Tiada teori bersatu ikatan kimia; secara konvensional dibahagikan kepada kovalen (sejenis ikatan universal), ion (kes khas ikatan kovalen), logam dan hidrogen.
Ikatan kovalen
Pembentukan ikatan kovalen adalah mungkin melalui tiga mekanisme: pertukaran, penderma-penerima dan datif (Lewis).
mengikut mekanisme metabolik Pembentukan ikatan kovalen berlaku kerana perkongsian pasangan elektron sepunya. Dalam kes ini, setiap atom cenderung untuk memperoleh cangkerang gas lengai, i.e. mendapatkan tahap tenaga luaran yang lengkap. Pembentukan ikatan kimia mengikut jenis pertukaran digambarkan menggunakan formula Lewis, di mana setiap elektron valens atom diwakili oleh titik (Rajah 1).
nasi. 1 Pembentukan ikatan kovalen dalam molekul HCl oleh mekanisme pertukaran
Dengan perkembangan teori struktur atom dan mekanik kuantum, pembentukan ikatan kovalen diwakili sebagai pertindihan orbital elektronik (Rajah 2).
nasi. 2. Pembentukan ikatan kovalen akibat pertindihan awan elektron
Semakin besar pertindihan orbital atom, semakin kuat ikatan, semakin pendek panjang ikatan, dan semakin besar tenaga ikatan. Ikatan kovalen boleh dibentuk dengan pertindihan orbital yang berbeza. Hasil daripada pertindihan orbital s-s, s-p, serta orbital d-d, p-p, d-p dengan lobus sisi, pembentukan ikatan berlaku. Ikatan terbentuk berserenjang dengan garis yang menghubungkan nukleus 2 atom. Satu dan satu ikatan mampu membentuk ikatan kovalen berganda (berganda), ciri bahan organik kelas alkena, alkadiena, dsb. Satu dan dua ikatan membentuk ikatan kovalen berganda (tiga kali ganda), ciri bahan organik kelas daripada alkuna (asetilena).
Pembentukan ikatan kovalen oleh mekanisme penderma-penerima Mari kita lihat contoh kation ammonium:
NH 3 + H + = NH 4 +
7 N 1s 2 2s 2 2p 3
Atom nitrogen mempunyai pasangan elektron bebas bebas (elektron tidak terlibat dalam pembentukan ikatan kimia dalam molekul), dan kation hidrogen mempunyai orbital bebas, jadi mereka masing-masing adalah penderma dan penerima elektron.
Mari kita pertimbangkan mekanisme datif pembentukan ikatan kovalen menggunakan contoh molekul klorin.
17 Cl 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 5
Atom klorin mempunyai kedua-dua pasangan elektron bebas bebas dan orbital kosong, oleh itu, ia boleh mempamerkan sifat kedua-dua penderma dan penerima. Oleh itu, apabila molekul klorin terbentuk, satu atom klorin bertindak sebagai penderma dan satu lagi sebagai penerima.
Utama ciri-ciri ikatan kovalen ialah: ketepuan (ikatan tepu terbentuk apabila atom melekatkan seberapa banyak elektron pada dirinya sebagaimana yang dibolehkan oleh keupayaan valensnya; ikatan tak tepu terbentuk apabila bilangan elektron terikat kurang daripada keupayaan valens atom); arah (nilai ini berkaitan dengan geometri molekul dan konsep "sudut ikatan" - sudut antara ikatan).
Ikatan ionik
Tiada sebatian dengan ikatan ionik tulen, walaupun ini difahami sebagai keadaan atom terikat secara kimia di mana persekitaran elektronik atom yang stabil tercipta apabila jumlah ketumpatan elektron dipindahkan sepenuhnya kepada atom unsur yang lebih elektronegatif. Ikatan ionik hanya mungkin antara atom unsur elektronegatif dan elektropositif yang berada dalam keadaan ion bercas bertentangan - kation dan anion.
DEFINISI
Ion ialah zarah bercas elektrik yang terbentuk melalui penyingkiran atau penambahan elektron kepada atom.
Apabila memindahkan elektron, atom logam dan bukan logam cenderung membentuk konfigurasi petala elektron yang stabil di sekeliling nukleusnya. Atom bukan logam mencipta cangkerang gas lengai berikutnya di sekeliling terasnya, dan atom logam mencipta cangkerang gas lengai sebelumnya (Rajah 3).
nasi. 3. Pembentukan ikatan ion menggunakan contoh molekul natrium klorida
Molekul di mana ikatan ion wujud dalam bentuk tulen didapati dalam keadaan wap bahan. Ikatan ionik sangat kuat, dan oleh itu bahan dengan ikatan ini mempunyai takat lebur yang tinggi. Tidak seperti ikatan kovalen, ikatan ionik tidak dicirikan oleh arah dan ketepuan, kerana medan elektrik yang dicipta oleh ion bertindak sama pada semua ion disebabkan oleh simetri sfera.
Sambungan logam
Ikatan logam direalisasikan hanya dalam logam - ini adalah interaksi yang memegang atom logam dalam satu kekisi. Hanya elektron valens atom logam yang dimiliki oleh keseluruhan isipadunya mengambil bahagian dalam pembentukan ikatan. Dalam logam, elektron sentiasa dilucutkan daripada atom dan bergerak ke seluruh jisim logam. Atom logam, kekurangan elektron, bertukar menjadi ion bercas positif, yang cenderung menerima elektron yang bergerak. Proses berterusan ini membentuk apa yang dipanggil "gas elektron" di dalam logam, yang mengikat semua atom logam bersama-sama (Rajah 4).
Ikatan logam adalah kuat, oleh itu logam dicirikan oleh takat lebur yang tinggi, dan kehadiran "gas elektron" memberikan kebolehtempaan dan kemuluran logam.
Ikatan hidrogen
Ikatan hidrogen ialah interaksi antara molekul tertentu, kerana kejadian dan kekuatannya bergantung kepada sifat kimia bahan tersebut. Ia terbentuk di antara molekul di mana atom hidrogen terikat kepada atom dengan keelektronegatifan tinggi (O, N, S). Kejadian ikatan hidrogen bergantung kepada dua sebab: pertama, atom hidrogen yang dikaitkan dengan atom elektronegatif tidak mempunyai elektron dan dengan mudah boleh digabungkan ke dalam awan elektron atom lain, dan, kedua, mempunyai orbital valensi, atom hidrogen mampu menerima pasangan elektron tunggal atom elektronegatif dan membentuk ikatan dengannya melalui mekanisme penerima-penderma.
Bahan dengan struktur molekul terbentuk melalui jenis interkoneksi khas. Ikatan kovalen dalam molekul, polar atau non-polar, juga dipanggil ikatan atom. Nama ini berasal dari bahasa Latin "co" - "bersama" dan "vales" - "mempunyai kekuatan". Dalam kaedah membentuk sebatian ini, sepasang elektron dikongsi antara dua atom.
Apakah ikatan kovalen polar dan nonpolar? Jika sebatian baru terbentuk dengan cara ini, makasosialisasi pasangan elektron. Biasanya, bahan tersebut mempunyai struktur molekul: H 2, O 3, HCl, HF, CH 4.
Terdapat juga bahan bukan molekul di mana atom disambungkan dengan cara ini. Ini adalah kristal atom yang dipanggil: berlian, silikon dioksida, silikon karbida. Di dalamnya, setiap zarah disambungkan kepada empat yang lain, menghasilkan kristal yang sangat kuat. Kristal dengan struktur molekul biasanya tidak begitu kuat.
Sifat kaedah membentuk sebatian ini:
- kepelbagaian;
- arah;
- tahap kekutuban;
- kebolehtularan;
- berpasangan.
Multiplicity ialah bilangan pasangan elektron yang dikongsi bersama. Boleh ada dari satu hingga tiga. Oksigen tidak mempunyai elektron yang mencukupi untuk mengisi cangkangnya, jadi ia akan menjadi dua kali ganda. Dalam molekul nitrogen N2 ia adalah tiga kali ganda.
Kebolehpolaran - kemungkinan membentuk ikatan polar kovalen dan ikatan bukan kutub. Lebih-lebih lagi, ia boleh menjadi lebih atau kurang kutub, lebih dekat dengan ionik atau sebaliknya - ini adalah sifat tahap kekutuban.
Arah arah bermaksud bahawa atom cenderung untuk menyambung sedemikian rupa sehingga terdapat ketumpatan elektron sebanyak mungkin di antara mereka. Adalah masuk akal untuk bercakap tentang arah apabila orbital p atau d disambungkan. Orbital-S adalah simetri sfera, bagi mereka semua arah adalah setara. Dalam orbital p, ikatan kovalen nonpolar atau polar diarahkan sepanjang paksinya, supaya dua "lapan" bertindih pada bucu. Ini ialah ikatan σ. Terdapat juga ikatan π yang kurang kuat. Dalam kes orbital p, orbital "lapan" bertindih dengan sisi sisi di luar paksi molekul. Dalam kes dua atau tiga, orbital p membentuk satu ikatan σ, dan selebihnya akan daripada jenis π.
Konjugasi ialah pergantian bilangan prima dan gandaan, menjadikan molekul lebih stabil. Sifat ini adalah ciri sebatian organik kompleks.
Jenis dan kaedah pembentukan ikatan kimia
Polariti
Penting! Bagaimana untuk menentukan sama ada bahan dengan ikatan kovalen bukan kutub atau kutub berada di hadapan kita? Ini sangat mudah: yang pertama selalu berlaku antara atom yang sama, dan yang kedua - antara atom yang berbeza yang mempunyai keelektronegatifan yang tidak sama.
Contoh ikatan nonpolar kovalen - bahan ringkas:
- hidrogen H 2;
- nitrogen N2;
- oksigen O 2;
- klorin Cl2.
Skema pembentukan ikatan nonpolar kovalen menunjukkan bahawa dengan menggabungkan pasangan elektron, atom cenderung untuk melengkapkan kulit luar kepada 8 atau 2 elektron. Sebagai contoh, fluorin ialah satu elektron pendek daripada petala lapan elektron. Selepas pembentukan pasangan elektron yang dikongsi, ia akan diisi. Formula biasa untuk bahan dengan ikatan nonpolar kovalen ialah molekul diatomik.
Polar biasanya hanya menyambung:
- H 2 O;
- CH4.
Tetapi terdapat pengecualian, seperti AlCl 3. Aluminium mempunyai sifat amfoterisiti, iaitu, dalam sesetengah sebatian ia berkelakuan seperti logam, dan dalam yang lain ia berkelakuan seperti bukan logam. Perbezaan keelektronegatifan dalam sebatian ini adalah kecil, jadi aluminium bergabung dengan klorin dengan cara ini, dan bukan mengikut jenis ionik.
Dalam kes ini, molekul dibentuk oleh unsur-unsur yang berbeza, tetapi perbezaan dalam keelektronegatifan tidak begitu besar sehingga elektron dipindahkan sepenuhnya dari satu atom ke atom yang lain, seperti dalam bahan dengan struktur ionik.
Skim untuk pembentukan struktur kovalen jenis ini menunjukkan bahawa ketumpatan elektron beralih kepada atom yang lebih elektronegatif, iaitu, pasangan elektron yang dikongsi lebih dekat kepada salah satu daripada mereka daripada yang kedua. Bahagian-bahagian molekul memperoleh cas, yang dilambangkan dengan delta huruf Yunani. Dalam hidrogen klorida, sebagai contoh, klorin menjadi lebih bercas negatif dan hidrogen lebih bercas positif. Caj akan separa, dan bukan keseluruhan, seperti dengan ion.
Penting! Kekutuban ikatan tidak boleh dikelirukan dengan kekutuban molekul. Dalam metana CH4, sebagai contoh, atom terikat secara polar, tetapi molekul itu sendiri adalah nonpolar.
Video berguna: ikatan kovalen polar dan bukan polar
Mekanisme pendidikan
Pembentukan bahan baru boleh berlaku melalui mekanisme pertukaran atau penerima penderma. Dalam kes ini, orbital atom digabungkan. Satu atau lebih orbital molekul timbul. Mereka berbeza kerana mereka merentangi kedua-dua atom. Seperti elektron atom, ia boleh mengandungi tidak lebih daripada dua elektron, dan putaran mereka juga mestilah dalam arah yang berbeza.
Bagaimana untuk menentukan mekanisme mana yang terlibat? Ini boleh dilakukan dengan bilangan elektron dalam orbital luar.
Pertukaran
Dalam kes ini, pasangan elektron dalam orbital molekul terbentuk daripada dua elektron tidak berpasangan, yang masing-masing tergolong dalam atomnya sendiri. Setiap daripada mereka berusaha untuk mengisi kulit elektron luarnya dan menjadikannya stabil lapan atau dua elektron. Ini adalah bagaimana bahan dengan struktur bukan kutub biasanya terbentuk.
Sebagai contoh, pertimbangkan asid hidroklorik HCl. Hidrogen mempunyai satu elektron dalam kulit terluarnya. Klorin mempunyai tujuh. Setelah melukis gambar rajah pembentukan struktur kovalen untuknya, kita akan melihat bahawa setiap daripada mereka kekurangan satu elektron untuk mengisi kulit luar. Dengan berkongsi pasangan elektron sesama mereka, mereka akan dapat melengkapkan kulit luar. Prinsip yang sama digunakan untuk membentuk molekul diatomik bahan mudah, contohnya, hidrogen, oksigen, klorin, nitrogen dan bukan logam lain.
Mekanisme pendidikan
Penerima penderma
Dalam kes kedua, kedua-dua elektron adalah pasangan tunggal dan tergolong dalam atom yang sama (penderma). Yang lain (penerima) mempunyai orbital kosong.
Formula bahan dengan ikatan polar kovalen terbentuk dengan cara ini, contohnya, ion ammonium NH 4 +. Ia terbentuk daripada ion hidrogen, yang mempunyai orbital kosong, dan ammonia NH3, yang mengandungi satu elektron "tambahan". Pasangan elektron daripada ammonia disosialisasikan.
Hibridisasi
Apabila pasangan elektron dikongsi antara orbital bentuk yang berbeza, seperti s dan p, awan elektron sp hibrid terbentuk. Orbital sedemikian bertindih lebih banyak, jadi ia mengikat lebih erat.
Ini adalah bagaimana molekul metana dan ammonia distrukturkan. Dalam molekul CH 4 metana, tiga ikatan sepatutnya terbentuk dalam orbital p dan satu dalam s. Sebaliknya, orbital berhibrid dengan tiga orbital p, menghasilkan tiga orbital sp3 hibrid dalam bentuk titisan memanjang. Ini berlaku kerana elektron 2s dan 2p mempunyai tenaga yang sama, mereka berinteraksi antara satu sama lain apabila mereka bergabung dengan atom lain. Kemudian orbital hibrid boleh dibentuk. Molekul yang terhasil mempunyai bentuk tetrahedron, dengan hidrogen terletak di bucunya.
Contoh lain bahan dengan hibridisasi:
- asetilena;
- benzena;
- berlian;
- air.
Karbon dicirikan oleh hibridisasi sp3, jadi ia sering dijumpai dalam sebatian organik.
Video berguna: ikatan kovalen polar
Kesimpulan
Ikatan kovalen, polar atau nonpolar, adalah ciri bahan dengan struktur molekul. Atom satu unsur terikat secara nonpolar, manakala atom unsur yang berbeza terikat secara polar, tetapi dengan elektronegativiti yang sedikit berbeza. Biasanya unsur bukan logam disambungkan dengan cara ini, tetapi terdapat pengecualian, seperti aluminium.
Ikatan kovalen dibentuk oleh interaksi bukan logam. Atom bukan logam mempunyai keelektronegatifan yang tinggi dan cenderung untuk mengisi lapisan elektron luar dengan elektron asing. Dua atom sedemikian boleh masuk ke dalam keadaan stabil jika mereka menggabungkan elektronnya .
Mari kita pertimbangkan pembentukan ikatan kovalen dalam ringkas bahan.
1.Pembentukan molekul hidrogen.
Setiap atom hidrogen mempunyai satu elektron. Untuk beralih kepada keadaan stabil, ia memerlukan satu lagi elektron.
Apabila dua atom dekat, awan elektron bertindih. Pasangan elektron yang dikongsi terbentuk, yang mengikat atom hidrogen menjadi molekul.
Ruang antara dua nukleus berkongsi lebih banyak elektron daripada tempat lain. Kawasan dengan peningkatan ketumpatan elektron dan cas negatif. Nukleus bercas positif tertarik kepadanya, dan molekul terbentuk.
Dalam kes ini, setiap atom menerima tahap luar dua elektron yang lengkap dan masuk ke keadaan stabil.
Ikatan kovalen akibat pembentukan satu pasangan elektron yang dikongsi dipanggil tunggal.
Pasangan elektron yang dikongsi (ikatan kovalen) terbentuk kerana elektron tidak berpasangan, terletak pada tahap tenaga luar atom yang berinteraksi.
Hidrogen mempunyai satu elektron tidak berpasangan. Untuk elemen lain, nombor mereka ialah 8 - nombor kumpulan.
Bukan logam VII Dan kumpulan (halogen) mempunyai satu elektron tidak berpasangan pada lapisan luar.
Dalam bukan logam VI A kumpulan (oksigen, sulfur) mempunyai dua elektron tersebut.
Dalam bukan logam V Dan kumpulan (nitrogen, fosforus) mempunyai tiga elektron tidak berpasangan.
2.Pembentukan molekul fluorin.
Atom fluorida mempunyai tujuh elektron di tingkat luar. Enam daripada mereka membentuk pasangan, dan yang ketujuh tidak berpasangan.
Apabila atom bergabung, satu pasangan elektron sepunya terbentuk, iaitu, satu ikatan kovalen berlaku. Setiap atom menerima lapisan luar lapan elektron yang lengkap. Ikatan dalam molekul fluorin juga tunggal. Ikatan tunggal yang sama wujud dalam molekul klorin, bromin dan iodin .
Jika atom mempunyai beberapa elektron tidak berpasangan, maka dua atau tiga pasangan sepunya terbentuk.
3.Pembentukan molekul oksigen.
Pada atom oksigen pada aras luar terdapat dua elektron tidak berpasangan.
Apabila dua atom berinteraksi oksigen timbul dua pasangan elektron sepunya. Setiap atom mengisi paras luarnya dengan sehingga lapan elektron. Molekul oksigen mempunyai ikatan berganda.
Tidak sedikit peranan penting di peringkat kimia organisasi dunia dimainkan dengan cara menyambungkan zarah struktur dan menghubungkan antara satu sama lain. Sebilangan besar bahan ringkas, iaitu bukan logam, mempunyai jenis ikatan nonpolar kovalen, dengan pengecualian logam dalam bentuk tulennya, yang mempunyai kaedah ikatan khas, yang direalisasikan melalui perkongsian elektron bebas dalam kekisi kristal.
Jenis dan contoh yang akan ditunjukkan di bawah, atau lebih tepat lagi, penyetempatan atau sesaran separa ikatan ini kepada salah satu peserta pengikat dijelaskan dengan tepat oleh ciri elektronegatif unsur tertentu. Anjakan berlaku ke arah atom yang mana ia lebih kuat.
Ikatan nonpolar kovalen
"Rumus" ikatan nonpolar kovalen adalah mudah - dua atom yang sama sifat menggabungkan elektron cengkerang valensinya menjadi pasangan bersama. Pasangan sedemikian dipanggil dibahagikan kerana ia adalah milik sama rata kepada kedua-dua peserta dalam pasangan itu. Terima kasih kepada sosialisasi ketumpatan elektron dalam bentuk sepasang elektron bahawa atom bergerak ke keadaan yang lebih stabil, kerana mereka melengkapkan tahap elektronik luarnya, dan "oktet" (atau "berganda" dalam kes mudah bahan hidrogen H 2, ia mempunyai orbital s tunggal, yang memerlukan dua elektron untuk melengkapkan) ialah keadaan aras luar yang cenderung kepada semua atom, kerana pengisiannya sepadan dengan keadaan dengan tenaga minimum.
Contoh ikatan kovalen bukan kutub terdapat dalam bahan bukan organik dan, tidak kira betapa peliknya bunyinya, dalam kimia organik juga. Ikatan jenis ini wujud dalam semua bahan mudah - bukan logam, kecuali gas mulia, kerana tahap valensi atom gas lengai telah selesai dan mempunyai oktet elektron, yang bermaksud bahawa ikatan dengan yang serupa tidak membuat rasa untuknya dan malah kurang berfaedah. Dalam organik, nonpolarity berlaku dalam molekul individu struktur tertentu dan bersyarat.
Ikatan polar kovalen
Contoh ikatan kovalen nonpolar terhad kepada beberapa molekul bahan ringkas, manakala sebatian dipol, di mana ketumpatan elektron dialihkan sebahagiannya ke arah unsur yang lebih elektronegatif, adalah sebahagian besarnya. Mana-mana gabungan atom dengan keelektronegatifan berbeza memberikan ikatan kutub. Khususnya, ikatan dalam organik adalah ikatan kovalen polar. Kadangkala oksida ionik, bukan organik juga bersifat polar, dan dalam garam dan asid jenis ikatan ionik mendominasi.
Jenis sebatian ionik kadangkala dianggap sebagai kes pengikatan kutub yang melampau. Jika keelektronegatifan salah satu unsur adalah jauh lebih tinggi daripada unsur yang lain, pasangan elektron dialihkan sepenuhnya dari pusat ikatan kepadanya. Ini adalah bagaimana pemisahan menjadi ion berlaku. Orang yang mengambil pasangan elektron bertukar menjadi anion dan menerima caj negatif, dan orang yang kehilangan elektron bertukar menjadi kation dan menjadi positif.
Contoh bahan bukan organik dengan jenis ikatan nonpolar kovalen
Bahan dengan ikatan nonpolar kovalen adalah, sebagai contoh, semua molekul gas binari: hidrogen (H - H), oksigen (O = O), nitrogen (dalam molekulnya 2 atom disambungkan oleh ikatan rangkap tiga (N ≡ N)); cecair dan pepejal: klorin (Cl - Cl), fluorin (F - F), bromin (Br - Br), iodin (I - I). Dan juga bahan kompleks yang terdiri daripada atom unsur yang berbeza, tetapi dengan nilai elektronegativiti yang hampir sama, sebagai contoh, fosforus hidrida - PH 3.
Pengikatan organik dan bukan kutub
Ia sangat jelas bahawa segala-galanya adalah kompleks. Persoalannya timbul: bagaimana boleh wujud ikatan nonpolar dalam bahan kompleks? Jawapannya agak mudah jika difikirkan secara logik sedikit. Jika nilai keelektronegatifan unsur terikat berbeza sedikit dan tidak membentuk sebatian, ikatan sedemikian boleh dianggap bukan kutub. Ini betul-betul keadaan dengan karbon dan hidrogen: semua ikatan C - H dalam bahan organik dianggap bukan kutub.
Contoh ikatan kovalen bukan kutub ialah molekul metana yang paling ringkas Ia terdiri daripada satu atom karbon, yang, mengikut valensinya, dihubungkan oleh ikatan tunggal kepada empat atom hidrogen. Malah, molekul itu bukan dipol, kerana tiada penyetempatan cas di dalamnya, agak disebabkan oleh struktur tetrahedralnya. Ketumpatan elektron diagihkan sama rata.
Contoh ikatan kovalen nonpolar berlaku dalam sebatian organik yang lebih kompleks. Ia direalisasikan kerana kesan mesomerik, iaitu, penarikan berurutan ketumpatan elektron, yang cepat pudar di sepanjang rantai karbon. Oleh itu, dalam molekul heksachloroethane, ikatan C - C adalah nonpolar disebabkan oleh penarikan seragam ketumpatan elektron oleh enam atom klorin.
Jenis sambungan lain
Sebagai tambahan kepada ikatan kovalen, yang, dengan cara itu, juga boleh berlaku melalui mekanisme penderma-penerima, terdapat ikatan ionik, logam dan hidrogen. Ciri-ciri ringkas dua kedua terakhir dibentangkan di atas.
Ikatan hidrogen ialah interaksi elektrostatik antara molekul yang diperhatikan jika molekul mengandungi atom hidrogen dan mana-mana atom lain yang mempunyai pasangan elektron tunggal. Jenis pengikatan ini jauh lebih lemah daripada yang lain, tetapi disebabkan fakta bahawa banyak ikatan ini boleh dibentuk dalam bahan, ia memberikan sumbangan yang ketara kepada sifat-sifat sebatian.
Ikatan kovalen(ikatan atom, ikatan homeopolar) - ikatan kimia yang terbentuk oleh pertindihan (sosialisasi) awan elektron paravalen. Awan elektronik (elektron) yang menyediakan komunikasi dipanggil pasangan elektron yang dikongsi.
Ciri ciri ikatan kovalen - arah, ketepuan, kekutuban, kebolehpolaran - menentukan sifat kimia dan fizikal sebatian.
Arah sambungan ditentukan oleh struktur molekul bahan dan bentuk geometri molekulnya. Sudut antara dua ikatan dipanggil sudut ikatan.
Ketepuan ialah keupayaan atom untuk membentuk bilangan ikatan kovalen yang terhad. Bilangan ikatan yang terbentuk oleh atom dihadkan oleh bilangan orbital atom luarnya.
Kekutuban ikatan adalah disebabkan oleh pengagihan ketumpatan elektron yang tidak sekata disebabkan oleh perbezaan keelektronegatifan atom. Atas dasar ini, ikatan kovalen dibahagikan kepada bukan kutub dan kutub (bukan kutub - molekul diatomik terdiri daripada atom yang sama (H 2, Cl 2, N 2) dan awan elektron setiap atom diedarkan secara simetri berbanding atom ini. polar - molekul diatomik terdiri daripada atom unsur kimia yang berbeza, dan awan elektron umum beralih ke arah salah satu atom, dengan itu membentuk asimetri dalam pengagihan cas elektrik dalam molekul, menghasilkan momen dipol molekul).
Kebolehpolaran ikatan dinyatakan dalam anjakan elektron ikatan di bawah pengaruh medan elektrik luar, termasuk zarah bertindak balas yang lain. Kebolehpolaran ditentukan oleh mobiliti elektron. Kekutuban dan kebolehpolaran ikatan kovalen menentukan kereaktifan molekul terhadap reagen kutub.
Komunikasi Pendidikan
Ikatan kovalen dibentuk oleh sepasang elektron yang dikongsi antara dua atom, dan elektron ini mesti menduduki dua orbital yang stabil, satu daripada setiap atom.
A + + B → A: B
Hasil daripada sosialisasi, elektron membentuk tahap tenaga terisi. Ikatan terbentuk jika jumlah tenaga mereka pada tahap ini adalah kurang daripada keadaan awal (dan perbezaan tenaga tidak lebih daripada tenaga ikatan).
Pengisian orbital atom (di sepanjang tepi) dan molekul (di tengah) dalam molekul H 2 dengan elektron. Paksi menegak sepadan dengan tahap tenaga, elektron ditunjukkan oleh anak panah yang mencerminkan putaran mereka.
Menurut teori orbital molekul, pertindihan dua orbital atom membawa, dalam kes yang paling mudah, kepada pembentukan dua orbital molekul (MO): menghubungkan MO Dan anti-mengikat (melonggarkan) MO. Elektron yang dikongsi terletak pada ikatan tenaga yang lebih rendah MO.
Jenis ikatan kovalen
Terdapat tiga jenis ikatan kimia kovalen, berbeza dalam mekanisme pembentukan:
1. Ikatan kovalen ringkas. Untuk pembentukannya, setiap atom menyediakan satu elektron tidak berpasangan. Apabila ikatan kovalen ringkas terbentuk, cas formal atom kekal tidak berubah.
· Jika atom-atom yang membentuk ikatan kovalen ringkas adalah sama, maka cas sebenar atom-atom dalam molekul juga adalah sama, kerana atom-atom yang membentuk ikatan itu sama-sama memiliki pasangan elektron yang dikongsi. Sambungan ini dipanggil ikatan kovalen bukan kutub. Bahan mudah mempunyai sambungan sedemikian, contohnya: O 2, N 2, Cl 2. Tetapi bukan sahaja bukan logam daripada jenis yang sama boleh membentuk ikatan nonpolar kovalen. Unsur-unsur bukan logam yang keelektronegatifannya sama kepentingannya juga boleh membentuk ikatan nonpolar kovalen, contohnya, dalam molekul PH 3 ikatannya adalah nonpolar kovalen, kerana EO hidrogen adalah sama dengan EO fosforus.
· Jika atom berbeza, maka tahap pemilikan pasangan elektron yang dikongsi ditentukan oleh perbezaan keelektronegatifan atom. Atom dengan elektronegativiti yang lebih besar menarik sepasang elektron ikatan dengan lebih kuat ke arah dirinya sendiri, dan cas sebenar menjadi negatif. Atom dengan keelektronegatifan yang lebih rendah memperoleh, dengan itu, cas positif dengan magnitud yang sama. Jika sebatian terbentuk antara dua bukan logam yang berbeza, maka sebatian tersebut dipanggil ikatan polar kovalen.
2. Ikatan penderma-penerima. Untuk membentuk ikatan kovalen jenis ini, kedua-dua elektron disediakan oleh salah satu atom - penderma. Atom kedua yang terlibat dalam pembentukan ikatan dipanggil penerima. Dalam molekul yang terhasil, caj formal penderma meningkat satu, dan caj formal penerima berkurangan satu.
3. Sambungan semipolar. Ia boleh dianggap sebagai ikatan penderma-penerima polar. Ikatan kovalen jenis ini terbentuk antara atom dengan pasangan elektron tunggal (nitrogen, fosforus, sulfur, halogen, dll.) dan atom dengan dua elektron tidak berpasangan (oksigen, sulfur). Pembentukan ikatan semipolar berlaku dalam dua peringkat:
1. Pemindahan satu elektron daripada atom dengan pasangan elektron tunggal kepada atom dengan dua elektron tidak berpasangan. Akibatnya, atom dengan pasangan elektron tunggal bertukar menjadi kation radikal (zarah bercas positif dengan elektron tidak berpasangan), dan atom dengan dua elektron tidak berpasangan bertukar menjadi anion radikal (zarah bercas negatif dengan elektron tidak berpasangan) .
2. Perkongsian elektron tidak berpasangan (seperti dalam kes ikatan kovalen ringkas).
Apabila ikatan semipolar terbentuk, atom dengan pasangan elektron tunggal meningkatkan cas formalnya sebanyak satu, dan atom dengan dua elektron tidak berpasangan mengurangkan cas formalnya sebanyak satu.
ikatan σ dan ikatan π
Ikatan sigma (σ)-, pi (π) ialah perihalan anggaran jenis ikatan kovalen dalam molekul pelbagai sebatian dicirikan oleh fakta bahawa ketumpatan awan elektron adalah maksimum sepanjang paksi yang menyambung nukleus atom. Apabila ikatan -terbentuk, apa yang dipanggil pertindihan sisi awan elektron berlaku, dan ketumpatan awan elektron adalah maksimum "di atas" dan "di bawah" satah ikatan σ. Sebagai contoh, mari kita ambil etilena, asetilena dan benzena.
Dalam molekul etilena C 2 H 4 terdapat ikatan berganda CH 2 = CH 2, formula elektroniknya: H:C::C:H. Nukleus semua atom etilena terletak pada satah yang sama. Tiga awan elektron bagi setiap atom karbon membentuk tiga ikatan kovalen dengan atom lain dalam satah yang sama (dengan sudut di antara mereka kira-kira 120°). Awan elektron valens keempat atom karbon terletak di atas dan di bawah satah molekul. Awan elektron kedua-dua atom karbon sedemikian, sebahagiannya bertindih di atas dan di bawah satah molekul, membentuk ikatan kedua antara atom karbon. Ikatan kovalen pertama yang lebih kuat antara atom karbon dipanggil ikatan σ; kedua, ikatan kovalen kurang kuat dipanggil ikatan -.
Dalam molekul asetilena linear
N-S≡S-N (N: S::: S: N)
Terdapat ikatan σ antara atom karbon dan hidrogen, satu ikatan σ antara dua atom karbon, dan dua ikatan σ antara atom karbon yang sama. Dua ikatan terletak di atas sfera tindakan ikatan-σ dalam dua satah saling berserenjang.
Kesemua enam atom karbon bagi molekul benzena kitaran C 6 H 6 terletak pada satah yang sama. Terdapat ikatan σ antara atom karbon dalam satah gelang; Setiap atom karbon mempunyai ikatan yang sama dengan atom hidrogen. Atom karbon menghabiskan tiga elektron untuk membuat ikatan ini. Awan elektron valens keempat atom karbon, berbentuk seperti angka lapan, terletak berserenjang dengan satah molekul benzena. Setiap awan tersebut bertindih sama dengan awan elektron atom karbon jiran. Dalam molekul benzena, bukan tiga ikatan berasingan yang terbentuk, tetapi satu sistem elektronik tunggal enam elektron, biasa kepada semua atom karbon. Ikatan antara atom karbon dalam molekul benzena adalah sama.
Contoh bahan dengan ikatan kovalen
Ikatan kovalen ringkas menghubungkan atom dalam molekul gas ringkas (H 2, Cl 2, dll.) dan sebatian (H 2 O, NH 3, CH 4, CO 2, HCl, dll.). Sebatian dengan ikatan penderma-penerima - ammonium NH 4 +, anion tetrafluoroborat BF 4 - dsb. Sebatian dengan ikatan semipolar - nitrus oksida N 2 O, O - -PCl 3 +.
Kristal dengan ikatan kovalen adalah dielektrik atau semikonduktor. Contoh biasa bagi hablur atom (atom yang saling berkaitan dengan ikatan kovalen (atom) ialah berlian, germanium dan silikon.
Satu-satunya bahan yang diketahui manusia dengan contoh ikatan kovalen antara logam dan karbon ialah cyanocobalamin, dikenali sebagai vitamin B12.
Ikatan ionik- ikatan kimia yang sangat kuat yang terbentuk antara atom dengan perbezaan yang besar (> 1.5 pada skala Pauling) keelektronegatifan, di mana pasangan elektron sepunya dipindahkan sepenuhnya kepada atom dengan keelektronegatifan yang lebih besar Ini ialah tarikan ion sebagai jasad bercas bertentangan . Contohnya ialah sebatian CsF, di mana "darjah keionan" ialah 97%. Mari kita pertimbangkan kaedah pembentukan menggunakan natrium klorida NaCl sebagai contoh. Konfigurasi elektronik atom natrium dan klorin boleh diwakili sebagai: 11 Na 1s2 2s2 2p 6 3s1; 17 Cl 1s2 2s2 2p6 3s2 3р5. Ini adalah atom dengan tahap tenaga yang tidak lengkap. Jelas sekali, untuk melengkapkannya, lebih mudah bagi atom natrium untuk melepaskan satu elektron daripada memperoleh tujuh, dan untuk atom klorin lebih mudah untuk mendapatkan satu elektron daripada melepaskan tujuh. Semasa interaksi kimia, atom natrium melepaskan sepenuhnya satu elektron, dan atom klorin menerimanya. Secara skematik, ini boleh ditulis seperti berikut: Na. - l e -> Na+ ion natrium, petala lapan elektron 1s2 2s2 2p6 yang stabil disebabkan oleh aras tenaga kedua. :Cl + 1е --> .Cl - ion klorin, petala elektron lapan yang stabil. Daya tarikan elektrostatik timbul antara ion Na+ dan Cl-, mengakibatkan pembentukan sebatian. Ikatan ionik ialah kes ekstrem polarisasi ikatan kovalen polar. Terbentuk antara logam biasa dan bukan logam. Dalam kes ini, elektron daripada logam dipindahkan sepenuhnya kepada bukan logam. Ion terbentuk.
Jika ikatan kimia terbentuk antara atom yang mempunyai perbezaan elektronegativiti yang sangat besar (EO > 1.7 mengikut Pauling), maka pasangan elektron sepunya dipindahkan sepenuhnya ke atom dengan EO yang lebih tinggi. Hasilnya ialah pembentukan sebatian ion bermuatan bertentangan:
Daya tarikan elektrostatik berlaku antara ion yang terhasil, yang dipanggil ikatan ionik. Atau sebaliknya, rupa ini mudah. Sebenarnya, ikatan ionik antara atom dalam bentuk tulennya tidak direalisasikan di mana-mana atau hampir tidak di mana-mana, sebenarnya, ikatan itu adalah sebahagiannya bersifat ionik dan sebahagiannya kovalen. Pada masa yang sama, ikatan ion molekul kompleks selalunya boleh dianggap sebagai ionik semata-mata. Perbezaan yang paling penting antara ikatan ionik dan jenis ikatan kimia yang lain ialah tidak berarah dan tidak tepu. Itulah sebabnya kristal yang terbentuk akibat ikatan ion tertarik ke arah pelbagai pembungkusan padat ion yang sepadan.
Ciri-ciri Sebatian sedemikian mempunyai keterlarutan yang baik dalam pelarut polar (air, asid, dll.). Ini berlaku kerana bahagian molekul yang bercas. Dalam kes ini, dipol pelarut tertarik pada hujung molekul yang bercas, dan, sebagai hasil daripada gerakan Brown, mereka "koyak" molekul bahan menjadi kepingan dan mengelilinginya, menghalangnya daripada menyambung semula. Hasilnya ialah ion yang dikelilingi oleh dipol pelarut.
Apabila sebatian tersebut dibubarkan, tenaga biasanya dibebaskan, kerana jumlah tenaga ikatan ion pelarut yang terbentuk adalah lebih besar daripada tenaga ikatan anion-kation. Pengecualian adalah banyak garam asid nitrik (nitrat), yang menyerap haba apabila dibubarkan (larutan sejuk). Fakta terakhir dijelaskan berdasarkan undang-undang yang dipertimbangkan dalam kimia fizikal.