Химиялық байланыстардың біртұтас теориясы жоқ, химиялық байланыстар шартты түрде коваленттік (әмбебап байланыс түрі), иондық (коваленттік байланыстың ерекше жағдайы), металдық және сутекті болып бөлінеді.
Коваленттік байланыс
Ковалентті байланыстың түзілуі үш механизм арқылы мүмкін болады: алмасу, донор-акцептор және дативтік (Льюис).
Сәйкес метаболикалық механизмКоваленттік байланыстың түзілуі ортақ электрон жұптарының ортақтасуы есебінен жүреді. Бұл жағдайда әрбір атом инертті газдың қабығын алуға ұмтылады, яғни. аяқталған сыртқы энергия деңгейін алыңыз. Алмасу типі бойынша химиялық байланыстың түзілуі атомның әрбір валенттік электроны нүктелермен бейнеленетін Льюис формулалары арқылы бейнеленген (1-сурет).
Күріш. 1 HCl молекуласында алмасу механизмі бойынша коваленттік байланыстың түзілуі
Атом құрылысы және кванттық механика теориясының дамуымен коваленттік байланыстың түзілуі электронды орбитальдардың қабаттасуы ретінде ұсынылған (2-сурет).
Күріш. 2. Электрондық бұлттардың қабаттасуынан коваленттік байланыстың түзілуі
Атом орбитальдарының қабаттасуы неғұрлым көп болса, соғұрлым байланыс күшті, байланыс ұзындығы қысқа болады және байланыс энергиясы соғұрлым көп болады. Коваленттік байланыс әртүрлі орбитальдардың қабаттасуы арқылы түзілуі мүмкін. s-s, s-p орбитальдарының, сондай-ақ d-d, p-p, d-p орбитальдарының бүйірлік лобтармен қабаттасуы нәтижесінде байланыстар пайда болады. 2 атомның ядроларын қосатын түзуге перпендикуляр байланыс түзіледі. Бір және бір байланыс алкендер, алкадиендер және т.б. класының органикалық заттарына тән еселі (қос) коваленттік байланыс түзуге қабілетті. алкиндер (ацетилендер).
Коваленттік байланыстың түзілуі донор-акцепторлық механизмАммоний катионының мысалын қарастырайық:
NH 3 + H + = NH 4 +
7 N 1s 2 2s 2 2p 3
Азот атомында бос жалғыз жұп электрондар (молекула ішінде химиялық байланыс түзуге қатыспайтын электрондар), ал сутегі катионында бос орбиталь болады, сондықтан олар сәйкесінше электронды донор және акцептор болып табылады.
Хлор молекуласының мысалында коваленттік байланыстың түзілу механизмін қарастырайық.
17 Cl 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 5
Хлор атомында бос жалғыз жұп электрондар да, бос орбитальдар да болады, сондықтан ол донордың да, акцептордың да қасиеттерін көрсете алады. Сондықтан хлор молекуласы түзілгенде хлордың бір атомы донор, екіншісі акцептор қызметін атқарады.
Негізгі коваленттік байланыстың сипаттамасымыналар: қанығу (қаныққан байланыстар атомның валенттілік мүмкіндіктері мүмкіндік беретін мөлшерде өзіне электрон қосқанда түзіледі; қанықпаған байланыстар байланысқан электрондардың саны атомның валенттілік мүмкіндіктерінен аз болғанда түзіледі); бағыттылық (бұл мән молекуланың геометриясына және «байланыс бұрышы» ұғымына - байланыстар арасындағы бұрышқа қатысты).
Иондық байланыс
Таза иондық байланысы бар қосылыстар жоқ, дегенмен бұл атомдардың химиялық байланысқан күйі ретінде түсініледі, онда жалпы электрон тығыздығы неғұрлым электртеріс элемент атомына толығымен ауысқан кезде атомның тұрақты электрондық ортасы құрылады. Иондық байланыс қарама-қарсы зарядталған иондар – катиондар мен аниондар күйінде болатын электртеріс және электропозитивті элементтер атомдары арасында ғана мүмкін.
АНЫҚТАУ
Ионэлектронның атомға қосылуы немесе алынуы нәтижесінде пайда болатын электр зарядталған бөлшектер.
Электронды тасымалдау кезінде металл және бейметалл атомдар ядросының айналасында тұрақты электронды қабықша конфигурациясын қалыптастыруға бейім. Металл емес атом өз ядросының айналасында кейінгі инертті газдың қабығын жасайды, ал металл атомы алдыңғы инертті газдың қабығын жасайды (3-сурет).
Күріш. 3. Натрий хлориді молекуласының мысалында иондық байланыстың түзілуі
Иондық байланыстар таза түрінде болатын молекулалар заттың бу күйінде кездеседі. Иондық байланыс өте күшті, сондықтан мұндай байланысы бар заттардың балқу температурасы жоғары болады. Коваленттік байланыстардан айырмашылығы иондық байланыстар бағыттылықпен және қанықтығымен сипатталмайды, өйткені иондар тудыратын электр өрісі сфералық симметрияға байланысты барлық иондарға бірдей әсер етеді.
Металл байланысы
Металлдық байланыс тек металдарда жүзеге асады - бұл металл атомдарын бір торда ұстайтын өзара әрекеттесу. Байланыстың түзілуіне оның бүкіл көлеміне жататын металл атомдарының валенттік электрондары ғана қатысады. Металдарда электрондар атомдардан үнемі бөлініп, металдың бүкіл массасы бойынша қозғалады. Электрондардан айырылған металл атомдары оң зарядталған иондарға айналады, олар қозғалатын электрондарды қабылдауға бейім. Бұл үздіксіз процесс металдың ішінде барлық металл атомдарын бір-бірімен тығыз байланыстыратын «электрондық газ» деп аталатын затты құрайды (4-сурет).
Металлдық байланыс күшті, сондықтан металдар жоғары балқу температурасымен сипатталады, ал «электрондық газдың» болуы металдарға иілгіштік пен иілгіштік береді.
Сутектік байланыс
Сутектік байланыс – бұл ерекше молекулааралық әрекеттесу, өйткені оның пайда болуы мен күші заттың химиялық табиғатына байланысты. Ол сутегі атомы жоғары электртерістігі бар (O, N, S) атоммен байланысқан молекулалар арасында түзіледі. Сутектік байланыстың пайда болуы екі себепке байланысты: біріншіден, электртеріс атоммен байланысқан сутегі атомында электрондар болмайды және басқа атомдардың электронды бұлттарына оңай қосыла алады, екіншіден, валенттілігі s-орбитальға ие, сутегі атомы электртеріс атомның жалғыз жұп электрондарын қабылдауға және онымен донор-акцепторлық механизм арқылы байланыс түзуге қабілетті.
Молекулярлық құрылымы бар заттар өзара байланыстың ерекше түрі арқылы түзіледі. Молекуладағы полюсті немесе полюссіз коваленттік байланысты атомдық байланыс деп те атайды. Бұл атау латынның «co» - «бірге» және «vales» - «күшке ие» сөздерінен шыққан. Қосылыстарды құрудың бұл әдісінде электрондар жұбы екі атом арасында бөлінеді.
Полярлы және полюссіз коваленттік байланыстар дегеніміз не? Егер осылайша жаңа қосылыс түзілсе, ондаэлектронды жұптардың әлеуметтенуі.Әдетте мұндай заттардың молекулалық құрылымы бар: H 2, O 3, HCl, HF, CH 4.
Атомдары осылай байланысқан молекулалық емес заттар да бар. Бұл атомдық кристалдар деп аталатындар: алмаз, кремний диоксиді, кремний карбиді. Оларда әрбір бөлшек төртеуімен байланысады, нәтижесінде өте күшті кристалл пайда болады. Молекулалық құрылымы бар кристалдар әдетте өте күшті емес.
Бұл қосылыстарды қалыптастыру әдісінің қасиеттері:
- көптік;
- бағыт;
- полярлық дәрежесі;
- поляризациялық;
- жұптастыру.
Көптік - ортақ электрон жұптарының саны. Бірден үшке дейін болуы мүмкін. Оттегінің қабығын толтыру үшін электрондары жеткіліксіз, сондықтан ол екі есе болады. N2 азот молекуласында ол үш еселенген.
Поляризацияланғыштық – ковалентті полярлық және полярсыз байланыстың түзілу мүмкіндігі. Оның үстіне, ол көп немесе аз полярлы, ионға жақын немесе керісінше болуы мүмкін - бұл полярлық дәрежесінің қасиеті.
Бағыттылық атомдар арасындағы электрон тығыздығы мүмкіндігінше көп болатындай қосылуға бейімділігін білдіреді. p немесе d орбитальдары қосылған кезде бағыттылық туралы айтудың мәні бар. S-орбитальдары сфералық симметриялы, олар үшін барлық бағыттар эквивалентті. Р-орбитальдарда полярлы емес немесе полярлы коваленттік байланыс олардың осі бойынша бағытталған, осылайша екі «сегіздік» шыңдарда қабаттасады. Бұл σ байланысы. Сондай-ақ аз күшті π байланыстар бар. p-орбитальдар жағдайында «сегіз» орбитальдар молекула осінен тыс бүйір жақтарымен қабаттасады. Қос немесе үштік жағдайда p орбитальдары бір σ байланысын құрайды, ал қалғандары π типті болады.
Конъюгация - молекуланы тұрақтырақ ететін жай және көбейткіштердің кезектесуі. Бұл қасиет күрделі органикалық қосылыстарға тән.
Химиялық байланыстың түзілу түрлері мен әдістері
Полярлық
Маңызды!Полюсті емес ковалентті немесе полюсті байланысы бар заттардың алдымызда тұрғанын қалай анықтауға болады? Бұл өте қарапайым: біріншісі әрқашан бірдей атомдар арасында, ал екіншісі - электртерістігі тең емес әртүрлі атомдар арасында болады.
Ковалентті полярлы емес байланыстың мысалдары – жай заттар:
- сутегі H 2;
- азот N2;
- оттегі O 2;
- хлор Cl2.
Ковалентті полярлы емес байланыстың түзілу схемасы электрон жұбын біріктіру арқылы атомдар сыртқы қабықты 8 немесе 2 электронға толықтыруға бейім екенін көрсетеді. Мысалы, фтор сегіз электронды қабықшаға бір электрон жетпейді. Ортақ электрондық жұп қалыптасқаннан кейін ол толтырылады. Ковалентті полярлы емес байланысы бар заттың жалпы формуласы екі атомды молекула болып табылады.
Поляр әдетте тек мыналарды қосады:
- H 2 O;
- CH4.
Бірақ ерекше жағдайлар бар, мысалы, AlCl 3. Алюминийдің амфотерлік қасиеті бар, яғни кейбір қосылыстарда ол метал сияқты, ал басқаларында метал емес сияқты әрекет етеді. Бұл қосылыстағы электртерістігінің айырмашылығы шамалы, сондықтан алюминий хлормен иондық түріне сәйкес емес, осылай қосылады.
Бұл жағдайда молекула әртүрлі элементтерден түзіледі, бірақ электртерістігінің айырмашылығы иондық құрылымы бар заттардағыдай электрон бір атомнан екінші атомға толығымен ауысатындай үлкен емес.
Коваленттік құрылымның бұл түрінің түзілу схемалары электрон тығыздығының электртеріс атомға ауысатынын көрсетеді, яғни ортақ электрон жұбы екіншісіне қарағанда олардың біріне жақынырақ болады. Молекула бөліктері зарядқа ие болады, ол грек әрпімен дельтамен белгіленеді. Мысалы, хлорсутекте хлор теріс, ал сутегі оң зарядталады. Заряд иондар сияқты толық емес, ішінара болады.
Маңызды!Байланыстың полярлығын молекулалық полярлықпен шатастырмау керек. Мысалы, CH4 метанында атомдар полярлы байланысқан, бірақ молекуланың өзі полярлы емес.
Пайдалы бейне: полярлы және полюссіз коваленттік байланыстар
Тәрбие механизмі
Жаңа заттардың түзілуі алмасу немесе донор-акцепторлық механизм арқылы жүруі мүмкін.Бұл жағдайда атомдық орбитальдар біріктіріледі. Бір немесе бірнеше молекулалық орбитальдар пайда болады. Олар екі атомды қамтитындығымен ерекшеленеді. Атомдық электрон сияқты оның құрамында екі электроннан аспауы мүмкін және олардың спиндері де әртүрлі бағытта болуы керек.
Қандай механизм қатысатынын қалай анықтауға болады? Мұны сыртқы орбитальдардағы электрондар саны арқылы жасауға болады.
Алмасу
Бұл жағдайда молекулалық орбитальда әрқайсысы өз атомына жататын екі жұпталмаған электроннан электрон жұбы түзіледі. Олардың әрқайсысы өзінің сыртқы электронды қабатын толтыруға және оны тұрақты сегіз немесе екі электронды етуге ұмтылады. Полярлы емес құрылымы бар заттар әдетте осылай түзіледі.
Мысалы, HCl тұз қышқылын алайық. Сутегінің сыртқы деңгейінде бір электрон бар. Хлорда жеті бар. Ол үшін коваленттік құрылымның түзілу диаграммаларын сыза отырып, олардың әрқайсысына сыртқы қабықты толтыру үшін бір электрон жетіспейтінін көреміз. Электрондық жұпты өзара бөлісу арқылы олар сыртқы қабықты аяқтай алады. Дәл осындай принцип қарапайым заттардың, мысалы, сутегі, оттегі, хлор, азот және басқа бейметалдардың екі атомды молекулаларын құру үшін қолданылады.
Тәрбие механизмі
Донор-акцептор
Екінші жағдайда екі электрон да жалғыз жұп болып табылады және бір атомға (донор) жатады. Екіншісінде (акцепторда) бос орбиталь бар.
Осы жолмен түзілген ковалентті полярлық байланысы бар заттың формуласы, мысалы, аммоний ионы NH 4+. Ол бос орбиталы бар сутегі ионынан және құрамында бір «қосымша» электрон бар аммиак NH3-тен түзіледі. Аммиактан электрон жұбы әлеуметтенеді.
Гибридизация
Электрондық жұп s және p сияқты әртүрлі пішіндегі орбитальдар арасында ортақ пайдаланылғанда гибридті электрон бұлты sp түзіледі. Мұндай орбитальдар көбірек қабаттасады, сондықтан олар тығыз байланысады.
Метан мен аммиак молекулалары осылай құрылымдалған. CH 4 метан молекуласында р-орбитальдарда үш байланыс және s-де бір байланыс түзілуі керек еді. Оның орнына орбиталь үш p орбитальмен будандасады, нәтижесінде ұзартылған тамшылар түріндегі үш sp3 гибридті орбитальдар пайда болады. Бұл 2s және 2p электрондарының энергиялары ұқсас болғандықтан болады, олар басқа атоммен қосылғанда бір-бірімен әрекеттеседі. Содан кейін гибридті орбиталь түзілуі мүмкін. Алынған молекуланың пішіні тетраэдр тәрізді, оның төбесінде сутегі орналасқан.
Гибридизациясы бар заттардың басқа мысалдары:
- ацетилен;
- бензол;
- алмаз;
- су.
Көміртек sp3 будандастыруымен сипатталады, сондықтан органикалық қосылыстарда жиі кездеседі.
Пайдалы бейне: полярлық коваленттік байланыс
Қорытынды
Полярлы немесе полярлы емес коваленттік байланыс молекулалық құрылымы бар заттарға тән. Бір элементтің атомдары полярлық емес, ал әртүрлі элементтердің атомдары полярлық байланысқан, бірақ электртерістігі аздап ерекшеленеді. Әдетте металл емес элементтер осылайша қосылады, бірақ алюминий сияқты ерекшеліктер бар.
Коваленттік байланысбейметалдардың әрекеттесуінен түзілген. Бейметал атомдарының электртерістігі жоғары және сыртқы электрон қабатын бөгде электрондармен толтыруға бейім. Осындай екі атом, егер олар электрондарын біріктірсе, тұрақты күйге өте алады .
коваленттік байланыстың түзілуін қарастырайық қарапайым заттар.
1.Сутегі молекуласының түзілуі.
Әрбір атом сутегі бір электроны бар. Тұрақты күйге өту үшін оған тағы бір электрон қажет.
Екі атом жақындағанда электрон бұлттары қабаттасады. Сутегі атомдарын молекулаға байланыстыратын ортақ электронды жұп түзіледі.
Екі ядро арасындағы кеңістік басқа жерлерге қарағанда көбірек электрондарды бөліседі. бар аумақ электрон тығыздығының жоғарылауыжәне теріс заряд. Оған оң зарядты ядролар тартылып, молекула түзіледі.
Бұл жағдайда әрбір атом аяқталған екі электронды сыртқы деңгейді алып, тұрақты күйге өтеді.
Бір ортақ электрон жұбының түзілуіне байланысты коваленттік байланыс дара деп аталады.
Ортақ электронды жұптар (коваленттік байланыс) байланысты түзіледі жұпталмаған электрондар, әрекеттесетін атомдардың сыртқы энергетикалық деңгейлерінде орналасқан.
Сутектің бір жұпталмаған электроны бар. Басқа элементтер үшін олардың саны 8 - топ нөмірі.
Бейметалдар VIIАл топтарда (галогендерде) сыртқы қабатта бір жұпталмаған электрон болады.
Бейметалдарда VIАтоптарда (оттегі, күкірт) осындай екі электрон бар.
Бейметалдарда ВАл топтарда (азот, фосфор) үш жұпталмаған электрон бар.
2.Фтор молекуласының түзілуі.
Атом фторид сыртқы деңгейде жеті электроны бар. Олардың алтауы жұп құрайды, ал жетіншісі жұпсыз.
Атомдар қосылғанда бір ортақ электронды жұп түзіледі, яғни бір коваленттік байланыс пайда болады. Әрбір атом аяқталған сегіз электронды сыртқы қабат алады. Фтор молекуласындағы байланыс та жалғыз. Молекулаларда бірдей жалғыз байланыстар болады хлор, бром және йод .
Егер атомдарда жұпталмаған бірнеше электрон болса, онда екі немесе үш ортақ жұп түзіледі.
3.Оттегі молекуласының түзілуі.
Атомда оттегісыртқы деңгейде екі жұпталмаған электрон бар.
Екі атом әрекеттескенде оттегі екі ортақ электронды жұп пайда болады. Әрбір атом өзінің сыртқы деңгейін сегіз электронға дейін толтырады. Оттегі молекуласының қос байланысы бар.
Әлемді ұйымдастырудың химиялық деңгейінде құрылымдық бөлшектерді біріктіру және бір-бірімен байланысу тәсілі маңызды рөл атқарады. Қарапайым заттардың басым көпшілігінде, атап айтқанда бейметалдарда, кристалдық тордағы бос электрондарды бөлісу арқылы жүзеге асырылатын арнайы байланыс әдісі бар таза күйіндегі металдарды қоспағанда, ковалентті полярлы емес байланыстың түрі болады.
Төменде көрсетілген түрлері мен мысалдары, дәлірек айтқанда, бұл байланыстардың байланыстыру қатысушыларының біріне локализациясы немесе ішінара ығысуы нақты элементтің электртеріс сипаттамасымен түсіндіріледі. Ығысу күштірек атомға қарай жүреді.
Ковалентті полярлы емес байланыс
Ковалентті полярлы емес байланыстың «формуласы» қарапайым - бірдей табиғаттағы екі атом өздерінің валенттілік қабаттарының электрондарын бірлескен жұпқа біріктіреді. Мұндай жұп байланыстыруға екі қатысушыға бірдей тиесілі болғандықтан бөлінген деп аталады. Электрондар жұбы түріндегі электрон тығыздығының әлеуметтенуінің арқасында атомдар өздерінің сыртқы электрондық деңгейін аяқтағандықтан тұрақты күйге ауысады және «октет» (немесе қарапайым жағдайда «қос»). зат сутегі Н 2, оның бір s-орбитасы бар, оны аяқтау үшін екі электрон қажет) — барлық атомдар бейім сыртқы деңгейдің күйі, өйткені оның толтырылуы минималды энергия күйіне сәйкес келеді.
Бейорганикада полярлы емес коваленттік байланыстың мысалы бар, ол қаншалықты оғаш көрінсе де, органикалық химияда да бар. Байланыстың бұл түрі барлық қарапайым заттарға тән - асыл газдарды қоспағанда, бейметалдар, өйткені инертті газ атомының валенттік деңгейі аяқталған және электрондардың октеті бар, яғни ұқсас затпен байланыс жасамайды. оны сезеді және одан да азырақ пайдалы. Органикада полярсыздық белгілі бір құрылымның жеке молекулаларында болады және шартты болып табылады.
Коваленттік полярлық байланыс
Полярлы емес коваленттік байланыстың мысалы қарапайым заттың бірнеше молекуласымен шектеледі, ал электрон тығыздығы ішінара электртеріс элементке қарай ығысқан диполь қосылыстары басым көпшілігі болып табылады. Электртерістігі әртүрлі атомдардың кез келген комбинациясы полярлық байланысты тудырады. Атап айтқанда, органикалық байланыстар полярлық коваленттік байланыстар болып табылады. Кейде иондық, бейорганикалық оксидтер де полярлы, ал тұздар мен қышқылдарда байланыстың иондық түрі басым болады.
Қосылыстардың иондық түрі кейде полярлық байланыстың төтенше жағдайы ретінде қарастырылады. Егер элементтердің біреуінің электртерістігі екіншісіне қарағанда айтарлықтай жоғары болса, онда электрон жұбы байланыс орталығынан оған толығымен ығысады. Осылайша иондарға бөліну жүреді. Электрон жұбын қабылдаған адам анионға айналып, теріс заряд алады, ал электрон жоғалтқан адам катионға айналып, оң заряд алады.
Байланыстың ковалентті полярлы емес түрі бар бейорганикалық заттардың мысалдары
Ковалентті полярлы емес байланысы бар заттарға, мысалы, барлық екілік газ молекулалары жатады: сутегі (Н - Н), оттегі (О = О), азот (оның молекуласында 2 атом үштік байланыспен (N ≡ N) қосылған); сұйықтар мен қатты заттар: хлор (Cl - Cl), фтор (F - F), бром (Br - Br), йод (I - I). Сондай-ақ әртүрлі элементтердің атомдарынан тұратын, бірақ іс жүзінде бірдей электртерістігі бар күрделі заттар, мысалы, фосфор гидриді - PH 3.
Органикалық және полярсыз байланыс
Барлығы күрделі екені анық. Сұрақ туындайды: күрделі затта полярсыз байланыс қалай болуы мүмкін? Егер сіз бұл туралы логикалық тұрғыдан ойласаңыз, жауап өте қарапайым. Егер байланысқан элементтердің электртерістілік мәндері аздап ерекшеленсе және қосылыс түзбесе, мұндай байланысты полярлы емес деп санауға болады. Көміртек пен сутегінің жағдайы дәл осылай: органикалық заттардағы барлық C - H байланыстары полярлы емес деп саналады.
Полярлы емес коваленттік байланыстың мысалы ретінде ең қарапайым метан молекуласын келтіруге болады, ол валенттілігі бойынша төрт сутегі атомымен бір байланыс арқылы байланысқан бір көміртек атомынан тұрады. Шын мәнінде, молекула диполь емес, өйткені оның тетраэдрлік құрылымына байланысты зарядтардың локализациясы жоқ. Электронның тығыздығы біркелкі бөлінген.
Полярлы емес коваленттік байланыстың мысалы күрделі органикалық қосылыстарда кездеседі. Ол мезомерлік эффектілердің, яғни көміртегі тізбегі бойымен тез өшетін электрон тығыздығының дәйекті түрде тартылуының арқасында жүзеге асады. Осылайша, гексахлорэтан молекуласында C - C байланысы алты хлор атомының электронды тығыздығын біркелкі тартып алуына байланысты полярлы емес.
Қосылымдардың басқа түрлері
Айтпақшы, донор-акцепторлық механизм арқылы да пайда болуы мүмкін коваленттік байланыстардан басқа, иондық, металдық және сутектік байланыстар бар. Соңғы екінің қысқаша сипаттамалары жоғарыда келтірілген.
Сутегі байланысы молекуланың құрамында сутегі атомы және жалғыз электрон жұптары бар кез келген басқа атом болса, байқалатын молекулааралық электростатикалық әрекеттесу. Байланыстырудың бұл түрі басқаларына қарағанда әлдеқайда әлсіз, бірақ бұл байланыстардың затта көптеп түзілуіне байланысты ол қосылыс қасиеттеріне үлкен үлес қосады.
Коваленттік байланыс(атомдық байланыс, гомеополярлық байланыс) – параваленттік электрон бұлттарының қабаттасуы (әлеуметтенуі) нәтижесінде түзілетін химиялық байланыс. Байланысты қамтамасыз ететін электрондық бұлттар (электрондар) деп аталады ортақ электронды жұп.
Коваленттік байланыстың тән қасиеттері – бағыттылық, қанықтылық, полярлық, полярлану – қосылыстардың химиялық және физикалық қасиеттерін анықтайды.
Байланыстың бағыты заттың молекулалық құрылымымен және оның молекуласының геометриялық пішінімен анықталады. Екі байланыс арасындағы бұрыштар байланыс бұрыштары деп аталады.
Қанықтылық – атомдардың коваленттік байланыстың шектеулі саны түзу қабілеті. Атом түзетін байланыстар саны оның сыртқы атомдық орбитальдарының санымен шектеледі.
Байланыстың полярлығы атомдардың электртерістігінің айырмашылығына байланысты электрон тығыздығының біркелкі бөлінбеуіне байланысты. Осы негізде коваленттік байланыстар полюссіз және полярлы болып бөлінеді (полярсыз – екі атомды молекула бірдей атомдардан тұрады (H 2, Cl 2, N 2) және әрбір атомның электронды бұлттары осы атомдарға қатысты симметриялы түрде таралады). полярлы - екі атомды молекула әртүрлі химиялық элементтердің атомдарынан тұрады және жалпы электрон бұлты атомдардың біріне қарай жылжиды, осылайша молекуладағы электр зарядының таралуында ассиметрияны қалыптастырады, молекуланың дипольдік моментін тудырады).
Байланыстың поляризациялануы сыртқы электр өрісінің, соның ішінде басқа әрекеттесетін бөлшектің әсерінен байланыс электрондарының орын ауыстыруымен көрінеді. Поляризациялану электрондардың қозғалғыштығымен анықталады. Коваленттік байланыстың полярлығы мен полярланғыштығы молекулалардың полярлы реагенттерге реактивтілігін анықтайды.
Білім беру коммуникациялары
Ковалентті байланыс екі атом арасында бөлінетін жұп электрондар арқылы түзіледі және бұл электрондар әрбір атомнан бір-бірден екі тұрақты орбитальді алуы керек.
A + + B → A: B
Әлеуметтену нәтижесінде электрондар толтырылған энергия деңгейін құрайды. Егер олардың осы деңгейдегі жалпы энергиясы бастапқы күйінен аз болса, байланыс түзіледі (және энергияның айырмашылығы байланыс энергиясынан артық болмайды).
Н 2 молекуласындағы атомдық (шеттері бойынша) және молекулалық (орталықта) орбитальдардың электрондармен толтырылуы. Тік ось энергетикалық деңгейге сәйкес келеді, электрондар олардың спиндерін көрсететін көрсеткілермен көрсетілген.
Молекулалық орбитальдар теориясына сәйкес екі атомдық орбитальдың қабаттасуы қарапайым жағдайда екі молекулалық орбитальдың (МО) түзілуіне әкеледі: MO байланыстыруЖәне байланыстыруға қарсы (қопсыту) МО. Ортақ электрондар MO төменгі энергетикалық байланыста орналасқан.
Коваленттік байланыстың түрлері
Түзілу механизмі бойынша әртүрлі коваленттік химиялық байланыстың үш түрі бар:
1. Қарапайым коваленттік байланыс. Оның пайда болуы үшін әрбір атом бір жұпталмаған электрон береді. Қарапайым коваленттік байланыс түзілгенде атомдардың формальды зарядтары өзгеріссіз қалады.
· Қарапайым коваленттік байланысты құрайтын атомдар бірдей болса, молекуладағы атомдардың шын зарядтары да бірдей болады, өйткені байланысты құрайтын атомдар ортақ электрон жұбына бірдей иелік етеді. Бұл байланыс деп аталады полюссіз коваленттік байланыс. Қарапайым заттардың мұндай байланысы бар, мысалы: O 2, N 2, Cl 2. Бірақ бір типті бейметалдар ғана емес, ковалентті полярлы емес байланысты құра алады. Электртерістігі бірдей маңызды металл емес элементтер де ковалентті полярлы емес байланысты құра алады, мысалы, РН 3 молекуласында байланыс ковалентті полярлы емес, өйткені сутегінің ЭО фосфордың ЭО-ға тең.
· Егер атомдар әртүрлі болса, онда ортақ электрон жұбының иелену дәрежесі атомдардың электртерістігінің айырмашылығымен анықталады. Электртерістігі жоғары атом жұп байланыстырушы электрондарды өзіне қарай күштірек тартады және оның шын заряды теріс болады. Электртерістігі төмен атом, сәйкесінше, бірдей шамадағы оң заряд алады. Егер қосылыс екі түрлі бейметалдың арасында түзілсе, онда мұндай қосылыс деп аталады коваленттік полярлық байланыс.
2. Донор-акцепторлық байланыс. Коваленттік байланыстың бұл түрін құру үшін екі электрон да атомдардың біреуімен қамтамасыз етіледі - донор. Байланыстың түзілуіне қатысатын атомдардың екіншісі деп аталады қабылдаушы. Алынған молекулада донордың формальды заряды бір есе артады, ал акцептордың формальды заряды бір кемиді.
3. Жартылай полярлық байланыс. Оны полярлы донор-акцепторлық байланыс ретінде қарастыруға болады. Коваленттік байланыстың бұл түрі жалғыз жұп электрондары бар атом (азот, фосфор, күкірт, галогендер және т.б.) мен жұптаспаған екі электроны бар атом (оттегі, күкірт) арасында түзіледі. Жартылай полярлы байланыстың түзілуі екі кезеңде жүреді:
1. Жалғыз жұп электроны бар атомнан жұптаспаған екі электроны бар атомға бір электронның ауысуы. Нәтижесінде жалғыз жұп электроны бар атом радикалды катионға (жұпталмаған электроны бар оң зарядты бөлшек), ал екі жұпталмаған электроны бар атом радикалды анионға (жұпталмаған электроны бар теріс зарядты бөлшек) айналады. .
2. Жұпталмаған электрондардың ортақтасуы (қарапайым коваленттік байланыс жағдайындағыдай).
Жартылай полярлы байланыс түзілгенде жалғыз жұп электроны бар атом формальды зарядын бір есе арттырады, ал екі жұптаспаған электроны бар атом формальды зарядын бір есе азайтады.
σ байланысы және π байланысы
Сигма (σ)-, pi (π)-байланыстар әр түрлі қосылыстардың молекулаларындағы коваленттік байланыс түрлерінің шамамен сипаттамасы болып табылады σ-байланыс электрон бұлтының тығыздығы қосылатын ось бойымен максималды болуымен сипатталады; атомдардың ядролары. -байланыс түзілген кезде электрон бұлттарының бүйірлік қабаттасуы деп аталатын құбылыс пайда болады және электронды бұлттың тығыздығы σ-байланыс жазықтығының максималды «үстінде» және «төменде» болады. Мысалы, этилен, ацетилен және бензолды алайық.
С 2 H 4 этилен молекуласында CH 2 = CH 2 қос байланыс бар, оның электрондық формуласы: H:C::C:H. Барлық этилен атомдарының ядролары бір жазықтықта орналасқан. Әрбір көміртегі атомының үш электронды бұлты бір жазықтықтағы басқа атомдармен үш коваленттік байланыс түзеді (олардың арасындағы бұрыштары шамамен 120°). Көміртек атомының төртінші валенттік электронының бұлты молекула жазықтығының үстінде және астында орналасқан. Екі көміртек атомының мұндай электронды бұлттары молекула жазықтығының үстінде және астында ішінара қабаттасып, көміртек атомдары арасында екінші байланыс түзеді. Көміртек атомдары арасындағы бірінші, күштірек коваленттік байланыс σ байланыс деп аталады; екінші, онша күшті емес коваленттік байланыс - байланыс деп аталады.
Сызықтық ацетилен молекуласында
N-S≡S-N (N: S::: S: N)
Көміртек пен сутегі атомдары арасында σ байланыс, екі көміртек атомы арасында бір σ байланыс және бірдей көміртек атомдары арасында екі σ байланыс бар. Екі -байланыс σ-байланыстың әсер ету сферасының үстінде екі өзара перпендикуляр жазықтықта орналасқан.
C 6 H 6 циклдік бензол молекуласының барлық алты көміртегі атомы бір жазықтықта жатыр. Сақина жазықтығында көміртек атомдары арасында σ байланыстар бар; Әрбір көміртегі атомы сутегі атомдарымен бірдей байланысқа ие. Бұл байланыстарды жасау үшін көміртек атомдары үш электрон жұмсайды. Көміртек атомдарының төртінші валенттік электрондарының бұлттары сегіздік фигураларға ұқсайды, бензол молекуласының жазықтығына перпендикуляр орналасқан. Әрбір мұндай бұлт көрші көміртегі атомдарының электронды бұлттарымен бірдей қабаттасады. Бензол молекуласында үш бөлек -байланыс емес, барлық көміртек атомдарына ортақ алты электроннан тұратын бір -электронды жүйе түзіледі. Бензол молекуласындағы көміртек атомдары арасындағы байланыстар бірдей.
Коваленттік байланысы бар заттардың мысалдары
Қарапайым коваленттік байланыс қарапайым газдардың (H 2, Cl 2 және т.б.) және қосылыстардың (H 2 O, NH 3, CH 4, CO 2, HCl және т. Донор-акцепторлық байланысы бар қосылыстар – аммоний NH 4+, тетрафторборорат анионы BF 4 – т.б. Жартылай полярлы байланысы бар қосылыстар – азот оксиді N 2 O, O – -PCl 3+.
Коваленттік байланысы бар кристалдар диэлектриктер немесе жартылай өткізгіштер болып табылады. Атомдық кристалдардың типтік мысалдары (коваленттік (атомдық) байланыстар арқылы өзара байланысқан атомдар) алмаз, германий және кремний.
Металл мен көміртегі арасындағы коваленттік байланыстың мысалы бар адамға белгілі жалғыз зат - В12 витамині ретінде белгілі цианокобаламин.
Иондық байланыс- электртерістігінің үлкен айырмашылығы бар атомдар арасында (> 1,5 Полинг шкаласы) түзілген өте күшті химиялық байланыс, онда ортақ электрон жұбы толығымен электртерістігі үлкен атомға ауысады . Мысал ретінде «иондылық дәрежесі» 97% болатын CsF қосылысын келтіруге болады. Мысал ретінде натрий хлориді NaCl көмегімен түзілу әдісін қарастырайық. Натрий және хлор атомдарының электрондық конфигурациясын келесідей көрсетуге болады: 11 Na 1s2 2s2 2p 6 3s1; 17 Cl 1s2 2s2 2p6 3s2 3р5. Бұл энергия деңгейі толық емес атомдар. Әлбетте, оларды аяқтау үшін натрий атомының жеті алудан гөрі бір электроннан бас тартуы, ал хлор атомы үшін жетіден бас тартқаннан гөрі бір электрон алу оңайырақ екені анық. Химиялық әрекеттесу кезінде натрий атомы бір электроннан толығымен бас тартады, ал хлор атомы оны қабылдайды. Схемалық түрде оны былай жазуға болады: Na. - l e -> Na+ натрий ионы, екінші энергетикалық деңгейге байланысты тұрақты сегіз электронды 1s2 2s2 2p6 қабық. :Cl + 1е --> .Cl - хлор ионы, тұрақты сегіз электронды қабат. Na+ және Cl- иондары арасында электростатикалық тартылыс күштері пайда болады, нәтижесінде қосылыс түзіледі. Иондық байланыс - полярлық коваленттік байланыстың поляризациясының төтенше жағдайы. Типтік металл және бейметал арасында қалыптасады. Бұл жағдайда металдан электрондар толығымен бейметалға ауысады. иондар түзіледі.
Егер электртерістігінің айырмашылығы өте үлкен атомдар арасында химиялық байланыс түзілсе (Полинг бойынша ЭО > 1,7), онда жалпы электронды жұп ЭО жоғары атомға толығымен ауысады. Нәтижесінде қарама-қарсы зарядталған иондардың қосылысы түзіледі:
Пайда болған иондар арасында электростатикалық тартылыс пайда болады, ол иондық байланыс деп аталады. Дәлірек айтқанда, бұл көрініс ыңғайлы. Шын мәнінде, атомдар арасындағы иондық байланыс оның таза түрінде еш жерде немесе еш жерде жүзеге асырылмайды, әдетте, шын мәнінде, байланыс жартылай иондық және ішінара коваленттік сипатта болады; Сонымен қатар күрделі молекулалық иондардың байланысын көбінесе таза иондық деп санауға болады. Химиялық байланыстың басқа түрлерінен иондық байланыстардың ең маңызды айырмашылығы – бағытсыздығы және қанықпауы. Сондықтан иондық байланыстар нәтижесінде түзілген кристалдар сәйкес иондардың әртүрлі тығыз қаптамаларына қарай тартылады.
СипаттамаларыМұндай қосылыстар полярлы еріткіштерде (суда, қышқылдарда және т.б.) жақсы ериді. Бұл молекуланың зарядталған бөліктеріне байланысты болады. Бұл жағдайда еріткіштің дипольдері молекуланың зарядталған ұштарына тартылып, броундық қозғалыс нәтижесінде заттың молекуласын бөліктерге «жыртып», оларды қоршап, олардың қайтадан қосылуына жол бермейді. Нәтижесінде еріткіш дипольдерімен қоршалған иондар пайда болады.
Мұндай қосылыстар еріген кезде әдетте энергия бөлінеді, өйткені түзілген еріткіш-иондық байланыстардың жалпы энергиясы анион-катиондық байланыстың энергиясынан үлкен болады. Ерекшеліктер азот қышқылының (нитраттар) көптеген тұздары болып табылады, олар еріген кезде жылуды сіңіреді (ерітінділер салқын). Соңғы факт физикалық химияда қарастырылатын заңдар негізінде түсіндіріледі.