5.1. Covalent bond

Ang isang kemikal na bono ay nabuo kapag ang dalawa o higit pang mga atomo ay nagsama-sama kung, bilang resulta ng kanilang pakikipag-ugnayan, ang kabuuang enerhiya ng sistema ay bumababa. Ang pinaka-matatag na elektronikong pagsasaayos ng mga panlabas na shell ng elektron ng mga atomo ay ang mga atomo ng noble gas, na binubuo ng dalawa o walong elektron. Ang mga panlabas na shell ng elektron ng mga atom ng iba pang mga elemento ay naglalaman ng isa hanggang pitong mga electron, i.e. ay hindi natapos. Kapag ang isang molekula ay nabuo, ang mga atomo ay may posibilidad na makakuha ng isang matatag na dalawang-elektron o walong-elektron na shell. Ang mga valence electron ng mga atom ay nakikibahagi sa pagbuo ng isang kemikal na bono.

Ang covalent ay isang kemikal na bono sa pagitan ng dalawang atomo, na nabuo ng mga pares ng elektron na sabay na nabibilang sa dalawang atom na ito.

Mayroong dalawang mekanismo para sa pagbuo ng mga covalent bond: exchange at donor-acceptor.

5.1.1. Mekanismo ng palitan ng pagbuo ng covalent bond

Mekanismo ng palitan Ang pagbuo ng isang covalent bond ay natanto dahil sa overlap ng mga ulap ng elektron ng mga electron na kabilang sa iba't ibang mga atomo. Halimbawa, kapag ang dalawang hydrogen atoms ay lumalapit sa isa't isa, ang 1s electron orbitals ay magkakapatong. Bilang resulta, lumilitaw ang isang karaniwang pares ng mga electron, sabay-sabay na kabilang sa parehong mga atomo. Sa kasong ito, ang isang kemikal na bono ay nabuo ng mga electron na mayroong antiparallel spins, Fig. 5.1.

kanin. 5.1. Ang pagbuo ng isang molekula ng hydrogen mula sa dalawang H atoms

5.1.2. Mekanismo ng donor-acceptor para sa pagbuo ng mga covalent bond

Gamit ang mekanismo ng donor-acceptor ng pagbuo ng covalent bond, ang bono ay nabuo din gamit ang mga pares ng elektron. Gayunpaman, sa kasong ito, ang isang atom (donor) ay nagbibigay ng pares ng elektron nito, at ang isa pang atom (acceptor) ay nakikilahok sa pagbuo ng bono kasama ang libreng orbital nito. Ang isang halimbawa ng pagpapatupad ng isang donor-acceptor bond ay ang pagbuo ng ammonium ion NH 4 + sa panahon ng interaksyon ng ammonia NH 3 sa hydrogen cation H +.

Sa molekula ng NH 3, tatlong pares ng elektron ang bumubuo ng tatlong N - H na mga bono, ang ikaapat na pares ng elektron na kabilang sa nitrogen atom ay nag-iisa. Ang pares ng elektron na ito ay maaaring bumuo ng isang bono na may isang hydrogen ion na may isang walang tao na orbital. Ang resulta ay ammonium ion NH 4 +, Fig. 5.2.

kanin. 5.2. Ang hitsura ng isang donor-acceptor bond sa panahon ng pagbuo ng ammonium ion

Dapat pansinin na ang apat na covalent N–H bond na umiiral sa NH 4 + ion ay katumbas. Sa ammonium ion imposibleng makilala ang isang bono na nabuo ng mekanismo ng donor-acceptor.

5.1.3. Polar at non-polar covalent bond

Kung ang isang covalent bond ay nabuo ng magkaparehong mga atomo, kung gayon ang pares ng elektron ay matatagpuan sa parehong distansya sa pagitan ng nuclei ng mga atomo na ito. Ang nasabing covalent bond ay tinatawag na nonpolar. Ang mga halimbawa ng mga molekula na may non-polar covalent bond ay H2, Cl2, O2, N2, atbp.

Sa kaso ng isang polar covalent bond, ang shared electron pair ay inililipat sa atom na may mas mataas na electronegativity. Ang ganitong uri ng bono ay natanto sa mga molekula na nabuo ng iba't ibang mga atomo. Ang isang polar covalent bond ay nangyayari sa mga molekula ng HCl, HBr, CO, NO, atbp. Halimbawa, ang pagbuo ng isang polar covalent bond sa isang HCl molecule ay maaaring katawanin ng isang diagram, Fig. 5.3:

kanin. 5.3. Ang pagbuo ng isang covalent polar bond sa molekula ng HC1

Sa molekula na isinasaalang-alang, ang pares ng elektron ay inilipat sa chlorine atom, dahil ang electronegativity nito (2.83) ay mas malaki kaysa sa electronegativity ng hydrogen atom (2.1).

5.1.4. Dipole moment at molekular na istraktura

Ang isang sukatan ng polarity ng isang bono ay ang dipole moment nito μ:

μ = e l,

saan e- singil ng elektron, l– ang distansya sa pagitan ng mga sentro ng positibo at negatibong singil.

Ang dipole moment ay isang vector quantity. Ang mga konsepto ng "bond dipole moment" at "molecule dipole moment" ay nag-tutugma lamang para sa diatomic molecules. Ang dipole moment ng isang molecule ay katumbas ng vector sum ng dipole moments ng lahat ng bonds. Kaya, ang dipole moment ng isang polyatomic molecule ay nakasalalay sa istraktura nito.

Sa isang linear na molekula ng CO 2, halimbawa, ang bawat isa sa mga bono ng C-O ay polar. Gayunpaman, ang molekula ng CO 2 ay karaniwang nonpolar, dahil ang mga dipole na sandali ng mga bono ay nagkansela sa isa't isa (Larawan 5.4). Ang dipole moment ng molekula ng carbon dioxide ay m = 0.

Sa angular H2O molecule, ang polar H–O bonds ay matatagpuan sa isang anggulo na 104.5 o. Ang vector sum ng dipole moments ng dalawang H–O bond ay ipinahayag ng diagonal ng parallelogram (Larawan 5.4). Bilang resulta, ang dipole moment ng molekula ng tubig m ay hindi katumbas ng zero.

kanin. 5.4. Dipole moments ng CO 2 at H 2 O molecules

5.1.5. Valency ng mga elemento sa mga compound na may mga covalent bond

Ang valence ng mga atomo ay tinutukoy ng bilang ng mga hindi magkapares na electron na nakikilahok sa pagbuo ng mga karaniwang pares ng elektron na may mga electron ng iba pang mga atomo. Ang pagkakaroon ng isang hindi magkapares na elektron sa panlabas na layer ng elektron, ang mga halogen atom sa F 2, HCl, PBr 3 at CCl 4 na mga molekula ay monovalent. Ang mga elemento ng oxygen subgroup ay naglalaman ng dalawang hindi magkapares na mga electron sa panlabas na layer, samakatuwid sa mga compound tulad ng O 2, H 2 O, H 2 S at SCl 2 sila ay divalent.

Dahil, bilang karagdagan sa mga ordinaryong covalent bond, ang isang bono ay maaaring mabuo sa mga molekula sa pamamagitan ng mekanismo ng donor-acceptor, ang valence ng mga atomo ay nakasalalay din sa pagkakaroon ng nag-iisang mga pares ng elektron at mga libreng orbital ng elektron. Ang isang quantitative measure ng valency ay ang bilang ng mga kemikal na bono kung saan ang isang partikular na atom ay konektado sa iba pang mga atomo.

Ang maximum na valence ng mga elemento, bilang panuntunan, ay hindi maaaring lumampas sa bilang ng pangkat kung saan sila matatagpuan. Ang pagbubukod ay ang mga elemento ng pangalawang subgroup ng unang pangkat na Cu, Ag, Au, na ang valence sa mga compound ay mas malaki kaysa sa isa. Pangunahing kasama sa mga valence electron ang mga electron ng mga panlabas na layer, gayunpaman, para sa mga elemento ng side subgroups, ang mga electron ng penultimate (pre-outer) na mga layer ay nakikilahok din sa pagbuo ng isang kemikal na bono.

5.1.6. Valency ng mga elemento sa normal at nasasabik na estado

Ang lakas ng karamihan sa mga elemento ng kemikal ay nakasalalay sa kung ang mga elementong ito ay nasa isang normal o nasasabik na estado. Electronic configuration ng Li atom: 1s 2 2s 1. Ang lithium atom sa panlabas na antas ay may isang hindi pares na elektron, i.e. Ang lithium ay monovalent. Ang isang napakalaking paggasta ng enerhiya ay kinakailangan na nauugnay sa paglipat ng 1s electron sa 2p orbital upang makakuha ng trivalent lithium. Ang paggasta ng enerhiya na ito ay napakalaki na hindi ito nabayaran ng enerhiya na inilabas sa panahon ng pagbuo ng mga bono ng kemikal. Sa bagay na ito, walang trivalent lithium compounds.

Configuration ng panlabas na electronic layer ng mga elemento ng beryllium subgroup ns 2. Nangangahulugan ito na sa panlabas na layer ng elektron ng mga elementong ito sa ns cell orbital mayroong dalawang electron na may magkasalungat na mga spin. Ang mga elemento ng beryllium subgroup ay hindi naglalaman ng mga hindi magkapares na electron, kaya ang kanilang valence sa normal na estado ay zero. Sa nasasabik na estado, ang elektronikong pagsasaayos ng mga elemento ng beryllium subgroup ay ns 1 nр 1, i.e. Ang mga elemento ay bumubuo ng mga compound kung saan sila ay divalent.

Mga posibilidad ng Valence ng boron atom

Isaalang-alang natin ang elektronikong pagsasaayos ng boron atom sa ground state: 1s 2 2s 2 2p 1. Ang boron atom sa ground state ay naglalaman ng isang unpaired electron (Fig. 5.5), i.e. ito ay monovalent. Gayunpaman, ang boron ay hindi nailalarawan sa pamamagitan ng pagbuo ng mga compound kung saan ito ay monovalent. Kapag ang isang boron atom ay nasasabik, ang isang 2s electron ay lumilipat sa isang 2p orbital (Larawan 5.5). Ang boron atom sa isang excited na estado ay may 3 hindi magkapares na mga electron at maaaring bumuo ng mga compound kung saan ang valency nito ay tatlo.

kanin. 5.5. Valence states ng boron atom sa normal at excited na estado

Ang enerhiya na ginugol sa paglipat ng isang atom sa isang nasasabik na estado sa loob ng isang antas ng enerhiya, bilang isang panuntunan, ay higit sa nabayaran ng enerhiya na inilabas sa panahon ng pagbuo ng mga karagdagang bono.

Dahil sa pagkakaroon ng isang libreng 2p orbital sa boron atom, ang boron sa mga compound ay maaaring bumuo ng ikaapat na covalent bond, na kumikilos bilang isang electron pair acceptor. Ipinapakita ng Figure 5.6 kung paano nakikipag-ugnayan ang molekula ng BF sa F – ion, na nagreresulta sa pagbuo ng – ion, kung saan ang boron ay bumubuo ng apat na covalent bond.

kanin. 5.6. Mekanismo ng donor-acceptor para sa pagbuo ng ikaapat na covalent bond sa boron atom

Mga posibilidad ng Valence ng nitrogen atom

Isaalang-alang natin ang elektronikong istraktura ng nitrogen atom (Larawan 5.7).

kanin. 5.7. Pamamahagi ng mga electron sa mga orbital ng nitrogen atom

Mula sa ipinakita na diagram ay malinaw na ang nitrogen ay may tatlong hindi magkapares na mga electron, maaari itong bumuo ng tatlong kemikal na bono at ang valency nito ay tatlo. Ang paglipat ng nitrogen atom sa isang nasasabik na estado ay imposible, dahil ang pangalawang antas ng enerhiya ay hindi naglalaman ng mga d-orbital. Kasabay nito, ang nitrogen atom ay maaaring magbigay ng nag-iisang pares ng elektron ng mga panlabas na electron 2s 2 sa isang atom na mayroong libreng orbital (acceptor). Bilang resulta, lumilitaw ang ikaapat na kemikal na bono ng nitrogen atom, gaya ng kaso, halimbawa, sa ammonium ion (Larawan 5.2). Kaya, ang pinakamataas na covalency (ang bilang ng mga covalent bond na nabuo) ng isang nitrogen atom ay apat. Sa mga compound nito, ang nitrogen, hindi katulad ng iba pang mga elemento ng ikalimang pangkat, ay hindi maaaring pentavalent.

Mga posibilidad ng Valence ng phosphorus, sulfur at halogen atoms

Hindi tulad ng mga atomo ng nitrogen, oxygen at fluorine, ang mga atomo ng phosphorus, sulfur at chlorine na matatagpuan sa ikatlong yugto ay may mga libreng 3d na selula kung saan maaaring ilipat ng mga electron. Kapag ang isang phosphorus atom ay nasasabik (Larawan 5.8), mayroon itong 5 hindi magkapares na mga electron sa panlabas na layer ng elektron nito. Bilang isang resulta, sa mga compound ang phosphorus atom ay maaaring hindi lamang tri-, ngunit din pentavalent.

kanin. 5.8. Pamamahagi ng mga valence electron sa mga orbital para sa isang phosphorus atom sa isang excited na estado

Sa nasasabik na estado, ang asupre, bilang karagdagan sa isang valence ng dalawa, ay nagpapakita rin ng isang valence ng apat at anim. Sa kasong ito, ang 3p at 3s na mga electron ay magkakasunod na ipinares (Larawan 5.9).

kanin. 5.9. Mga posibilidad ng Valence ng isang sulfur atom sa isang nasasabik na estado

Sa nasasabik na estado, para sa lahat ng mga elemento ng pangunahing subgroup ng pangkat V, maliban sa fluorine, ang sunud-sunod na pagpapares ng unang p- at pagkatapos ay s-electron na mga pares ay posible. Bilang resulta, ang mga elementong ito ay nagiging tri-, penta- at heptavalent (Larawan 5.10).

kanin. 5.10. Valence posibilidad ng chlorine, bromine at iodine atoms sa isang nasasabik na estado

5.1.7. Haba, enerhiya at direksyon ng isang covalent bond

Ang mga covalent bond ay karaniwang nabubuo sa pagitan ng mga nonmetal na atomo. Ang mga pangunahing katangian ng isang covalent bond ay haba, enerhiya at direksyon.

Haba ng covalent bond

Ang haba ng isang bono ay ang distansya sa pagitan ng nuclei ng mga atom na bumubuo sa bono na ito. Natutukoy ito ng mga eksperimentong pisikal na pamamaraan. Ang haba ng bono ay maaaring matantya gamit ang tuntunin ng additivity, ayon sa kung saan ang haba ng bono sa molekula ng AB ay humigit-kumulang katumbas ng kalahati ng kabuuan ng mga haba ng bono sa mga molekula A 2 at B 2:

.

Mula sa itaas hanggang sa ibaba kasama ang mga subgroup ng pana-panahong sistema ng mga elemento, ang haba ng bono ng kemikal ay tumataas, dahil ang radii ng mga atom ay tumataas sa direksyon na ito (Talahanayan 5.1). Habang tumataas ang multiplicity ng bono, bumababa ang haba nito.

Talahanayan 5.1.

Haba ng ilang chemical bond

Enerhiya ng komunikasyon

Ang isang sukatan ng lakas ng bono ay ang enerhiya ng bono. Enerhiya ng komunikasyon tinutukoy ng enerhiya na kinakailangan upang masira ang isang bono at alisin ang mga atom na bumubuo sa bono na iyon sa isang walang katapusang malaking distansya mula sa isa't isa. Ang covalent bond ay napakalakas. Ang enerhiya nito ay mula sa ilang sampu hanggang ilang daang kJ/mol. Para sa isang molekula ng IСl 3, halimbawa, ang Ebond ay ≈40, at para sa mga molekula ng N 2 at CO ang Ebond ay ≈1000 kJ/mol.

Mula sa itaas hanggang sa ibaba kasama ang mga subgroup ng periodic system ng mga elemento, ang enerhiya ng isang kemikal na bono ay bumababa, dahil ang haba ng bono ay tumataas sa direksyon na ito (Talahanayan 5.1). Habang tumataas ang multiplicity ng bono, tumataas ang enerhiya nito (Talahanayan 5.2).

Talahanayan 5.2.

Mga enerhiya ng ilang mga bono ng kemikal

Saturation at directionality ng covalent bonds

Ang pinakamahalagang katangian ng isang covalent bond ay ang saturation at directionality nito. Ang saturability ay maaaring tukuyin bilang ang kakayahan ng mga atomo na bumuo ng limitadong bilang ng mga covalent bond. Kaya, ang isang carbon atom ay maaaring bumuo lamang ng apat na covalent bond, at isang oxygen atom ay maaaring bumuo ng dalawa. Ang maximum na bilang ng mga ordinaryong covalent bond na maaaring mabuo ng isang atom (hindi kasama ang mga bono na nabuo ng mekanismo ng donor-acceptor) ay katumbas ng bilang ng mga hindi magkapares na electron.

Ang mga covalent bond ay may spatial na oryentasyon, dahil ang overlap ng mga orbital sa panahon ng pagbuo ng isang solong bono ay nangyayari sa linya na nagkokonekta sa nuclei ng mga atomo. Ang spatial na pag-aayos ng mga electron orbital ng isang molekula ay tumutukoy sa geometry nito. Ang mga anggulo sa pagitan ng mga bono ng kemikal ay tinatawag na mga anggulo ng bono.

Ang saturation at directionality ng isang covalent bond ay nakikilala ang bond na ito mula sa isang ionic bond, na, hindi katulad ng isang covalent bond, ay unsaturated at non-directional.

Spatial na istraktura ng H 2 O at NH 3 na mga molekula

Isaalang-alang natin ang direksyon ng isang covalent bond gamit ang halimbawa ng H 2 O at NH 3 na mga molekula.

Ang H 2 O molecule ay nabuo mula sa isang oxygen atom at dalawang hydrogen atoms. Ang oxygen atom ay may dalawang unpaired p electron, na sumasakop sa dalawang orbital na matatagpuan sa tamang mga anggulo sa bawat isa. Ang mga hydrogen atoms ay may hindi magkapares na 1s electron. Ang anggulo sa pagitan ng mga bono na nabuo ng mga p-electron ay dapat na malapit sa anggulo sa pagitan ng mga orbital ng mga p-electron. Sa eksperimento, gayunpaman, natagpuan na ang anggulo sa pagitan ng mga O-H bond sa isang molekula ng tubig ay 104.50. Ang pagtaas sa anggulo kumpara sa anggulo ng 90 o ay maaaring ipaliwanag ng mga salungat na pwersa na kumikilos sa pagitan ng mga atomo ng hydrogen, Fig. 5.11. Kaya, ang molekula ng H 2 O ay may isang angular na hugis.

Tatlong hindi magkapares na p-electron ng nitrogen atom, na ang mga orbital ay matatagpuan sa tatlong magkaparehong patayo na direksyon, ay lumahok sa pagbuo ng molekula ng NH 3. Samakatuwid, ang tatlong N–H bond ay dapat na matatagpuan sa mga anggulo sa isa't isa malapit sa 90° (Larawan 5.11). Ang pang-eksperimentong halaga ng anggulo sa pagitan ng mga bono sa molekula ng NH 3 ay 107.3°. Ang pagkakaiba sa pagitan ng mga anggulo sa pagitan ng mga bono at ng mga teoretikal na halaga ay dahil, tulad ng sa kaso ng molekula ng tubig, sa magkaparehong pagtanggi ng mga atomo ng hydrogen. Bilang karagdagan, ang ipinakita na mga scheme ay hindi isinasaalang-alang ang posibilidad ng paglahok ng dalawang electron sa 2s orbitals sa pagbuo ng mga bono ng kemikal.

kanin. 5.11. Ang pag-overlay ng mga elektronikong orbital sa panahon ng pagbuo ng mga bono ng kemikal sa mga molekula ng H 2 O (a) at NH 3 (b)

Isaalang-alang natin ang pagbuo ng molekula ng BeC1 2. Ang isang atom ng beryllium sa isang nasasabik na estado ay may dalawang hindi magkapares na mga electron: 2s at 2p. Maaaring ipagpalagay na ang beryllium atom ay dapat bumuo ng dalawang bono: isang bono na nabuo ng s-electron at isang bono na nabuo ng p-electron. Ang mga bono na ito ay dapat na may iba't ibang enerhiya at iba't ibang haba. Ang molekula ng BeCl 2 sa kasong ito ay hindi dapat linear, ngunit angular. Ang karanasan, gayunpaman, ay nagpapakita na ang BeCl 2 molecule ay may linear na istraktura at ang parehong mga kemikal na bono sa loob nito ay katumbas. Ang isang katulad na sitwasyon ay sinusunod kapag isinasaalang-alang ang istraktura ng BCl 3 at CCl 4 na mga molekula - lahat ng mga bono sa mga molekulang ito ay katumbas. Ang molekula ng BC1 3 ay may patag na istraktura, ang CC1 4 ay may istrakturang tetrahedral.

Upang ipaliwanag ang istraktura ng mga molekula tulad ng BeCl 2, BCl 3 at CCl 4, Pauling at Slater(USA) ang konsepto ng hybridization ng atomic orbitals. Iminungkahi nilang palitan ang ilang mga atomic na orbital, na hindi gaanong naiiba sa kanilang enerhiya, na may parehong bilang ng mga katumbas na orbital, na tinatawag na mga hybrid. Ang mga hybrid na orbital na ito ay binubuo ng mga atomic na orbital bilang resulta ng kanilang linear na kumbinasyon.

Ayon kay L. Pauling, kapag ang mga kemikal na bono ay nabuo sa pamamagitan ng isang atom na mayroong mga electron ng iba't ibang uri sa isang layer at, samakatuwid, hindi masyadong naiiba sa enerhiya (halimbawa, s at p), posibleng baguhin ang pagsasaayos ng mga orbital ng iba't ibang uri, kung saan ang kanilang pagkakahanay sa hugis at enerhiya ay nangyayari . Bilang isang resulta, ang mga hybrid na orbital ay nabuo na may isang walang simetriko na hugis at lubos na pinahaba sa isang bahagi ng nucleus. Mahalagang bigyang-diin na ang modelo ng hybridization ay ginagamit kapag ang mga electron ng iba't ibang uri, halimbawa s at p, ay kasangkot sa pagbuo ng mga bono.

5.1.8.2. Iba't ibang uri ng atomic orbital hybridization

sp hybridization

Hybridization ng isa s- at isa R- mga orbital ( sp- hybridization) ay natanto, halimbawa, sa panahon ng pagbuo ng beryllium chloride. Tulad ng ipinakita sa itaas, sa isang nasasabik na estado, ang isang Be atom ay may dalawang hindi magkapares na electron, ang isa ay sumasakop sa 2s orbital, at ang isa ay sumasakop sa 2p orbital. Kapag nabuo ang isang kemikal na bono, ang dalawang magkaibang orbital na ito ay nababago sa dalawang magkaparehong hybrid na orbital, na nakadirekta sa isang anggulo na 180° sa isa't isa (Larawan 5.12). Ang linear na pag-aayos ng dalawang hybrid na orbital ay tumutugma sa kanilang minimal na pagtanggi mula sa isa't isa. Bilang resulta, ang molekula ng BeCl 2 ay may linear na istraktura - lahat ng tatlong mga atom ay matatagpuan sa parehong linya.

kanin. 5.12. Diagram ng electron orbital overlap sa panahon ng pagbuo ng isang BeCl 2 molecule

Ang istraktura ng molekula ng acetylene; sigma at pi bond

Isaalang-alang natin ang isang diagram ng overlap ng mga elektronikong orbital sa panahon ng pagbuo ng isang molekula ng acetylene. Sa isang molekula ng acetylene, ang bawat carbon atom ay nasa isang sp-hybrid na estado. Dalawang sp-hybrid orbitals ay matatagpuan sa isang anggulo ng 1800 sa bawat isa; bumubuo sila ng isang σ bond sa pagitan ng mga carbon atom at dalawang σ bond na may hydrogen atoms (Fig. 5.13).

kanin. 5.13. Scheme ng pagbuo ng mga s-bond sa isang molekula ng acetylene

Ang isang bono ng σ ay isang bono na nabuo bilang isang resulta ng magkakapatong na mga orbital ng elektron sa isang linya na nagkokonekta sa nuclei ng mga atomo.

Ang bawat carbon atom sa molekula ng acetylene ay naglalaman ng dalawa pang p-electron, na hindi nakikibahagi sa pagbuo ng mga bono ng σ. Ang mga ulap ng elektron ng mga electron na ito ay matatagpuan sa magkabilang patayo na mga eroplano at, na magkakapatong sa isa't isa, ay bumubuo ng dalawa pang π na mga bono sa pagitan ng mga atomo ng carbon dahil sa lateral overlap ng non-hybrid. R–mga ulap (Larawan 5.14).

Ang π bond ay isang covalent chemical bond na nabuo bilang resulta ng pagtaas ng densidad ng elektron sa magkabilang panig ng linya na nagkokonekta sa nuclei ng mga atomo.

kanin. 5.14. Scheme ng pagbuo ng σ - at π - bond sa molekula ng acetylene.

Kaya, sa molekula ng acetylene, isang triple bond ang nabuo sa pagitan ng mga carbon atoms, na binubuo ng isang σ - bond at dalawang π - bonds; σ -mas malakas ang mga bono kaysa sa mga bono ng π.

sp2 hybridization

Ang istraktura ng molekula ng BCl 3 ay maaaring ipaliwanag sa mga tuntunin ng sp 2- hybridization. Ang isang boron atom sa isang nasasabik na estado sa panlabas na layer ng elektron ay naglalaman ng isang s-electron at dalawang p-electron, i.e. tatlong hindi magkapares na electron. Ang tatlong electron cloud na ito ay maaaring ma-convert sa tatlong katumbas na hybrid orbitals. Ang pinakamababang pagtanggi ng tatlong hybrid na orbital mula sa bawat isa ay tumutugma sa kanilang lokasyon sa parehong eroplano sa isang anggulo na 120 o sa bawat isa (Larawan 5.15). Kaya, ang molekula ng BCl 3 ay may patag na hugis.

kanin. 5.15. Flat na istraktura ng molekula ng BCl 3

sp 3 - hybridization

Ang mga valence orbital ng carbon atom (s, р x, р y, р z) ay maaaring ma-convert sa apat na katumbas na hybrid na orbital, na matatagpuan sa espasyo sa isang anggulo na 109.5 o sa bawat isa at nakadirekta sa vertices ng tetrahedron , sa gitna nito ay ang nucleus ng carbon atom (Larawan 5.16).

kanin. 5.16. Tetrahedral na istraktura ng methane molecule

5.1.8.3. Hybridization na kinasasangkutan ng nag-iisang mga pares ng elektron

Ang modelo ng hybridization ay maaaring gamitin upang ipaliwanag ang istraktura ng mga molekula na, bilang karagdagan sa mga bonding, ay naglalaman din ng mga nag-iisang pares ng mga electron. Sa mga molekula ng tubig at ammonia, ang kabuuang bilang ng mga pares ng elektron ng gitnang atom (O at N) ay apat. Kasabay nito, ang isang molekula ng tubig ay may dalawa, at ang isang molekula ng ammonia ay may isang nag-iisang pares ng mga electron. Ang pagbuo ng mga kemikal na bono sa mga molekulang ito ay maaaring ipaliwanag sa pamamagitan ng pag-aakalang ang mga nag-iisang pares ng mga electron ay maaari ring punan ang mga hybrid na orbital. Ang mga nag-iisang pares ng elektron ay kumukuha ng mas maraming espasyo sa espasyo kaysa sa mga bonding. Bilang resulta ng pagtanggi na nangyayari sa pagitan ng nag-iisa at nagbubuklod na mga pares ng elektron, bumababa ang mga anggulo ng bono sa mga molekula ng tubig at ammonia, na lumalabas na mas mababa sa 109.5 o.

kanin. 5.17. sp 3 – hybridization na kinasasangkutan ng nag-iisang pares ng electron sa H 2 O (A) at NH 3 (B) na mga molekula

5.1.8.4. Pagtatatag ng uri ng hybridization at pagtukoy sa istruktura ng mga molekula

Upang maitatag ang uri ng hybridization, at, dahil dito, ang istraktura ng mga molekula, ang mga sumusunod na patakaran ay dapat gamitin.

1. Ang uri ng hybridization ng gitnang atom, na hindi naglalaman ng nag-iisang pares ng mga electron, ay tinutukoy ng bilang ng mga sigma bond. Kung mayroong dalawang gayong mga bono, nangyayari ang sp-hybridization, tatlo - sp 2 -hybridization, apat - sp 3 -hybridization. Ang mga solong pares ng elektron (sa kawalan ng mga bono na nabuo ng mekanismo ng donor-acceptor) ay wala sa mga molekula na nabuo ng mga atomo ng beryllium, boron, carbon, silikon, i.e. sa mga elemento ng pangunahing mga subgroup II - IV na grupo.

2. Kung ang gitnang atom ay naglalaman ng nag-iisang mga pares ng elektron, ang bilang ng mga hybrid na orbital at ang uri ng hybridization ay tinutukoy ng kabuuan ng bilang ng mga sigma bond at ang bilang ng mga nag-iisang pares ng elektron. Ang hybridization na kinasasangkutan ng nag-iisang mga pares ng elektron ay nangyayari sa mga molekula na nabuo ng mga atomo ng nitrogen, phosphorus, oxygen, sulfur, i.e. mga elemento ng pangunahing subgroup ng mga pangkat V at VI.

3. Ang geometric na hugis ng mga molekula ay tinutukoy ng uri ng hybridization ng gitnang atom (Talahanayan 5.3).

Talahanayan 5.3.

Ang mga anggulo ng bono, geometric na hugis ng mga molekula depende sa bilang ng mga hybrid na orbital at ang uri ng hybridization ng gitnang atom

5.2. Ionic na bono

Ang Ionic bonding ay nangyayari sa pamamagitan ng electrostatic attraction sa pagitan ng magkasalungat na sisingilin na mga ion. Ang mga ions na ito ay nabuo bilang isang resulta ng paglipat ng mga electron mula sa isang atom patungo sa isa pa. Ang isang ionic bond ay nabuo sa pagitan ng mga atomo na may malaking pagkakaiba sa electronegativity (karaniwan ay mas malaki sa 1.7 sa Pauling scale), halimbawa, sa pagitan ng alkali metal at halogen atoms.

Isaalang-alang natin ang paglitaw ng isang ionic bond gamit ang halimbawa ng pagbuo ng NaCl. Mula sa mga elektronikong formula ng atoms Na 1s 2 2s 2 2p 6 3s 1 at Cl 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 5, malinaw na upang makumpleto ang panlabas na antas, mas madali para sa sodium atom na magbigay ng isang elektron. kaysa magdagdag ng pito, at mas madali para sa chlorine atom na magdagdag ng isa, kaysa magbigay ng pito. Sa mga reaksiyong kemikal, ang sodium atom ay nagbibigay ng isang elektron, at ang chlorine atom ay kumukuha nito. Bilang resulta, ang mga elektronikong shell ng sodium at chlorine atoms ay binago sa mga stable na electronic shell ng noble gases (ang electronic configuration ng sodium cation ay Na + 1s 2 2s 2 2p 6, at ang electronic configuration ng chlorine anion Cl – - 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6). Ang electrostatic na pakikipag-ugnayan ng mga ion ay humahantong sa pagbuo ng isang molekula ng NaCl.

Mga pangunahing katangian ng mga ionic bond at mga katangian ng mga ionic compound

1. Ang ionic bond ay isang malakas na chemical bond. Ang enerhiya ng bono na ito ay nasa order na 300 – 700 kJ/mol.

2. Hindi tulad ng covalent bond, ang ionic bond ay di-direksyon, dahil ang isang ion ay maaaring makaakit ng mga ion ng kabaligtaran na tanda sa sarili nito sa anumang direksyon.

3. Hindi tulad ng covalent bond, ang ionic bond ay hindi puspos, dahil ang pakikipag-ugnayan ng mga ion ng magkasalungat na tanda ay hindi humahantong sa kumpletong kabayaran sa isa't isa ng kanilang mga patlang ng puwersa.

4. Sa panahon ng pagbuo ng mga molekula na may isang ionic na bono, ang kumpletong paglipat ng mga electron ay hindi nangyayari, samakatuwid, ang isang daang porsyento na ionic na mga bono ay hindi umiiral sa kalikasan. Sa molekula ng NaCl, ang bono ng kemikal ay 80% ionic lamang.

5. Ang mga compound na may ionic bond ay mga mala-kristal na solid na may mataas na punto ng pagkatunaw at pagkulo.

6. Karamihan sa mga ionic compound ay natutunaw sa tubig. Ang mga solusyon at natutunaw ng mga ionic compound ay nagsasagawa ng electric current.

5.3. Koneksyon ng metal

Ang mga metal na atom sa antas ng panlabas na enerhiya ay naglalaman ng isang maliit na bilang ng mga valence electron. Dahil ang enerhiya ng ionization ng mga atomo ng metal ay mababa, ang mga electron ng valence ay mahinang nananatili sa mga atomo na ito. Bilang resulta, ang mga positibong sisingilin na mga ion at mga libreng electron ay lumilitaw sa kristal na sala-sala ng mga metal. Sa kasong ito, ang mga metal cation ay matatagpuan sa mga node ng kanilang kristal na sala-sala, at ang mga electron ay malayang gumagalaw sa larangan ng mga positibong sentro na bumubuo ng tinatawag na "electron gas". Ang pagkakaroon ng isang negatibong sisingilin na elektron sa pagitan ng dalawang kasyon ay nagiging sanhi ng bawat kasyon na makipag-ugnayan sa elektron na ito. Kaya, ang metalikong pagbubuklod ay ang pagbubuklod sa pagitan ng mga positibong ion sa mga kristal na metal, na nangyayari sa pamamagitan ng pagkahumaling ng mga electron na malayang gumagalaw sa buong kristal.

Dahil ang mga valence electron sa isang metal ay pantay na ipinamamahagi sa buong kristal, ang isang metal na bono, tulad ng isang ionic bond, ay isang non-directional bond. Hindi tulad ng isang covalent bond, ang metallic bond ay isang unsaturated bond. Mula sa covalent bond koneksyon ng metal Ito rin ay naiiba sa lakas. Ang enerhiya ng isang metal na bono ay humigit-kumulang tatlo hanggang apat na beses na mas mababa kaysa sa enerhiya ng isang covalent bond.

Dahil sa mataas na mobility ng electron gas, ang mga metal ay nailalarawan sa pamamagitan ng mataas na electrical at thermal conductivity.

5.4. Hydrogen bond

Sa mga molekula ng mga compound na HF, H 2 O, NH 3, mayroong mga hydrogen bond na may malakas na electronegative na elemento (H–F, H–O, H–N). Sa pagitan ng mga molekula ng naturang mga compound ay maaaring mabuo intermolecular hydrogen bonds. Sa ilang mga organikong molekula na naglalaman ng mga bono ng H–O, H–N, intramolecular hydrogen bonds.

Ang mekanismo ng pagbuo ng hydrogen bond ay bahagyang electrostatic, bahagyang donor-acceptor sa kalikasan. Sa kasong ito, ang donor ng pares ng elektron ay isang atom ng isang malakas na electronegative na elemento (F, O, N), at ang acceptor ay ang mga hydrogen atom na konektado sa mga atom na ito. Tulad ng mga covalent bond, ang hydrogen bond ay nailalarawan sa pamamagitan ng focus sa kalawakan at pagkabusog.

Ang mga hydrogen bond ay karaniwang tinutukoy ng mga tuldok: H ··· F. Kung mas malakas ang hydrogen bond, mas malaki ang electronegativity ng partner atom at mas maliit ang laki nito. Ito ay pangunahing katangian ng mga compound ng fluorine, pati na rin ang oxygen, sa isang mas mababang antas ng nitrogen, at sa isang mas maliit na lawak ng chlorine at sulfur. Ang enerhiya ng hydrogen bond ay nagbabago rin nang naaayon (Talahanayan 5.4).

Talahanayan 5.4.

Average na mga halaga ng hydrogen bond energies

Intermolecular at intramolecular hydrogen bonding

Salamat sa mga bono ng hydrogen, ang mga molekula ay nagsasama-sama sa mga dimer at mas kumplikadong mga kasama. Halimbawa, ang pagbuo ng isang formic acid dimer ay maaaring katawanin ng sumusunod na diagram (Larawan 5.18).

kanin. 5.18. Pagbubuo ng intermolecular hydrogen bond sa formic acid

Maaaring lumitaw sa tubig ang mahahabang chain ng (H 2 O) n associates (Larawan 5.19).

kanin. 5.19. Pagbubuo ng isang kadena ng mga kasama sa likidong tubig dahil sa intermolecular hydrogen bond

Ang bawat molekula ng H2O ay maaaring bumuo ng apat na mga bono ng hydrogen, ngunit ang isang molekula ng HF ay maaari lamang bumuo ng dalawa.

Maaaring mangyari ang mga hydrogen bond sa pagitan ng magkaibang molekula (intermolecular hydrogen bonding) at sa loob ng isang molekula (intramolecular hydrogen bonding). Ang mga halimbawa ng pagbuo ng mga intramolecular bond para sa ilang mga organikong sangkap ay ipinakita sa Fig. 5.20.

kanin. 5.20. Ang pagbuo ng intramolecular hydrogen bond sa mga molekula ng iba't ibang mga organikong compound

Ang impluwensya ng hydrogen bonding sa mga katangian ng mga sangkap

Ang pinaka-maginhawang tagapagpahiwatig ng pagkakaroon ng intermolecular hydrogen bonds ay ang kumukulong punto ng isang sangkap. Ang mas mataas na punto ng kumukulo ng tubig (100 o C kumpara sa mga compound ng hydrogen ng mga elemento ng subgroup ng oxygen (H 2 S, H 2 Se, H 2 Te) ay ipinaliwanag sa pamamagitan ng pagkakaroon ng mga bono ng hydrogen: ang karagdagang enerhiya ay dapat gugulin upang sirain ang intermolecular mga bono ng hydrogen sa tubig.

Ang hydrogen bonding ay maaaring makabuluhang makaapekto sa istraktura at mga katangian ng mga sangkap. Ang pagkakaroon ng intermolecular hydrogen bond ay nagpapataas ng pagkatunaw at pagkulo ng mga sangkap. Ang pagkakaroon ng intramolecular hydrogen bond ay nagiging sanhi ng molekula ng deoxyribonucleic acid (DNA) na nakatiklop sa isang double helix sa tubig.

Ang hydrogen bonding ay gumaganap din ng isang mahalagang papel sa mga proseso ng paglusaw, dahil ang solubility ay nakasalalay din sa kakayahan ng isang compound na bumuo ng mga hydrogen bond sa solvent. Bilang resulta, ang mga sangkap na naglalaman ng mga pangkat ng OH tulad ng asukal, glucose, alkohol, at mga carboxylic acid, bilang panuntunan, ay lubos na natutunaw sa tubig.

5.5. Mga uri ng kristal na sala-sala

Ang mga solid ay karaniwang may kristal na istraktura. Ang mga particle na bumubuo ng mga kristal (mga atom, ion o molekula) ay matatagpuan sa mahigpit na tinukoy na mga punto sa espasyo, na bumubuo ng isang kristal na sala-sala. Ang kristal na sala-sala ay binubuo ng mga elementarya na selula na nagpapanatili ng mga tampok na istruktura na katangian ng isang ibinigay na sala-sala. Ang mga punto kung saan matatagpuan ang mga particle ay tinatawag kristal na sala-sala node. Depende sa uri ng mga particle na matatagpuan sa mga site ng sala-sala at sa likas na katangian ng koneksyon sa pagitan nila, 4 na uri ng mga kristal na sala-sala ay nakikilala.

5.5.1. Atomic na kristal na sala-sala

Sa mga node ng atomic crystal lattice mayroong mga atomo na konektado sa isa't isa sa pamamagitan ng covalent bonds. Ang mga sangkap na may atomic na sala-sala ay kinabibilangan ng brilyante, silikon, karbida, silicide, atbp. Sa istruktura ng isang atomic na kristal, imposibleng ihiwalay ang mga indibidwal na molekula; ang buong kristal ay itinuturing na isang higanteng molekula. Ang istraktura ng brilyante ay ipinapakita sa Fig. 5.21. Ang brilyante ay binubuo ng mga atomo ng carbon, na ang bawat isa ay nakagapos sa apat na kalapit na mga atomo. Dahil sa ang katunayan na ang mga covalent bond ay malakas, ang lahat ng mga sangkap na may atomic lattices ay refractory, hard at low-volatile. Ang mga ito ay bahagyang natutunaw sa tubig.

kanin. 5.21. Diamond crystal lattice

5.5.2. Molecular crystal lattice

Sa mga node ng molecular crystal lattice mayroong mga molekula na konektado sa isa't isa sa pamamagitan ng mahinang intermolecular na pwersa. Samakatuwid, ang mga sangkap na may molecular lattice ay may mababang katigasan, sila ay fusible, na nailalarawan sa pamamagitan ng makabuluhang pagkasumpungin, ay bahagyang natutunaw sa tubig, at ang kanilang mga solusyon, bilang panuntunan, ay hindi nagsasagawa ng electric current. Maraming mga sangkap na may molekular na kristal na sala-sala ang kilala. Ito ay solid hydrogen, chlorine, carbon monoxide (IV) at iba pang mga substance na nasa gas na estado sa ordinaryong temperatura. Karamihan sa mga crystalline na organic compound ay may molecular lattice.

5.5.3. Ionic na kristal na sala-sala

Ang mga kristal na sala-sala na naglalaman ng mga ion sa kanilang mga node ay tinatawag ionic. Ang mga ito ay nabuo sa pamamagitan ng mga sangkap na may mga ionic bond, halimbawa, alkali metal halides. Sa mga ionic na kristal, ang mga indibidwal na molekula ay hindi maaaring makilala; ang buong kristal ay maaaring ituring bilang isang macromolecule. Ang mga bono sa pagitan ng mga ion ay malakas, samakatuwid ang mga sangkap na may isang ionic na sala-sala ay may mababang pagkasumpungin at mataas na mga punto ng pagkatunaw at pagkulo. Ang kristal na sala-sala ng sodium chloride ay ipinapakita sa Fig. 5.22.

kanin. 5.22. Kristal na sala-sala ng sodium chloride

Sa figure na ito, ang mga light ball ay Na + ions, ang dark balls ay Cl – ions. Sa kaliwa sa Fig. Ipinapakita ng Figure 5.22 ang unit cell ng NaCl.

5.5.4. Metal crystal na sala-sala

Ang mga metal sa solid state ay bumubuo ng mga metal na kristal na sala-sala. Ang mga site ng naturang mga sala-sala ay naglalaman ng mga positibong metal ions, at ang mga valence electron ay malayang gumagalaw sa pagitan ng mga ito. Ang mga electron electrostatically nakakaakit ng mga cation, sa gayon ay nagbibigay ng katatagan sa metal na sala-sala. Ang istraktura ng sala-sala na ito ay tumutukoy sa mataas na thermal conductivity, electrical conductivity at plasticity ng mga metal - sa panahon ng mekanikal na pagpapapangit ay walang pagkasira ng mga bono at pagkasira ng kristal, dahil ang mga ions na bumubuo dito ay tila lumulutang sa isang ulap ng electron gas. Sa Fig. Ipinapakita ng Figure 5.23 ang sodium crystal lattice.

kanin. 5.23. Sodium crystal lattice

7.11. Ang istraktura ng mga sangkap na may mga covalent bond

Ang mga sangkap kung saan, sa lahat ng uri ng mga bono ng kemikal, isang covalent lamang ang naroroon, ay nahahati sa dalawang hindi pantay na grupo: molekular (napakarami) at di-molekular (mas mababa).
Ang mga kristal ng solid molecular substance ay binubuo ng mga molekula na mahinang pinagsasama-sama ng mga puwersa ng intermolecular na interaksyon ng mga molekula. Ang ganitong mga kristal ay walang mataas na lakas at tigas (isipin ang yelo o asukal). Ang kanilang pagkatunaw at kumukulo ay mababa din (tingnan ang Talahanayan 22).

Talahanayan 22. Mga punto ng pagkatunaw at pagkulo ng ilang molekular na sangkap

Hindi tulad ng kanilang mga molecular counterparts, ang mga non-molecular substance na may covalent bond ay bumubuo ng napakatigas na kristal. Ang mga kristal na brilyante (ang pinakamatigas na sangkap) ay nabibilang sa ganitong uri.
Sa isang brilyante na kristal (Larawan 7.5), ang bawat carbon atom ay konektado sa apat na iba pang mga carbon atom sa pamamagitan ng simpleng covalent bond (sp 3 hybridization). Ang mga carbon atom ay bumubuo ng isang three-dimensional na balangkas. Ang buong brilyante na kristal ay isang napakalaking at napakalakas na molekula.
Ang mga silikon na kristal, na malawakang ginagamit sa radio electronics at electronic engineering, ay may parehong istraktura.
Kung papalitan mo ang kalahati ng mga carbon atom sa brilyante ng mga silikon na atom nang hindi nakakagambala sa istraktura ng balangkas ng kristal, makakakuha ka ng isang kristal ng silicon carbide SiC - isa ring napakatigas na sangkap na ginamit bilang isang nakasasakit na materyal. Ang ordinaryong quartz sand (silicon dioxide) ay kabilang din sa ganitong uri ng crystalline substance. Ang kuwarts ay isang napakatigas na sangkap; Sa ilalim ng pangalang "emery" ito ay ginagamit din bilang isang nakasasakit na materyal. Ang istraktura ng kuwarts ay madaling makuha sa pamamagitan ng pagpasok ng mga atomo ng oxygen sa pagitan ng bawat dalawang mga atomo ng silikon sa isang kristal na silikon. Sa kasong ito, ang bawat silicon atom ay iuugnay sa apat na oxygen atoms, at bawat oxygen atom ay may dalawang silicon atoms.

Ang mga kristal ng brilyante, silikon, kuwarts at mga katulad na istruktura ay tinatawag na atomic crystals.
Ang atomic na kristal ay isang kristal na binubuo ng mga atomo ng isa o higit pang elemento na pinag-uugnay ng mga bono ng kemikal.
Ang isang kemikal na bono sa isang atomic na kristal ay maaaring covalent o metal.
Tulad ng alam mo na, ang anumang atomic na kristal, tulad ng isang ionic na kristal, ay isang malaking "supermolecule". Ang pormula ng istruktura ng naturang "supermolecule" ay hindi maisusulat - maaari mo lamang ipakita ang fragment nito, halimbawa:

Hindi tulad ng mga molekular na sangkap, ang mga sangkap na bumubuo ng mga atomic na kristal ay kabilang sa mga pinaka-matigas ang ulo (tingnan ang talahanayan 23.).

Talahanayan 23. Mga punto ng pagkatunaw at pagkulo ng ilang di-molekular na sangkap Sa mga covalent bond

Ang ganitong mataas na temperatura ng pagkatunaw ay lubos na nauunawaan kung naaalala natin na kapag ang mga sangkap na ito ay natutunaw, hindi ang mga mahihinang intermolecular bond na nasisira, ngunit ang malakas na mga bono ng kemikal. Para sa parehong dahilan, maraming mga sangkap na bumubuo ng mga atomic na kristal ay hindi natutunaw kapag pinainit, ngunit nabubulok o agad na nagbabago sa isang estado ng singaw (sublimate), halimbawa, ang mga graphite sublimes sa 3700 o C.

7.12. Polarity ng isang covalent bond. Electronegativity

Alalahanin na ang mga nakahiwalay na atomo ng iba't ibang elemento ay may iba't ibang propensidad na parehong sumuko at tumanggap ng mga electron. Ang mga pagkakaibang ito ay nananatili pagkatapos ng pagbuo ng isang covalent bond. Iyon ay, ang mga atomo ng ilang mga elemento ay may posibilidad na maakit ang pares ng elektron ng isang covalent bond sa kanilang sarili nang mas malakas kaysa sa mga atomo ng iba pang mga elemento.

Isaalang-alang ang isang molekula HCl.
Gamit ang halimbawang ito, tingnan natin kung paano natin matantya ang displacement ng electron communication cloud gamit ang molar ionization energies at paraan sa electron. 1312 kJ/mol, at 1251 kJ/mol - ang pagkakaiba ay hindi gaanong mahalaga, humigit-kumulang 5%. 73 kJ/mol, at 349 kJ/mol - dito mas malaki ang pagkakaiba: ang electron affinity energy ng chlorine atom ay halos limang beses na mas malaki kaysa sa hydrogen atom. Mula dito maaari nating tapusin na ang pares ng elektron ng covalent bond sa molekula ng hydrogen chloride ay higit na inilipat patungo sa chlorine atom. Sa madaling salita, ang mga bonding electron ay gumugugol ng mas maraming oras malapit sa chlorine atom kaysa malapit sa hydrogen atom. Ang hindi pantay na pamamahagi ng densidad ng elektron na ito ay humahantong sa muling pamamahagi ng mga singil sa kuryente sa loob ng molekula. Ang mga partial (labis) na singil ay lumalabas sa mga atomo; sa hydrogen atom ito ay positibo, at sa chlorine atom ito ay negatibo.

Sa kasong ito, ang bono ay sinasabing polarized, at ang bono mismo ay tinatawag na isang polar covalent bond.
Kung ang pares ng electron ng isang covalent bond ay hindi inilipat sa alinman sa mga bonded na atoms, iyon ay, ang bond electron ay pantay na nabibilang sa bonded atoms, kung gayon ang naturang bond ay tinatawag na nonpolar covalent bond.
Ang konsepto ng "pormal na singil" sa kaso ng isang covalent bond ay naaangkop din. Sa kahulugan lamang hindi natin dapat pinag-uusapan ang tungkol sa mga ion, ngunit tungkol sa mga atomo. Sa pangkalahatan, maaaring ibigay ang sumusunod na kahulugan.

Sa mga molekula kung saan ang mga covalent bond ay nabuo lamang sa pamamagitan ng isang mekanismo ng palitan, ang mga pormal na singil ng mga atomo ay katumbas ng zero. Kaya, sa molekula ng HCl, ang mga pormal na singil sa parehong mga chlorine at hydrogen atoms ay zero. Dahil dito, sa molekula na ito ang tunay na (epektibong) singil sa chlorine at hydrogen atoms ay katumbas ng bahagyang (labis) na singil.
Hindi laging madaling matukoy ang tanda ng bahagyang singil sa isang atom ng isa o ibang elemento sa isang molekula batay sa molar ionization energies at affinity para sa elektrod, iyon ay, upang matantya kung saang direksyon ang mga pares ng elektron ng mga bono ay inilipat. Karaniwan, para sa mga layuning ito, isa pang enerhiya na katangian ng isang atom ang ginagamit - electronegativity.

Sa kasalukuyan, walang solong, karaniwang tinatanggap na pagtatalaga para sa electronegativity. Maaari itong tukuyin ng mga letrang E/O. Wala ring solong, karaniwang tinatanggap na paraan para sa pagkalkula ng electronegativity. Sa isang pinasimpleng paraan, maaari itong katawanin bilang kalahati ng kabuuan ng molar ionization energies at electron affinity - ito ay isa sa mga unang paraan upang makalkula ito.
Ang mga ganap na halaga ng electronegativity ng mga atomo ng iba't ibang elemento ay bihirang ginagamit. Ang pinakakaraniwang ginagamit ay relatibong electronegativity, na tinutukoy ng c. Sa una, ang halagang ito ay tinukoy bilang ang ratio ng electronegativity ng isang atom ng isang naibigay na elemento sa electronegativity ng isang lithium atom. Kasunod nito, medyo nagbago ang mga pamamaraan ng pagkalkula nito.
Ang relatibong electronegativity ay isang walang sukat na dami. Ang mga halaga nito ay ibinibigay sa Appendix 10.

Dahil ang kamag-anak na electronegativity ay pangunahing nakasalalay sa enerhiya ng ionization ng atom (ang enerhiya ng affinity ng elektron ay palaging mas mababa), kung gayon sa isang sistema ng mga elemento ng kemikal ay nagbabago ito ng humigit-kumulang kapareho ng enerhiya ng ionization, iyon ay, tumataas ito nang pahilis mula sa cesium (0.86). sa fluorine (4.10). Ang mga halaga ng kamag-anak na electronegativity ng helium at neon na ibinigay sa talahanayan ay walang praktikal na kahalagahan, dahil ang mga elementong ito ay hindi bumubuo ng mga compound.

Gamit ang talahanayan ng electronegativity, madali mong matutukoy kung alin sa dalawang atom ang mga electron na nagkokonekta sa mga atom na ito ay inililipat, at, samakatuwid, ang mga palatandaan ng mga bahagyang singil na nagmumula sa mga atomo na ito.

Kaya, sa kaso ng pagbuo ng isang covalent bond sa pagitan ng mga atomo ng iba't ibang elemento, ang gayong bono ay palaging magiging polar, at sa kaso ng pagbuo ng isang covalent bond sa pagitan ng mga atomo ng parehong elemento (sa simpleng mga sangkap), ang ang bono sa karamihan ng mga kaso ay hindi polar.

Kung mas malaki ang pagkakaiba sa electronegativity ng mga nakagapos na atomo, mas polar ang covalent bond sa pagitan ng mga atomo na ito.

POLAR COVALENT BOND, NON-POLAR COVALENT BOND, ABSOLUTE ELECTRONEGATIVITY, RELATIVE ELECTRONEGATIVITY.
1. Ang mga eksperimento at kasunod na mga kalkulasyon ay nagpakita na ang epektibong singil ng silicon sa silicon tetrafluoride ay +1.64 e, at ng xenon sa xenon hexafluoride +2.3 e. Tukuyin ang mga halaga ng mga bahagyang singil sa mga fluorine atom sa mga compound na ito. 2. Buuin ang mga pormula ng istruktura ng mga sumusunod na sangkap at, gamit ang mga notasyong " " at " ", nailalarawan ang polarity ng mga covalent bond sa mga molekula ng mga compound na ito: a) CH 4, CCl 4, SiCl 4; b) H 2 O, H 2 S, H 2 Se, H 2 Te; c) NH 3, NF 3, NCl 3; d) SO 2, Cl 2 O, OF 2.
3. Gamit ang talahanayan ng electronegativity, ipahiwatig kung alin sa mga compound ang bono ay mas polar: a) CCl 4 o SiCl 4 ; b) H 2 S o H 2 O; c) NF 3 o NCl 3; d) Cl 2 O o NG 2.

7.13. Donor-acceptor na mekanismo ng pagbuo ng bono

Sa mga nakaraang talata, natutunan mo nang detalyado ang tungkol sa dalawang uri ng mga bono: ionic at covalent. Alalahanin na ang isang ionic bond ay nabuo kapag ang isang electron ay ganap na inilipat mula sa isang atom patungo sa isa pa. Covalent - kapag nagbabahagi ng mga hindi magkapares na electron ng mga nakagapos na atomo.

Bilang karagdagan, mayroong isa pang mekanismo para sa pagbuo ng bono. Isaalang-alang natin ito gamit ang halimbawa ng pakikipag-ugnayan ng isang molekula ng ammonia sa isang molekula ng boron trifluoride:

Bilang isang resulta, ang parehong covalent at ionic na mga bono ay lumitaw sa pagitan ng mga atomo ng nitrogen at boron. Sa kasong ito, ang nitrogen atom ay donor pares ng elektron ("ibinibigay" ito para sa pagbuo ng isang bono), at ang boron atom - tumanggap(“tinatanggap” ito kapag bumubuo ng isang koneksyon). Samakatuwid ang pangalan ng mekanismo para sa pagbuo ng naturang koneksyon - " donor-acceptor".

Kapag nabuo ang isang bono gamit ang mekanismo ng donor-acceptor, ang parehong covalent bond at isang ionic bond ay nabuo nang sabay-sabay.
Siyempre, pagkatapos ng pagbuo ng isang bono, dahil sa pagkakaiba sa electronegativity ng mga bonded na atom, ang polariseysyon ng bono ay nangyayari at ang mga bahagyang singil ay bumangon, na binabawasan ang epektibong (tunay) na mga singil ng mga atomo.

Tingnan natin ang iba pang mga halimbawa.

Kung mayroong isang mataas na polar na molekula ng hydrogen chloride sa tabi ng molekula ng ammonia, kung saan mayroong isang makabuluhang bahagyang singil sa atom ng hydrogen, kung gayon sa kasong ito ang papel ng tumatanggap ng pares ng elektron ay gagampanan ng hydrogen atom. 1 nito s-AO, kahit na hindi ganap na walang laman, tulad ng boron atom sa nakaraang halimbawa, ang density ng elektron sa ulap ng orbital na ito ay makabuluhang nabawasan.

Ang spatial na istraktura ng nagresultang kation ay ammonium ion Ang NH 4 ay katulad ng istraktura ng methane molecule, iyon ay, lahat ng apat na NH bond ay eksaktong pareho.
Ang pagbuo ng mga ionic na kristal ng ammonium chloride NH 4 Cl ay maaaring maobserbahan sa pamamagitan ng paghahalo ng ammonia gas sa hydrogen chloride gas:

NH 3 (g) + HCl (g) = NH 4 Cl (cr)

Hindi lamang ang nitrogen atom ay maaaring maging isang electron pair donor. Maaaring ito ay, halimbawa, ang oxygen atom ng isang molekula ng tubig. Ang isang molekula ng tubig ay makikipag-ugnayan sa parehong hydrogen chloride tulad ng sumusunod:

Ang nagreresultang H3O cation ay tinatawag oxonium ion at, tulad ng matututunan mo sa lalong madaling panahon, ay napakahalaga sa kimika.
Sa konklusyon, isaalang-alang natin ang elektronikong istraktura ng carbon monoxide (carbon monoxide) CO molekula:

Bilang karagdagan sa tatlong covalent bond (triple bond), naglalaman din ito ng ionic bond.
Mga kondisyon para sa pagbuo ng bono ayon sa mekanismo ng donor-acceptor:
1) ang pagkakaroon ng nag-iisang pares ng mga valence electron sa isa sa mga atomo;
2) ang pagkakaroon ng isang libreng orbital sa valence sublevel ng isa pang atom.
Ang mekanismo ng donor-acceptor ng pagbuo ng bono ay medyo laganap. Ito ay nangyayari lalo na madalas sa panahon ng pagbuo ng mga compound d-mga elemento. Halos lahat ng atoms d-Ang mga elemento ay may maraming walang laman na valence orbital. Samakatuwid, sila ay aktibong tumatanggap ng mga pares ng elektron.

DONOR-ACCEPTOR MECHANISM OF BOND FORMATION, AMMONIUM ION, OXONIUM ION, MGA KONDISYON PARA SA BOND FORMATION NG DONOR-ACCEPTOR MECHANISM.
1.Gumawa ng mga equation ng reaksyon at mga scheme ng pagbuo
a) ammonium bromide NH 4 Br mula sa ammonia at hydrogen bromide;
b) ammonium sulfate (NH 4) 2 SO 4 mula sa ammonia at sulfuric acid.
2. Lumikha ng mga equation ng reaksyon at mga scheme ng pakikipag-ugnayan para sa a) tubig na may hydrogen bromide; b) tubig na may sulfuric acid.
3. Aling mga atomo sa apat na naunang reaksyon ang mga donor ng isang pares ng elektron, at alin ang mga acceptor? Bakit? Ipaliwanag ang iyong sagot gamit ang mga diagram ng mga sublevel ng valence.
4.Structural formula ng nitric acid Ang mga anggulo sa pagitan ng O–N–O bond ay malapit sa 120 o. tukuyin:
a) uri ng hybridization ng nitrogen atom;
b) kung aling AO ng nitrogen atom ang nakikibahagi sa pagbuo ng -bond;
c) kung aling AO ng nitrogen atom ang nakikibahagi sa pagbuo ng isang -bond ayon sa mekanismo ng donor-acceptor.
Ano sa palagay mo ang anggulo sa pagitan ng mga bono ng H–O–N sa molekulang ito ay humigit-kumulang katumbas ng? 5.Gumawa ng structural formula ng cyanide ion CN (negative charge sa carbon atom). Ito ay kilala na ang mga cyanides (mga compound na naglalaman ng tulad ng isang ion) at carbon monoxide CO ay malakas na lason, at ang kanilang biological na epekto ay halos magkapareho. Mag-alok ng iyong paliwanag tungkol sa kalapitan ng kanilang biyolohikal na pagkilos.

7.14. Koneksyon ng metal. Mga metal

Ang isang covalent bond ay nabuo sa pagitan ng mga atomo na magkatulad sa kanilang hilig na sumuko at makakuha ng mga electron lamang kapag ang mga sukat ng mga nakagapos na atomo ay maliit. Sa kasong ito, ang densidad ng elektron sa rehiyon ng magkakapatong na mga ulap ng elektron ay makabuluhan, at ang mga atomo ay nagiging mahigpit na nakagapos, tulad ng, halimbawa, sa molekula ng HF. Kung ang hindi bababa sa isa sa mga nakagapos na atomo ay may malaking radius, ang pagbuo ng isang covalent na bono ay nagiging hindi gaanong kapaki-pakinabang, dahil ang density ng elektron sa rehiyon ng magkakapatong na mga ulap ng elektron para sa malalaking atomo ay mas mababa kaysa sa maliliit. Ang isang halimbawa ng naturang molekula na may mas mahinang bono ay ang molekula ng HI (gamit ang Talahanayan 21, ihambing ang mga enerhiya ng atomization ng mga molekula ng HF at HI).

At gayon pa man sa pagitan ng malalaking atomo ( r o > 1.1) nangyayari ang isang kemikal na bono, ngunit sa kasong ito ito ay nabuo dahil sa pagbabahagi ng lahat (o bahagi) ng mga electron ng valence ng lahat ng mga nakagapos na atomo. Halimbawa, sa kaso ng sodium atoms, lahat ng 3 s-mga electron ng mga atom na ito, at nabuo ang isang solong ulap ng elektron:

Ang mga atom ay bumubuo ng isang kristal na may metal komunikasyon
Sa ganitong paraan, ang parehong mga atomo ng parehong elemento at mga atomo ng iba't ibang elemento ay maaaring magbuklod sa isa't isa. Sa unang kaso, ang mga simpleng sangkap na tinatawag mga metal, at sa pangalawang - kumplikadong mga sangkap na tinatawag mga intermetallic compound.

Sa lahat ng mga sangkap na may metal na mga bono sa pagitan ng mga atomo, malalaman mo lamang ang tungkol sa mga metal sa paaralan. Ano ang spatial na istraktura ng mga metal? Ang metal na kristal ay binubuo ng atomic skeletons, na natitira pagkatapos ng pagsasapanlipunan ng mga valence electron, at ang electron cloud ng mga socialized electron. Ang mga atomic core ay karaniwang bumubuo ng isang napakalapit na packing, at ang electron cloud ay sumasakop sa buong natitirang libreng volume ng kristal.

Ang mga pangunahing uri ng siksik na packaging ay kubiko na pinakamalapit na packing(KPU) at heksagonal na malapit na pag-iimpake(GPU). Ang mga pangalan ng mga pakete na ito ay nauugnay sa simetrya ng mga kristal kung saan sila ay natanto. Ang ilang mga metal ay bumubuo ng maluwag na nakaimpake na mga kristal - kubiko na nakasentro sa katawan(OTSK). Ang mga modelo ng volume at ball-and-stick ng mga paketeng ito ay ipinapakita sa Figure 7.6.
Ang cubic close packing ay nabuo ng mga atomo ng Cu, Al, Pb, Au at ilang iba pang elemento. Hexagonal close packing - mga atom ng Be, Zn, Cd, Sc at marami pang iba. Ang body-centered cubic packing ng mga atom ay nasa mga kristal ng alkali metal, mga elemento ng VB at VIB group. Ang ilang mga metal ay maaaring may iba't ibang istruktura sa iba't ibang temperatura. Ang mga dahilan para sa gayong mga pagkakaiba at mga tampok na istruktura ng mga metal ay hindi pa rin lubos na nauunawaan.
Kapag natunaw, ang mga metal na kristal ay nagiging mga likidong metal. Ang uri ng kemikal na bono sa pagitan ng mga atomo ay hindi nagbabago.
Ang metal bond ay walang directionality at saturation. Sa bagay na ito ito ay katulad ng isang ionic bond.
Sa kaso ng mga intermetallic compound, maaari din nating pag-usapan ang tungkol sa polarizability ng metallic bond.
Mga katangiang pisikal ng mga metal:
1) mataas na electrical conductivity;
2) mataas na thermal conductivity;
3) mataas na kalagkitan.

Ang mga punto ng pagkatunaw ng iba't ibang mga metal ay ibang-iba sa bawat isa: ang pinakamababang punto ng pagkatunaw ay para sa mercury (- 39 o C), at ang pinakamataas ay para sa tungsten (3410 o C).

METAL, INTERMETALLIC COMPOUND, METALIC BOND, siksik na PACKING.
1. Upang makilala ang iba't ibang mga pakete, ang konsepto ng "space filling coefficient" ay ginagamit, iyon ay, ang ratio ng dami ng mga atomo sa dami ng kristal

saan V a - dami ng atom,
Ang Z ay ang bilang ng mga atomo sa isang unit cell,
V i- dami ng unit cell.
Ang mga atomo sa kasong ito ay kinakatawan ng mga matibay na bola ng radius R, hawakan ang isa't isa. Dami ng bola V w = (4/3) R 3 .
Tukuyin ang space filling factor para sa bulk at bcc packaging.
2. Gamit ang mga halaga ng metal radii (Appendix 9), kalkulahin ang laki ng unit cell ng a) tanso (CPU), b) aluminyo (CPU) at c) cesium (BCC).

E.N.Frenkel

Tutorial sa kimika

Isang manwal para sa mga hindi alam, ngunit gustong matuto at maunawaan ang kimika

Bahagi I. Mga elemento ng pangkalahatang kimika
(unang antas ng kahirapan)

pagpapatuloy. Tingnan mo sa No. 13, 18, 23/2007;
6/2008

Kabanata 4. Ang konsepto ng chemical bonding

Ang mga nakaraang kabanata ng manwal na ito ay tinalakay ang katotohanan na ang bagay ay binubuo ng mga molekula, at ang mga molekula ay binubuo ng mga atomo. Naisip mo na ba: bakit hindi lumilipad ang mga atomo na bumubuo sa isang molekula sa magkakaibang direksyon? Ano ang humahawak sa mga atomo sa isang molekula?

Pinipigilan sila kemikal na dumidikit .

Upang maunawaan ang likas na katangian ng isang kemikal na bono, sapat na upang alalahanin ang isang simpleng pisikal na eksperimento. Ang dalawang bola na nakasabit sa magkatabi sa mga kuwerdas ay hindi "nagre-react" sa isa't isa sa anumang paraan. Ngunit kung bibigyan mo ang isang bola ng positibong singil at ang isa ay negatibong singil, sila ay mag-aakit sa isa't isa. Hindi ba ito ang puwersa na umaakit ng mga atomo sa isa't isa? Sa katunayan, ipinakita iyon ng pananaliksik Ang kemikal na bono ay elektrikal sa kalikasan.

Saan nagmula ang mga singil sa neutral atoms?

Ang artikulo ay nai-publish sa suporta ng online na kurso para sa paghahanda para sa Unified State Exam "Exam". Sa site ay makikita mo ang lahat ng mga kinakailangang materyales para sa independiyenteng paghahanda para sa Pinag-isang Estado ng Pagsusulit - pagguhit ng isang natatanging plano sa paghahanda para sa bawat gumagamit, pagsubaybay sa pag-unlad sa bawat paksa ng paksa, teorya at mga gawain. Ang lahat ng mga gawain ay sumusunod sa mga pinakabagong pagbabago at mga karagdagan. Posible ring magpadala ng mga gawain mula sa nakasulat na bahagi ng Unified State Examination sa mga eksperto upang makatanggap ng mga puntos at pag-aralan ang trabaho ayon sa pamantayan ng pagtatasa. Mga gawain sa anyo ng mga pakikipagsapalaran na may akumulasyon ng karanasan, pagkumpleto ng mga antas, pagtanggap ng mga bonus at parangal, mga kumpetisyon sa mga kaibigan sa Unified State Exam Arena. Upang simulan ang paghahanda, sundin ang link: https://examer.ru.

Kapag inilalarawan ang istraktura ng mga atomo, ipinakita na ang lahat ng mga atomo, maliban sa mga noble gas atoms, ay may posibilidad na makakuha o sumuko ng mga electron. Ang dahilan ay ang pagbuo ng isang matatag na walong elektron na panlabas na antas (tulad ng mga noble gas). Kapag tumatanggap o nagbibigay ng mga electron, lumilitaw ang mga electric charge at, bilang resulta, electrostatic na interaksyon sa pagitan ng mga particle. Ito ay kung paano ito lumitaw ionic bond , ibig sabihin. bono sa pagitan ng mga ion.

Ang mga ions ay mga stable charged particle na nabuo bilang resulta ng pagtanggap o pagkawala ng mga electron.

Halimbawa, ang isang atom ng isang aktibong metal at isang aktibong nonmetal ay nakikilahok sa isang reaksyon:

Sa prosesong ito, ang isang metal na atom (sodium) ay nagbibigay ng mga electron:

a) Matatag ba ang naturang particle?

b) Ilang electron ang natitira sa sodium atom?

c) Magkakaroon ba ng singil ang butil na ito?

Kaya, sa prosesong ito nabuo ang isang matatag na butil (8 electron sa panlabas na antas), na may singil, dahil ang nucleus ng sodium atom ay mayroon pa ring singil na +11, at ang natitirang mga electron ay may kabuuang singil na -10. Samakatuwid, ang singil ng sodium ion ay +1. Ang isang maikling pag-record ng prosesong ito ay ganito ang hitsura:

Ano ang mangyayari sa sulfur atom? Ang atom na ito ay tumatanggap ng mga electron hanggang sa makumpleto ang panlabas na antas:

Ang isang simpleng pagkalkula ay nagpapakita na ang particle na ito ay may singil:

Ang magkasalungat na sinisingil na mga ion ay umaakit sa isa't isa, na nagreresulta sa isang ionic na bono at isang "ionic molecule":

Mayroong iba pang mga paraan upang bumuo ng mga ion, na tatalakayin sa Kabanata 6.

Sa pormal na paraan, ang sodium sulfide ay kinikilala sa eksaktong komposisyon ng molekular na ito, bagaman ang sangkap, na binubuo ng mga ion, ay may humigit-kumulang na sumusunod na istraktura (Larawan 1):

kaya, Ang mga sangkap na binubuo ng mga ion ay hindi naglalaman ng mga indibidwal na molekula! Sa kasong ito, maaari lamang nating pag-usapan ang tungkol sa isang kondisyon na "ionic molecule".

Gawain 4.1. Ipakita kung paano nangyayari ang paglilipat ng mga electron kapag ang isang ionic bond ay nangyayari sa pagitan ng mga atomo:

a) calcium at chlorine;

b) aluminyo at oxygen.

TANDAAN! Ang isang metal na atom ay nagbibigay ng mga panlabas na electron; Kinukuha ng nonmetal atom ang mga nawawalang electron.

Konklusyon. Ayon sa mekanismong inilarawan sa itaas, ang isang ionic na bono ay nabuo sa pagitan ng mga atomo ng mga aktibong metal at aktibong nonmetals.

Ang pananaliksik, gayunpaman, ay nagpapakita na ang kumpletong paglipat ng mga electron mula sa isang atom patungo sa isa pa ay hindi palaging nangyayari. Kadalasan, ang isang kemikal na bono ay nabuo hindi sa pamamagitan ng pagbibigay at pagtanggap ng mga electron, ngunit bilang isang resulta ng pagbuo ng mga karaniwang pares ng elektron*. Ang koneksyon na ito ay tinatawag covalent .

Ang isang covalent bond ay nangyayari dahil sa pagbuo ng mga pares ng electron. Ang ganitong uri ng bono ay nabuo, halimbawa, sa pagitan ng mga non-metal na atomo. Kaya, alam na ang isang molekula ng nitrogen ay binubuo ng dalawang atomo - N 2. Paano lumitaw ang isang covalent bond sa pagitan ng mga atomo na ito? Upang masagot ang tanong na ito, kinakailangang isaalang-alang ang istraktura ng nitrogen atom:

Tanong. Ilang electron ang nawawala bago makumpleto ang panlabas na antas?

SAGOT: Tatlong electron ang nawawala. Samakatuwid, na tinutukoy ang bawat elektron ng panlabas na antas na may isang tuldok, nakuha namin ang:

Tanong. Bakit ang tatlong electron ay kinakatawan ng mga solong tuldok?

Sagot: Ang punto ay nais nating ipakita ang pagbuo ng mga pinagsasaluhang pares ng mga electron. Ang isang pares ay dalawang electron. Ang ganitong pares ay nangyayari, sa partikular, kung ang bawat atom ay nagbibigay ng isang elektron upang bumuo ng isang pares. Ang nitrogen atom ay tatlong electron na kulang sa pagkumpleto ng panlabas na antas. Nangangahulugan ito na dapat siyang "maghanda" ng tatlong solong electron upang bumuo ng mga pares sa hinaharap (Larawan 2).

Natanggap electron formula ng molekula nitrogen, na nagpapakita na ang bawat nitrogen atom ay mayroon na ngayong walong electron (anim sa mga ito ay bilog sa isang hugis-itlog at 2 electron ng kanilang sarili); tatlong karaniwang pares ng mga electron ang lumitaw sa pagitan ng mga atomo (ang intersection ng mga bilog).

Ang bawat pares ng mga electron ay tumutugma sa isang covalent bond. Ilang covalent bond ang nabuo? Tatlo. Ipinapakita namin ang bawat bono (bawat nakabahaging pares ng mga electron) gamit ang isang gitling (valence stroke):

Gayunpaman, ang lahat ng mga formula na ito ay hindi nagbibigay ng sagot sa tanong: ano ang nag-uugnay sa mga atomo kapag nabuo ang isang covalent bond? Ang electronic formula ay nagpapakita na ang isang karaniwang pares ng mga electron ay matatagpuan sa pagitan ng mga atomo. Lumilitaw ang labis na negatibong singil sa rehiyong ito ng espasyo. At ang nuclei ng mga atomo, gaya ng nalalaman, ay may positibong singil. Kaya, ang nuclei ng parehong mga atom ay naaakit sa isang karaniwang negatibong singil, na lumitaw dahil sa mga karaniwang pares ng elektron (mas tiyak, ang intersection ng mga ulap ng elektron) (Larawan 3).

Maaari bang lumitaw ang gayong bono sa pagitan ng iba't ibang mga atomo? Siguro. Hayaang makipag-ugnayan ang nitrogen atom sa mga hydrogen atoms:

Ang istraktura ng hydrogen atom ay nagpapakita na ang atom ay may isang elektron. Ilan sa mga atom na ito ang dapat kunin upang ang nitrogen atom ay "makakuha ng gusto nito" - tatlong electron? Malinaw na tatlong hydrogen atoms
(Larawan 4):

Krus sa Fig. 4 ay nagpapahiwatig ng mga electron ng hydrogen atom. Ang electronic formula ng ammonia molecule ay nagpapakita na ang nitrogen atom ay mayroon na ngayong walong electron, at ang bawat hydrogen atom ay mayroon na ngayong dalawang electron (at hindi maaaring magkaroon ng higit pa sa unang antas ng enerhiya).

Ipinapakita ng graphical na formula na ang nitrogen atom ay may valence three (tatlong gitling, o tatlong valence stroke), at ang bawat hydrogen atom ay may valence one (isang gitling).

Bagaman ang parehong mga molekula ng N 2 at NH 3 ay naglalaman ng parehong atom ng nitrogen, ang mga bono ng kemikal sa pagitan ng mga atom ay naiiba sa bawat isa. Sa nitrogen molecule N2, nabuo ang mga bono ng kemikal magkaparehong mga atomo, kaya ang mga nakabahaging pares ng mga electron ay matatagpuan sa gitna sa pagitan ng mga atomo. Ang mga atom ay nananatiling neutral. Ang kemikal na bono na ito ay tinatawag hindi polar .

Sa ammonia molecule NH 3 isang kemikal na bono ang nabuo iba't ibang mga atomo. Samakatuwid, ang isa sa mga atomo (sa kasong ito, ang nitrogen atom) ay umaakit sa karaniwang pares ng mga electron nang mas malakas. Ang mga karaniwang pares ng mga electron ay inilipat patungo sa nitrogen atom, at isang maliit na negatibong singil ang lilitaw dito, at isang positibo sa hydrogen atom, ang mga poste ng kuryente ay lumitaw - isang bono polar (Larawan 5).

Karamihan sa mga sangkap na binuo gamit ang mga covalent bond ay binubuo ng mga indibidwal na molekula (Larawan 6).

Mula sa Fig. Ipinapakita ng Figure 6 na may mga kemikal na bono sa pagitan ng mga atomo, ngunit sa pagitan ng mga molekula ay wala o hindi gaanong mahalaga.

Ang uri ng kemikal na bono ay nakakaapekto sa mga katangian ng isang sangkap at ang pag-uugali nito sa mga solusyon. Kaya, kung mas malaki ang atraksyon sa pagitan ng mga particle, mas mahirap na alisin ang mga ito sa isa't isa at mas mahirap na i-convert ang isang solid sa isang gas o likidong estado. Subukang tukuyin sa diagram sa ibaba kung aling mga particle ang may mas malaking puwersa ng interaksyon at kung anong kemikal na bono ang nabuo (Larawan 7).

Kung maingat mong babasahin ang kabanata, ang iyong sagot ay ang mga sumusunod: ang pinakamataas na interaksyon sa pagitan ng mga particle ay nangyayari sa kaso I (ionic bond). Samakatuwid, ang lahat ng naturang mga sangkap ay solid. Ang pinakamaliit na pakikipag-ugnayan sa pagitan ng mga uncharged na particle (case III - non-polar covalent bond). Ang mga naturang sangkap ay kadalasang mga gas.

Gawain 4.2. Tukuyin kung anong chemical bond ang nangyayari sa pagitan ng mga atomo sa mga substance: NaCl, HCl, Cl 2, AlCl 3, H 2 O. Magbigay ng mga paliwanag.

Gawain 4.3. Gumawa ng mga electronic at graphic na formula para sa mga sangkap na iyon mula sa gawain 4.2 kung saan natukoy mo ang pagkakaroon ng isang covalent bond. Para sa ionic bonding, gumuhit ng mga electron transfer diagram.

Kabanata 5. Mga Solusyon

Walang tao sa Earth na hindi nakakita ng mga solusyon. At ano ito?

Ang solusyon ay isang homogenous na pinaghalong dalawa o higit pang mga sangkap (mga sangkap o sangkap).

Ano ang homogenous mixture? Ang homogeneity ng isang timpla ay ipinapalagay na sa pagitan ng mga sangkap na bumubuo nito nawawalang interface. Sa kasong ito, imposible, hindi bababa sa biswal, upang matukoy kung gaano karaming mga sangkap ang nabuo sa isang naibigay na timpla. Halimbawa, ang pagtingin sa tubig sa gripo sa isang baso, mahirap isipin na, bilang karagdagan sa mga molekula ng tubig, naglalaman ito ng isang mahusay na dosenang mga ion at molekula (O 2, CO 2, Ca 2+, atbp.). At walang mikroskopyo ang tutulong sa iyo na makita ang mga particle na ito.

Ngunit ang kawalan ng isang interface ay hindi lamang ang tanda ng homogeneity. Sa isang homogenous na halo ang komposisyon ng pinaghalong ay pareho sa anumang punto. Samakatuwid, upang makakuha ng isang solusyon, kailangan mong lubusang paghaluin ang mga sangkap (substance) na bumubuo nito.

Ang mga solusyon ay maaaring magkaroon ng iba't ibang estado ng pagsasama-sama:

Mga solusyon sa gas (halimbawa, hangin - isang halo ng mga gas O 2, N 2, CO 2, Ar);

Mga solusyon sa likido (halimbawa, cologne, syrup, brine);

Mga solidong solusyon (halimbawa, mga haluang metal).

Ang isa sa mga sangkap na bumubuo ng isang solusyon ay tinatawag pantunaw. Ang solvent ay may parehong estado ng pagsasama-sama bilang solusyon. Kaya, para sa mga likidong solusyon ito ay isang likido: tubig, langis, gasolina, atbp. Kadalasan sa pagsasanay, ang mga may tubig na solusyon ay ginagamit. Ang mga ito ay tatalakayin pa (maliban kung ang isang kaukulang reserbasyon ay ginawa).

Ano ang mangyayari kapag ang iba't ibang mga sangkap ay natunaw sa tubig? Bakit ang ilang mga sangkap ay mahusay na natutunaw sa tubig, habang ang iba ay natutunaw nang hindi maganda? Ano ang tumutukoy sa solubility - ang kakayahan ng isang substance na matunaw sa tubig?

Isipin natin na ang isang piraso ng asukal ay inilalagay sa isang baso ng maligamgam na tubig. Nakahiga ito, lumiit sa laki at... nawala. saan? Ang batas ba ng konserbasyon ng bagay (mass, energy) nito ay nilalabag? Hindi. Higop mo ang resultang solusyon at makukumbinsi ka na ang tubig ay matamis at ang asukal ay hindi nawala. Ngunit bakit hindi ito nakikita?

Ang katotohanan ay sa panahon ng paglusaw, ang pagdurog (paggiling) ng sangkap ay nangyayari. Sa kasong ito, ang isang piraso ng asukal ay nasira sa mga molekula, ngunit hindi natin sila nakikita. Oo, ngunit bakit ang asukal na nakalatag sa mesa ay hindi nabubulok sa mga molekula? Bakit hindi rin nawawala ang isang piraso ng margarine na isinawsaw sa tubig? Ngunit dahil ang pagkapira-piraso ng natutunaw na sangkap ay nangyayari sa ilalim ng impluwensya ng isang solvent, halimbawa ng tubig. Ngunit ang solvent ay magagawang "hilahin" ang kristal, ang solidong substansiya, sa mga molecule kung ito ay namamahala upang "mahuli" sa mga particle na ito. Sa madaling salita, kapag ang isang sangkap ay natunaw dapat mayroong pakikipag-ugnayan sa pagitan ng substance at solvent.

Kailan posible ang gayong pakikipag-ugnayan? Sa kaso lamang kung ang istraktura ng mga sangkap (parehong natutunaw at ang solvent) ay magkatulad. Ang panuntunan ng mga alchemist ay matagal nang kilala: "tulad ng natunaw sa katulad." Sa aming mga halimbawa, ang mga molekula ng asukal ay polar at may ilang mga puwersa ng pakikipag-ugnayan sa pagitan nila at ng mga molekula ng tubig na polar. Walang ganoong puwersa sa pagitan ng mga non-polar fat molecule at polar water molecule. Samakatuwid, ang mga taba ay hindi natutunaw sa tubig. kaya, ang solubility ay depende sa likas na katangian ng solute at solvent.

Bilang resulta ng pakikipag-ugnayan sa pagitan ng solute at tubig, nabuo ang mga compound - hydrates. Ang mga ito ay maaaring maging napakalakas na koneksyon:

Ang ganitong mga compound ay umiiral bilang mga indibidwal na sangkap: mga base, mga acid na naglalaman ng oxygen. Naturally, sa panahon ng pagbuo ng mga compound na ito, ang malakas na mga bono ng kemikal ay lumitaw at ang init ay inilabas. Kaya, kapag ang CaO (quicklime) ay natunaw sa tubig, napakaraming init ang inilabas na ang pinaghalong kumukulo.

Ngunit bakit, kapag ang asukal o asin ay natunaw sa tubig, ang resultang solusyon ay hindi umiinit? Una, hindi lahat ng hydrates ay kasinglakas ng sulfuric acid o calcium hydroxide. May mga hydrates ng salts (mga crystal hydrates), na madaling mabulok kapag pinainit:

Pangalawa, sa panahon ng paglusaw, tulad ng nabanggit na, nangyayari ang isang proseso ng pagdurog. At ito ay kumonsumo ng enerhiya at sumisipsip ng init.

Dahil ang parehong mga proseso ay nangyayari nang sabay-sabay, ang solusyon ay maaaring uminit o lumamig, depende sa kung aling proseso ang nangingibabaw.

Gawain 5.1. Tukuyin kung aling proseso - pagdurog o hydration - ang nangingibabaw sa bawat kaso:

a) kapag natutunaw ang sulfuric acid sa tubig, kung ang solusyon ay pinainit;

b) kapag ang ammonium nitrate ay natunaw sa tubig, kung ang solusyon ay lumamig;

c) kapag ang table salt ay natunaw sa tubig, kung ang temperatura ng solusyon ay nananatiling halos hindi nagbabago.

Dahil ang temperatura ng solusyon ay nagbabago sa panahon ng paglusaw, natural na ipagpalagay iyon ang solubility ay depende sa temperatura. Sa katunayan, ang solubility ng karamihan sa mga solid ay tumataas sa pag-init. Ang solubility ng mga gas ay bumababa kapag pinainit. Samakatuwid, ang mga solid ay karaniwang natutunaw sa mainit o mainit na tubig, habang ang mga carbonated na inumin ay pinananatiling malamig.

Solubility(kakayahang matunaw) mga sangkap ay hindi nakasalalay sa paggiling ng sangkap o sa intensity ng paghahalo. Ngunit sa pamamagitan ng pagtaas ng temperatura, paggiling ng sangkap, pagpapakilos sa natapos na solusyon, maaari mong pabilisin ang proseso ng paglusaw. Sa pamamagitan ng pagbabago ng mga kondisyon para sa pagkuha ng solusyon, posible na makakuha ng mga solusyon ng iba't ibang komposisyon. Naturally, may limitasyon, kapag naabot kung saan madaling matuklasan na ang sangkap ay hindi na natutunaw sa tubig. Ang solusyon na ito ay tinatawag na mayaman. Para sa lubos na natutunaw na mga sangkap, ang isang puspos na solusyon ay naglalaman ng maraming solute. Kaya, ang isang puspos na solusyon ng KNO 3 sa 100 °C ay naglalaman ng 245 g ng asin bawat 100 g ng tubig (sa 345 g ng solusyon), ito puro solusyon. Ang mga saturated na solusyon ng mga hindi natutunaw na sangkap ay naglalaman ng hindi gaanong masa ng mga dissolved compound. Kaya, ang isang puspos na solusyon ng silver chloride ay naglalaman ng 0.15 mg ng AgCl sa 100 g ng tubig. Ito ay lubhang diluted solusyon.

Kaya, kung ang isang solusyon ay naglalaman ng maraming solute na may kaugnayan sa solvent, ito ay tinatawag na puro, kung mayroong maliit na sangkap, ito ay tinatawag na dilute. Kadalasan, ang mga katangian nito, at samakatuwid ang aplikasyon nito, ay nakasalalay sa komposisyon ng solusyon.

Kaya, ang isang diluted na solusyon ng acetic acid (table vinegar) ay ginagamit bilang isang pampalasa, at ang isang puro solusyon ng acid na ito (acetic essence kapag kinuha nang pasalita) ay maaaring maging sanhi ng isang nakamamatay na paso.

Upang maipakita ang dami ng komposisyon ng mga solusyon, gumamit ng isang halaga na tinatawag na mass fraction ng solute :

saan m(v-va) – masa ng solute sa solusyon; m(solusyon) - ang kabuuang masa ng isang solusyon na naglalaman ng isang solute at isang solvent.

Kaya, kung ang 100 g ng suka ay naglalaman ng 6 g ng acetic acid, kung gayon ang pinag-uusapan natin ay isang 6% na solusyon ng acetic acid (ito ang suka ng mesa). Ang mga pamamaraan para sa paglutas ng mga problema gamit ang konsepto ng solute mass fraction ay tatalakayin sa Kabanata 8.

Konklusyon para sa Kabanata 5. Ang mga solusyon ay mga homogenous mixture na binubuo ng hindi bababa sa dalawang sangkap, ang isa ay tinatawag na solvent, ang isa ay solute. Kapag natunaw, ang sangkap na ito ay nakikipag-ugnayan sa solvent, dahil sa kung saan ang solute ay durog. Ang komposisyon ng isang solusyon ay ipinahayag gamit ang mass fraction ng solute sa solusyon.

* Ang mga pares ng elektron na ito ay nangyayari sa intersection ng mga ulap ng elektron.

Itutuloy

169338 0

Ang bawat atom ay may isang tiyak na bilang ng mga electron.

Kapag pumapasok sa mga reaksiyong kemikal, ang mga atom ay nag-donate, nakakakuha, o nagbabahagi ng mga electron, na nakakamit ang pinaka-matatag na pagsasaayos ng elektroniko. Ang pagsasaayos na may pinakamababang enerhiya (tulad ng sa noble gas atoms) ay lumalabas na ang pinaka-matatag. Ang pattern na ito ay tinatawag na "octet rule" (Fig. 1).

kanin. 1.

Nalalapat ang panuntunang ito sa lahat mga uri ng koneksyon. Ang mga elektronikong koneksyon sa pagitan ng mga atomo ay nagpapahintulot sa kanila na bumuo ng mga matatag na istruktura, mula sa pinakasimpleng mga kristal hanggang sa mga kumplikadong biomolecules na sa huli ay bumubuo ng mga buhay na sistema. Naiiba sila sa mga kristal sa kanilang tuluy-tuloy na metabolismo. Kasabay nito, maraming mga reaksiyong kemikal ang nagpapatuloy ayon sa mga mekanismo elektronikong paglipat, na gumaganap ng isang kritikal na papel sa mga proseso ng enerhiya sa katawan.

Ang kemikal na bono ay ang puwersang nagsasama-sama ng dalawa o higit pang mga atomo, ion, molekula, o anumang kumbinasyon ng mga ito..

Ang likas na katangian ng isang kemikal na bono ay pangkalahatan: ito ay isang electrostatic na puwersa ng atraksyon sa pagitan ng mga negatibong sisingilin na mga electron at positibong sisingilin na nuclei, na tinutukoy ng pagsasaayos ng mga electron ng panlabas na shell ng mga atomo. Ang kakayahan ng isang atom na bumuo ng mga kemikal na bono ay tinatawag valence, o estado ng oksihenasyon. Ang konsepto ng mga electron ng valence- mga electron na bumubuo ng mga bono ng kemikal, iyon ay, matatagpuan sa pinakamataas na orbital ng enerhiya. Alinsunod dito, ang panlabas na shell ng atom na naglalaman ng mga orbital na ito ay tinatawag shell ng valence. Sa kasalukuyan, hindi sapat na ipahiwatig ang pagkakaroon ng isang kemikal na bono, ngunit kinakailangan upang linawin ang uri nito: ionic, covalent, dipole-dipole, metallic.

Ang unang uri ng koneksyon ayionic koneksyon

Ayon sa teorya ng electronic valence ni Lewis at Kossel, ang mga atomo ay maaaring makamit ang isang matatag na pagsasaayos ng elektroniko sa dalawang paraan: una, sa pamamagitan ng pagkawala ng mga electron, pagiging mga kasyon, pangalawa, ang pagkuha sa kanila, nagiging mga anion. Bilang resulta ng paglipat ng elektron, dahil sa electrostatic na puwersa ng pagkahumaling sa pagitan ng mga ion na may mga singil ng magkasalungat na mga palatandaan, nabuo ang isang kemikal na bono, na tinatawag na Kossel " electrovalent"(tinatawag na ngayon ionic).

Sa kasong ito, ang mga anion at cation ay bumubuo ng isang matatag na pagsasaayos ng elektroniko na may puno na panlabas na shell ng elektron. Ang mga tipikal na ionic bond ay nabuo mula sa mga grupong cation T at II ng periodic system at mga anion ng di-metallic na elemento ng mga grupo VI at VII (16 at 17 subgroup, ayon sa pagkakabanggit, chalcogens At halogens). Ang mga bono ng mga ionic compound ay unsaturated at non-directional, kaya pinananatili nila ang posibilidad ng electrostatic na pakikipag-ugnayan sa iba pang mga ion. Sa Fig. Ang mga figure 2 at 3 ay nagpapakita ng mga halimbawa ng mga ionic bond na naaayon sa modelo ng Kossel ng paglilipat ng elektron.

kanin. 2.

kanin. 3. Ionic bond sa isang molekula ng table salt (NaCl)

Dito angkop na alalahanin ang ilang mga katangian na nagpapaliwanag sa pag-uugali ng mga sangkap sa kalikasan, sa partikular, isaalang-alang ang ideya ng mga acid At mga dahilan.

Ang mga may tubig na solusyon ng lahat ng mga sangkap na ito ay mga electrolyte. Magkaiba sila ng kulay mga tagapagpahiwatig. Ang mekanismo ng pagkilos ng mga tagapagpahiwatig ay natuklasan ni F.V. Ostwald. Ipinakita niya na ang mga tagapagpahiwatig ay mahina na mga acid o base, ang kulay nito ay naiiba sa mga hindi pinaghihiwalay at dissociated na estado.

Ang mga base ay maaaring neutralisahin ang mga acid. Hindi lahat ng base ay natutunaw sa tubig (halimbawa, ang ilang mga organikong compound na hindi naglalaman ng mga pangkat ng OH ay hindi matutunaw, sa partikular, triethylamine N(C 2 H 5) 3); ang mga natutunaw na base ay tinatawag alkalis.

Ang mga may tubig na solusyon ng mga acid ay sumasailalim sa mga katangiang reaksyon:

a) na may mga metal oxide - na may pagbuo ng asin at tubig;

b) na may mga metal - na may pagbuo ng asin at hydrogen;

c) na may carbonates - na may pagbuo ng asin, CO 2 at N 2 O.

Ang mga katangian ng mga acid at base ay inilalarawan ng ilang mga teorya. Alinsunod sa teorya ng S.A. Arrhenius, isang acid ay isang sangkap na naghihiwalay upang bumuo ng mga ion N+ , habang ang base ay bumubuo ng mga ion SIYA- . Ang teoryang ito ay hindi isinasaalang-alang ang pagkakaroon ng mga organikong base na walang mga hydroxyl group.

Alinsunod sa proton Ayon sa teorya ni Brønsted at Lowry, ang asido ay isang sangkap na naglalaman ng mga molekula o ion na nag-aabuloy ng mga proton ( mga donor proton), at ang base ay isang sangkap na binubuo ng mga molekula o ion na tumatanggap ng mga proton ( mga tumatanggap proton). Tandaan na sa mga may tubig na solusyon, ang mga hydrogen ions ay umiiral sa hydrated form, iyon ay, sa anyo ng mga hydronium ions. H3O+ . Ang teoryang ito ay naglalarawan ng mga reaksyon hindi lamang sa tubig at hydroxide ions, kundi pati na rin sa mga natupad sa kawalan ng solvent o may non-aqueous solvent.

Halimbawa, sa reaksyon sa pagitan ng ammonia N.H. 3 (mahinang base) at hydrogen chloride sa yugto ng gas, nabuo ang solidong ammonium chloride, at sa isang equilibrium na pinaghalong dalawang sangkap ay palaging may 4 na particle, dalawa sa mga ito ay mga acid, at ang iba pang dalawa ay mga base:

Ang equilibrium mixture na ito ay binubuo ng dalawang conjugate na pares ng mga acid at base:

1)N.H. 4+ at N.H. 3

2) HCl At Cl ‑

Dito, sa bawat pares ng conjugate, ang acid at base ay naiiba ng isang proton. Ang bawat acid ay may conjugate base. Ang isang malakas na acid ay may mahinang conjugate base, at isang mahinang acid ay may isang malakas na conjugate base.

Ang teorya ng Brønsted-Lowry ay tumutulong na ipaliwanag ang natatanging papel ng tubig para sa buhay ng biosphere. Ang tubig, depende sa sangkap na nakikipag-ugnayan dito, ay maaaring magpakita ng mga katangian ng alinman sa isang acid o isang base. Halimbawa, sa mga reaksyon sa may tubig na solusyon ng acetic acid, ang tubig ay isang base, at sa mga reaksyon sa may tubig na solusyon ng ammonia, ito ay isang acid.

1) CH 3 COOH + H2O ↔ H3O + + CH 3 COO- . Dito, ang isang molekula ng acetic acid ay nagbibigay ng isang proton sa isang molekula ng tubig;

2) NH 3 + H2O ↔ NH 4 + + SIYA- . Dito, ang isang molekula ng ammonia ay tumatanggap ng isang proton mula sa isang molekula ng tubig.

Kaya, ang tubig ay maaaring bumuo ng dalawang pares ng conjugate:

1) H2O(acid) at SIYA- (conjugate base)

2) H 3 O+ (acid) at H2O(conjugate base).

Sa unang kaso, ang tubig ay nag-donate ng isang proton, at sa pangalawa, tinatanggap ito.

Ang ari-arian na ito ay tinatawag na amphiprotonism. Ang mga sangkap na maaaring tumugon bilang parehong mga acid at base ay tinatawag amphoteric. Ang ganitong mga sangkap ay madalas na matatagpuan sa buhay na kalikasan. Halimbawa, ang mga amino acid ay maaaring bumuo ng mga asing-gamot na may parehong mga acid at base. Samakatuwid, ang mga peptide ay madaling bumubuo ng mga compound ng koordinasyon na may mga metal ions na naroroon.

Kaya, ang isang katangian ng isang ionic bond ay ang kumpletong paggalaw ng mga bonding electron sa isa sa mga nuclei. Nangangahulugan ito na sa pagitan ng mga ion ay mayroong isang rehiyon kung saan ang density ng elektron ay halos zero.

Ang pangalawang uri ng koneksyon aycovalent koneksyon

Ang mga atom ay maaaring bumuo ng mga matatag na elektronikong pagsasaayos sa pamamagitan ng pagbabahagi ng mga electron.

Ang gayong bono ay nabubuo kapag ang isang pares ng mga electron ay ibinahagi nang paisa-isa mula sa lahat atom. Sa kasong ito, ang mga nakabahaging electron ng bono ay ibinahagi nang pantay sa pagitan ng mga atomo. Kasama sa mga halimbawa ng covalent bond homonuclear diatomic mga molekula H 2 , N 2 , F 2. Ang parehong uri ng koneksyon ay matatagpuan sa allotropes O 2 at ozone O 3 at para sa isang polyatomic molecule S 8 at gayundin mga molekulang heteronuklear hydrogen chloride HCl, carbon dioxide CO 2, mitein CH 4, ethanol SA 2 N 5 SIYA, sulfur hexafluoride SF 6, acetylene SA 2 N 2. Ang lahat ng mga molekulang ito ay nagbabahagi ng parehong mga electron, at ang kanilang mga bono ay puspos at nakadirekta sa parehong paraan (Larawan 4).

Mahalaga para sa mga biologist na ang doble at triple na mga bono ay nagpababa ng covalent atomic radii kumpara sa isang solong bono.

kanin. 4. Covalent bond sa isang Cl 2 molecule.

Ang mga ionic at covalent na uri ng mga bono ay dalawang matinding kaso ng maraming umiiral na mga uri ng mga kemikal na bono, at sa pagsasagawa karamihan ng mga bono ay intermediate.

Ang mga compound ng dalawang elemento na matatagpuan sa magkabilang dulo ng pareho o magkaibang mga panahon ng periodic system ay nakararami na bumubuo ng mga ionic bond. Habang lumalapit ang mga elemento sa loob ng isang panahon, ang ionic na katangian ng kanilang mga compound ay bumababa, at ang covalent na karakter ay tumataas. Halimbawa, ang mga halides at oxide ng mga elemento sa kaliwang bahagi ng periodic table ay bumubuo ng mga ionic bond ( NaCl, AgBr, BaSO 4, CaCO 3, KNO 3, CaO, NaOH), at ang parehong mga compound ng mga elemento sa kanang bahagi ng talahanayan ay covalent ( H 2 O, CO 2, NH 3, NO 2, CH 4, phenol C6H5OH, glucose C 6 H 12 O 6, ethanol C 2 H 5 OH).

Ang covalent bond, sa turn, ay may isa pang pagbabago.

Sa mga polyatomic ions at sa mga kumplikadong biological na molekula, ang parehong mga electron ay maaari lamang magmula isa atom. Ito ay tinatawag na donor pares ng elektron. Ang isang atom na nagbabahagi ng pares ng mga electron na ito sa isang donor ay tinatawag tumanggap pares ng elektron. Ang ganitong uri ng covalent bond ay tinatawag koordinasyon (donor-acceptor, odatibo) komunikasyon(Larawan 5). Ang ganitong uri ng bono ay pinakamahalaga para sa biology at medisina, dahil ang kimika ng mga d-element na pinakamahalaga para sa metabolismo ay higit na inilalarawan ng mga bono ng koordinasyon.

Fig. 5.

Bilang isang patakaran, sa isang kumplikadong tambalan ang metal na atom ay kumikilos bilang isang acceptor ng isang pares ng elektron; sa kabaligtaran, sa ionic at covalent bond ang metal na atom ay isang electron donor.

Ang kakanyahan ng covalent bond at ang pagkakaiba-iba nito - ang coordination bond - ay maaaring linawin sa tulong ng isa pang teorya ng mga acid at base na iminungkahi ng GN. Lewis. Medyo pinalawak niya ang semantikong konsepto ng mga terminong "acid" at "base" ayon sa teorya ng Brønsted-Lowry. Ipinapaliwanag ng teorya ni Lewis ang likas na katangian ng pagbuo ng mga kumplikadong ion at ang pakikilahok ng mga sangkap sa mga reaksyon ng pagpapalit ng nucleophilic, iyon ay, sa pagbuo ng CS.

Ayon kay Lewis, ang isang acid ay isang sangkap na may kakayahang bumuo ng isang covalent bond sa pamamagitan ng pagtanggap ng isang pares ng elektron mula sa isang base. Ang base ng Lewis ay isang sangkap na may nag-iisang pares ng elektron, na, sa pamamagitan ng pagbibigay ng mga electron, ay bumubuo ng isang covalent bond sa Lewis acid.

Iyon ay, pinalawak ng teorya ni Lewis ang hanay ng mga reaksyong acid-base sa mga reaksyon kung saan ang mga proton ay hindi nakikilahok. Bukod dito, ang proton mismo, ayon sa teoryang ito, ay isa ring acid, dahil ito ay may kakayahang tumanggap ng isang pares ng elektron.

Samakatuwid, ayon sa teoryang ito, ang mga kasyon ay mga asidong Lewis at ang mga anion ay mga base ng Lewis. Ang isang halimbawa ay ang mga sumusunod na reaksyon:

Nabanggit sa itaas na ang paghahati ng mga sangkap sa ionic at covalent ay kamag-anak, dahil ang kumpletong paglipat ng elektron mula sa mga atomo ng metal patungo sa mga atomo ng pagtanggap ay hindi nangyayari sa mga molekulang covalent. Sa mga compound na may mga ionic bond, ang bawat ion ay nasa electric field ng mga ions ng kabaligtaran na pag-sign, kaya sila ay kapwa polarized, at ang kanilang mga shell ay deformed.

Polarizability tinutukoy ng elektronikong istraktura, singil at laki ng ion; para sa mga anion ito ay mas mataas kaysa para sa mga cation. Ang pinakamataas na polarisability sa mga cation ay para sa mga cation na may mas malaking singil at mas maliit na sukat, halimbawa, Hg 2+, Cd 2+, Pb 2+, Al 3+, Tl 3+. May malakas na polarizing effect N+ . Dahil ang impluwensya ng polarization ng ion ay two-way, makabuluhang binabago nito ang mga katangian ng mga compound na kanilang nabuo.

Ang ikatlong uri ng koneksyon aydipole-dipole koneksyon

Bilang karagdagan sa mga nakalistang uri ng komunikasyon, mayroon ding dipole-dipole intermolecular pakikipag-ugnayan, tinatawag ding van der Waals .

Ang lakas ng mga pakikipag-ugnayang ito ay nakasalalay sa likas na katangian ng mga molekula.

May tatlong uri ng pakikipag-ugnayan: permanenteng dipole - permanenteng dipole ( dipole-dipole atraksyon); permanenteng dipole - induced dipole ( pagtatalaga sa tungkulin atraksyon); agarang dipole - induced dipole ( nagpapakalat atraksyon, o puwersa ng London; kanin. 6).

kanin. 6.

Tanging ang mga molekula na may polar covalent bonds ang may dipole-dipole moment ( HCl, NH 3, SO 2, H 2 O, C 6 H 5 Cl), at ang lakas ng bono ay 1-2 Debaya(1D = 3.338 × 10‑30 coulomb metro - C × m).

Sa biochemistry, may isa pang uri ng koneksyon - hydrogen koneksyon na isang limitadong kaso dipole-dipole atraksyon. Ang bono na ito ay nabuo sa pamamagitan ng atraksyon sa pagitan ng isang hydrogen atom at isang maliit na electronegative atom, kadalasang oxygen, fluorine at nitrogen. Sa malalaking atomo na may katulad na electronegativity (tulad ng chlorine at sulfur), ang hydrogen bond ay mas mahina. Ang hydrogen atom ay nakikilala sa pamamagitan ng isang makabuluhang tampok: kapag ang mga bonding electron ay hinila palayo, ang nucleus nito - ang proton - ay nakalantad at hindi na sinasanggalang ng mga electron.

Samakatuwid, ang atom ay nagiging isang malaking dipole.

Ang isang hydrogen bond, hindi katulad ng isang van der Waals bond, ay nabubuo hindi lamang sa panahon ng intermolecular interaction, kundi pati na rin sa loob ng isang molekula - intramolecular hydrogen bond. Ang mga hydrogen bond ay may mahalagang papel sa biochemistry, halimbawa, upang patatagin ang istruktura ng mga protina sa anyo ng isang a-helix, o para sa pagbuo ng isang double helix ng DNA (Larawan 7).

Fig.7.

Ang hydrogen at van der Waals bond ay mas mahina kaysa sa ionic, covalent at coordination bond. Ang enerhiya ng mga intermolecular bond ay ipinahiwatig sa talahanayan. 1.

Talahanayan 1. Enerhiya ng mga puwersa ng intermolecular

Tandaan: Ang antas ng intermolecular na pakikipag-ugnayan ay makikita ng enthalpy ng pagkatunaw at pagsingaw (pagkulo). Ang mga ionic compound ay nangangailangan ng mas maraming enerhiya upang paghiwalayin ang mga ion kaysa sa paghiwalayin ng mga molekula. Ang enthalpy ng pagtunaw ng mga ionic compound ay mas mataas kaysa sa molecular compound.

Ang ikaapat na uri ng koneksyon aykoneksyon ng metal

Sa wakas, may isa pang uri ng intermolecular bond - metal: koneksyon ng mga positibong ion ng isang metal na sala-sala na may mga libreng electron. Ang ganitong uri ng koneksyon ay hindi nangyayari sa mga biological na bagay.

Mula sa isang maikling pagsusuri ng mga uri ng bono, isang detalye ang nagiging malinaw: isang mahalagang parameter ng isang metal na atom o ion - isang electron donor, pati na rin ang isang atom - isang electron acceptor, ay ang laki.

Nang walang mga detalye, mapapansin natin na ang covalent radii ng mga atomo, ionic radii ng mga metal at van der Waals radii ng mga nakikipag-ugnayang molekula ay tumataas habang tumataas ang kanilang atomic number sa mga grupo ng periodic system. Sa kasong ito, ang mga halaga ng ion radii ay ang pinakamaliit, at ang van der Waals radii ang pinakamalaki. Bilang isang patakaran, kapag lumilipat pababa sa pangkat, ang radii ng lahat ng mga elemento ay tumataas, parehong covalent at van der Waals.

Pinakamahalaga para sa mga biologist at manggagamot ay koordinasyon(donor-acceptor) mga bono na isinasaalang-alang ng kimika ng koordinasyon.

Medikal na bioinorganics. G.K. Barashkov