Subiecte ale codificatorului USE: Legătura chimică covalentă, varietățile și mecanismele de formare ale acesteia. Caracteristicile unei legături covalente (polaritatea și energia de legătură). Legătură ionică. Conexiune metalica. legătură de hidrogen

Legături chimice intramoleculare

Să luăm mai întâi în considerare legăturile care apar între particulele din molecule. Se numesc astfel de conexiuni intramolecular.

legătură chimică între atomii elementelor chimice are natură electrostatică și se formează datorită interacțiuni ale electronilor externi (de valență)., în mai mult sau mai puțin grad ținut de nuclee încărcate pozitiv atomi legați.

Conceptul cheie aici este ELECTRONEGNATIVITATE. Ea este cea care determină tipul de legătură chimică dintre atomi și proprietățile acestei legături.

este capacitatea unui atom de a atrage (reține) extern(valenţă) electroni. Electronegativitatea este determinată de gradul de atracție a electronilor externi către nucleu și depinde în principal de raza atomului și de sarcina nucleului.

Electronegativitatea este dificil de determinat fără ambiguitate. L. Pauling a întocmit un tabel de electronegativitate relativă (bazat pe energiile de legătură ale moleculelor diatomice). Cel mai electronegativ element este fluor cu sens 4 .

Este important de reținut că în diferite surse puteți găsi diferite scale și tabele de valori ale electronegativității. Acest lucru nu ar trebui să fie speriat, deoarece formarea unei legături chimice joacă un rol atomi și este aproximativ același în orice sistem.

Dacă unul dintre atomii din legătura chimică A:B atrage electronii mai puternic, atunci perechea de electroni este deplasată către el. Cu atât mai mult diferenta de electronegativitate atomi, cu atât perechea de electroni este deplasată mai mult.

Dacă valorile electronegativității atomilor care interacționează sunt egale sau aproximativ egale: EO(A)≈EO(V), atunci perechea de electroni partajată nu este deplasată la niciunul dintre atomi: A: B. Se numește o astfel de conexiune covalent nepolar.

Dacă electronegativitatea atomilor care interacționează diferă, dar nu mult (diferența de electronegativitate este aproximativ de la 0,4 la 2: 0,4<ΔЭО<2 ), apoi perechea de electroni este deplasată la unul dintre atomi. Se numește o astfel de conexiune polar covalent .

Dacă electronegativitatea atomilor care interacționează diferă semnificativ (diferența de electronegativitate este mai mare de 2: ΔEO>2), apoi unul dintre electroni trece aproape complet la alt atom, odată cu formarea ionii. Se numește o astfel de conexiune ionic.

Principalele tipuri de legături chimice sunt − covalent, ionicși metalic conexiuni. Să le luăm în considerare mai detaliat.

legătură chimică covalentă

legătură covalentă – este o legătură chimică format de formarea unei perechi de electroni comune A:B . În acest caz, doi atomi suprapune orbitali atomici. O legătură covalentă se formează prin interacțiunea atomilor cu o mică diferență de electronegativitate (de regulă, între două nemetale) sau atomi ai unui element.

Proprietățile de bază ale legăturilor covalente

• orientare,
• saturabilitate,
• polaritate,
• polarizabilitate.

Aceste proprietăți de legătură afectează proprietățile chimice și fizice ale substanțelor.

Direcția de comunicare caracterizează structura chimică și forma substanțelor. Unghiurile dintre două legături se numesc unghiuri de legătură. De exemplu, într-o moleculă de apă, unghiul de legătură H-O-H este de 104,45 o, deci molecula de apă este polară, iar în molecula de metan, unghiul de legătură H-C-H este de 108 o 28′.

Saturabilitatea este capacitatea atomilor de a forma un număr limitat de legături chimice covalente. Numărul de legături pe care le poate forma un atom se numește.

Polaritate legăturile apar din cauza distribuției neuniforme a densității electronice între doi atomi cu electronegativitate diferită. Legăturile covalente sunt împărțite în polare și nepolare.

Polarizabilitate conexiunile sunt capacitatea electronilor de legătură de a fi deplasați de un câmp electric extern(în special, câmpul electric al altei particule). Polarizabilitatea depinde de mobilitatea electronilor. Cu cât electronul este mai departe de nucleu, cu atât este mai mobil și, în consecință, molecula este mai polarizabilă.

Legătură chimică covalentă nepolară

Există 2 tipuri de legături covalente - POLARși NON-POLARE .

Exemplu . Luați în considerare structura moleculei de hidrogen H 2 . Fiecare atom de hidrogen poartă 1 electron nepereche în nivelul său de energie exterior. Pentru a afișa un atom, folosim structura Lewis - aceasta este o diagramă a structurii nivelului de energie externă a unui atom, când electronii sunt notați cu puncte. Modelele de structură a punctelor Lewis sunt de mare ajutor atunci când lucrați cu elemente din a doua perioadă.

H. + . H=H:H

Astfel, molecula de hidrogen are o pereche de electroni comună și o legătură chimică H-H. Această pereche de electroni nu este deplasată la niciunul dintre atomii de hidrogen, deoarece electronegativitatea atomilor de hidrogen este aceeași. Se numește o astfel de conexiune covalent nepolar .

Legătură covalentă nepolară (simetrică). - aceasta este o legătură covalentă formată din atomi cu electronegativitate egală (de regulă, aceleași nemetale) și, prin urmare, cu o distribuție uniformă a densității electronice între nucleele atomilor.

Momentul dipol al legăturilor nepolare este 0.

Exemple: H2 (H-H), O2 (O=O), S8.

Legătură chimică polară covalentă

legătură polară covalentă este o legătură covalentă care apare între atomi cu electronegativitate diferită (obișnuit, diferite nemetale) și este caracterizată deplasare perechea de electroni comună la un atom mai electronegativ (polarizare).

Densitatea electronilor este deplasată la un atom mai electronegativ - prin urmare, apare o sarcină negativă parțială (δ-) și o sarcină pozitivă parțială pe un atom mai puțin electronegativ (δ+, delta +).

Cu cât diferența de electronegativitate a atomilor este mai mare, cu atât este mai mare polaritate conexiuni și chiar mai mult moment dipol . Între moleculele învecinate și sarcinile opuse în semn, acționează forțe de atracție suplimentare, care cresc putere conexiuni.

Polaritatea legăturilor afectează proprietățile fizice și chimice ale compușilor. Mecanismele de reacție și chiar reactivitatea legăturilor învecinate depind de polaritatea legăturii. Polaritatea unei legături determină adesea polaritatea moleculeiși astfel afectează direct proprietăți fizice precum punctul de fierbere și punctul de topire, solubilitatea în solvenți polari.

Exemple: HCI, C02, NH3.

Mecanisme de formare a unei legături covalente

O legătură chimică covalentă poate avea loc prin două mecanisme:

1. mecanism de schimb formarea unei legături chimice covalente are loc atunci când fiecare particulă furnizează un electron nepereche pentru formarea unei perechi de electroni comune:

DAR . + . B= A:B

2. Formarea unei legături covalente este un astfel de mecanism în care una dintre particule oferă o pereche de electroni neîmpărtășită, iar cealaltă particulă oferă un orbital liber pentru această pereche de electroni:

DAR: + B= A:B

În acest caz, unul dintre atomi oferă o pereche de electroni neîmpărtășită ( donator), iar celălalt atom oferă un orbital vacant pentru această pereche ( acceptor). Ca urmare a formării unei legături, atât energia electronilor scade, adică. acest lucru este benefic pentru atomi.

O legătură covalentă formată prin mecanismul donor-acceptor, nu este diferit prin proprietăţile altor legături covalente formate prin mecanismul de schimb. Formarea unei legături covalente prin mecanismul donor-acceptor este tipică pentru atomii fie cu un număr mare de electroni la nivelul de energie externă (donatori de electroni), fie invers, cu un număr foarte mic de electroni (acceptori de electroni). Posibilitățile de valență ale atomilor sunt luate în considerare mai detaliat în documentele corespunzătoare.

O legătură covalentă este formată prin mecanismul donor-acceptor:

- într-o moleculă monoxid de carbon CO(legatura din molecula este tripla, prin mecanismul de schimb se formeaza 2 legaturi, una prin mecanismul donor-acceptor): C≡O;

- în ion de amoniu NH4+, în ioni amine organice de exemplu, în ionul de metilamoniu CH3-NH2+;

- în compuși complecși, o legătură chimică între atomul central și grupuri de liganzi, de exemplu, în tetrahidroxoaluminatul de sodiu Na legătura dintre ionii de aluminiu și hidroxid;

- în acid azotic și sărurile sale- nitraţi: HNO 3 , NaNO 3 , în alţi compuşi de azot;

- într-o moleculă ozon O 3 .

Principalele caracteristici ale unei legături covalente

O legătură covalentă, de regulă, se formează între atomii nemetalelor. Principalele caracteristici ale unei legături covalente sunt lungime, energie, multiplicitate și directivitate.

Multiplicitatea legăturilor chimice

Multiplicitatea legăturilor chimice - Acest numărul de perechi de electroni împărțiți între doi atomi dintr-un compus. Multiplicitatea legăturii poate fi determinată destul de ușor din valoarea atomilor care formează molecula.

de exemplu , în molecula de hidrogen H 2 multiplicitatea legăturilor este 1, deoarece fiecare hidrogen are doar 1 electron nepereche la nivelul de energie exterior, prin urmare, se formează o pereche de electroni comună.

În molecula de oxigen O 2, multiplicitatea legăturilor este 2, deoarece fiecare atom are 2 electroni nepereche în nivelul său de energie exterior: O=O.

În molecula de azot N 2, multiplicitatea legăturilor este 3, deoarece între fiecare atom există 3 electroni nepereche la nivelul energetic exterior, iar atomii formează 3 perechi de electroni comuni N≡N.

Lungimea legăturii covalente

Lungimea legăturii chimice este distanța dintre centrele nucleelor ​​atomilor care formează o legătură. Se determină prin metode fizice experimentale. Lungimea legăturii poate fi estimată aproximativ, conform regulii aditivității, conform căreia lungimea legăturii în molecula AB este aproximativ egală cu jumătate din suma lungimilor legăturilor din moleculele A 2 și B 2:

Lungimea unei legături chimice poate fi estimată aproximativ de-a lungul razelor atomilor, formând o legătură, sau prin multiplicitatea comunicării dacă razele atomilor nu sunt foarte diferite.

Odată cu creșterea razelor atomilor care formează o legătură, lungimea legăturii va crește.

de exemplu

Odată cu o creștere a multiplicității legăturilor dintre atomi (ale căror raze atomice nu diferă sau diferă ușor), lungimea legăturii va scădea.

de exemplu . În seria: C–C, C=C, C≡C, lungimea legăturii scade.

Energie legată

O măsură a puterii unei legături chimice este energia legăturii. Energie legată este determinată de energia necesară pentru a rupe legătura și a îndepărta atomii care formează această legătură la o distanță infinită unul de celălalt.

Legătura covalentă este foarte rezistent. Energia sa variază de la câteva zeci la câteva sute de kJ/mol. Cu cât energia de legătură este mai mare, cu atât puterea de legătură este mai mare și invers.

Forța unei legături chimice depinde de lungimea legăturii, de polaritatea legăturii și de multiplicitatea legăturii. Cu cât legătura chimică este mai lungă, cu atât se rupe mai ușor și cu cât energia legăturii este mai mică, cu atât rezistența acesteia este mai mică. Cu cât legătura chimică este mai scurtă, cu atât este mai puternică și energia de legătură este mai mare.

de exemplu, în seria compușilor HF, HCl, HBr de la stânga la dreapta rezistența legăturii chimice scade, deoarece lungimea legăturii crește.

Legătură chimică ionică

Legătură ionică este o legătură chimică bazată pe atracția electrostatică a ionilor.

ionii se formează în procesul de acceptare sau eliberare a electronilor de către atomi. De exemplu, atomii tuturor metalelor rețin slab electronii nivelului de energie exterior. Prin urmare, atomii de metal sunt caracterizați proprietăți de restaurare capacitatea de a dona electroni.

Exemplu. Atomul de sodiu conține 1 electron la al 3-lea nivel energetic. Dându-l cu ușurință, atomul de sodiu formează un ion Na + mult mai stabil, cu configurația electronică a gazului nobil de neon Ne. Ionul de sodiu conține 11 protoni și doar 10 electroni, deci sarcina totală a ionului este -10+11 = +1:

+11N / A) 2 ) 8 ) 1 - 1e = +11 N / A +) 2 ) 8

Exemplu. Atomul de clor are 7 electroni în nivelul său de energie exterior. Pentru a obține configurația unui atom stabil de argon inert Ar, clorul trebuie să atașeze 1 electron. După atașarea unui electron, se formează un ion de clor stabil, format din electroni. Sarcina totală a ionului este -1:

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

Notă:

• Proprietățile ionilor sunt diferite de proprietățile atomilor!
• Ioni stabili se pot forma nu numai atomi, dar de asemenea grupuri de atomi. De exemplu: ion amoniu NH 4 +, ion sulfat SO 4 2- etc. Legăturile chimice formate de astfel de ioni sunt de asemenea considerate ionice;
• Legăturile ionice se formează de obicei între metaleși nemetale(grupuri de nemetale);

Ionii rezultați sunt atrași datorită atracției electrice: Na + Cl -, Na 2 + SO 4 2-.

Să generalizăm vizual diferența dintre tipurile de legături covalente și ionice:

conexiune metalica este relația care se formează relativ electroni liberiîntre ioni metalici formând o rețea cristalină.

Atomii metalelor de la nivelul energetic exterior au de obicei unul până la trei electroni. Razele atomilor de metal, de regulă, sunt mari - prin urmare, atomii de metal, spre deosebire de nemetale, donează destul de ușor electroni exteriori, adică. sunt agenți reducători puternici.

Donând electroni, atomii de metal devin ioni încărcați pozitiv . Electronii detașați sunt relativ liberi se miscaîntre ionii metalici încărcați pozitiv. Între aceste particule există o legătură, deoarece electronii în comun țin împreună cationii metalici în straturi , creând astfel un suficient de puternic rețea cristalină metalică . În acest caz, electronii se mișcă continuu aleatoriu, adică. noi atomi neutri și noi cationi apar în mod constant.

Interacțiuni intermoleculare

Separat, merită luate în considerare interacțiunile care apar între moleculele individuale dintr-o substanță - interacțiuni intermoleculare . Interacțiunile intermoleculare sunt un tip de interacțiune între atomi neutri în care nu apar noi legături covalente. Forțele de interacțiune dintre molecule au fost descoperite de van der Waals în 1869 și numite după el. Forțele Van dar Waals. Forțele Van der Waals sunt împărțite în orientare, inducţie și dispersie . Energia interacțiunilor intermoleculare este mult mai mică decât energia unei legături chimice.

Forțele de orientare ale atracției apar între moleculele polare (interacțiunea dipol-dipol). Aceste forțe apar între moleculele polare. Interacțiuni inductive este interacțiunea dintre o moleculă polară și una nepolară. O moleculă nepolară este polarizată datorită acțiunii uneia polare, care generează o atracție electrostatică suplimentară.

Un tip special de interacțiune intermoleculară sunt legăturile de hidrogen. - acestea sunt legături chimice intermoleculare (sau intramoleculare) care apar între molecule în care există legături covalente puternic polare - H-F, H-O sau H-N. Dacă există astfel de legături în moleculă, atunci între molecule vor exista forțe suplimentare de atracție .

Mecanismul educației Legătura de hidrogen este parțial electrostatică și parțial donor-acceptor. În acest caz, un atom al unui element puternic electronegativ (F, O, N) acționează ca un donor de pereche de electroni, iar atomii de hidrogen conectați la acești atomi acționează ca un acceptor. Legăturile de hidrogen sunt caracterizate orientare în spaţiu şi saturare .

Legătura de hidrogen poate fi notată cu puncte: H ··· O. Cu cât electronegativitatea unui atom conectat la hidrogen este mai mare și cu cât dimensiunea acestuia este mai mică, cu atât legătura de hidrogen este mai puternică. Este în primul rând caracteristic compușilor fluor cu hidrogen , precum și să oxigen cu hidrogen , Mai puțin azot cu hidrogen .

Legăturile de hidrogen apar între următoarele substanțe:

— fluorură de hidrogen HF(gaz, soluție de acid fluorhidric în apă - acid fluorhidric), apă H2O (abur, gheață, apă lichidă):

— soluție de amoniac și amine organice- intre amoniac si moleculele de apa;

— compuși organici în care se leagă O-H sau N-H: alcooli, acizi carboxilici, amine, aminoacizi, fenoli, anilina si derivatii ei, proteine, solutii de carbohidrati - monozaharide si dizaharide.

Legătura de hidrogen afectează proprietățile fizice și chimice ale substanțelor. Astfel, atracția suplimentară dintre molecule face dificilă fierberea substanțelor. Substanțele cu legături de hidrogen prezintă o creștere anormală a punctului de fierbere.

de exemplu De regulă, odată cu creșterea greutății moleculare, se observă o creștere a punctului de fierbere al substanțelor. Cu toate acestea, într-o serie de substanțe H2O-H2S-H2Se-H2Te nu observăm o modificare liniară a punctelor de fierbere.

Și anume, la punctul de fierbere al apei este anormal de ridicat - nu mai puțin de -61 o C, după cum ne arată linia dreaptă, dar mult mai mult, +100 o C. Această anomalie se explică prin prezența legăturilor de hidrogen între moleculele de apă. Prin urmare, în condiții normale (0-20 o C), apa este lichid după starea de fază.

Nu există o teorie unificată a legăturii chimice; în mod condiționat, legătura chimică este împărțită în covalente (tip universal de legătură), ionică (un caz special de legătură covalentă), metalică și hidrogen.

legătură covalentă

Formarea unei legături covalente este posibilă prin trei mecanisme: schimb, donor-acceptor și dativ (Lewis).

Conform mecanism de schimb formarea unei legături covalente are loc datorită socializării perechilor de electroni comuni. În acest caz, fiecare atom tinde să dobândească un înveliș de gaz inert, adică. obțineți nivelul de energie exterioară finalizat. Formarea unei legături chimice de tip schimb este descrisă folosind formulele Lewis, în care fiecare electron de valență al unui atom este reprezentat prin puncte (Fig. 1).

Orez. 1 Formarea unei legături covalente în molecula de HCl prin mecanismul de schimb

Odată cu dezvoltarea teoriei structurii atomului și a mecanicii cuantice, formarea unei legături covalente este reprezentată ca o suprapunere a orbitalilor electronici (Fig. 2).

Orez. 2. Formarea unei legături covalente datorită suprapunerii norilor de electroni

Cu cât suprapunerea orbitalilor atomici este mai mare, cu atât legătura este mai puternică, cu atât lungimea legăturii este mai mică și energia acesteia este mai mare. O legătură covalentă se poate forma prin suprapunerea diferiților orbitali. Ca urmare a suprapunerii orbitalilor s-s, s-p, precum și a orbitalilor d-d, p-p, d-p de către lobii laterali, se formează o legătură. Perpendicular pe linia care leagă nucleele a 2 atomi, se formează o legătură. Legăturile una și una sunt capabile să formeze o legătură covalentă multiplă (dublă), caracteristică substanțelor organice din clasa alchenelor, alcadienelor etc. Legăturile una și două formează o legătură covalentă multiplă (triplă), caracteristică organicului substanțe din clasa alchinelor (acetilene).

Formarea unei legături covalente mecanism donor-acceptor luați în considerare exemplul cationului de amoniu:

NH3 + H+ = NH4+

7 N 1s 2 2s 2 2p 3

Atomul de azot are o pereche de electroni liberă (electroni care nu sunt implicați în formarea legăturilor chimice în interiorul moleculei), iar cationul de hidrogen are un orbital liber, deci sunt donor și, respectiv, acceptor de electroni.

Să luăm în considerare mecanismul dativ al formării unei legături covalente folosind exemplul unei molecule de clor.

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

Atomul de clor are atât o pereche de electroni liberă, cât și orbiti liberi, prin urmare, poate prezenta proprietățile atât ale unui donor, cât și ale unui acceptor. Prin urmare, atunci când se formează o moleculă de clor, un atom de clor acționează ca donor, iar celălalt ca acceptor.

Principal caracteristicile legăturii covalente sunt: ​​saturația (legăturile saturate se formează atunci când un atom își atașează atât de mulți electroni cât îi permit capabilitățile sale de valență; legăturile nesaturate se formează atunci când numărul de electroni atașați este mai mic decât capacitățile de valență ale atomului); directivitate (această valoare este asociată cu geometria moleculei și conceptul de „unghi de valență” - unghiul dintre legături).

Legătură ionică

Nu există compuși cu o legătură ionică pură, deși aceasta este înțeleasă ca o astfel de stare a atomilor legată chimic în care se creează un mediu electronic stabil al atomului odată cu tranziția completă a densității totale de electroni la un atom al unui element mai electronegativ. . Legătura ionică este posibilă numai între atomii elementelor electronegative și electropozitive care se află în starea de ioni încărcați opus - cationi și anioni.

DEFINIȚIE

Ion numite particule încărcate electric formate prin detașarea sau atașarea unui electron la un atom.

La transferul unui electron, atomii metalelor și nemetalelor tind să formeze o configurație stabilă a învelișului de electroni în jurul nucleului lor. Un atom nemetalic creează un înveliș al gazului inert ulterior în jurul miezului său, iar un atom de metal creează un înveliș al gazului inert anterior (Fig. 3).

Orez. 3. Formarea unei legături ionice folosind exemplul unei molecule de clorură de sodiu

Moleculele în care există o legătură ionică în formă pură se găsesc în starea de vapori a unei substanțe. Legătura ionică este foarte puternică, în legătură cu aceasta, substanțele cu această legătură au un punct de topire ridicat. Spre deosebire de legăturile covalente, legăturile ionice nu se caracterizează prin directivitate și saturație, deoarece câmpul electric creat de ioni acționează în mod egal asupra tuturor ionilor datorită simetriei sferice.

legătură metalică

O legătură metalică se realizează numai în metale - aceasta este o interacțiune care ține atomii de metal într-o singură rețea. Doar electronii de valență ai atomilor de metal, care aparțin întregului său volum, participă la formarea legăturii. În metale, electronii sunt desprinși în mod constant de atomi, care se mișcă în întreaga masă a metalului. Atomii de metal, lipsiți de electroni, se transformă în ioni încărcați pozitiv, care tind să ia electronii în mișcare către ei. Acest proces continuu formează așa-numitul „gaz de electroni” în interiorul metalului, care leagă ferm toți atomii de metal împreună (Fig. 4).

Legătura metalică este puternică, prin urmare, metalele se caracterizează printr-un punct de topire ridicat, iar prezența unui „gaz de electroni” conferă metalelor maleabilitate și ductilitate.

legătură de hidrogen

O legătură de hidrogen este o interacțiune intermoleculară specifică, deoarece apariția și rezistența sa depind de natura chimică a substanței. Se formează între molecule în care un atom de hidrogen este legat de un atom cu electronegativitate mare (O, N, S). Apariția unei legături de hidrogen depinde de două motive, în primul rând, atomul de hidrogen asociat cu un atom electronegativ nu are electroni și poate fi introdus cu ușurință în norii de electroni ai altor atomi, iar în al doilea rând, având un orbital s de valență, hidrogenul. atomul este capabil să accepte o pereche de electroni a unui atom electronegativ și să formeze o legătură cu acesta prin mecanismul donor-acceptor.

Conceptul de legătură chimică are o importanță nu mică în diferite domenii ale chimiei ca știință. Acest lucru se datorează faptului că cu ajutorul său atomii individuali sunt capabili să se combine în molecule, formând tot felul de substanțe, care, la rândul lor, fac obiectul cercetărilor chimice.

Varietatea de atomi și molecule este asociată cu apariția diferitelor tipuri de legături între ei. Diferitele clase de molecule se caracterizează prin propriile caracteristici ale distribuției electronilor și, prin urmare, prin propriile tipuri de legături.

Noțiuni de bază

legătură chimică numit un set de interacțiuni care duc la legarea atomilor pentru a forma particule stabile cu o structură mai complexă (molecule, ioni, radicali), precum și agregate (cristale, pahare etc.). Natura acestor interacțiuni este de natură electrică și ele apar în timpul distribuției electronilor de valență în atomii care se apropie.

Valenta a acceptat denumește capacitatea unui atom de a forma un anumit număr de legături cu alți atomi. În compușii ionici, numărul de electroni dați sau atașați este luat ca valoare a valenței. În compușii covalenti, este egal cu numărul de perechi de electroni comuni.

Sub gradul de oxidare este înțeles ca fiind condiționat sarcina care ar putea fi pe un atom dacă toate legăturile covalente polare ar fi ionice.

Se numește multiplicitatea conexiunii numărul de perechi de electroni împărțiți între atomii considerați.

Legăturile considerate în diverse ramuri ale chimiei pot fi împărțite în două tipuri de legături chimice: cele care duc la formarea de noi substanțe (intramoleculare) , și cele care apar între molecule (intermoleculare).

Caracteristicile de bază ale comunicării

Prin energia de legătură este energia necesară pentru a rupe toate legăturile dintr-o moleculă. Este, de asemenea, energia eliberată în timpul formării legăturilor.

Lungimea comunicării numită o astfel de distanță între nucleele vecine de atomi dintr-o moleculă, la care forțele de atracție și repulsie sunt echilibrate.

Aceste două caracteristici ale legăturii chimice a atomilor sunt o măsură a puterii sale: cu cât lungimea este mai mică și energia este mai mare, cu atât legătura este mai puternică.

Unghiul de valență Se obișnuiește să se numească unghiul dintre liniile reprezentate care trec în direcția legăturii prin nucleele atomilor.

Metode de descriere a relației

Cele mai comune două abordări pentru explicarea legăturii chimice, împrumutate din mecanica cuantică:

Metoda orbitalilor moleculari. El consideră o moleculă ca un set de electroni și nuclee de atomi, fiecare electron individual mișcându-se în câmpul de acțiune al tuturor celorlalți electroni și nuclee. Molecula are o structură orbitală, iar toți electronii săi sunt distribuiți de-a lungul acestor orbite. De asemenea, această metodă se numește MO LCAO, care înseamnă „combinație orbital molecular – liniar”.

Metoda legăturilor de valență. Reprezintă o moleculă ca un sistem de doi orbitali moleculari centrali. Mai mult, fiecare dintre ele corespunde unei legături între doi atomi adiacenți din moleculă. Metoda se bazează pe următoarele prevederi:

1. Formarea unei legături chimice este realizată de o pereche de electroni cu spini opuși, care se află între cei doi atomi considerați. Perechea de electroni formată aparține la doi atomi în mod egal.
2. Numărul de legături formate de unul sau altul atom este egal cu numărul de electroni nepereche din stările fundamentale și excitate.
3. Dacă perechile de electroni nu iau parte la formarea unei legături, atunci ele se numesc perechi singure.

Electronegativitatea

Tipul de legătură chimică în substanțe poate fi determinat pe baza diferenței dintre valorile electronegativității atomilor săi constitutivi. Sub electronegativitateaînțelegeți capacitatea atomilor de a atrage perechi de electroni obișnuiți (nor de electroni), ceea ce duce la polarizarea legăturilor.

Există diferite moduri de a determina valorile electronegativității elementelor chimice. Cu toate acestea, cea mai utilizată este scara bazată pe date termodinamice, care a fost propusă încă din 1932 de L. Pauling.

Cu cât diferența de electronegativitate a atomilor este mai mare, cu atât ionicitatea sa este mai pronunțată. Dimpotrivă, valorile electronegativității egale sau apropiate indică natura covalentă a legăturii. Cu alte cuvinte, este posibil să se determine ce legătură chimică este observată într-o anumită moleculă din punct de vedere matematic. Pentru a face acest lucru, trebuie să calculați ΔX - diferența de electronegativitate a atomilor conform formulei: ΔX=|X 1 -X 2 |.

• În cazul în care un ΔX>1,7, atunci legătura este ionică.
• În cazul în care un 0,5≤ΔХ≤1,7, legătura covalentă este polară.
• În cazul în care un ΔX=0 sau aproape de acesta, atunci legătura este covalentă nepolară.

Legătură ionică

O legătură ionică este o astfel de legătură care apare între ioni sau datorită retragerii complete a unei perechi de electroni comune de către unul dintre atomi. În substanțe, acest tip de legătură chimică este realizată de forțele de atracție electrostatică.

Ionii sunt particule încărcate formate din atomi ca urmare a adăugării sau eliberării de electroni. Când un atom acceptă electroni, acesta capătă o sarcină negativă și devine anion. Dacă un atom donează electroni de valență, el devine o particulă încărcată pozitiv numită cation.

Este caracteristic compușilor formați prin interacțiunea atomilor de metale tipice cu atomii de nemetale tipice. Principalul proces este aspirația atomilor pentru a dobândi configurații electronice stabile. Și pentru aceasta, metalele și nemetalele tipice trebuie să dea sau să accepte doar 1-2 electroni, ceea ce fac cu ușurință.

Mecanismul de formare a unei legături chimice ionice într-o moleculă este considerat în mod tradițional folosind exemplul interacțiunii sodiului și clorului. Atomii metalelor alcaline donează cu ușurință un electron atras de un atom de halogen. Ca urmare, se formează cationul Na + și anionul Cl - care sunt ținute împreună prin atracție electrostatică.

Nu există o legătură ionică ideală. Chiar și în astfel de compuși, care sunt adesea denumiți ionici, transferul final al electronilor de la atom la atom nu are loc. Perechea de electroni formată rămâne încă în uz comun. Prin urmare, ei vorbesc despre gradul de ionicitate al unei legături covalente.

O legătură ionică este caracterizată de două proprietăți principale legate între ele:

• nedirecționalitate, adică câmpul electric din jurul ionului are forma unei sfere;
• nesaturația, adică numărul de ioni încărcați opus care pot fi plasați în jurul oricărui ion, este determinată de dimensiunea acestora.

legătură chimică covalentă

Legătura formată atunci când norii de electroni ai atomilor nemetalici se suprapun, adică realizată de o pereche de electroni comună, se numește legătură covalentă. Numărul de perechi de electroni partajați determină multiplicitatea legăturii. Deci, atomii de hidrogen sunt legați printr-o singură legătură H··H, iar atomii de oxigen formează o legătură dublă O::O.

Există două mecanisme pentru formarea sa:

• Schimb - fiecare atom reprezintă formarea unei perechi comune de un electron: A + B = A: B, în timp ce conexiunea implică orbitali atomici externi, pe care se află un electron.
• Donator-acceptor - pentru a forma o legătură, unul dintre atomi (donatorul) furnizează o pereche de electroni, iar al doilea (acceptor) oferă un orbital liber pentru plasarea sa: A +: B \u003d A: B.

Modalitățile în care norii de electroni se suprapun în timpul formării unei legături chimice covalente sunt, de asemenea, diferite.

1. Direct. Regiunea de suprapunere a norilor se află pe o linie dreaptă imaginară care leagă nucleele atomilor considerați. În acest caz, se formează legături σ. Tipul de legătură chimică care apare în acest caz depinde de tipul de nori de electroni care suferă suprapunere: s-s, s-p, p-p, s-d sau p-d σ-legaturi. Într-o particulă (moleculă sau ion), între doi atomi învecinați poate apărea o singură legătură σ.
2. Lateral. Se efectuează pe ambele părți ale liniei care leagă nucleele atomilor. Așa se formează o legătură π și sunt posibile și varietățile ei: p-p, p-d, d-d. În afară de legătura σ, legătura π nu se formează niciodată; poate fi în molecule care conțin legături multiple (duble și triple).

Proprietățile unei legături covalente

Ei sunt cei care determină caracteristicile chimice și fizice ale compușilor. Principalele proprietăți ale oricărei legături chimice din substanțe sunt direcționalitatea, polaritatea și polarizabilitatea acesteia, precum și saturația.

Orientare conexiunile se datorează caracteristicilor structurii moleculare a substanțelor și formei geometrice a moleculelor acestora. Esența sa constă în faptul că cea mai bună suprapunere a norilor de electroni este posibilă cu o anumită orientare în spațiu. Opțiunile pentru formarea legăturilor σ și π au fost deja luate în considerare mai sus.

Sub satietateînțelegeți capacitatea atomilor de a forma un anumit număr de legături chimice într-o moleculă. Numărul de legături covalente pentru fiecare atom este limitat de numărul de orbitali exteriori.

Polaritate legătura depinde de diferența dintre valorile electronegativității atomilor. Determină uniformitatea distribuției electronilor între nucleele atomilor. Legătura covalentă pe această bază poate fi polară sau nepolară.

• Dacă o pereche de electroni comună aparține în mod egal fiecăruia dintre atomi și este situată la aceeași distanță de nucleele lor, atunci legătura covalentă este nepolară.
• Dacă perechea comună de electroni este deplasată către nucleul unuia dintre atomi, atunci se formează o legătură chimică polară covalentă.

Polarizabilitate se exprimă prin deplasarea electronilor de legătură sub acțiunea unui câmp electric extern, care poate aparține unei alte particule, legături învecinate din aceeași moleculă, sau provin din surse externe de câmpuri electromagnetice. Astfel, o legătură covalentă sub influența lor își poate schimba polaritatea.

Hibridizarea orbitalilor este înțeleasă ca o schimbare a formelor lor în timpul implementării unei legături chimice. Acest lucru este necesar pentru a obține cea mai eficientă suprapunere. Există următoarele tipuri de hibridizare:

• sp3. Un orbital s și trei orbitali p formează patru orbitali „hibrizi” de aceeași formă. În exterior, seamănă cu un tetraedru cu un unghi între axele de 109 °.
• sp2. Un orbital s și doi orbitali p formează un triunghi plat cu un unghi între axele de 120°.
• sp. Un orbital s și unul p formează doi orbitali „hibrizi” cu un unghi între axele lor de 180°.

O caracteristică a structurii atomilor de metal este o rază destul de mare și prezența unui număr mic de electroni în orbitalii exteriori. Ca urmare, în astfel de elemente chimice, legătura dintre nucleu și electronii de valență este relativ slabă și se rupe ușor.

metal o legătură este o astfel de interacțiune între atomi de metal-ioni, care se realizează cu ajutorul electronilor delocalizați.

În particulele metalice, electronii de valență pot părăsi cu ușurință orbitalii exteriori și pot ocupa locuri libere pe ei. Astfel, în momente diferite, aceeași particulă poate fi un atom și un ion. Electronii smulși din ele se mișcă liber pe întregul volum al rețelei cristaline și realizează o legătură chimică.

Acest tip de legătură are asemănări cu legăturile ionice și covalente. La fel ca și pentru ionic, ionii sunt necesari pentru existența unei legături metalice. Dar dacă pentru implementarea interacțiunii electrostatice în primul caz, sunt necesari cationi și anioni, atunci în al doilea, rolul particulelor încărcate negativ este jucat de electroni. Dacă comparăm o legătură metalică cu o legătură covalentă, atunci formarea ambelor necesită electroni comuni. Cu toate acestea, spre deosebire de o legătură chimică polară, ei nu sunt localizați între doi atomi, ci aparțin tuturor particulelor de metal din rețeaua cristalină.

Legătura metalică este responsabilă pentru proprietățile speciale ale aproape tuturor metalelor:

• plasticitate, prezentă datorită posibilității deplasării straturilor de atomi din rețeaua cristalină deținută de gazul electron;
• luciu metalic, care se observă datorită reflectării razelor de lumină de la electroni (în starea de pulbere nu există o rețea cristalină și, prin urmare, electronii care se mișcă de-a lungul ei);
• conductivitatea electrică, care este realizată de un flux de particule încărcate și, în acest caz, electronii mici se mișcă liber printre ionii metalici mari;
• conductivitatea termică se observă datorită capacității electronilor de a transfera căldură.

Acest tip de legătură chimică este uneori denumit intermediar între interacțiunile covalente și intermoleculare. Dacă un atom de hidrogen are o legătură cu unul dintre elementele puternic electronegative (cum ar fi fosfor, oxigen, clor, azot), atunci este capabil să formeze o legătură suplimentară, numită hidrogen.

Este mult mai slabă decât toate tipurile de legături considerate mai sus (energia nu este mai mare de 40 kJ/mol), dar nu poate fi neglijată. De aceea legătura chimică de hidrogen din diagramă arată ca o linie punctată.

Apariția unei legături de hidrogen este posibilă datorită interacțiunii electrostatice donor-acceptor simultan. O diferență mare în valorile electronegativității duce la apariția excesului de densitate de electroni pe atomii O, N, F și alții, precum și la lipsa acesteia asupra atomului de hidrogen. În cazul în care nu există nicio legătură chimică între astfel de atomi, forțele atractive sunt activate dacă sunt suficient de apropiate. În acest caz, protonul este un acceptor de pereche de electroni, iar al doilea atom este un donor.

O legătură de hidrogen poate avea loc atât între moleculele învecinate, de exemplu, apă, acizi carboxilici, alcooli, amoniac, cât și în interiorul unei molecule, de exemplu, acid salicilic.

Prezența unei legături de hidrogen între moleculele de apă explică o serie de proprietăți fizice unice:

• Valorile capacității sale de căldură, constantei dielectrice, punctele de fierbere și de topire, în conformitate cu calculele, ar trebui să fie mult mai mici decât cele reale, ceea ce se explică prin legarea moleculelor și nevoia de a consuma energie pentru a sparge hidrogenul intermolecular. obligațiuni.
• Spre deosebire de alte substanțe, pe măsură ce temperatura scade, volumul apei crește. Acest lucru se datorează faptului că moleculele ocupă o anumită poziție în structura cristalină a gheții și se îndepărtează unele de altele pe lungimea legăturii de hidrogen.

Această legătură joacă un rol special pentru organismele vii, deoarece prezența ei în moleculele de proteine ​​determină structura lor specială și, prin urmare, proprietățile lor. În plus, acizii nucleici, care formează dubla helix a ADN-ului, sunt, de asemenea, legați tocmai prin legături de hidrogen.

Legături în cristale

Marea majoritate a solidelor au o rețea cristalină - un aranjament reciproc special al particulelor care le formează. În acest caz, se observă periodicitatea tridimensională, iar atomii, moleculele sau ionii sunt localizați la noduri, care sunt conectate prin linii imaginare. În funcție de natura acestor particule și de legăturile dintre ele, toate structurile cristaline sunt împărțite în atomice, moleculare, ionice și metalice.

La nodurile rețelei cristaline ionice se află cationi și anioni. Mai mult, fiecare dintre ele este înconjurat de un număr strict definit de ioni cu doar sarcina opusă. Un exemplu tipic este clorura de sodiu (NaCl). Ele tind să aibă puncte de topire și duritate ridicate, deoarece necesită multă energie pentru a se descompune.

La nodurile rețelei cristaline moleculare, există molecule de substanțe formate printr-o legătură covalentă (de exemplu, I 2). Ele sunt conectate între ele printr-o interacțiune slabă van der Waals și, prin urmare, o astfel de structură este ușor de distrus. Astfel de compuși au puncte de fierbere și de topire scăzute.

Rețeaua cristalină atomică este formată din atomi de elemente chimice cu valori mari de valență. Ele sunt conectate prin legături covalente puternice, ceea ce înseamnă că substanțele au puncte de fierbere și de topire ridicate și duritate mare. Un exemplu este un diamant.

Astfel, toate tipurile de legături prezente în substanțele chimice au propriile lor caracteristici, care explică complexitatea interacțiunii particulelor din molecule și substanțe. Proprietățile compușilor depind de ele. Ele determină toate procesele care au loc în mediu.

Orice interacțiune între atomi este posibilă numai în prezența unei legături chimice. O astfel de conexiune este motivul formării unui sistem poliatomic stabil - un ion molecular, o moleculă, o rețea cristalină. O legătură chimică puternică necesită multă energie pentru a se rupe, motiv pentru care este valoarea de bază pentru măsurarea rezistenței legăturii.

Condiții pentru formarea unei legături chimice

Formarea unei legături chimice este întotdeauna însoțită de eliberarea de energie. Acest proces are loc din cauza scăderii energiei potențiale a unui sistem de particule care interacționează - molecule, ioni, atomi. Energia potențială a sistemului rezultat de elemente care interacționează este întotdeauna mai mică decât energia particulelor care ies nelegate. Astfel, baza pentru apariția unei legături chimice în sistem este scăderea energiei potențiale a elementelor sale.

Natura interacțiunii chimice

O legătură chimică este o consecință a interacțiunii câmpurilor electromagnetice care apar în jurul electronilor și nucleelor ​​atomilor acelor substanțe care participă la formarea unei noi molecule sau cristale. După descoperirea teoriei structurii atomului, natura acestei interacțiuni a devenit mai accesibilă pentru studiu.

Pentru prima dată, ideea naturii electrice a unei legături chimice a apărut de la fizicianul englez G. Davy, care a sugerat că moleculele se formează datorită atracției electrice a particulelor încărcate opus. Această idee l-a interesat pe chimistul și naturalistul suedez I.Ya. Berzellius, care a dezvoltat teoria electrochimică a formării unei legături chimice.

Prima teorie, care explica procesele de interacțiune chimică a substanțelor, era imperfectă, iar în timp a trebuit să fie abandonată.

teoria lui Butlerov

O încercare mai reușită de a explica natura legăturii chimice a substanțelor a fost făcută de omul de știință rus A.M. Butlerov. Acest om de știință și-a bazat teoria pe următoarele presupuneri:

• Atomii în starea conectați sunt conectați între ei într-o anumită ordine. O schimbare în această ordine determină formarea unei noi substanțe.
• Atomii se leagă unul de altul conform legilor valenței.
• Proprietățile unei substanțe depind de ordinea conexiunii atomilor dintr-o moleculă a unei substanțe. Un aranjament diferit determină o modificare a proprietăților chimice ale substanței.
• Atomii legați împreună au cea mai puternică influență unul asupra celuilalt.

Teoria lui Butlerov a explicat proprietățile substanțelor chimice nu numai prin compoziția lor, ci și prin aranjarea atomilor. Un astfel de ordin intern al lui A.M. Butlerov a numit „structură chimică”.

Teoria omului de știință rus a făcut posibilă punerea în ordine a lucrurilor în clasificarea substanțelor și a făcut posibilă determinarea structurii moleculelor prin proprietățile lor chimice. Teoria a dat și un răspuns la întrebarea: de ce moleculele care conțin același număr de atomi au proprietăți chimice diferite.

Condiții preliminare pentru crearea teoriilor legăturilor chimice

În teoria sa despre structura chimică, Butlerov nu a abordat problema ce este o legătură chimică. Pentru aceasta, atunci erau prea puține date despre structura internă a materiei. Abia după descoperirea modelului planetar al atomului, omul de știință american Lewis a început să dezvolte o ipoteză conform căreia o legătură chimică ia naștere prin formarea unei perechi de electroni, care aparține simultan la doi atomi. Ulterior, această idee a devenit fundamentul dezvoltării teoriei legăturilor covalente.

legătură chimică covalentă

Un compus chimic stabil poate fi format atunci când norii de electroni ai doi atomi vecini se suprapun. Rezultatul unei astfel de încrucișări reciproce este o densitate de electroni în creștere în spațiul internuclear. Nucleele atomilor, după cum știți, sunt încărcate pozitiv și, prin urmare, încearcă să fie atrase cât mai aproape de norul de electroni încărcat negativ. Această atracție este mult mai puternică decât forțele de respingere dintre două nuclee încărcate pozitiv, astfel încât această legătură este stabilă.

Primele calcule ale legăturilor chimice au fost efectuate de chimiștii Heitler și Londra. Ei au considerat legătura dintre doi atomi de hidrogen. Cea mai simplă reprezentare vizuală a acesteia ar putea arăta astfel:

După cum se poate observa, perechea de electroni ocupă un loc cuantic în ambii atomi de hidrogen. Acest aranjament în două centre de electroni se numește „legătură chimică covalentă”. O legătură covalentă este tipică pentru moleculele de substanțe simple și compușii lor din nemetale. Substanțele create ca urmare a unei legături covalente de obicei nu conduc electricitatea sau sunt semiconductori.

Legătură ionică

O legătură chimică de tip ionic apare atunci când doi ioni încărcați opus sunt atrași electric. Ionii pot fi simpli, constând dintr-un atom al unei substanțe. În compușii de acest tip, ionii simpli sunt cel mai adesea atomi încărcați pozitiv ai metalelor din grupa 1,2 care și-au pierdut electronii. Formarea ionilor negativi este inerentă atomilor de nemetale tipice și bazele acizilor acestora. Prin urmare, printre compușii ionici tipici, există multe halogenuri de metale alcaline, cum ar fi CsF, NaCl și altele.

Spre deosebire de o legătură covalentă, un ion nu are saturație: un număr diferit de ioni încărcați opus se pot alătura unui ion sau grup de ioni. Numărul de particule atașate este limitat doar de dimensiunile liniare ale ionilor care interacționează, precum și de condiția în care forțele de atractivitate ale ionilor încărcați opus trebuie să fie mai mari decât forțele de respingere ale particulelor încărcate identic care participă la o conexiune de tip ionic.

legătură de hidrogen

Chiar înainte de crearea teoriei structurii chimice, s-a observat experimental că compușii de hidrogen cu diferite nemetale au proprietăți oarecum neobișnuite. De exemplu, punctele de fierbere ale fluorurii de hidrogen și ale apei sunt mult mai mari decât ar fi de așteptat.

Acestea și alte caracteristici ale compușilor cu hidrogen pot fi explicate prin capacitatea atomului de H + de a forma o altă legătură chimică. Acest tip de conexiune se numește „legătură de hidrogen”. Cauzele legăturilor de hidrogen se află în proprietățile forțelor electrostatice. De exemplu, într-o moleculă de fluorură de hidrogen, norul de electroni general este atât de mutat către fluor încât spațiul din jurul atomului acestei substanțe este saturat cu un câmp electric negativ. În jurul atomului de hidrogen, lipsit de unicul său electron, câmpul este mult mai slab și are o sarcină pozitivă. Ca rezultat, există o relație suplimentară între câmpurile pozitive ale norilor de electroni H + și negative F - .

Lipirea chimică a metalelor

Atomii tuturor metalelor sunt localizați în spațiu într-un anumit fel. Aranjamentul atomilor de metal se numește rețea cristalină. În acest caz, electronii diferiților atomi interacționează slab între ei, formând un nor de electroni comun. Acest tip de interacțiune între atomi și electroni se numește „legătură metalică”.

Este mișcarea liberă a electronilor în metale care poate explica proprietățile fizice ale substanțelor metalice: conductivitate electrică, conductivitate termică, rezistență, fuzibilitate și altele.

3.3.1 Legătură covalentă - Aceasta este o legătură cu doi electroni în două centre, formată din cauza suprapunerii norilor de electroni care poartă electroni nepereche cu spini antiparaleli. De regulă, se formează între atomii unui element chimic.

Cantitativ, se caracterizează prin valență. Valenta elementului - aceasta este capacitatea sa de a forma un anumit număr de legături chimice datorită electronilor liberi aflați în zona de valență atomică.

O legătură covalentă este formată numai de o pereche de electroni situată între atomi. Se numește pereche divizată. Perechile de electroni rămase sunt numite perechi singure. Ele umplu cojile și nu participă la legare. Comunicarea între atomi poate fi realizată nu numai de unul, ci și de două sau chiar trei perechi comune. Se numesc astfel de conexiuni dubla Si t roi - legături multiple.

3.3.1.1 Legătură covalentă nepolară. Se numește o legătură realizată prin formarea perechilor de electroni care aparțin în mod egal ambilor atomi covalent nepolar. Apare între atomi cu electronegativitate practic egală (0,4 > ΔEO > 0) și, în consecință, o distribuție uniformă a densității electronice între nucleele atomilor din moleculele homonucleare. De exemplu, H 2 , O 2 , N 2 , Cl 2 etc. Momentul dipolar al unor astfel de legături este zero. Legătura CH în hidrocarburile saturate (de exemplu, în CH 4) este considerată practic nepolară, deoarece AEO = 2,5 (C) - 2,1 (H) = 0,4.

3.3.1.2 Legătură polară covalentă. Dacă o moleculă este formată din doi atomi diferiți, atunci zona de suprapunere a norilor de electroni (orbitali) se deplasează către unul dintre atomi și o astfel de legătură se numește polar . Cu o astfel de conexiune, probabilitatea de a găsi electroni în apropierea nucleului unuia dintre atomi este mai mare. De exemplu, HCI, H2S, PH3.

Legătură covalentă polară (asimetrice). - legătura dintre atomi cu electronegativitate diferită (2 > ΔEO > 0,4) și distribuția asimetrică a unei perechi de electroni comune. De regulă, se formează între două nemetale.

Densitatea electronică a unei astfel de legături este deplasată către un atom mai electronegativ, ceea ce duce la apariția pe acesta a unei sarcini negative parțiale  (delta minus), iar pe un atom mai puțin electronegativ - o sarcină pozitivă parțială  ( delta plus)

C  - Cl

Direcția deplasării electronilor este, de asemenea, indicată printr-o săgeată:

CCl, CO, CN, OH, CMg.

Cu cât diferența de electronegativitate a atomilor legați este mai mare, cu atât polaritatea legăturii este mai mare și momentul dipol al acesteia este mai mare. Forțe suplimentare de atracție acționează între sarcinile parțiale de semn opus. Prin urmare, cu cât legătura este mai polară, cu atât este mai puternică.

Cu exceptia polarizabilitate legătură covalentă are proprietatea satietate - capacitatea unui atom de a forma atâtea legături covalente câte orbitali atomici dispune energetic. A treia proprietate a unei legături covalente este ea orientare.

3.3.2 Legătura ionică. Forța motrice din spatele formării sale este aceeași aspirație a atomilor către învelișul octet. Dar, într-un număr de cazuri, un astfel de înveliș „octet” poate apărea numai atunci când electronii sunt transferați de la un atom la altul. Prin urmare, de regulă, se formează o legătură ionică între un metal și un nemetal.

Luați în considerare ca exemplu reacția dintre atomii de sodiu (3s 1) și fluor (2s 2 3s 5). Diferența de electronegativitate în compusul NaF

EO = 4,0 - 0,93 = 3,07

Sodiul, după ce și-a donat electronul 3s 1 fluor, devine ionul Na + și rămâne cu o înveliș umplută 2s 2 2p 6, care corespunde configurației electronice a atomului de neon. Exact aceeași configurație electronică este dobândită de fluor, acceptând un electron donat de sodiu. Ca rezultat, forțele de atracție electrostatică apar între ionii încărcați opus.

Legătură ionică - un caz extrem al unei legături covalente polare, bazat pe atracția electrostatică a ionilor. O astfel de legătură apare atunci când există o mare diferență în electronegativitatea atomilor legați (EO > 2), când un atom mai puțin electronegativ renunță aproape complet la electronii de valență și se transformă într-un cation, iar un alt atom, mai electronegativ, se atașează. aceşti electroni şi devine un anion. Interacțiunea ionilor de semn opus nu depinde de direcție, iar forțele Coulomb nu au proprietatea de saturație. Din cauza asta legătură ionică nu are spatiu se concentreze și satietate , deoarece fiecare ion este asociat cu un anumit număr de contraioni (numărul de coordonare al ionului). Prin urmare, compușii legați ionic nu au o structură moleculară și sunt substanțe solide care formează rețele cristaline ionice, cu puncte ridicate de topire și fierbere, sunt foarte polari, adesea asemănătoare sărurilor și conductoare electric în soluții apoase. De exemplu, MgS, NaCl, A2O3. Compușii cu legături pur ionice practic nu există, deoarece există întotdeauna o anumită cantitate de covalență datorită faptului că nu se observă o tranziție completă a unui electron la alt atom; în cele mai „ionice” substanțe, proporția ionicității legăturii nu depășește 90%. De exemplu, în NaF, polarizarea legăturii este de aproximativ 80%.

În compușii organici, legăturile ionice sunt destul de rare, deoarece. un atom de carbon tinde să nu piardă sau să câștige electroni pentru a forma ioni.

Valenţă elementele din compuşii cu legături ionice caracterizează foarte des starea de oxidare , care, la rândul său, corespunde sarcinii ionului elementului din compusul dat.

Stare de oxidare este sarcina condiționată pe care o dobândește un atom ca urmare a redistribuirii densității electronilor. Cantitativ, se caracterizează prin numărul de electroni deplasați de la un element mai puțin electronegativ la unul mai electronegativ. Din elementul care a cedat electronii se formează un ion încărcat pozitiv, iar din elementul care a primit acești electroni se formează un ion negativ.

Elementul în cea mai mare stare de oxidare (maximum pozitiv), și-a renunțat deja la toți electronii de valență din ABD. Și deoarece numărul lor este determinat de numărul grupului în care se află elementul, atunci cea mai mare stare de oxidare pentru majoritatea elementelor și va fi egală cu număr de grup . Cu privire la cea mai scăzută stare de oxidare (maximum negativ), atunci apare în timpul formării unei învelișuri de opt electroni, adică în cazul în care AVZ este complet umplut. Pentru nemetale se calculează după formula numărul grupului - 8 . Pentru metale este egal cu zero deoarece nu pot accepta electroni.

De exemplu, AVZ a sulfului are forma: 3s 2 3p 4 . Dacă un atom renunță la toți electronii (șase), atunci va dobândi cea mai înaltă stare de oxidare +6 egal cu numărul grupului VI , dacă sunt necesare cele două necesare pentru a finaliza învelișul stabil, acesta va dobândi cea mai scăzută stare de oxidare –2 egal cu Numărul grupului - 8 \u003d 6 - 8 \u003d -2.

3.3.3 Legături metalice. Majoritatea metalelor au o serie de proprietăți care sunt de natură generală și diferă de proprietățile altor substanțe. Astfel de proprietăți sunt puncte de topire relativ ridicate, capacitatea de a reflecta lumina, conductivitate termică și electrică ridicată. Aceste caracteristici se explică prin existența în metale a unui tip special de interacțiune – conexiune metalica.

În conformitate cu poziția în sistemul periodic, atomii de metal au un număr mic de electroni de valență, care sunt destul de slab legați de nucleele lor și pot fi ușor detașați de ei. Ca urmare, în rețeaua cristalină a metalului apar ioni încărcați pozitiv, localizați în anumite poziții ale rețelei cristaline, și un număr mare de electroni delocalizați (liberi) care se mișcă relativ liber în câmpul centrilor pozitivi și realizează conexiunea. între toți atomii de metal datorită atracției electrostatice.

Aceasta este o diferență importantă între legăturile metalice și legăturile covalente, care au o orientare strictă în spațiu. Forțele de legătură din metale nu sunt localizate și nu sunt direcționate, iar electronii liberi care formează „gazul de electroni” provoacă o conductivitate termică și electrică ridicată. Prin urmare, în acest caz este imposibil să vorbim despre direcția legăturilor, deoarece electronii de valență sunt distribuiți aproape uniform peste cristal. Acesta este exact ceea ce explică, de exemplu, plasticitatea metalelor, adică posibilitatea deplasării ionilor și atomilor în orice direcție.

3.3.4 Legătura donor-acceptor. În plus față de mecanismul de formare a unei legături covalente, conform căruia o pereche de electroni comună ia naștere din interacțiunea a doi electroni, există și o specială mecanism donor-acceptor . Constă în faptul că o legătură covalentă se formează ca urmare a tranziției unei perechi de electroni (singurate) deja existente. donator (furnizor de electroni) pentru uzul general al donatorului și acceptor (furnizor al unui orbital atomic liber).

După formare, nu este diferit de covalent. Mecanismul donor-acceptor este bine ilustrat de formarea ionului de amoniu (Figura 9) (asteriscurile indică electronii nivelului exterior al atomului de azot):

Figura 9 - Schema formării ionului de amoniu

Formula electronică a AVZ a atomului de azot este 2s 2 2p 3, adică are trei electroni neperechi care intră într-o legătură covalentă cu trei atomi de hidrogen (1s 1), fiecare având câte un electron de valență. În acest caz, se formează o moleculă de amoniac NH 3, în care se păstrează perechea de electroni neîmpărtășită de azot. Dacă un proton de hidrogen (1s 0) care nu are electroni se apropie de această moleculă, atunci azotul își va transfera perechea de electroni (donator) către acest orbital atomic de hidrogen (acceptor), rezultând formarea unui ion de amoniu. În ea, fiecare atom de hidrogen este conectat la atomul de azot printr-o pereche de electroni comună, dintre care unul este realizat de mecanismul donor-acceptor. Este important de menționat că legăturile H-N formate prin diferite mecanisme nu au nicio diferență de proprietăți. Acest fenomen se datorează faptului că în momentul formării legăturii, orbitalii electronilor 2s– și 2p– ai atomului de azot își schimbă forma. Ca rezultat, apar patru orbiti complet identici.

Donatorii sunt de obicei atomi cu un număr mare de electroni, dar cu un număr mic de electroni nepereche. Pentru elementele din perioada II, pe lângă atomul de azot, oxigenul (două perechi singure) și fluorul (trei perechi singuratice) au o astfel de posibilitate. De exemplu, ionul de hidrogen H + din soluțiile apoase nu este niciodată în stare liberă, deoarece ionul de hidroniu H 3 O + este întotdeauna format din moleculele de apă H 2 O și ionul H +. Ionul de hidroniu este prezent în toate soluțiile apoase. , deși pentru simplitate se păstrează ortografia simbolul H + .

3.3.5 Legătura de hidrogen. Un atom de hidrogen legat de un element puternic electronegativ (azot, oxigen, fluor etc.), care „trage” o pereche de electroni comună asupra lui, suferă o lipsă de electroni și capătă o sarcină pozitivă eficientă. Prin urmare, este capabil să interacționeze cu perechea singură de electroni a altui atom electronegativ (care capătă o sarcină negativă efectivă) a aceluiași (legătură intramoleculară) sau a unei alte molecule (legătură intermoleculară). Ca urmare, există legătură de hidrogen , care este indicat grafic prin puncte:

Această legătură este mult mai slabă decât alte legături chimice (energia formării sale este 10 – 40 kJ/mol) și are în principal un caracter parțial electrostatic, parțial donor-acceptor.

Legătura de hidrogen joacă un rol extrem de important în macromoleculele biologice, cum ar fi compuși anorganici precum H2O, H2F2, NH3. De exemplu, legăturile O-H din H 2 O au un caracter polar vizibil cu un exces de sarcină negativă – pe atomul de oxigen. Atomul de hidrogen, dimpotrivă, capătă o mică sarcină pozitivă  + și poate interacționa cu perechile singure de electroni ai atomului de oxigen al moleculei de apă vecine.

Interacțiunea dintre moleculele de apă se dovedește a fi destul de puternică, astfel încât chiar și în vaporii de apă există dimeri și trimeri ai compoziției (H 2 O) 2, (H 2 O) 3 etc. În soluții, lanțuri lungi de asociați de acest tip poate apărea:

deoarece atomul de oxigen are două perechi singure de electroni.

Prezența legăturilor de hidrogen explică punctele mari de fierbere ale apei, alcoolilor, acizilor carboxilici. Datorită legăturilor de hidrogen, apa este caracterizată de puncte de topire și fierbere atât de ridicate în comparație cu H 2 E (E = S, Se, Te). Dacă nu ar exista legături de hidrogen, atunci apa s-ar topi la –100°C și ar fierbe la –80°C. Cazuri tipice de asociere sunt observate pentru alcooli si acizi organici.

Legăturile de hidrogen pot apărea atât între diferite molecule, cât și în interiorul unei molecule, dacă această moleculă conține grupuri cu abilități de donor și acceptor. De exemplu, legăturile de hidrogen intramoleculare joacă rolul principal în formarea lanțurilor peptidice care determină structura proteinelor. Legăturile H afectează proprietățile fizice și chimice ale unei substanțe.

Legăturile de hidrogen nu formează atomi ai altor elemente , deoarece forțele de atracție electrostatică ale capetelor opuse ale dipolilor legăturilor polare (О-Н, N-H etc.) sunt destul de slabe și acționează doar la distanțe scurte. Hidrogenul, având cea mai mică rază atomică, permite unor astfel de dipoli să se apropie unul de celălalt atât de mult încât forțele atractive devin vizibile. Niciun alt element cu o rază atomică mare nu este capabil să formeze astfel de legături.

3.3.6 Forțe de interacțiune intermoleculară (forțe van der Waals). În 1873, omul de știință olandez I. van der Waals a sugerat că există forțe care provoacă atracție între molecule. Aceste forțe au fost mai târziu numite forțe van der Waals. – cea mai versatilă formă de legătură intermoleculară. Energia legăturii van der Waals este mai mică decât legătura de hidrogen și este de 2–20 kJ/∙mol.

În funcție de modul în care este generată forța, acestea se împart în:

1) orientativ (dipol-dipol sau ion-dipol) - apar între molecule polare sau între ioni și molecule polare. Când moleculele polare se apropie unele de altele, ele sunt orientate în așa fel încât partea pozitivă a unui dipol să fie orientată spre partea negativă a celuilalt dipol (Figura 10).

Figura 10 - Interacțiunea de orientare

2) inducție (dipol - dipol indus sau ion - dipol indus) - apar între molecule sau ioni polari și molecule nepolare, dar capabile de polarizare. Dipolii pot acționa asupra moleculelor nepolare, transformându-le în dipoli indicați (induși). (Figura 11).

Figura 11 - Interacțiune inductivă

3) dispersive (dipol indus - dipol indus) - apar între molecule nepolare capabile de polarizare. În orice moleculă sau atom al unui gaz nobil, apar fluctuații de densitate electrică, în urma cărora apar dipoli instantanei, care la rândul lor induc dipoli instantanei în moleculele învecinate. Mișcarea dipolilor instantanei devine coordonată, apariția și dezintegrarea lor au loc sincron. Ca urmare a interacțiunii dipolilor instantanei, energia sistemului scade (Figura 12).

Figura 12 - Interacțiunea dispersiei