legătură covalentă simplă. Tipuri de legături chimice

Fig.1. Razele orbitale ale elementelor (r a) și lungimea legăturii chimice cu un electron (d)

Cea mai simplă legătură chimică cu un electron este creată de un singur electron de valență. Se dovedește că un electron este capabil să rețină doi ioni încărcați pozitiv într-un singur întreg. Într-o legătură cu un electron, forțele de respingere Coulomb ale particulelor încărcate pozitiv sunt compensate de forțele Coulomb de atracție ale acestor particule către un electron încărcat negativ. Electronul de valență devine comun celor două nuclee ale moleculei.

Exemple de astfel de compuși chimici sunt ionii moleculari: H 2 + , Li 2 + , Na 2 + , K 2 + , Rb 2 + , Cs 2 + :

O legătură covalentă polară are loc în moleculele diatomice heteronucleare (Fig. 3). Perechea de electroni de legătură într-o legătură chimică polară este aproape de atomul cu un prim potențial de ionizare mai mare.

Distanța d dintre nucleele atomice, care caracterizează structura spațială a moleculelor polare, poate fi considerată aproximativ ca suma razelor covalente ale atomilor corespunzători.

Caracterizarea unor substanţe polare

Deplasarea perechii de electroni de legare la unul dintre nucleele moleculei polare duce la apariția unui dipol electric (electrodinamică) (Fig. 4).

Distanța dintre centrele de greutate a sarcinilor pozitive și negative se numește lungimea dipolului. Polaritatea moleculei, precum și polaritatea legăturii, se estimează prin valoarea momentului dipol μ, care este produsul lungimii dipolului l cu valoarea sarcinii electronice:

Legături covalente multiple

Legăturile covalente multiple sunt reprezentate de compuși organici nesaturați care conțin legături chimice duble și triple. Pentru a descrie natura compușilor nesaturați, L. Pauling introduce conceptele de legături sigma și π, hibridizarea orbitalilor atomici.

Hibridizarea lui Pauling pentru doi electroni S- și doi p-a permis să fie explicată direcționalitatea legăturilor chimice, în special configurația tetraedrică a metanului. Pentru a explica structura etilenei, este necesar să izolați un electron p din patru electroni echivalenti Sp 3 ai atomului de carbon pentru a forma o legătură suplimentară, numită legătură π. În acest caz, cei trei orbitali sp 2 -hibrizi rămași sunt localizați în plan la un unghi de 120° și formează legăturile principale, de exemplu, o moleculă de etilenă plată (Fig. 5).

În noua teorie a lui Pauling, toți electronii de legare au devenit egali și echidistanți de linia care leagă nucleele moleculei. Teoria lui Pauling a unei legături chimice îndoite a luat în considerare interpretarea statistică a funcției de undă de către M. Born, corelația electronilor Coulombian a electronilor. A apărut o semnificație fizică - natura legăturii chimice este complet determinată de interacțiunea electrică a nucleelor și a electronilor. Cu cât sunt mai mulți electroni de legătură, cu atât distanța internucleară este mai mică și legătura chimică dintre atomii de carbon este mai puternică.

Legătură chimică în trei centre

Dezvoltarea ulterioară a ideilor despre legătura chimică a fost dată de chimistul fizician american W. Lipscomb, care a dezvoltat teoria legăturilor cu doi electroni și trei centre și o teorie topologică care face posibilă prezicerea structurii mai multor hidruri de bor (borohidruri). ).

O pereche de electroni într-o legătură chimică cu trei centre devine comună pentru trei nuclee atomice. În cel mai simplu reprezentant al unei legături chimice cu trei centre - ionul molecular de hidrogen H 3 +, o pereche de electroni deține trei protoni într-un singur întreg (Fig. 6).

Fig. 7. Diboran

Existența boranelor cu legăturile lor cu doi electroni și trei centre cu atomi de hidrogen „punte” a încălcat doctrina canonică a valenței. Atomul de hidrogen, considerat anterior un element univalent standard, s-a dovedit a fi legat prin legături identice cu doi atomi de bor și a devenit formal un element divalent. Lucrările lui W. Lipscomb privind descifrarea structurii boranelor au extins înțelegerea legăturii chimice. Comitetul Nobel a acordat Premiul William Nunn Lipscomb pentru Chimie în 1976 cu formularea „Pentru investigațiile sale asupra structurii boranilor (borohidrite) care elucidează problemele legăturilor chimice”.

Legatura chimica multicentrica

Fig. 8. Molecula de ferocen

Fig. 9. Dibenzencrom

Fig. 10. Uranocen

Toate cele zece legături (C-Fe) din molecula de ferocen sunt echivalente, distanța internucleară Fe-c este de 2,04 Å. Toți atomii de carbon din molecula de ferocen sunt echivalenți din punct de vedere structural și chimic, lungimea fiecărei legături C-C este de 1,40 - 1,41 Å (pentru comparație, în benzen lungimea legăturii C-C este de 1,39 Å). În jurul atomului de fier apare un înveliș de 36 de electroni.

Dinamica legăturilor chimice

Legătura chimică este destul de dinamică. Astfel, o legătură metalică este transformată într-o legătură covalentă în timpul unei tranziții de fază în timpul evaporării metalului. Trecerea unui metal de la starea solidă la starea de vapori necesită cheltuirea unor cantități mari de energie.

În vapori, aceste metale constau practic din molecule biatomice homonucleare și atomi liberi. Când vaporii de metal se condensează, legătura covalentă se transformă într-una metalică.

Evaporarea sărurilor cu o legătură ionică tipică, cum ar fi fluorurile de metale alcaline, duce la distrugerea legăturii ionice și la formarea de molecule diatomice heteronucleare cu o legătură covalentă polară. În acest caz, are loc formarea de molecule dimerice cu legături de punte.

Caracterizarea legăturii chimice în moleculele de fluoruri ale metalelor alcaline și dimerii acestora.

În timpul condensării vaporilor de fluoruri de metale alcaline, legătura covalentă polară se transformă într-una ionică cu formarea rețelei cristaline corespunzătoare a sării.

Mecanismul tranziției unei legături covalente la o legătură metalică

Fig.11. Relația dintre raza orbitală a unei perechi de electroni r e și lungimea unei legături chimice covalente d

Fig. 12. Orientarea dipolilor moleculelor diatomice și formarea unui fragment de cluster octaedric distorsionat în timpul condensării vaporilor de metale alcaline

Fig. 13. Aranjament cubic centrat pe corp a nucleelor din cristale de metale alcaline și o legătură

Atracția dispersă (forțele de la Londra) determină interacțiunea interatomică și formarea de molecule diatomice homonucleare din atomi de metale alcaline.

Formarea unei legături covalente metal-metal este asociată cu deformarea învelișurilor de electroni ale atomilor care interacționează - electronii de valență creează o pereche de electroni de legare, a cărei densitate de electroni este concentrată în spațiul dintre nucleele atomice ale moleculei rezultate. O trăsătură caracteristică a moleculelor diatomice homonucleare ale metalelor alcaline este lungimea mare a legăturii covalente (3,6-5,8 ori lungimea legăturii în molecula de hidrogen) și energia scăzută a ruperii acesteia.

Raportul indicat între re și d determină distribuția neuniformă a sarcinilor electrice în moleculă - în partea de mijloc a moleculei, sarcina electrică negativă a perechii de electroni de legare este concentrată, iar la capetele moleculei, sarcinile electrice pozitive a două nuclee atomice.

Distribuția neuniformă a sarcinilor electrice creează condiții pentru interacțiunea moleculelor datorită forțelor de orientare (forțe van der Waals). Moleculele de metale alcaline tind să se orienteze astfel încât să apară sarcini electrice opuse în vecinătate. Ca urmare, forțele de atractivitate acționează între molecule. Datorită prezenței acestora din urmă, moleculele de metale alcaline se apropie unele de altele și sunt mai mult sau mai puțin ferm trase împreună. În același timp, o oarecare deformare a fiecăruia dintre ele are loc sub acțiunea polilor aflați mai aproape ai moleculelor învecinate (Fig. 12).

De fapt, electronii de legare ai moleculei diatomice originale, care se încadrează în câmpul electric a patru nuclee atomice încărcate pozitiv de molecule de metal alcalin, se desprind din raza orbitală a atomului și devin liberi.

În acest caz, perechea de electroni de legătură devine comună chiar și pentru un sistem cu șase cationi. Construcția rețelei cristaline a metalului începe în stadiul de cluster. În rețeaua cristalină a metalelor alcaline, structura verigii de legătură este clar exprimată, având forma unui octaedru oblat distorsionat - o bipiramidă pătrată, a cărei înălțime și marginile bazei sunt egale cu valoarea translației constante. zăbrele a w (Fig. 13).

Valoarea constantei rețelei de translație a w a unui cristal de metal alcalin depășește în mod semnificativ lungimea legăturii covalente a unei molecule de metal alcalin, prin urmare, se acceptă în general că electronii din metal sunt în stare liberă:

Construcția matematică asociată cu proprietățile electronilor liberi dintr-un metal este de obicei identificată cu „suprafața Fermi”, care ar trebui considerată ca un loc geometric în care locuiesc electronii, oferind principala proprietate a metalului - de a conduce curentul electric.

Când se compară procesul de condensare a vaporilor de metale alcaline cu procesul de condensare a gazelor, de exemplu, hidrogenul, o trăsătură caracteristică apare în proprietățile metalului. Deci, dacă în timpul condensării hidrogenului apar interacțiuni intermoleculare slabe, atunci în timpul condensării vaporilor de metal apar procese caracteristice reacțiilor chimice. Condensarea vaporilor de metal în sine are loc în mai multe etape și poate fi descrisă prin următoarea procesiune: un atom liber → o moleculă diatomică cu o legătură covalentă → un grup de metal → un metal compact cu o legătură metalică.

Interacțiunea moleculelor de halogenuri de metale alcaline este însoțită de dimerizarea lor. O moleculă dimerică poate fi considerată un patrupol electric (Fig. 15). În prezent, sunt cunoscute principalele caracteristici ale dimerilor de halogenuri de metale alcaline (lungimile legăturilor chimice și unghiurile de legătură).

Lungimea legăturii chimice și unghiurile de legătură în dimeri de halogenuri de metale alcaline (E 2 X 2) (fază gazoasă).

E 2 X 2	X=F		X=Cl		X=Br		X=I
E 2 X 2	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
K2X2	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

În procesul de condensare, acțiunea forțelor de orientare este sporită, interacțiunea intermoleculară este însoțită de formarea de clustere, apoi a unui solid. Halogenurile de metale alcaline formează cristale cu o rețea cubică simplă și centrată pe corp.

Tipul rețelei și constanta rețelei translaționale pentru halogenuri de metale alcaline.

În procesul de cristalizare, are loc o creștere suplimentară a distanței interatomice, ceea ce duce la îndepărtarea unui electron din raza orbitală a unui atom de metal alcalin și transferul unui electron la un atom de halogen cu formarea ionilor corespunzători. Câmpurile de forță ale ionilor sunt distribuite uniform în toate direcțiile din spațiu. În acest sens, în cristalele de metal alcalin, câmpul de forță al fiecărui ion nu coordonează în niciun caz un ion cu semnul opus, deoarece se obișnuiește să se reprezinte calitativ legătura ionică (Na + Cl -).

În cristalele compușilor ionici, conceptul de molecule simple cu doi ioni de tip Na + Cl - și Cs + Cl - își pierde sensul, deoarece ionul de metal alcalin este asociat cu șase ioni de clorură (într-un cristal de clorură de sodiu) și opt ionii de clor (într-un cristal de clorură de cesiu. În acest caz, toate distanțele interionice din cristale sunt echidistante.

Note

Manual de chimie anorganică. Constantele substanțelor anorganice. - M .: „Chimie”, 1987. - S. 124. - 320 p.
Lidin R.A., Andreeva L.L., Molochko V.A. Manual de chimie anorganică. Constantele substanțelor anorganice. - M .: „Chimie”, 1987. - S. 132-136. - 320 s.
Gankin V.Yu., Gankin Yu.V. Cum se formează legăturile chimice și cum decurg reacțiile chimice. - M .: grupul de editură „Granița”, 2007. - 320 p. - ISBN 978-5-94691296-9
Nekrasov B.V. Curs de chimie generală. - M .: Goshimizdat, 1962. - S. 88. - 976 p.
Pauling L. Natura legăturii chimice / editat de Ya.K. Syrkin. - per. din engleza. M.E. Dyatkina. - M.-L.: Goshimizdat, 1947. - 440 p.
Chimie organică teoretică / ed. R. Kh. Freidlina. - per. din engleza. Yu.G. Bundel. - M .: Ed. literatură străină, 1963. - 365 p.
Lemenovsky D.A., Levitsky M.M. Russian Chemical Journal (Jurnalul Societății Ruse de Chimie, numit după D.I. Mendeleev). - 2000. - T. XLIV, numărul 6. - S. 63-86.
Dicţionar Enciclopedic Chimic / Ch. ed. I.L.Knunyants. - M .: Sov. Enciclopedia, 1983. - S. 607. - 792 p.
Nekrasov B.V. Curs de chimie generală. - M .: Goshimizdat, 1962. - S. 679. - 976 p.
Lidin R.A., Andreeva L.L., Molochko V.A. Manual de chimie anorganică. Constantele substanțelor anorganice. - M .: „Chimie”, 1987. - S. 155-161. - 320 s.
Gillespie R. Geometria moleculelor / per. din engleza. E.Z. Zasorina și V.S. Mastryukov, ed. Yu.A. Pentina. - M .: „Mir”, 1975. - S. 49. - 278 p.
Manualul unui chimist. - Ed. a II-a, revizuită. si suplimentare - L.-M.: Literatura chimică GNTI, 1962. - T. 1. - S. 402-513. - 1072 p.
Lidin R.A., Andreeva L.L., Molochko V.A. Manual de chimie anorganică. Constantele substanţelor anorganice .. - M .: „Chimie”, 1987. - S. 132-136. - 320 s.
Zieman J. Electronii în metale (introducere în teoria suprafețelor Fermi). Progrese în științe fizice .. - 1962. - T. 78, numărul 2. - 291 p.

Vezi si

legătură chimică- articol din Marea Enciclopedie Sovietică
legătură chimică- Chemport.ru
legătură chimică- Enciclopedia fizică

Forțele care leagă atomii între ei sunt de aceeași natură electrică. Dar datorită diferenței în mecanismul de formare și manifestare a acestor forțe, legăturile chimice pot fi de diferite tipuri.

Distinge Trei major tipvalenţă legătură chimică: covalent, ionic și metalic.

Pe lângă acestea, de mare importanță și distribuție sunt: hidrogen conexiune care poate fi valenţă și nevalent, și nevalent legătură chimică - m intermolecular ( sau van der Waalsow), formând asociații relativ mici de molecule și ansambluri moleculare uriașe - nanostructuri super- și supramoleculare.

legătură chimică covalentă (atomic, homeopolar) -

Acest legătură chimică efectuată general pentru atomi care interacționează unu-Treiperechi de electroni .

Această conexiune este cu doi electroniși două centre(leagă 2 nuclee atomice).

În acest caz, legătura covalentă este cel mai comun și cel mai comun tip legătura chimică de valență în compuși binari - intre a) atomi de nemetale și b) atomi de metale amfotere și nemetale.

Exemple: H-H (în molecula de hidrogen H2); patru legături S-O (în ion SO 4 2-); trei legături Al-H (în molecula AlH3); Fe-S (în molecula FeS), etc.

Particularități legătură covalentă - orientareși saturabilitate.

Orientare - cea mai importantă proprietate a unei legături covalente, din

care depinde de structura (configurația, geometria) moleculelor și compușilor chimici. Orientarea spațială a legăturii covalente determină structura chimică și cristalo-chimică a substanței. legătură covalentă întotdeauna îndreptată în direcția suprapunerii maxime a orbitalilor atomici ai electronilor de valență atomi care interacționează, cu formarea unui nor de electroni comun și a celei mai puternice legături chimice. Orientare exprimată sub formă de unghiuri între direcţiile de legătură ale atomilor în molecule de diferite substanţe şi cristale de solide.

Saturabilitatea este o proprietate, care distinge legătura covalentă de toate celelalte tipuri de interacțiuni ale particulelor, manifestate în capacitatea atomilor de a forma un număr limitat de legături covalente, deoarece fiecare pereche de electroni de legare este formată numai valenţă electroni cu spini orientați opus, al căror număr într-un atom este limitat valență, 1 - 8.În acest caz, este interzisă utilizarea aceluiași orbital atomic de două ori pentru a forma o legătură covalentă (principiul Pauli).

Valenţă - aceasta este capacitatea unui atom de a atașa sau înlocui un anumit număr de alți atomi cu formarea de legături chimice de valență.

Conform teoriei spinului legătură covalentă valenţă determinat numărul de electroni nepereche dintr-un atom în stare fundamentală sau excitată .

Astfel, pentru diferite elemente capacitatea de a forma un anumit număr de legături covalente limitat la primire numărul maxim de electroni nepereche în starea excitată a atomilor lor.

Starea excitată a unui atom - aceasta este starea unui atom cu energie suplimentară primită de acesta din exterior, provocând aburire electroni antiparaleli care ocupă un orbital atomic, adică tranziția unuia dintre acești electroni dintr-o stare pereche la un orbital liber (vacant). aceeași sau închide nivel de energie.

De exemplu, sistem umplere s-, r-AOși valenţă (LA) la atomul de calciu Sa în primul rând și stare de excitat următoarele:

Trebuie remarcat faptul că atomii cu legături de valență saturate se poate forma legături covalente suplimentare printr-un donor-acceptor sau alt mecanism (ca, de exemplu, în compuși complecși).

legătură covalentă poatepolar șinepolar .

legătură covalentă nepolar , e dacă electroni de valență socializați uniform distribuită între nucleele atomilor care interacționează, regiunea orbitalilor atomici care se suprapun (norii de electroni) este atrasă de ambele nuclee cu aceeași forță și deci cu maximul densitatea totală de electroni nu este influențată de niciunul dintre ei.

Acest tip de legătură covalentă apare atunci când doi identic atomi de element. Legătura covalentă între atomi identici numit si atomic sau homeopolar .

Polar conexiune apare în timpul interacțiunii a doi atomi de elemente chimice diferite, dacă unul dintre atomi datorită unei valori mai mari electronegativitatea atrage electronii de valență mai puternic și apoi densitatea totală de electroni este mai mult sau mai puțin deplasată către acest atom.

Cu o legătură polară, probabilitatea de a găsi un electron la nucleul unuia dintre atomi este mai mare decât cea a celuilalt.

Caracteristica calitativă a polarului comunicatii -

diferența de electronegativitate relativă (|‌‌‌‌‌‌‌‌∆OEE |)‌‌‌ legate de atomi : cu cât este mai mare, cu atât legătura covalentă este mai polară.

Caracteristicile cantitative ale polarului comunicatii, acestea. o măsură a polarității unei legături și a unei molecule complexe - moment electric dipol μ Sf. , egal cu muncăsarcina efectivă δ pe lungimea dipolului l d : μ Sf. = δ ∙ l d . unitate de măsură μ Sf.- La revedere. 1 La revedere = 3,3.10 -30 C/m.

dipol electric - acesta este un sistem neutru din punct de vedere electric de două sarcini electrice egale și opuse în semnul + δ și - δ .

Moment dipol (momentul electric al dipolului μ Sf. ) – cantitatea vectorială . Este general acceptat că direcția vectorială de la (+) la (-) chibrituri cu direcția de deplasare a regiunii de densitate totală a electronilor(nor total de electroni) atomi polarizați.

Momentul dipol general al unei molecule poliatomice complexe depinde de numărul și orientarea spațială a legăturilor polare din acesta. Astfel, determinarea momentelor dipolului face posibilă aprecierea nu numai a naturii legăturilor din molecule, ci și a locației acestora în spațiu, adică. despre configurația spațială a moleculei.

Cu o creștere a diferenței de electronegativitate | ‌‌‌‌‌‌‌‌∆OEE|‌‌‌ atomii formând o legătură, momentul electric al dipolului crește.

De remarcat faptul că determinarea momentului dipol al legăturii este o problemă complexă și nu întotdeauna rezolvabilă (interacțiunea legăturii, direcția necunoscută μ Sf. etc.).

Metode mecanice cuantice pentru descrierea unei legături covalente – explica mecanismul de formare a unei legături covalente.

Dirijată de W. Geytler și F. London, germană. oamenii de știință (1927), calculul bilanţului energetic al formării unei legături covalente în molecula de hidrogen H 2 a făcut posibilă realizarea concluzie: natura legăturii covalente, ca orice alt tip de legătură chimică, se află îninteracțiune electrică care are loc în condițiile unui microsistem mecanic cuantic.

Pentru a descrie mecanismul de formare a unei legături chimice covalente, folosiți două metode aproximative de mecanică cuantică :

legături de valență și orbitali moleculari – nu exclusiv, ci complementar reciproc.

2.1. Metoda legăturii de valență (MVS sauperechi de electroni localizate ), propus de W. Geytler și F. London în 1927, se bazează pe următoarele prevederi :

1) o legătură chimică între doi atomi apare ca urmare a suprapunerii parțiale a orbitalilor atomici cu formarea unei densități electronice comune a unei perechi comune de electroni cu spini opuși, mai mare decât în alte regiuni ale spațiului din jurul fiecărui nucleu;

2) covalent o legătură se formează numai atunci când interacționează electronii cu spin antiparalel, adică cu numere cuantice de spin opus m S = + 1/2 ;

3) se determină caracteristicile unei legături covalente (energie, lungime, polaritate etc.). vedere conexiuni (σ –, π –, δ –), gradul de suprapunere AO(cu cât este mai mare, cu atât legătura chimică este mai puternică, adică cu atât energia legăturii este mai mare și lungimea este mai mică), electronegativitatea atomi care interacționează;

4) se poate forma o legătură covalentă prin MVS două căi (două mecanisme) , fundamental diferite, dar având același rezultat – socializarea unei perechi de electroni de valență de către ambii atomi care interacționează: a) schimb, datorită suprapunerii orbitalilor atomici cu un electron cu spini opuși ai electronilor, când fiecare atom contribuie la suprapunere cu un electron per legătură - legătura poate fi polară sau nepolară, b) donor-acceptor, datorită AO cu doi electroni a unui atom și orbitalului liber (vacant) al celuilalt, pe la care un atom (donator) asigură legarea unei perechi de electroni în orbital într-o stare pereche, iar celălalt atom (acceptor) asigură un orbital liber. Aceasta dă naștere la legătura polară.

2.2. Complex (de coordonare) compuși, mulți ioni moleculari care sunt complexi,(amoniu, tetrahidrură de bor etc.) se formează în prezența unei legături donor-acceptor - cu alte cuvinte, o legătură de coordonare.

De exemplu, în reacția de formare a unui ion de amoniu NH 3 + H + = NH 4 + molecula de amoniac NH 3 este un donor de pereche de electroni, iar protonul H + este un acceptor.

În reacția ВН 3 + Н – = ВН 4 – ionul hidrură Н– joacă rolul unui donor de pereche de electroni, iar acceptorul este molecula de hidrură de bor ВН 3, în care există un AO vacant.

Multiplicitatea legăturii chimice. Conexiuni σ -, π – , δ –.

Suprapunerea maximă a AO de diferite tipuri (cu stabilirea celor mai puternice legături chimice) se realizează cu orientarea lor specifică în spațiu, datorită formei diferite a suprafeței lor energetice.

Tipul de AO și direcția de suprapunere a acestora determină σ -, π – , δ - conexiuni:

σ (sigma) – conexiune – E mereu despredinar (simplu) bond care rezultă din suprapunerea parțială o pereche s -, p X -, d - SAde-a lungul axei , conectarea miezului atomi care interacționează.

Obligațiuni simple mereu sunteți σ - conexiuni.

Legături multiple – π (pi) - (de asemenea δ (delta )–conexiuni),dubla sau triplu legături covalente efectuate respectivDouă sautrei cupluri electroni când orbitalii lor atomici se suprapun.

π (pi) - conexiune realizat prin suprapunere R y -, p z - și d - SA pe ambele părți ale axei care leagă nucleele atomi, în planuri reciproc perpendiculare ;

δ (delta )- conexiune apare la suprapunere doi orbitali d situat în planuri paralele .

Cel mai durabil dintre σ -, π – , δ – conexiuni este o σ– legătura , dar π - conexiuni bazate pe σ – legătură, formă și mai puternică legături multiple: duble și triple.

Orice legătură dublă este format din unu σ – și unu π – conexiuni, triplu - de la unuσ – și Douăπ – conexiuni.

Legături simple (single) Tipuri de legături în compușii bioorganici.

Nume parametru	Sens
Subiect articol:	Legături simple (single) Tipuri de legături în compușii bioorganici.
Rubrica (categoria tematica)	Chimie

legătură covalentă. Conexiune multiplă. conexiune nepolară. conexiune polară.

electroni de valență. Orbital hibrid (hibridizat). Lungimea link-ului

Cuvinte cheie.

Caracterizarea legăturilor chimice în compușii bioorganici

AROMATICITATE

PRELEZA 1

SISTEME CONECTATE: ACICLICE ȘI CICLICE.

1. Caracteristicile legăturilor chimice din compușii bioorganici. Hibridarea orbitalilor atomului de carbon.

2. Clasificarea sistemelor conjugate: aciclice și ciclice.

3 Tipuri de conjugare: π, π și π, p

4. Criterii de stabilitate a sistemelor conjugate - ʼʼ energia de conjugareʼʼ

5. Sisteme conjugate aciclice (neciclice), tipuri de conjugare. Principalii reprezentanți (alcadiene, acizi carboxilici nesaturați, vitamina A, caroten, licopen).

6. Sisteme adiacente ciclice. Criterii aromatice. regula lui Hückel. Rolul conjugării π-π-, π-ρ-în formarea sistemelor aromatice.

7. Compuși aromatici carbociclici: (benzen, naftalenă, antracen, fenantren, fenol, anilină, acid benzoic) - structură, formarea unui sistem aromatic.

8. Compuși aromatici heterociclici (piridină, pirimidină, pirol, purină, imidazol, furan, tiofen) - structură, caracteristici ale formării unui sistem aromatic. Hibridizarea orbitalilor electronici ai atomului de azot în formarea de compuși heteroaromatici cu cinci și șase membri.

9. Semnificația medico-biologică a compușilor naturali care conțin sisteme de legături conjugate și aromatice.

Nivelul inițial de cunoștințe pentru stăpânirea temei (curs de chimie școlară):

Configurații electronice ale elementelor (carbon, oxigen, azot, hidrogen, sulf, halogeni), conceptul de ʼʼorbitalʼʼ, hibridizarea orbitalilor și orientarea spațială a orbitalilor elementelor din perioada 2., tipuri de legături chimice, caracteristici ale formării σ covalente - și legături π, modificări ale electronegativității elementelor într-o perioadă și grup, clasificarea și principiile nomenclaturii compușilor organici.

Moleculele organice se formează prin legături covalente. Legăturile covalente apar între două nuclee atomice datorită unei perechi comune (socializate) de electroni. Această metodă se referă la mecanismul de schimb. Se formează legături nepolare și polare.

Legăturile nepolare sunt caracterizate printr-o distribuție simetrică a densității electronilor între cei doi atomi pe care îi conectează această legătură.

Legăturile polare sunt caracterizate printr-o distribuție asimetrică (neuniformă) a densității electronilor, aceasta se deplasează către un atom mai electronegativ.

Seria de electronegativitate (compusă în jos)

A) elemente: F> O> N> C1> Br> I ~~ S> C> H

B) atom de carbon: C (sp) > C (sp 2) > C (sp 3)

Legăturile covalente sunt de două tipuri: sigma (σ) și pi (π).

În moleculele organice, legăturile sigma (σ) sunt formate din electroni localizați pe orbitali hibrizi (hibridați), densitatea electronilor este situată între atomi pe linia condiționată a legării lor.

Legăturile π (legăturile pi) apar atunci când doi orbitali p nehibridați se suprapun. Axele lor principale sunt paralele între ele și perpendiculare pe linia de legătură σ. Combinația de legături σ și π se numește legătură dublă (multiple), este formată din două perechi de electroni. O legătură triplă constă din trei perechi de electroni - una σ - și două legături π (este extrem de rar în compușii bioorganici).

σ - Legăturile sunt implicate în formarea scheletului moleculei, ele sunt principalele și π -legăturile pot fi considerate suplimentare, dar conferind proprietăți chimice speciale moleculelor.

1.2. Hibridizarea orbitalilor atomului de carbon 6 C

Configurația electronică a stării neexcitate a atomului de carbon

exprimată prin distribuția electronilor 1s 2 2s 2 2p 2.

În același timp, în compușii bioorganici, precum și în majoritatea substanțelor anorganice, atomul de carbon are o valență egală cu patru.

Există o tranziție a unuia dintre electronii 2s la un orbital 2p liber. Apar stări excitate ale atomului de carbon, creând posibilitatea formării a trei stări hibride, denumite С sp 3 , С sp 2 , С sp .

Un orbital hibrid are caracteristici diferite de orbitalii s, p, d „puri” și este un „amestec” de două sau mai multe tipuri de orbitali nehibridați.

Orbitii hibrizi sunt caracteristici atomilor numai în molecule.

Conceptul de hibridizare a fost introdus în 1931 de L. Pauling, laureat al Premiului Nobel.

Luați în considerare aranjamentul orbitalilor hibrizi în spațiu.

C sp 3 --- -- -- ---

În starea excitată, se formează 4 orbitali hibrizi echivalenți. Locația legăturilor corespunde direcției unghiurilor centrale ale unui tetraedru regulat, unghiul dintre oricare două legături este egal cu 109 0 28 , .

În alcani și derivații lor (alcooli, haloalcani, amine), toți atomii de carbon, oxigen și azot sunt în aceeași stare hibridă sp 3. Un atom de carbon formează patru, un atom de azot trei, un atom de oxigen doi covalenti σ -conexiuni. În jurul acestor legături, părțile moleculei se pot roti liber unele față de altele.

În starea excitată sp 2, apar trei orbitali hibrizi echivalenti, electronii aflați pe ei formează trei σ -legaturi care sunt situate in acelasi plan, unghiul dintre legaturi este de 120 0 . 2p nehibridați - se formează orbitali a doi atomi vecini π -conexiune. Este situat perpendicular pe planul în care se află σ -conexiuni. Interacțiunea electronilor p în acest caz se numește ʼʼ suprapunere lateralăʼʼ. O legătură dublă nu permite rotația liberă a părților moleculei în jurul ei. Poziția fixă a părților moleculei este însoțită de formarea a două forme geometrice izomerice plane, care se numesc: izomeri cis (cis) - și trans (trans). (cis- lat- pe o parte, trans- lat- prin).

π -conexiune

Atomii legați printr-o legătură dublă sunt în stare de hibridizare sp 2 și

prezente în alchene, compuși aromatici, formează o grupare carbonil

>C=O, grupare azometină (grupare imino) -CH= N-

Cu sp 2 - --- -- ---

Formula structurală a unui compus organic este descrisă folosind structuri Lewis (fiecare pereche de electroni dintre atomi este înlocuită cu o liniuță)

C2H6CH3-CH3HH

1.3. Polarizarea legăturilor covalente

O legătură polară covalentă este caracterizată printr-o distribuție neuniformă a densității electronilor. Două imagini condiționate sunt utilizate pentru a indica direcția deplasării densității electronilor.

Polar σ - legătura. Deplasarea densității electronilor este indicată de o săgeată de-a lungul liniei de comunicație. Capătul săgeții îndreaptă spre atomul mai electronegativ. Apariția sarcinilor parțiale pozitive și negative este indicată folosind litera ʼʼ bʼʼ ʼʼ deltaʼʼ cu semnul de sarcină dorit.

b + b- b+ b + b- b + b-

CH 3 -\u003e O<- Н СН 3 - >C1 CH 3 -\u003e NH 2

metanol clormetan aminometan (metilamină)

Legătura π polară. Deplasarea densității electronilor este indicată de o săgeată semicirculară (curbată) deasupra legăturii pi, de asemenea îndreptată spre atomul mai electronegativ. ()

b + b- b + b-

H 2 C \u003d O CH 3 - C \u003d== O

metanal |

CH3propanonă -2

1. Determinați tipul de hibridizare a atomilor de carbon, oxigen, azot din compușii A, B, C. Numiți compușii folosind regulile nomenclaturii IUPAC.

A. CH 3 -CH 2 - CH 2 -OH B. CH 2 \u003d CH - CH 2 - CH \u003d O

B. CH3-NH-C2H5

2. Realizați denumirile care caracterizează direcția de polarizare a tuturor legăturilor indicate în compuși (A - D)

A. CH 3 - Br B. C 2 H 5 - O- H C. CH 3 - NH- C 2 H 5

G. C 2 H 5 - CH \u003d O

Legături simple (single) Tipuri de legături în compușii bioorganici. - concept și tipuri. Clasificarea și caracteristicile categoriei „Legătură simplă (singlă) Tipuri de legături în compușii bioorganici”. 2017, 2018.

legătură chimică covalentă apare în moleculele dintre atomi datorită formării perechilor de electroni comuni. Tipul de legătură covalentă poate fi înțeles atât ca mecanism de formare a acesteia, cât și ca polaritatea legăturii. În general, legăturile covalente pot fi clasificate după cum urmează:

Conform mecanismului de formare, o legătură covalentă poate fi formată printr-un mecanism de schimb sau donor-acceptor.
Polaritatea unei legături covalente poate fi nepolară sau polară.
În funcție de multiplicitatea legăturii covalente, aceasta poate fi simplă, dublă sau triplă.

Aceasta înseamnă că o legătură covalentă într-o moleculă are trei caracteristici. De exemplu, într-o moleculă de acid clorhidric (HCl), prin mecanismul de schimb se formează o legătură covalentă, este polară și simplă. În cationul de amoniu (NH 4 +), se formează o legătură covalentă între amoniac (NH 3) și un cation de hidrogen (H +) conform mecanismului donor-acceptor, în plus, această legătură este polară, este simplă. În molecula de azot (N 2), legătura covalentă se formează prin mecanismul de schimb, este nepolară, este triplă.

La mecanism de schimb formarea unei legături covalente, fiecare atom are un electron liber (sau mai mulți electroni). Electronii liberi ai diferiților atomi formează perechi sub forma unui nor de electroni comun.

La mecanism donor-acceptor formarea unei legături covalente, un atom are o pereche de electroni liberi, iar celălalt are un orbital gol. Primul (donatorul) oferă o pereche pentru uz comun cu al doilea (acceptor). Deci, în cationul de amoniu, azotul are o pereche singură, iar ionul de hidrogen are un orbital liber.

Legătură covalentă nepolară format între atomii aceluiaşi element chimic. Deci, în moleculele de hidrogen (H 2), oxigen (O 2) etc., legătura este nepolară. Aceasta înseamnă că perechea de electroni comună aparține în mod egal ambilor atomi, deoarece au aceeași electronegativitate.

Legătură covalentă polară format între atomi de diferite elemente chimice. Un atom mai electronegativ deplasează o pereche de electroni spre sine. Cu cât diferența de electronegativitate a atomilor este mai mare, cu atât electronii vor fi deplasați mai mult, iar legătura va fi mai polară. Deci, în CH 4, deplasarea perechilor de electroni comuni de la atomii de hidrogen la atomul de carbon nu este atât de mare, deoarece carbonul nu este mult mai electronegativ decât hidrogenul. Cu toate acestea, în fluorura de hidrogen, legătura HF este foarte polară, deoarece diferența de electronegativitate dintre hidrogen și fluor este semnificativă.

Legătură covalentă simplă format atunci când atomii au aceeași pereche de electroni dubla- dacă doi triplu- dacă trei. Un exemplu de legătură covalentă simplă poate fi moleculele de hidrogen (H 2), acidul clorhidric (HCl). Un exemplu de dublă legătură covalentă este o moleculă de oxigen (O 2 ), în care fiecare atom de oxigen are doi electroni nepereche. Un exemplu de legătură covalentă triplă este o moleculă de azot (N 2).

legătură covalentă. Conexiune multiplă. conexiune nepolară. conexiune polară.

electroni de valență. Orbital hibrid (hibridizat). Lungimea link-ului

Cuvinte cheie.

Caracterizarea legăturilor chimice în compușii bioorganici

AROMATICITATE

PRELEZA 1

SISTEME CONECTATE: ACICLICE ȘI CICLICE.

1. Caracterizarea legăturilor chimice din compușii bioorganici. Hibridarea orbitalilor atomului de carbon.

2. Clasificarea sistemelor conjugate: aciclice și ciclice.

3 Tipuri de conjugare: π, π și π, p

4. Criterii de stabilitate a sistemelor conjugate - „energie de conjugare”

5. Sisteme conjugate aciclice (neciclice), tipuri de conjugare. Principalii reprezentanți (alcadiene, acizi carboxilici nesaturați, vitamina A, caroten, licopen).

6. Sisteme adiacente ciclice. Criterii aromatice. regula lui Hückel. Rolul conjugării π-π-, π-ρ-în formarea sistemelor aromatice.

7. Compuși aromatici carbociclici: (benzen, naftalenă, antracen, fenantren, fenol, anilină, acid benzoic) - structură, formarea unui sistem aromatic.

8. Compuși aromatici heterociclici (piridină, pirimidină, pirol, purină, imidazol, furan, tiofen) - structură, caracteristici ale formării unui sistem aromatic. Hibridizarea orbitalilor de electroni ai atomului de azot în formarea de compuși heteroaromatici cu cinci și șase membri.

9. Semnificația medico-biologică a compușilor naturali care conțin sisteme de legături conjugate și aromatice.

Nivelul inițial de cunoștințe pentru stăpânirea temei (curs de chimie școlară):

Configurații electronice ale elementelor (carbon, oxigen, azot, hidrogen, sulf, halogeni), conceptul de „orbital”, hibridizarea orbitalilor și orientarea spațială a orbitalilor elementelor din perioada a 2-a, tipuri de legături chimice, caracteristici ale formarea legăturilor covalente σ și π, modificări ale electronegativității elementelor în perioadă și grup, clasificarea și principiile nomenclaturii compușilor organici.

Legăturile nepolare sunt caracterizate printr-o distribuție simetrică a densității electronilor între cei doi atomi pe care îi conectează această legătură.

Legăturile polare sunt caracterizate printr-o distribuție asimetrică (neuniformă) a densității electronilor; aceasta se deplasează către un atom mai electronegativ.

Seria de electronegativitate (compusă în jos)

A) elemente: F> O> N> C1> Br> I ~~ S> C> H

B) atom de carbon: C (sp) > C (sp 2) > C (sp 3)

Legăturile covalente pot fi de două tipuri: sigma (σ) și pi (π).

1.2. Hibridizarea orbitalilor atomului de carbon 6 C

Configurația electronică a stării neexcitate a atomului de carbon

se exprimă prin distribuţia electronilor 1s 2 2s 2 2p 2 .

Cu toate acestea, în compușii bioorganici, precum și în majoritatea substanțelor anorganice, atomul de carbon are o valență de patru.

Un orbital hibrid are caracteristici diferite de orbitalii s, p, d „puri” și este un „amestec” de două sau mai multe tipuri de orbitali nehibridați.

Orbitii hibrizi sunt caracteristici atomilor numai în molecule.

Conceptul de hibridizare a fost introdus în 1931 de L. Pauling, laureat al Premiului Nobel.

Luați în considerare aranjamentul orbitalilor hibrizi în spațiu.

C sp 3 --- -- -- ---

În starea excitată sp 2, apar trei orbitali hibrizi echivalenti, electronii aflați pe ei formează trei σ -legaturi care sunt situate in acelasi plan, unghiul dintre legaturi este de 120 0 . Se formează orbitali 2p nehibridați ai doi atomi vecini π -conexiune. Este situat perpendicular pe planul în care se află σ -conexiuni. Interacțiunea electronilor p în acest caz se numește „suprapunere laterală”. O legătură dublă nu permite rotația liberă a părților moleculei în jurul ei. Poziția fixă a părților moleculei este însoțită de formarea a două forme geometrice izomerice plane, care se numesc: izomeri cis (cis) - și trans (trans). (cis- lat- pe o parte, trans- lat- prin).

π -conexiune

Atomii legați printr-o legătură dublă sunt în stare de hibridizare sp 2 și

prezente în alchene, compuși aromatici, formează o grupare carbonil

>C=O, grupare azometină (grupare imino) -CH= N-

Cu sp 2 - --- -- ---

Formula structurală a unui compus organic este descrisă folosind structuri Lewis (fiecare pereche de electroni dintre atomi este înlocuită cu o liniuță)

C2H6CH3-CH3HH

1.3. Polarizarea legăturilor covalente

b + b- b+ b + b- b + b-

CH 3 -\u003e O<- Н СН 3 - >C1 CH 3 -\u003e NH 2

metanol clormetan aminometan (metilamină)

b + b- b + b-

H 2 C \u003d O CH 3 - C \u003d== O

metanal |

CH3propanonă -2

1. Determinați tipul de hibridizare a atomilor de carbon, oxigen, azot din compușii A, B, C. Numiți compușii folosind regulile nomenclaturii IUPAC.

A. CH 3 -CH 2 - CH 2 -OH B. CH 2 \u003d CH - CH 2 - CH \u003d O

B. CH3-NH-C2H5

2. Realizați denumirile care caracterizează direcția de polarizare a tuturor legăturilor indicate în compuși (A - D)

A. CH 3 - Br B. C 2 H 5 - O- H C. CH 3 - NH- C 2 H 5

Portal pentru student. Autoinstruire

Legături covalente multiple

Legătură chimică în trei centre

Legatura chimica multicentrica

Dinamica legăturilor chimice

Mecanismul tranziției unei legături covalente la o legătură metalică

Note

Vezi si

ARTICOLE SIMILARE