan atom-atom penyusunnya. Di bawah keelektronegatifan memahami kemampuan atom untuk menarik pasangan elektron yang sama (awan elektron), yang mengarah pada polarisasi ikatan.

Ada berbagai cara untuk menentukan nilai keelektronegatifan unsur kimia. Namun, yang paling banyak digunakan adalah skala berdasarkan data termodinamika, yang diusulkan kembali pada tahun 1932 oleh L. Pauling.

Semakin besar perbedaan keelektronegatifan atom, semakin nyata ionitasnya. Sebaliknya, nilai elektronegativitas yang sama atau dekat menunjukkan sifat kovalen ikatan. Dengan kata lain, dimungkinkan untuk menentukan ikatan kimia mana yang diamati dalam molekul tertentu secara matematis. Untuk melakukan ini, Anda perlu menghitung X - perbedaan elektronegativitas atom sesuai dengan rumus: X=|X 1 -X 2 |.

• Jika sebuah X>1.7, maka ikatan tersebut bersifat ionik.
• Jika sebuah 0,5≤ΔХ≤1,7, ikatan kovalen bersifat polar.
• Jika sebuah X=0 atau mendekatinya, maka ikatan tersebut bersifat kovalen non-polar.

Ikatan ionik

Ikatan ionik adalah ikatan yang muncul antara ion atau karena penarikan lengkap pasangan elektron yang sama oleh salah satu atom. Pada zat, jenis ikatan kimia ini dilakukan oleh gaya tarik-menarik elektrostatik.

Ion adalah partikel bermuatan yang terbentuk dari atom sebagai akibat dari penambahan atau pelepasan elektron. Ketika sebuah atom menerima elektron, ia memperoleh muatan negatif dan menjadi anion. Jika sebuah atom menyumbangkan elektron valensi, itu menjadi partikel bermuatan positif yang disebut kation.

Ini adalah karakteristik senyawa yang dibentuk oleh interaksi atom-atom logam khas dengan atom-atom non-logam khas. Inti dari proses ini adalah aspirasi atom untuk memperoleh konfigurasi elektronik yang stabil. Dan untuk ini, logam biasa dan non-logam perlu memberi atau menerima hanya 1-2 elektron, yang mereka lakukan dengan mudah.

Mekanisme pembentukan ikatan kimia ionik dalam suatu molekul secara tradisional dianggap menggunakan contoh interaksi natrium dan klorin. Atom logam alkali dengan mudah menyumbangkan elektron yang ditarik oleh atom halogen. Akibatnya, kation Na + dan anion Cl - terbentuk, yang disatukan oleh gaya tarik elektrostatik.

Tidak ada ikatan ion yang ideal. Bahkan dalam senyawa seperti itu, yang sering disebut sebagai ionik, transfer akhir elektron dari atom ke atom tidak terjadi. Pasangan elektron yang terbentuk masih tetap umum digunakan. Oleh karena itu, mereka berbicara tentang tingkat ionisitas ikatan kovalen.

Ikatan ionik dicirikan oleh dua sifat utama yang berhubungan satu sama lain:

• non-directionality, yaitu, medan listrik di sekitar ion berbentuk bola;
• ketidakjenuhan, yaitu, jumlah ion bermuatan berlawanan yang dapat ditempatkan di sekitar ion apa pun, ditentukan oleh ukurannya.

ikatan kimia kovalen

Ikatan yang terbentuk ketika awan elektron atom non-logam tumpang tindih, yaitu, dilakukan oleh pasangan elektron yang sama, disebut ikatan kovalen. Jumlah pasangan elektron bersama menentukan multiplisitas ikatan. Jadi, atom hidrogen dihubungkan oleh satu ikatan H··H, dan atom oksigen membentuk ikatan rangkap O::O.

Ada dua mekanisme pembentukannya:

• Pertukaran - setiap atom mewakili satu elektron untuk pembentukan pasangan yang sama: A + B \u003d A: B, sedangkan orbital atom eksternal, di mana satu elektron berada, berpartisipasi dalam implementasi koneksi.
• Donor-akseptor - untuk membentuk ikatan, salah satu atom (donor) menyediakan sepasang elektron, dan yang kedua (akseptor) menyediakan orbital bebas untuk penempatannya: A +: B \u003d A: B.

Cara awan elektron tumpang tindih selama pembentukan ikatan kimia kovalen juga berbeda.

1. Langsung. Wilayah tumpang tindih awan terletak pada garis imajiner lurus yang menghubungkan inti atom yang dipertimbangkan. Dalam hal ini, ikatan terbentuk. Jenis ikatan kimia yang terjadi dalam hal ini tergantung pada jenis awan elektron yang mengalami tumpang tindih: ikatan s-s, s-p, p-p, s-d atau p-d . Dalam sebuah partikel (molekul atau ion), hanya satu ikatan yang dapat terjadi antara dua atom yang bertetangga.
2. lateral. Itu dilakukan di kedua sisi garis yang menghubungkan inti atom. Beginilah cara ikatan terbentuk, dan variasinya juga dimungkinkan: p-p, p-d, d-d. Terlepas dari ikatan , ikatan tidak pernah terbentuk; bisa dalam molekul yang mengandung banyak ikatan (ganda dan rangkap tiga).

Sifat-sifat ikatan kovalen

Merekalah yang menentukan sifat-sifat kimia dan fisika suatu senyawa. Sifat utama dari setiap ikatan kimia dalam zat adalah arah, polaritas dan polarisasinya, serta saturasinya.

Orientasi koneksi disebabkan oleh fitur struktur molekul zat dan bentuk geometris molekulnya. Esensinya terletak pada kenyataan bahwa tumpang tindih terbaik awan elektron dimungkinkan dengan orientasi tertentu di ruang angkasa. Pilihan untuk pembentukan ikatan dan telah dipertimbangkan di atas.

Di bawah kekenyangan memahami kemampuan atom untuk membentuk sejumlah ikatan kimia dalam suatu molekul. Jumlah ikatan kovalen untuk setiap atom dibatasi oleh jumlah orbital terluar.

Polaritas ikatan tergantung pada perbedaan nilai elektronegativitas atom. Ini menentukan keseragaman distribusi elektron antara inti atom. Ikatan kovalen atas dasar ini dapat bersifat polar atau non-polar.

• Jika pasangan elektron yang sama dimiliki oleh masing-masing atom dan terletak pada jarak yang sama dari intinya, maka ikatan kovalen adalah non-polar.
• Jika pasangan elektron yang sama dipindahkan ke inti salah satu atom, maka ikatan kimia kovalen polar terbentuk.

Polarisabilitas dinyatakan oleh perpindahan elektron ikatan di bawah aksi medan listrik eksternal, yang mungkin milik partikel lain, ikatan tetangga dalam molekul yang sama, atau berasal dari sumber eksternal medan elektromagnetik. Dengan demikian, ikatan kovalen di bawah pengaruhnya dapat mengubah polaritasnya.

Hibridisasi orbital dipahami sebagai perubahan bentuknya selama penerapan ikatan kimia. Ini diperlukan untuk mencapai tumpang tindih yang paling efektif. Ada beberapa jenis hibridisasi berikut:

• sp3. Satu s- dan tiga orbital p membentuk empat orbital "hibrida" dengan bentuk yang sama. Dari luar, itu menyerupai tetrahedron dengan sudut antara sumbu 109 °.
• sp2. Satu s- dan dua p-orbital membentuk segitiga datar dengan sudut antara sumbu 120°.
• sp. Satu s- dan satu p-orbital membentuk dua orbital "hibrida" dengan sudut antara sumbunya 180°.

Ciri struktur atom logam adalah jari-jari yang agak besar dan keberadaan sejumlah kecil elektron di orbital terluar. Akibatnya, pada unsur kimia tersebut, ikatan antara inti dan elektron valensi relatif lemah dan mudah putus.

logam ikatan adalah interaksi antara atom-ion logam, yang dilakukan dengan bantuan elektron yang terdelokalisasi.

Dalam partikel logam, elektron valensi dapat dengan mudah meninggalkan orbital terluar, serta menempati tempat kosong di atasnya. Jadi, pada waktu yang berbeda, partikel yang sama dapat berupa atom dan ion. Elektron yang terlepas dari mereka bergerak bebas di seluruh volume kisi kristal dan melakukan ikatan kimia.

Jenis ikatan ini memiliki kemiripan dengan ikatan ionik dan kovalen. Seperti halnya untuk ion, ion diperlukan untuk keberadaan ikatan logam. Tetapi jika untuk pelaksanaan interaksi elektrostatik pada kasus pertama diperlukan kation dan anion, maka pada kasus kedua, peran partikel bermuatan negatif dimainkan oleh elektron. Jika kita membandingkan ikatan logam dengan ikatan kovalen, maka pembentukan keduanya membutuhkan elektron yang sama. Namun, tidak seperti ikatan kimia polar, mereka tidak terlokalisasi di antara dua atom, tetapi milik semua partikel logam dalam kisi kristal.

Ikatan logam bertanggung jawab atas sifat khusus hampir semua logam:

• plastisitas, hadir karena kemungkinan perpindahan lapisan atom dalam kisi kristal yang dipegang oleh gas elektron;
• kilau logam, yang diamati karena pantulan sinar cahaya dari elektron (dalam keadaan bubuk tidak ada kisi kristal dan, oleh karena itu, elektron bergerak di sepanjang itu);
• konduktivitas listrik, yang dilakukan oleh aliran partikel bermuatan, dan dalam hal ini, elektron kecil bergerak bebas di antara ion logam besar;
• konduktivitas termal diamati karena kemampuan elektron untuk mentransfer panas.

Jenis ikatan kimia ini kadang-kadang disebut sebagai perantara antara interaksi kovalen dan antarmolekul. Jika atom hidrogen memiliki ikatan dengan salah satu unsur yang sangat elektronegatif (seperti fosfor, oksigen, klorin, nitrogen), maka ia dapat membentuk ikatan tambahan, yang disebut hidrogen.

Ini jauh lebih lemah daripada semua jenis ikatan yang dipertimbangkan di atas (energinya tidak lebih dari 40 kJ/mol), tetapi tidak dapat diabaikan. Itulah sebabnya ikatan kimia hidrogen pada diagram terlihat seperti garis putus-putus.

Terjadinya ikatan hidrogen dimungkinkan karena interaksi elektrostatik donor-akseptor secara bersamaan. Perbedaan besar dalam nilai keelektronegatifan menyebabkan munculnya kerapatan elektron berlebih pada atom O, N, F dan lainnya, serta kekurangannya pada atom hidrogen. Jika tidak ada ikatan kimia antara atom-atom tersebut, gaya tarik menarik diaktifkan jika mereka cukup dekat. Dalam hal ini, proton adalah akseptor pasangan elektron, dan atom kedua adalah donor.

Ikatan hidrogen dapat terjadi baik antara molekul tetangga, misalnya, air, asam karboksilat, alkohol, amonia, dan di dalam molekul, misalnya, asam salisilat.

Kehadiran ikatan hidrogen antara molekul air menjelaskan sejumlah sifat fisiknya yang unik:

• Nilai kapasitas panasnya, konstanta dielektrik, titik didih dan titik lelehnya, sesuai dengan perhitungan, harus jauh lebih rendah daripada yang sebenarnya, yang dijelaskan oleh ikatan molekul dan kebutuhan untuk mengeluarkan energi untuk memecah hidrogen antarmolekul. obligasi.
• Tidak seperti zat lain, saat suhu menurun, volume air meningkat. Hal ini disebabkan oleh fakta bahwa molekul menempati posisi tertentu dalam struktur kristal es dan bergerak menjauh satu sama lain dengan panjang ikatan hidrogen.

Ikatan ini memainkan peran khusus untuk organisme hidup, karena keberadaannya dalam molekul protein menentukan struktur khusus mereka, dan karenanya sifat mereka. Selain itu, asam nukleat, yang membentuk heliks ganda DNA, juga dihubungkan secara tepat oleh ikatan hidrogen.

Ikatan dalam kristal

Sebagian besar padatan memiliki kisi kristal - susunan timbal balik khusus dari partikel yang membentuknya. Dalam hal ini, periodisitas tiga dimensi diamati, dan atom, molekul, atau ion terletak di simpul, yang dihubungkan oleh garis imajiner. Tergantung pada sifat partikel-partikel ini dan ikatan di antara mereka, semua struktur kristal dibagi menjadi atom, molekul, ionik dan logam.

Pada simpul kisi kristal ionik terdapat kation dan anion. Selain itu, masing-masing dari mereka dikelilingi oleh sejumlah ion yang ditentukan secara ketat dengan hanya muatan yang berlawanan. Contoh khas adalah natrium klorida (NaCl). Mereka cenderung memiliki titik leleh dan kekerasan yang tinggi, karena mereka membutuhkan banyak energi untuk terurai.

Di simpul kisi kristal molekuler, ada molekul zat yang dibentuk oleh ikatan kovalen (misalnya, I 2). Mereka terhubung satu sama lain oleh interaksi van der Waals yang lemah, dan oleh karena itu, struktur seperti itu mudah dihancurkan. Senyawa tersebut memiliki titik didih dan titik leleh yang rendah.

Kisi kristal atom dibentuk oleh atom-atom unsur kimia dengan nilai valensi tinggi. Mereka dihubungkan oleh ikatan kovalen yang kuat, yang berarti bahwa zat-zat tersebut memiliki titik didih dan titik leleh yang tinggi serta kekerasan yang tinggi. Contohnya adalah berlian.

Dengan demikian, semua jenis ikatan yang ada dalam zat kimia memiliki karakteristiknya sendiri, yang menjelaskan seluk-beluk interaksi partikel dalam molekul dan zat. Sifat-sifat senyawa tergantung pada mereka. Mereka menentukan semua proses yang terjadi di lingkungan.

Setiap interaksi antara atom hanya mungkin dengan adanya ikatan kimia. Koneksi semacam itu adalah alasan untuk pembentukan sistem poliatomik yang stabil - ion molekuler, molekul, kisi kristal. Ikatan kimia yang kuat membutuhkan banyak energi untuk memutuskannya, itulah mengapa ini adalah nilai dasar untuk mengukur kekuatan ikatan.

Syarat terbentuknya ikatan kimia

Pembentukan ikatan kimia selalu disertai dengan pelepasan energi. Proses ini terjadi karena penurunan energi potensial dari sistem partikel yang berinteraksi - molekul, ion, atom. Energi potensial dari sistem yang dihasilkan dari elemen-elemen yang berinteraksi selalu lebih kecil daripada energi partikel keluar yang tidak terikat. Jadi, dasar terjadinya ikatan kimia dalam sistem adalah penurunan energi potensial unsur-unsurnya.

Sifat interaksi kimia

Ikatan kimia adalah konsekuensi dari interaksi medan elektromagnetik yang muncul di sekitar elektron dan inti atom dari zat-zat yang mengambil bagian dalam pembentukan molekul atau kristal baru. Setelah penemuan teori struktur atom, sifat interaksi ini menjadi lebih mudah untuk dipelajari.

Untuk pertama kalinya, gagasan tentang sifat listrik dari ikatan kimia muncul dari fisikawan Inggris G. Davy, yang menyarankan bahwa molekul terbentuk karena gaya tarik listrik dari partikel bermuatan berlawanan. Ide ini menarik perhatian ahli kimia dan naturalis Swedia I.Ya. Berzellius, yang mengembangkan teori elektrokimia tentang pembentukan ikatan kimia.

Teori pertama, yang menjelaskan proses interaksi kimia zat, tidak sempurna, dan seiring waktu harus ditinggalkan.

Teori Butlerov

Upaya yang lebih berhasil untuk menjelaskan sifat ikatan kimia zat dilakukan oleh ilmuwan Rusia A.M. Butlerov. Ilmuwan ini mendasarkan teorinya pada asumsi-asumsi berikut:

• Atom dalam keadaan terhubung terhubung satu sama lain dalam urutan tertentu. Perubahan urutan ini menyebabkan terbentuknya zat baru.
• Atom mengikat satu sama lain sesuai dengan hukum valensi.
• Sifat-sifat suatu zat tergantung pada urutan ikatan atom-atom dalam molekul suatu zat. Susunan yang berbeda menyebabkan perubahan sifat kimia zat.
• Atom-atom yang terikat bersama memiliki pengaruh paling kuat satu sama lain.

Teori Butlerov menjelaskan sifat-sifat zat kimia tidak hanya dengan komposisinya, tetapi juga oleh susunan atom. Perintah internal A.M. Butlerov disebut "struktur kimia".

Teori ilmuwan Rusia memungkinkan untuk mengatur hal-hal dalam klasifikasi zat dan memungkinkan untuk menentukan struktur molekul berdasarkan sifat kimianya. Teori tersebut juga memberikan jawaban atas pertanyaan: mengapa molekul yang mengandung jumlah atom yang sama memiliki sifat kimia yang berbeda.

Prasyarat untuk penciptaan teori ikatan kimia

Dalam teorinya tentang struktur kimia, Butlerov tidak menyinggung pertanyaan tentang apa itu ikatan kimia. Untuk ini, maka ada terlalu sedikit data tentang struktur internal materi. Hanya setelah penemuan model planet atom, ilmuwan Amerika Lewis mulai mengembangkan hipotesis bahwa ikatan kimia muncul melalui pembentukan pasangan elektron, yang secara bersamaan dimiliki oleh dua atom. Selanjutnya, gagasan ini menjadi landasan bagi pengembangan teori ikatan kovalen.

ikatan kimia kovalen

Senyawa kimia yang stabil dapat terbentuk ketika awan elektron dari dua atom tetangga tumpang tindih. Hasil dari persilangan timbal balik tersebut adalah peningkatan kerapatan elektron di ruang internuklear. Inti atom, seperti yang Anda tahu, bermuatan positif, dan karena itu mereka mencoba untuk tertarik sedekat mungkin ke awan elektron bermuatan negatif. Daya tarik ini jauh lebih kuat daripada gaya tolak menolak antara dua inti bermuatan positif, sehingga ikatan ini stabil.

Perhitungan ikatan kimia pertama dilakukan oleh ahli kimia Heitler dan London. Mereka menganggap ikatan antara dua atom hidrogen. Representasi visual yang paling sederhana mungkin terlihat seperti ini:

Seperti dapat dilihat, pasangan elektron menempati tempat kuantum di kedua atom hidrogen. Susunan dua pusat elektron ini disebut "ikatan kimia kovalen". Ikatan kovalen khas untuk molekul zat sederhana dan senyawa nonlogamnya. Zat yang dibuat sebagai hasil dari ikatan kovalen biasanya tidak menghantarkan listrik atau semikonduktor.

Ikatan ionik

Ikatan kimia tipe ionik terjadi ketika dua ion bermuatan berlawanan ditarik secara elektrik. Ion bisa sederhana, terdiri dari satu atom suatu zat. Dalam senyawa jenis ini, ion sederhana paling sering adalah atom logam bermuatan positif dari kelompok 1,2 yang kehilangan elektronnya. Pembentukan ion negatif melekat pada atom-atom non-logam dan basa asamnya yang khas. Oleh karena itu, di antara senyawa ionik yang khas, terdapat banyak halida logam alkali, seperti CsF, NaCl, dan lain-lain.

Tidak seperti ikatan kovalen, ion tidak memiliki saturasi: sejumlah ion bermuatan berlawanan dapat bergabung dengan ion atau kelompok ion. Jumlah partikel yang terikat hanya dibatasi oleh dimensi linier dari ion yang berinteraksi, serta kondisi di mana gaya tarik ion yang bermuatan berlawanan harus lebih besar daripada gaya tolak dari partikel bermuatan identik yang berpartisipasi dalam koneksi tipe ionik.

ikatan hidrogen

Bahkan sebelum penciptaan teori struktur kimia, secara eksperimental diamati bahwa senyawa hidrogen dengan berbagai non-logam memiliki sifat yang agak tidak biasa. Misalnya, titik didih hidrogen fluorida dan air jauh lebih tinggi dari yang diperkirakan.

Ini dan fitur lain dari senyawa hidrogen dapat dijelaskan oleh kemampuan atom H + untuk membentuk ikatan kimia lain. Jenis koneksi ini disebut "ikatan hidrogen". Penyebab ikatan hidrogen terletak pada sifat-sifat gaya elektrostatik. Misalnya, dalam molekul hidrogen fluorida, awan elektron umum begitu bergeser ke arah fluor sehingga ruang di sekitar atom zat ini jenuh dengan medan listrik negatif. Di sekitar atom hidrogen, yang kehilangan satu-satunya elektronnya, medannya jauh lebih lemah dan memiliki muatan positif. Akibatnya, ada hubungan tambahan antara medan positif awan elektron H + dan F - negatif.

Ikatan kimia logam

Atom-atom dari semua logam terletak di ruang angkasa dengan cara tertentu. Susunan atom logam disebut kisi kristal. Dalam hal ini, elektron dari atom yang berbeda berinteraksi secara lemah satu sama lain, membentuk awan elektron yang sama. Jenis interaksi antara atom dan elektron ini disebut "ikatan logam".

Pergerakan bebas elektron dalam logamlah yang dapat menjelaskan sifat fisik zat logam: konduktivitas listrik, konduktivitas termal, kekuatan, peleburan, dan lain-lain.

3.3.1 Ikatan kovalen - Ini adalah ikatan dua elektron dua pusat yang terbentuk karena tumpang tindih awan elektron yang membawa elektron tidak berpasangan dengan putaran antiparalel. Sebagai aturan, itu terbentuk antara atom-atom dari satu unsur kimia.

Secara kuantitatif dicirikan oleh valensi. valensi elemen - ini adalah kemampuannya untuk membentuk sejumlah ikatan kimia karena elektron bebas yang terletak di zona valensi atom.

Ikatan kovalen hanya terbentuk oleh sepasang elektron yang terletak di antara atom. Disebut pasangan terbagi. Pasangan elektron yang tersisa disebut pasangan mandiri. Mereka mengisi cangkang dan tidak mengambil bagian dalam penjilidan. Komunikasi antar atom dapat dilakukan tidak hanya oleh satu, tetapi juga oleh dua atau bahkan tiga pasangan bersama. Koneksi seperti itu disebut dobel dan T swarm - banyak ikatan.

3.3.1.1 Ikatan kovalen non-polar. Ikatan yang terjadi karena pembentukan pasangan elektron yang sama pada kedua atom disebut kovalen non polar. Ini muncul antara atom dengan elektronegativitas yang hampir sama (0,4 > ΔEO > 0) dan, akibatnya, distribusi kerapatan elektron yang seragam antara inti atom dalam molekul homonuklear. Misalnya, H 2 , O 2 , N 2 , Cl 2 , dll. Momen dipol dari ikatan tersebut adalah nol. Ikatan CH dalam hidrokarbon jenuh (misalnya, dalam CH 4) dianggap praktis non-polar, karena: EO = 2,5 (C) - 2,1 (H) = 0,4.

3.3.1.2 Ikatan polar kovalen. Jika sebuah molekul dibentuk oleh dua atom yang berbeda, maka zona tumpang tindih awan elektron (orbital) bergeser ke arah salah satu atom, dan ikatan semacam itu disebut kutub . Dengan koneksi seperti itu, kemungkinan menemukan elektron di dekat inti salah satu atom lebih tinggi. Misalnya HCl, H 2 S, PH 3.

Ikatan kovalen polar (asimetris) - hubungan antara atom dengan keelektronegatifan yang berbeda (2 > EO > 0.4) dan distribusi asimetris dari pasangan elektron yang sama. Sebagai aturan, itu terbentuk antara dua non-logam.

Kerapatan elektron dari ikatan semacam itu digeser ke arah atom yang lebih elektronegatif, yang mengarah pada munculnya muatan negatif parsial (delta minus), dan pada atom yang kurang elektronegatif - muatan positif parsial ( delta ditambah)

C - Cl

Arah perpindahan elektron juga ditunjukkan oleh panah:

CCl, CO, CN, OH, CMg.

Semakin besar perbedaan keelektronegatifan atom-atom yang terikat, semakin tinggi polaritas ikatan dan semakin besar momen dipolnya. Gaya tarik tambahan bekerja antara muatan parsial yang berlawanan tanda. Oleh karena itu, semakin polar ikatannya, semakin kuat ikatannya.

Kecuali polarisasi Ikatan kovalen memiliki properti kekenyangan - kemampuan atom untuk membentuk ikatan kovalen sebanyak orbital atom yang tersedia secara energetik. Sifat ketiga dari ikatan kovalen adalah orientasi.

3.3.2 Ikatan ionik. Kekuatan pendorong di balik pembentukannya adalah aspirasi atom yang sama ke kulit oktet. Tetapi dalam beberapa kasus, kulit "oktet" seperti itu hanya dapat muncul ketika elektron dipindahkan dari satu atom ke atom lainnya. Oleh karena itu, sebagai suatu peraturan, ikatan ion terbentuk antara logam dan non-logam.

Perhatikan sebagai contoh reaksi antara atom natrium (3s 1) dan fluor (2s 2 3s 5). Perbedaan keelektronegatifan senyawa NaF

EO = 4,0 - 0,93 = 3,07

Natrium, setelah menyumbangkan elektron 3s 1 ke fluor, menjadi ion Na + dan tetap dengan kulit 2s 2 2p 6 yang terisi, yang sesuai dengan konfigurasi elektronik atom neon. Konfigurasi elektronik yang persis sama diperoleh oleh fluor, setelah menerima satu elektron yang disumbangkan oleh natrium. Akibatnya, gaya tarik elektrostatik muncul antara ion yang bermuatan berlawanan.

Ikatan ionik - kasus ekstrim dari ikatan kovalen polar, berdasarkan daya tarik elektrostatik ion. Ikatan semacam itu terjadi ketika ada perbedaan besar dalam keelektronegatifan atom-atom yang terikat (EO > 2), ketika atom yang kurang elektronegatif hampir sepenuhnya melepaskan elektron valensinya dan berubah menjadi kation, dan atom lain yang lebih elektronegatif, menempel elektron ini dan menjadi anion. Interaksi ion dari tanda yang berlawanan tidak bergantung pada arah, dan gaya Coulomb tidak memiliki sifat saturasi. Karena ini ikatan ion tidak memiliki ruang fokus dan kekenyangan , karena setiap ion berasosiasi dengan sejumlah ion lawan (bilangan koordinasi ion). Oleh karena itu, senyawa yang terikat secara ionik tidak memiliki struktur molekul dan merupakan zat padat yang membentuk kisi kristal ionik, dengan titik leleh dan titik didih yang tinggi, senyawa tersebut sangat polar, seringkali seperti garam, dan konduktif secara elektrik dalam larutan berair. Misalnya MgS, NaCl, A 2 O 3. Senyawa dengan ikatan ion murni praktis tidak ada, karena selalu ada sejumlah kovalen karena fakta bahwa transisi lengkap dari satu elektron ke atom lain tidak diamati; dalam sebagian besar zat "ionik", proporsi ionisitas ikatan tidak melebihi 90%. Misalnya, di NaF, polarisasi ikatan sekitar 80%.

Dalam senyawa organik, ikatan ion cukup jarang terjadi, karena. atom karbon cenderung tidak kehilangan atau memperoleh elektron untuk membentuk ion.

Valensi unsur-unsur dalam senyawa dengan ikatan ionik sangat sering dicirikan keadaan oksidasi , yang, pada gilirannya, sesuai dengan muatan ion unsur dalam senyawa yang diberikan.

Keadaan oksidasi adalah muatan bersyarat yang diperoleh atom sebagai akibat dari redistribusi kerapatan elektron. Secara kuantitatif dicirikan oleh jumlah elektron yang dipindahkan dari unsur yang kurang elektronegatif ke unsur yang lebih elektronegatif. Ion bermuatan positif terbentuk dari unsur yang melepaskan elektronnya, dan ion negatif terbentuk dari unsur yang menerima elektron tersebut.

elemen di keadaan oksidasi tertinggi (maksimal positif), telah melepaskan semua elektron valensinya di ABD. Dan karena jumlahnya ditentukan oleh jumlah golongan tempat unsur tersebut berada, maka keadaan oksidasi tertinggi untuk sebagian besar elemen dan akan sama dengan nomor grup . Tentang keadaan oksidasi terendah (negatif maksimum), maka itu muncul selama pembentukan kulit delapan elektron, yaitu, dalam kasus ketika AVZ terisi penuh. Untuk non-logam itu dihitung menurut rumus nomor grup - 8 . Untuk logam adalah sama dengan nol karena tidak dapat menerima elektron.

Misalnya, AVZ belerang memiliki bentuk: 3s 2 3p 4 . Jika sebuah atom melepaskan semua elektron (enam), maka ia akan memperoleh bilangan oksidasi tertinggi +6 sama dengan nomor kelompok VI , jika dibutuhkan dua yang diperlukan untuk melengkapi kulit yang stabil, ia akan memperoleh keadaan oksidasi terendah –2 sama dengan Nomor grup - 8 \u003d 6 - 8 \u003d -2.

3.3.3 Ikatan logam. Sebagian besar logam memiliki sejumlah sifat yang bersifat umum dan berbeda dengan sifat zat lain. Sifat tersebut adalah titik leleh yang relatif tinggi, kemampuan untuk memantulkan cahaya, dan konduktivitas termal dan listrik yang tinggi. Fitur-fitur ini dijelaskan oleh keberadaan jenis interaksi khusus dalam logam – sambungan logam.

Sesuai dengan posisinya dalam sistem periodik, atom logam memiliki sejumlah kecil elektron valensi, yang terikat lemah pada intinya dan dapat dengan mudah terlepas darinya. Akibatnya, ion bermuatan positif muncul di kisi kristal logam, terlokalisasi di posisi kisi kristal tertentu, dan sejumlah besar elektron terdelokalisasi (bebas) yang bergerak relatif bebas di bidang pusat positif dan melakukan koneksi. antara semua atom logam karena gaya tarik elektrostatik.

Ini adalah perbedaan penting antara ikatan logam dan ikatan kovalen, yang memiliki orientasi ketat dalam ruang. Gaya ikatan dalam logam tidak terlokalisasi dan tidak terarah, dan elektron bebas yang membentuk "gas elektron" menyebabkan konduktivitas termal dan listrik yang tinggi. Oleh karena itu, dalam hal ini tidak mungkin untuk membicarakan arah ikatan, karena elektron valensi didistribusikan hampir secara merata di atas kristal. Inilah tepatnya yang menjelaskan, misalnya, plastisitas logam, yaitu kemungkinan perpindahan ion dan atom ke segala arah

3.3.4 Ikatan donor-akseptor. Selain mekanisme pembentukan ikatan kovalen, yang menurutnya pasangan elektron yang sama muncul dari interaksi dua elektron, ada juga mekanisme khusus mekanisme donor-akseptor . Itu terletak pada kenyataan bahwa ikatan kovalen terbentuk sebagai hasil transisi dari pasangan elektron (sendiri) yang sudah ada penyumbang (pemasok elektron) untuk penggunaan umum donor dan akseptor (pemasok orbital atom bebas).

Setelah pembentukan, tidak ada bedanya dengan kovalen. Mekanisme donor-akseptor diilustrasikan dengan baik oleh pembentukan ion amonium (Gambar 9) (tanda bintang menunjukkan elektron tingkat terluar atom nitrogen):

Gambar 9 - Skema pembentukan ion amonium

Rumus elektronik AVZ atom nitrogen adalah 2s 2 2p 3, yaitu memiliki tiga elektron tidak berpasangan yang masuk ke dalam ikatan kovalen dengan tiga atom hidrogen (1s 1), yang masing-masing memiliki satu elektron valensi. Dalam hal ini, molekul amonia NH 3 terbentuk, di mana pasangan elektron nitrogen yang tidak digunakan dipertahankan. Jika proton hidrogen (1s 0) yang tidak memiliki elektron mendekati molekul ini, maka nitrogen akan mentransfer pasangan elektronnya (donor) ke orbital atom hidrogen (akseptor), sehingga terbentuk ion amonium. Di dalamnya, setiap atom hidrogen terhubung ke atom nitrogen oleh pasangan elektron yang sama, salah satunya diwujudkan dengan mekanisme donor-akseptor. Penting untuk dicatat bahwa ikatan H-N yang dibentuk oleh berbagai mekanisme tidak memiliki perbedaan sifat. Fenomena ini disebabkan oleh fakta bahwa pada saat pembentukan ikatan, orbital elektron 2s– dan 2p– atom nitrogen berubah bentuknya. Akibatnya, empat orbital yang benar-benar identik muncul.

Donor biasanya atom dengan sejumlah besar elektron, tetapi dengan sejumlah kecil elektron tidak berpasangan. Untuk unsur periode II, selain atom nitrogen, oksigen (dua pasangan elektron bebas) dan fluor (tiga pasangan elektron bebas) memiliki kemungkinan seperti itu. Misalnya, ion hidrogen H + dalam larutan berair tidak pernah dalam keadaan bebas, karena ion hidronium H 3 O + selalu terbentuk dari molekul air H 2 O dan ion H +. Ion hidronium terdapat dalam semua larutan berair , meskipun untuk penyederhanaan ejaan dipertahankan simbol H + .

3.3.5 Ikatan hidrogen. Sebuah atom hidrogen yang terikat pada elemen yang sangat elektronegatif (nitrogen, oksigen, fluor, dll.), yang "menarik" pasangan elektron yang sama ke dirinya sendiri, mengalami kekurangan elektron dan memperoleh muatan positif yang efektif. Oleh karena itu, ia dapat berinteraksi dengan pasangan elektron bebas dari atom elektronegatif lain (yang memperoleh muatan negatif efektif) dari molekul yang sama (ikatan intramolekul) atau molekul lain (ikatan antarmolekul). Akibatnya, ada ikatan hidrogen , yang secara grafis ditunjukkan oleh titik-titik:

Ikatan ini jauh lebih lemah daripada ikatan kimia lainnya (energi pembentukannya adalah 10 – 40 kJ/mol) dan sebagian besar bersifat elektrostatik, sebagian bersifat donor-akseptor.

Ikatan hidrogen memainkan peran yang sangat penting dalam makromolekul biologis, seperti senyawa anorganik seperti H 2 O, H 2 F 2, NH 3. Misalnya, ikatan O-H dalam H 2 O memiliki karakter polar yang mencolok dengan kelebihan muatan negatif – pada atom oksigen. Atom hidrogen, sebaliknya, memperoleh muatan positif kecil + dan dapat berinteraksi dengan pasangan elektron bebas atom oksigen dari molekul air tetangga.

Interaksi antara molekul air ternyata cukup kuat, sehingga bahkan dalam uap air terdapat dimer dan trimer dari komposisi (H 2 O) 2, (H 2 O) 3, dll. Dalam larutan, rantai panjang asosiasi jenis ini dapat terjadi:

karena atom oksigen memiliki dua pasang elektron bebas.

Kehadiran ikatan hidrogen menjelaskan titik didih tinggi air, alkohol, asam karboksilat. Karena ikatan hidrogen, air dicirikan oleh titik leleh dan titik didih yang tinggi dibandingkan dengan H 2 E (E = S, Se, Te). Jika tidak ada ikatan hidrogen, maka air akan meleleh pada -100 °C dan mendidih pada -80 °C. Kasus khas asosiasi diamati untuk alkohol dan asam organik.

Ikatan hidrogen dapat terjadi baik antara molekul yang berbeda dan dalam molekul jika molekul ini mengandung gugus dengan kemampuan donor dan akseptor. Misalnya, ikatan hidrogen intramolekul yang memainkan peran utama dalam pembentukan rantai peptida yang menentukan struktur protein. H-ikatan mempengaruhi sifat fisik dan kimia suatu zat.

Ikatan hidrogen tidak membentuk atom unsur lain , karena gaya tarik elektrostatik dari ujung yang berlawanan dari dipol ikatan polar (О-Н, N-H, dll.) agak lemah dan hanya bekerja pada jarak yang kecil. Hidrogen, yang memiliki jari-jari atom terkecil, memungkinkan dipol semacam itu untuk saling mendekati sedemikian rupa sehingga gaya tarik menarik menjadi terlihat. Tidak ada unsur lain dengan jari-jari atom yang besar yang mampu membentuk ikatan seperti itu.

3.3.6 Gaya interaksi antarmolekul (gaya van der Waals). Pada tahun 1873, ilmuwan Belanda I. van der Waals mengemukakan bahwa ada gaya-gaya yang menyebabkan gaya tarik antar molekul. Gaya-gaya ini kemudian disebut gaya van der Waals. – bentuk ikatan antarmolekul yang paling serbaguna. Energi ikatan van der Waals lebih kecil dari ikatan hidrogen dan 2–20 kJ/∙mol.

Tergantung pada cara gaya dihasilkan, mereka dibagi menjadi:

1) orientasi (dipol-dipol atau ion-dipol) - muncul antara molekul polar atau antara ion dan molekul polar. Ketika molekul polar mendekati satu sama lain, mereka berorientasi sedemikian rupa sehingga sisi positif dari satu dipol berorientasi ke sisi negatif dari dipol lainnya (Gambar 10).

Gambar 10 - Interaksi orientasi

2) induksi (dipol - dipol terinduksi atau ion - dipol terinduksi) - timbul antara molekul atau ion polar dan molekul non-polar, tetapi mampu melakukan polarisasi. Dipol dapat bekerja pada molekul non-polar, mengubahnya menjadi dipol terindikasi (diinduksi). (Gambar 11).

Gambar 11 - Interaksi induktif

3) dispersif (dipol terinduksi - dipol terinduksi) - timbul antara molekul non-polar yang mampu melakukan polarisasi. Dalam setiap molekul atau atom gas mulia, fluktuasi kerapatan listrik muncul, sebagai akibatnya muncul dipol sesaat, yang pada gilirannya menginduksi dipol sesaat dalam molekul tetangga. Pergerakan dipol sesaat menjadi terkoordinasi, penampilan dan peluruhannya terjadi secara serempak. Sebagai hasil dari interaksi dipol sesaat, energi sistem berkurang (Gambar 12).

Gambar 12 - Interaksi dispersi