แนวคิดเรื่องพันธะโควาเลนต์ พันธะเคมีโควาเลนต์

ข้อมูลเกี่ยวกับพลังงานไอออไนเซชัน (IE), PEI และองค์ประกอบของโมเลกุลที่เสถียร - ค่าจริงและการเปรียบเทียบ - ทั้งอะตอมอิสระและอะตอมที่จับกันเป็นโมเลกุลช่วยให้เราเข้าใจว่าอะตอมก่อตัวเป็นโมเลกุลผ่านกลไกของพันธะโควาเลนต์ได้อย่างไร

พันธะโควาเลนต์- (จากภาษาละติน “co” รวมกันและ “vales” ที่มีแรง) (พันธะโฮมโอโพลาร์) พันธะเคมีระหว่างอะตอมสองอะตอมที่เกิดขึ้นเมื่ออิเล็กตรอนของอะตอมเหล่านี้ถูกใช้ร่วมกัน อะตอมในโมเลกุลของก๊าซเชิงเดี่ยวเชื่อมต่อกันด้วยพันธะโควาเลนต์ พันธะที่มีอิเล็กตรอนคู่หนึ่งใช้ร่วมกันเรียกว่าพันธะเดี่ยว นอกจากนี้ยังมีพันธะคู่และพันธะสามด้วย

ลองดูตัวอย่างเล็กๆ น้อยๆ เพื่อดูว่าเราจะใช้กฎของเราในการกำหนดจำนวนพันธะเคมีโควาเลนต์ที่อะตอมสามารถสร้างขึ้นได้อย่างไร ถ้าเราทราบจำนวนอิเล็กตรอนในเปลือกนอกของอะตอมที่กำหนดและประจุบนนิวเคลียสของมัน ประจุของนิวเคลียสและจำนวนอิเล็กตรอนในเปลือกนอกถูกกำหนดโดยการทดลองและรวมอยู่ในตารางองค์ประกอบ

การคำนวณจำนวนพันธะโควาเลนต์ที่เป็นไปได้

ตัวอย่างเช่น ลองนับจำนวนพันธะโควาเลนต์ที่สามารถสร้างโซเดียมได้ ( นา)อลูมิเนียม (อัล)ฟอสฟอรัส (ป)และคลอรีน ( ซีแอล). โซเดียม ( นา)และอลูมิเนียม ( อัล)มีอิเล็กตรอน 1 และ 3 ตัวในเปลือกนอกตามลำดับและตามกฎข้อแรก (สำหรับกลไกของการสร้างพันธะโควาเลนต์จะใช้อิเล็กตรอนหนึ่งตัวในเปลือกนอก) พวกมันสามารถสร้าง: โซเดียม (นา)- 1 และอลูมิเนียม ( อัล)- 3 พันธะโควาเลนต์ หลังจากเกิดพันธะ จำนวนอิเล็กตรอนในเปลือกนอกของโซเดียม ( นา)และอลูมิเนียม ( อัล)เท่ากับ 2 และ 6 ตามลำดับ กล่าวคือน้อยกว่าจำนวนสูงสุด (8) สำหรับอะตอมเหล่านี้ ฟอสฟอรัส ( ป)และคลอรีน ( ซีแอล)มีอิเล็กตรอน 5 และ 7 ตัวบนเปลือกนอกตามลำดับ และตามกฎข้อที่สองข้างต้น พวกมันสามารถสร้างพันธะโควาเลนต์ได้ 5 และ 7 ตัว ตามกฎข้อที่สี่ การก่อตัวของพันธะโควาเลนต์ จำนวนอิเล็กตรอนบนเปลือกนอกของอะตอมเหล่านี้จะเพิ่มขึ้น 1 ตามกฎข้อที่หก เมื่อมีการสร้างพันธะโควาเลนต์ จำนวนอิเล็กตรอนบนเปลือกนอก ของอะตอมที่ถูกพันธะต้องไม่เกิน 8 กล่าวคือ ฟอสฟอรัส ( ป)สามารถสร้างพันธะได้เพียง 3 พันธะ (8-5 = 3) ในขณะที่คลอรีน ( ซีแอล)สามารถสร้างได้เพียงอันเดียว (8-7 = 1)

ตัวอย่าง:จากการวิเคราะห์ เราค้นพบว่าสารบางชนิดประกอบด้วยอะตอมของโซเดียม (นา)และคลอรีน ( ซีแอล)- เมื่อทราบถึงความสม่ำเสมอของกลไกการก่อตัวของพันธะโควาเลนต์เราสามารถพูดได้ว่า โซเดียม ( นา) สามารถสร้างพันธะโคเวเลนต์ได้เพียง 1 พันธะเท่านั้น ดังนั้น เราสามารถสรุปได้ว่าแต่ละอะตอมของโซเดียม ( นา)จับกับอะตอมของคลอรีน ( ซีแอล)ผ่านพันธะโควาเลนต์ในสารนี้ และสารนี้ประกอบด้วยโมเลกุลของอะตอม โซเดียมคลอไรด์- สูตรโครงสร้างของโมเลกุลนี้: Na-Clในที่นี้ขีดกลาง (-) หมายถึงพันธะโควาเลนต์ สูตรอิเล็กทรอนิกส์ของโมเลกุลนี้สามารถแสดงได้ดังนี้:
. .
นา:Cl:
. .
ตามสูตรอิเล็กทรอนิกส์ บนเปลือกนอกของอะตอมโซเดียม ( นา)วี โซเดียมคลอไรด์มีอิเล็กตรอน 2 ตัว และที่เปลือกนอกของอะตอมคลอรีน ( ซีแอล)มีอิเล็กตรอน 8 ตัว ในสูตรนี้ อิเล็กตรอน (จุด) ระหว่างอะตอมโซเดียม ( นา)และ คลอรีน (ซีแอล)เป็นพันธะอิเล็กตรอน เนื่องจากค่า PEI ของคลอรีน ( ซีแอล)มีค่าเท่ากับ 13 eV และสำหรับโซเดียม (นา)มีค่าเท่ากับ 5.14 eV ซึ่งเป็นคู่พันธะของอิเล็กตรอนที่อยู่ใกล้กับอะตอมมากขึ้น Clมากกว่าที่จะเป็นอะตอม นา- หากพลังงานไอออไนเซชันของอะตอมที่สร้างโมเลกุลนั้นแตกต่างกันมาก พันธะที่เกิดขึ้นก็จะเป็น ขั้วโลกพันธะโควาเลนต์

ลองพิจารณาอีกกรณีหนึ่ง จากการวิเคราะห์ เราค้นพบว่าสารบางชนิดประกอบด้วยอะตอมของอะลูมิเนียม ( อัล)และอะตอมของคลอรีน ( ซีแอล)- ในอลูมิเนียม ( อัล)มีอิเล็กตรอน 3 ตัวอยู่ในเปลือกนอก ดังนั้นจึงสามารถสร้างพันธะเคมีโควาเลนต์ได้ 3 ตัวในขณะที่ คลอรีน (ซีแอล)ดังเช่นในกรณีก่อนหน้านี้ สามารถสร้างพันธะได้เพียง 1 พันธะเท่านั้น สารนี้จะแสดงเป็น AlCl3และสูตรอิเล็กทรอนิกส์สามารถแสดงได้ดังนี้:

รูปที่ 3.1. สูตรอิเล็กทรอนิกส์AlCl 3

ซึ่งมีสูตรโครงสร้างดังนี้
แคล - อัล - แคล
Cl

สูตรอิเล็กทรอนิกส์นี้แสดงให้เห็นว่า AlCl3บนเปลือกนอกของอะตอมคลอรีน ( Cl) มีอิเล็กตรอน 8 ตัว ในขณะที่เปลือกนอกของอะตอมอะลูมิเนียม ( อัล)มี 6 ตัว ตามกลไกการก่อตัวของพันธะโควาเลนต์อิเล็กตรอนทั้งสองพันธะ (หนึ่งตัวจากแต่ละอะตอม) จะไปที่เปลือกนอกของอะตอมที่ถูกพันธะ

พันธะโควาเลนต์หลายตัว

อะตอมที่มีอิเล็กตรอนมากกว่าหนึ่งตัวในเปลือกนอกไม่สามารถสร้างพันธะโควาเลนต์ได้หลายพันธะต่อกัน การเชื่อมต่อดังกล่าวเรียกว่าหลายรายการ (บ่อยกว่านั้น) ทวีคูณ) การเชื่อมต่อ ตัวอย่างของพันธะดังกล่าวคือพันธะของโมเลกุลไนโตรเจน ( เอ็น= เอ็น) และออกซิเจน ( โอ=โอ).

พันธะที่เกิดขึ้นเมื่ออะตอมเดี่ยวมารวมกันเรียกว่า พันธะโควาเลนต์แบบโฮโมอะตอมมิก เช่นถ้าอะตอมต่างกันก็จะเรียกว่าพันธะ พันธะโควาเลนต์เฮเทอโรอะตอม[คำนำหน้าภาษากรีก "homo" และ "hetero" ตามลำดับแปลว่าเหมือนและแตกต่าง]

ลองจินตนาการดูว่าจริงๆ แล้วโมเลกุลที่มีอะตอมคู่กันมีลักษณะเป็นอย่างไร โมเลกุลที่ง่ายที่สุดที่มีอะตอมคู่กันคือโมเลกุลไฮโดรเจน

พันธะโควาเลนต์เกิดจากปฏิกิริยาระหว่างอโลหะ อะตอมของอโลหะมีอิเล็กโทรเนกาติวีตี้สูงและมีแนวโน้มที่จะเติมเต็มชั้นอิเล็กตรอนด้านนอกด้วยอิเล็กตรอนแปลกปลอม อะตอมสองอะตอมดังกล่าวสามารถเข้าสู่สถานะเสถียรได้หากพวกมันรวมอิเล็กตรอนเข้าด้วยกัน .

ให้เราพิจารณาการก่อตัวของพันธะโควาเลนต์ใน เรียบง่าย สาร

1.การก่อตัวของโมเลกุลไฮโดรเจน

ทุกอะตอม ไฮโดรเจน มีอิเล็กตรอนหนึ่งตัว หากต้องการเปลี่ยนไปสู่สถานะเสถียร จะต้องมีอิเล็กตรอนเพิ่มอีก 1 ตัว

เมื่ออะตอมสองอะตอมเข้ามาใกล้ เมฆอิเล็กตรอนจะทับซ้อนกัน คู่อิเล็กตรอนที่ใช้ร่วมกันจะเกิดขึ้นซึ่งเชื่อมโยงอะตอมไฮโดรเจนเข้ากับโมเลกุล

ช่องว่างระหว่างนิวเคลียสทั้งสองใช้อิเล็กตรอนร่วมกันมากกว่าที่อื่น เป็นพื้นที่ที่มี ความหนาแน่นของอิเล็กตรอนเพิ่มขึ้นและประจุลบ นิวเคลียสที่มีประจุบวกจะถูกดึงดูดเข้าไปและเกิดโมเลกุลขึ้นมา

ในกรณีนี้ แต่ละอะตอมจะได้รับระดับนอกของอิเล็กตรอนสองตัวที่สมบูรณ์และเข้าสู่สถานะเสถียร

พันธะโควาเลนต์เนื่องจากการก่อตัวของคู่อิเล็กตรอนที่ใช้ร่วมกันหนึ่งคู่เรียกว่าพันธะเดี่ยว

คู่อิเล็กตรอนที่ใช้ร่วมกัน (พันธะโควาเลนต์) เกิดขึ้นเนื่องจาก อิเล็กตรอนที่ไม่มีคู่, ซึ่งอยู่ที่ระดับพลังงานภายนอกของอะตอมที่มีปฏิสัมพันธ์กัน

ไฮโดรเจนมีอิเล็กตรอนที่ไม่มีการจับคู่หนึ่งตัว สำหรับองค์ประกอบอื่นๆ หมายเลขของพวกเขาคือ 8 - หมายเลขกลุ่ม

อโลหะ ปกเกล้าเจ้าอยู่หัวและหมู่ (ฮาโลเจน) จะมีอิเล็กตรอนคู่หนึ่งตัวอยู่บนชั้นนอก

ในอโลหะ วีกหมู่ (ออกซิเจน, ซัลเฟอร์) มีอิเล็กตรอนสองตัวดังกล่าว

ในอโลหะ วีและหมู่ (ไนโตรเจน, ฟอสฟอรัส) มีอิเล็กตรอน 3 ตัวที่ไม่จับคู่กัน

2.การก่อตัวของโมเลกุลฟลูออรีน

อะตอม ฟลูออไรด์ มีอิเล็กตรอนอยู่เจ็ดตัวในระดับชั้นนอก หกอันเป็นคู่และอันที่เจ็ดไม่มีคู่

เมื่ออะตอมมารวมกัน จะเกิดคู่อิเล็กตรอนร่วมหนึ่งคู่ นั่นคือเกิดพันธะโควาเลนต์หนึ่งพันธะ แต่ละอะตอมจะได้รับชั้นนอกสุดแปดอิเล็กตรอนที่สมบูรณ์ พันธะในโมเลกุลฟลูออรีนก็เป็นพันธะเดี่ยวเช่นกัน พันธะเดี่ยวเดียวกันนั้นมีอยู่ในโมเลกุล คลอรีน โบรมีน และไอโอดีน .

หากอะตอมมีอิเล็กตรอนที่ไม่จับคู่หลายตัว ก็จะเกิดคู่ร่วมสองหรือสามคู่ขึ้น

3.การก่อตัวของโมเลกุลออกซิเจน

ที่อะตอม ออกซิเจนที่ระดับด้านนอกจะมีอิเล็กตรอนสองตัวที่ไม่มีการจับคู่

เมื่ออะตอมสองอะตอมมีปฏิสัมพันธ์กัน ออกซิเจน คู่อิเล็กตรอนทั่วไปสองคู่เกิดขึ้น แต่ละอะตอมจะเติมอิเล็กตรอนได้ถึงแปดตัวในระดับชั้นนอก โมเลกุลออกซิเจนมีพันธะคู่

โครงร่างการบรรยาย:

1. แนวคิดเรื่องพันธะโควาเลนต์

2. อิเล็กโทรเนกาติวีตี้.

3. พันธะโควาเลนต์แบบมีขั้วและแบบไม่มีขั้ว

พันธะโควาเลนต์เกิดขึ้นเนื่องจากคู่อิเล็กตรอนที่ใช้ร่วมกันซึ่งปรากฏในเปลือกของอะตอมที่ถูกพันธะ

มันสามารถเกิดขึ้นได้จากอะตอมของธาตุเดียวกันและไม่ใช่ขั้ว ตัวอย่างเช่นพันธะโควาเลนต์นั้นมีอยู่ในโมเลกุลของก๊าซองค์ประกอบเดี่ยว H 2, O 2, N 2, Cl 2 เป็นต้น

พันธะโควาเลนต์สามารถเกิดขึ้นได้จากอะตอมของธาตุต่าง ๆ ที่มีลักษณะทางเคมีคล้ายคลึงกัน จากนั้นจึงเกิดเป็นขั้ว ตัวอย่างเช่นพันธะโควาเลนต์นั้นมีอยู่ในโมเลกุล H 2 O, NF 3, CO 2

จำเป็นต้องแนะนำแนวคิดเรื่องอิเลคโตรเนกาติวีตี้

อิเล็กโทรเนกาติวีตี้คือความสามารถของอะตอมขององค์ประกอบทางเคมีในการดึงดูดคู่อิเล็กตรอนทั่วไปที่เกี่ยวข้องกับการก่อตัวของพันธะเคมี

อนุกรมอิเลคโตรเนกาติวีตี้

องค์ประกอบที่มีค่าอิเล็กโตรเนกาติวีตี้มากกว่าจะดึงอิเล็กตรอนที่ใช้ร่วมกันจากองค์ประกอบที่มีค่าอิเล็กโตรเนกาติวีตี้น้อยกว่า

ในการพรรณนาพันธะโควาเลนต์ด้วยสายตา จะมีการใช้จุดในสูตรทางเคมี (แต่ละจุดสอดคล้องกับเวเลนซ์อิเล็กตรอน และเส้นตรงกับคู่อิเล็กตรอนทั่วไป)

ตัวอย่าง.พันธะในโมเลกุล Cl 2 สามารถอธิบายได้ดังนี้:

สูตรดังกล่าวเทียบเท่ากัน พันธะโควาเลนต์มีทิศทางเชิงพื้นที่ ผลจากพันธะโควาเลนต์ของอะตอม ทำให้เกิดโมเลกุลหรือโครงตาข่ายคริสตัลอะตอมที่มีการจัดเรียงอะตอมทางเรขาคณิตที่กำหนดไว้อย่างเคร่งครัด สารแต่ละชนิดมีโครงสร้างของตัวเอง

จากมุมมองของทฤษฎีของบอร์ การก่อตัวของพันธะโควาเลนต์อธิบายได้จากแนวโน้มของอะตอมที่จะแปลงชั้นนอกของพวกมันให้เป็นออคเต็ต (เติมอิเล็กตรอนได้มากถึง 8 ตัว) อะตอมทั้งสองนำเสนออิเล็กตรอนที่ไม่มีการจับคู่หนึ่งตัวเพื่อสร้างพันธะโควาเลนต์ และอิเล็กตรอนทั้งสองก็ถูกใช้ร่วมกัน
ตัวอย่าง. การก่อตัวของโมเลกุลคลอรีน

จุดแสดงถึงอิเล็กตรอน เมื่อจัดเรียงคุณควรปฏิบัติตามกฎ: อิเล็กตรอนจะถูกวางในลำดับที่แน่นอน - ซ้าย, บน, ขวา, ล่าง, ทีละตัว จากนั้นเพิ่มทีละอิเล็กตรอนที่ไม่มีคู่และมีส่วนร่วมในการก่อตัวของพันธะ

คู่อิเล็กตรอนใหม่ซึ่งเกิดจากอิเล็กตรอนสองตัวที่ไม่มีการจับคู่ กลายเป็นเรื่องปกติของอะตอมของคลอรีนสองตัว มีหลายวิธีในการสร้างพันธะโควาเลนต์โดยการทับซ้อนกันของเมฆอิเล็กตรอน

พันธะ σ นั้นแข็งแกร่งกว่าพันธะ π มาก และพันธะ π สามารถมีได้เฉพาะกับพันธะ σ เท่านั้น เนื่องจากพันธะนี้ จึงเกิดพันธะทวีคูณสองเท่าและสามเท่า

พันธะโควาเลนต์มีขั้วเกิดขึ้นระหว่างอะตอมที่มีอิเลคโตรเนกาติวีตี้ต่างกัน

เนื่องจากการแทนที่ของอิเล็กตรอนจากไฮโดรเจนไปเป็นคลอรีน อะตอมของคลอรีนจึงมีประจุลบบางส่วน และอะตอมไฮโดรเจนมีประจุบวกบางส่วน

พันธะโควาเลนต์แบบมีขั้วและแบบไม่มีขั้ว

หากโมเลกุลไดอะตอมมิกประกอบด้วยอะตอมขององค์ประกอบเดียว เมฆอิเล็กตรอนก็จะถูกกระจายไปในอวกาศอย่างสมมาตรโดยสัมพันธ์กับนิวเคลียสของอะตอม พันธะโควาเลนต์ดังกล่าวเรียกว่าไม่มีขั้ว หากพันธะโควาเลนต์เกิดขึ้นระหว่างอะตอมของธาตุต่าง ๆ เมฆอิเล็กตรอนทั่วไปก็จะเคลื่อนไปทางอะตอมตัวใดตัวหนึ่ง ในกรณีนี้ พันธะโควาเลนต์เป็นแบบขั้ว อิเล็กโทรเนกาติวีตี้ใช้เพื่อประเมินความสามารถของอะตอมในการดึงดูดคู่อิเล็กตรอนที่ใช้ร่วมกัน

อันเป็นผลมาจากการก่อตัวของพันธะโควาเลนต์มีขั้ว ยิ่งอะตอมที่มีอิเลคโตรเนกาติตีมากขึ้นจะได้รับประจุลบบางส่วน และอะตอมที่มีอิเล็กโตรเนกาติวีตี้น้อยกว่าจะได้รับประจุบวกบางส่วน ประจุเหล่านี้มักเรียกว่าประจุประสิทธิผลของอะตอมในโมเลกุล พวกเขาอาจมีค่าเศษส่วน ตัวอย่างเช่น ในโมเลกุล HCl ประจุที่มีประสิทธิผลคือ 0.17e (โดยที่ e คือประจุของอิเล็กตรอน ประจุของอิเล็กตรอนคือ 1.602.10 -19 C):

ระบบที่มีประจุไฟฟ้าสองขนาดเท่ากันแต่อยู่ตรงข้ามกันในประจุที่มีเครื่องหมายซึ่งอยู่ห่างจากกันในระดับหนึ่ง เรียกว่า ไดโพลไฟฟ้า แน่นอนว่าโมเลกุลเชิงขั้วนั้นเป็นไดโพลที่มีขนาดเล็กมาก แม้ว่าประจุรวมของไดโพลจะเป็นศูนย์ แต่ก็มีสนามไฟฟ้าอยู่ในพื้นที่โดยรอบ ซึ่งความแรงของมันจะเป็นสัดส่วนกับโมเมนต์ไดโพล m:

ในระบบ SI โมเมนต์ไดโพลจะวัดเป็น Cm แต่โดยปกติแล้วสำหรับโมเลกุลเชิงขั้วนั้น Debye จะถูกใช้เป็นหน่วยการวัด (หน่วยนี้ตั้งชื่อตาม P. Debye):

1 D = 3.33×10 –30 C×m

โมเมนต์ไดโพลทำหน้าที่เป็นการวัดเชิงปริมาณของขั้วของโมเลกุล สำหรับโมเลกุลโพลีอะตอมมิก โมเมนต์ไดโพลคือผลรวมเวกเตอร์ของโมเมนต์ไดโพลของพันธะเคมี ดังนั้น หากโมเลกุลมีความสมมาตร ก็สามารถไม่มีขั้วได้ แม้ว่าแต่ละพันธะของมันจะมีโมเมนต์ไดโพลที่มีนัยสำคัญก็ตาม ตัวอย่างเช่น ในโมเลกุล BF 3 แบบแบนหรือในโมเลกุล BeCl 2 เชิงเส้น ผลรวมของโมเมนต์ไดโพลของพันธะจะเป็นศูนย์:

ในทำนองเดียวกันโมเลกุลจัตุรมุข CH 4 และ CBr 4 มีโมเมนต์ไดโพลเป็นศูนย์ อย่างไรก็ตาม การละเมิดความสมมาตร เช่น ในโมเลกุล BF 2 Cl ทำให้เกิดโมเมนต์ไดโพลที่แตกต่างจากศูนย์

กรณีจำกัดของพันธะขั้วโลกโควาเลนต์คือพันธะไอออนิก มันถูกสร้างขึ้นโดยอะตอมซึ่งอิเลคโตรเนกาติวีตี้แตกต่างอย่างมีนัยสำคัญ เมื่อพันธะไอออนิกเกิดขึ้น การเปลี่ยนแปลงของคู่อิเล็กตรอนพันธะกับอะตอมอะตอมหนึ่งจะเกิดขึ้นเกือบทั้งหมด และไอออนบวกและลบจะเกิดขึ้น โดยยึดติดกันด้วยแรงไฟฟ้าสถิต เนื่องจากแรงดึงดูดของไฟฟ้าสถิตต่อไอออนที่กำหนดจะกระทำกับไอออนใดๆ ที่มีเครื่องหมายตรงกันข้าม โดยไม่คำนึงถึงทิศทาง พันธะไอออนิกซึ่งแตกต่างจากพันธะโควาเลนต์จึงมีลักษณะเฉพาะคือ ขาดทิศทางและ ความไม่อิ่มตัว- โมเลกุลที่มีพันธะไอออนิกเด่นชัดที่สุดนั้นเกิดขึ้นจากอะตอมของโลหะทั่วไปและอโลหะทั่วไป (NaCl, CsF เป็นต้น) เช่น เมื่อความต่างของอิเลคโตรเนกาติวีตี้ของอะตอมมีมาก

อะตอมขององค์ประกอบส่วนใหญ่ไม่มีอยู่แยกกัน เนื่องจากสามารถมีปฏิสัมพันธ์ซึ่งกันและกันได้ ปฏิกิริยานี้ทำให้เกิดอนุภาคที่ซับซ้อนมากขึ้น

ธรรมชาติของพันธะเคมีคือการกระทำของแรงไฟฟ้าสถิตซึ่งเป็นแรงอันตรกิริยาระหว่างประจุไฟฟ้า อิเล็กตรอนและนิวเคลียสของอะตอมมีประจุเช่นนี้

อิเล็กตรอนที่อยู่ในระดับอิเล็กทรอนิกส์ชั้นนอก (วาเลนซ์อิเล็กตรอน) อยู่ห่างจากนิวเคลียสมากที่สุด มีปฏิสัมพันธ์กับนิวเคลียสที่อ่อนแอที่สุด ดังนั้นจึงสามารถแยกตัวออกจากนิวเคลียสได้ พวกมันมีหน้าที่รับผิดชอบในการเชื่อมอะตอมเข้าด้วยกัน

ประเภทของปฏิกิริยาเคมี

ประเภทของพันธะเคมีสามารถแสดงได้ในตารางต่อไปนี้:

ลักษณะของพันธะไอออนิก

ปฏิกิริยาเคมีที่เกิดขึ้นเนื่องจาก แรงดึงดูดของไอออนมีประจุต่างกันเรียกว่าไอออนิก สิ่งนี้จะเกิดขึ้นหากอะตอมที่ถูกพันธะมีความแตกต่างกันอย่างมีนัยสำคัญทางอิเล็กโตรเนกาติวีตี้ (นั่นคือความสามารถในการดึงดูดอิเล็กตรอน) และคู่อิเล็กตรอนไปที่องค์ประกอบอิเล็กโทรเนกาติวิตีมากกว่า ผลลัพธ์ของการถ่ายโอนอิเล็กตรอนจากอะตอมหนึ่งไปยังอีกอะตอมหนึ่งคือการก่อตัวของอนุภาคที่มีประจุ - ไอออน แรงดึงดูดเกิดขึ้นระหว่างพวกเขา

พวกมันมีดัชนีอิเลคโตรเนกาติวีตี้ต่ำที่สุด โลหะทั่วไปและที่ใหญ่ที่สุดคืออโลหะทั่วไป ไอออนจึงเกิดขึ้นจากปฏิกิริยาระหว่างโลหะทั่วไปกับอโลหะทั่วไป

อะตอมของโลหะกลายเป็นไอออนที่มีประจุบวก (แคตไอออน) โดยบริจาคอิเล็กตรอนให้กับระดับอิเล็กตรอนด้านนอก และอโลหะจะรับอิเล็กตรอน จึงกลายเป็น มีประจุลบไอออน (แอนไอออน)

อะตอมจะเคลื่อนเข้าสู่สถานะพลังงานที่เสถียรมากขึ้น โดยเสร็จสิ้นการกำหนดค่าทางอิเล็กทรอนิกส์

พันธะไอออนิกไม่มีทิศทางและไม่อิ่มตัว เนื่องจากปฏิกิริยาไฟฟ้าสถิตเกิดขึ้นในทุกทิศทาง ดังนั้น ไอออนจึงสามารถดึงดูดไอออนที่มีเครื่องหมายตรงกันข้ามในทุกทิศทาง

การจัดเรียงไอออนมีลักษณะโดยรอบๆ แต่ละไอออนจะมีไอออนที่มีประจุตรงข้ามกันจำนวนหนึ่ง แนวคิดเรื่อง "โมเลกุล" สำหรับสารประกอบไอออนิก ไม่สมเหตุสมผล.

ตัวอย่างการศึกษา

การก่อตัวของพันธะในโซเดียมคลอไรด์ (nacl) เกิดจากการถ่ายโอนอิเล็กตรอนจากอะตอม Na ไปยังอะตอม Cl เพื่อสร้างไอออนที่สอดคล้องกัน:

นา 0 - 1 อี = นา + (ไอออนบวก)

Cl 0 + 1 e = Cl - (แอนไอออน)

ในโซเดียมคลอไรด์ มีไอออนคลอไรด์หกไอออนรอบๆ ไอออนบวกของโซเดียม และไอออนโซเดียมหกไอออนรอบๆ ไอออนคลอไรด์แต่ละตัว

เมื่อปฏิสัมพันธ์เกิดขึ้นระหว่างอะตอมในแบเรียมซัลไฟด์ กระบวนการต่อไปนี้จะเกิดขึ้น:

บา 0 - 2 อี = บา 2+

ส 0 + 2 อี = ส 2-

Ba บริจาคอิเล็กตรอนสองตัวให้กับกำมะถัน ส่งผลให้เกิดไอออนของซัลเฟอร์แอนไอออน S 2- และแบเรียมไอออนบวก Ba 2+

พันธะเคมีของโลหะ

จำนวนอิเล็กตรอนในระดับพลังงานภายนอกของโลหะมีน้อย พวกมันจะถูกแยกออกจากนิวเคลียสได้ง่าย จากการปลดออกนี้จะเกิดไอออนของโลหะและอิเล็กตรอนอิสระ อิเล็กตรอนเหล่านี้เรียกว่า "แก๊สอิเล็กตรอน" อิเล็กตรอนเคลื่อนที่อย่างอิสระตลอดปริมาตรของโลหะ และเกาะติดและแยกออกจากอะตอมอย่างต่อเนื่อง

โครงสร้างของสสารโลหะมีดังนี้: ตาข่ายคริสตัลเป็นโครงกระดูกของสารและอิเล็กตรอนสามารถเคลื่อนที่ระหว่างโหนดต่างๆ ได้อย่างอิสระ

สามารถยกตัวอย่างต่อไปนี้:

มก. - 2e<->มก. 2+

ซีเอส-อี<->ซีเอส+

แคลิฟอร์เนีย - 2e<->Ca2+

Fe-3e<->เฟ 3+

โควาเลนต์: มีขั้วและไม่มีขั้ว

ปฏิกิริยาทางเคมีประเภทที่พบบ่อยที่สุดคือพันธะโควาเลนต์ ค่าอิเลคโตรเนกาติวีตี้ขององค์ประกอบที่มีปฏิสัมพันธ์กันไม่แตกต่างกันมากนัก ดังนั้นจึงมีเพียงการเปลี่ยนแปลงของคู่อิเล็กตรอนทั่วไปไปเป็นอะตอมที่มีอิเล็กโตรเนกาติวิตี้มากขึ้นเท่านั้น

อันตรกิริยาของโควาเลนต์สามารถเกิดขึ้นได้จากกลไกการแลกเปลี่ยนหรือกลไกของผู้บริจาค-ผู้รับ

กลไกการแลกเปลี่ยนจะเกิดขึ้นได้หากแต่ละอะตอมมีอิเล็กตรอนที่ไม่ตรงกันในระดับอิเล็กทรอนิกส์ด้านนอก และการทับซ้อนกันของออร์บิทัลของอะตอมจะทำให้เกิดการปรากฏตัวของอิเล็กตรอนคู่ที่เป็นของอะตอมทั้งสองอยู่แล้ว เมื่ออะตอมตัวหนึ่งมีอิเล็กตรอนคู่หนึ่งอยู่ที่ระดับอิเล็กทรอนิกส์ด้านนอก และอีกอะตอมหนึ่งมีออร์บิทัลอิสระ จากนั้นเมื่อออร์บิทัลของอะตอมทับซ้อนกัน คู่อิเล็กตรอนจะถูกแบ่งปันและโต้ตอบกันตามกลไกของผู้บริจาคและตัวรับ

โควาเลนต์แบ่งตามหลายหลากเป็น:

• เรียบง่ายหรือเดี่ยว
• สองเท่า;
• สามเท่า

คู่ช่วยให้มั่นใจได้ว่ามีการแบ่งปันอิเล็กตรอนสองคู่ในคราวเดียวและสามคู่ - สามคู่

ตามการกระจายตัวของความหนาแน่นของอิเล็กตรอน (ขั้ว) ระหว่างอะตอมที่ถูกพันธะ พันธะโควาเลนต์แบ่งออกเป็น:

• ไม่ใช่ขั้ว;
• ขั้วโลก

พันธะไม่มีขั้วเกิดขึ้นจากอะตอมที่เหมือนกัน และพันธะขั้วเกิดขึ้นจากอิเล็กโทรเนกาติวีตี้ต่างกัน

ปฏิสัมพันธ์ของอะตอมที่มีอิเลคโตรเนกาติวีตี้คล้ายกันเรียกว่าพันธะไม่มีขั้ว อิเล็กตรอนคู่ร่วมในโมเลกุลดังกล่าวไม่ได้ถูกดึงดูดไปยังอะตอมใดอะตอมหนึ่ง แต่จะเท่ากันกับทั้งสองอะตอม

ปฏิสัมพันธ์ขององค์ประกอบที่มีอิเลคโตรเนกาติวีตี้ต่างกันทำให้เกิดพันธะขั้วโลก ในการโต้ตอบประเภทนี้ คู่อิเล็กตรอนที่ใช้ร่วมกันจะถูกดึงดูดไปยังองค์ประกอบที่มีอิเล็กโตรเนกาติตีมากกว่า แต่จะไม่ถูกถ่ายโอนไปยังองค์ประกอบนั้นอย่างสมบูรณ์ (นั่นคือ การก่อตัวของไอออนไม่เกิดขึ้น) จากผลของการเปลี่ยนแปลงความหนาแน่นของอิเล็กตรอน ประจุบางส่วนจึงปรากฏบนอะตอม โดยประจุไฟฟ้าที่มากกว่าจะมีประจุลบ และประจุไฟฟ้าที่น้อยกว่าจะมีประจุบวก

คุณสมบัติและลักษณะของโควาเลนซี

ลักษณะสำคัญของพันธะโควาเลนต์:

• ความยาวถูกกำหนดโดยระยะห่างระหว่างนิวเคลียสของอะตอมที่มีปฏิสัมพันธ์
• ขั้วถูกกำหนดโดยการกระจัดของเมฆอิเล็กตรอนไปยังอะตอมตัวใดตัวหนึ่ง
• ทิศทางเป็นคุณสมบัติของการสร้างพันธะในอวกาศและดังนั้นโมเลกุลที่มีรูปทรงเรขาคณิตบางอย่าง
• ความอิ่มตัวถูกกำหนดโดยความสามารถในการสร้างพันธะในจำนวนที่จำกัด
• ความสามารถในการโพลาไรซ์ถูกกำหนดโดยความสามารถในการเปลี่ยนขั้วภายใต้อิทธิพลของสนามไฟฟ้าภายนอก
• พลังงานที่จำเป็นในการทำลายพันธะจะเป็นตัวกำหนดความแข็งแกร่งของมัน

ตัวอย่างของปฏิกิริยาโควาเลนต์ที่ไม่มีขั้วอาจเป็นโมเลกุลของไฮโดรเจน (H2) คลอรีน (Cl2) ออกซิเจน (O2) ไนโตรเจน (N2) และอื่นๆ อีกมากมาย

H· + ·H → H-H โมเลกุลมีพันธะไม่มีขั้วเพียงพันธะเดียว

O: + :O → O=O โมเลกุลมีขั้วคู่

Ṅ: + Ṅ: → N≡N โมเลกุลไม่มีขั้วสามเท่า

ตัวอย่างของพันธะโควาเลนต์ขององค์ประกอบทางเคมี ได้แก่ โมเลกุลของคาร์บอนไดออกไซด์ (CO2) และคาร์บอนมอนอกไซด์ (CO) ไฮโดรเจนซัลไฟด์ (H2S) กรดไฮโดรคลอริก (HCL) น้ำ (H2O) มีเทน (CH4) ซัลเฟอร์ออกไซด์ (SO2) และ อื่น ๆ อีกมากมาย

ในโมเลกุล CO2 ความสัมพันธ์ระหว่างอะตอมของคาร์บอนและออกซิเจนนั้นมีขั้วโควาเลนต์ เนื่องจากไฮโดรเจนที่มีอิเลคโตรเนกาติตีมากกว่าจะดึงดูดความหนาแน่นของอิเล็กตรอน ออกซิเจนมีอิเล็กตรอนสองตัวที่ไม่ได้จับคู่อยู่ในเปลือกนอก ในขณะที่คาร์บอนสามารถให้เวเลนซ์อิเล็กตรอนได้สี่ตัวเพื่อสร้างอันตรกิริยากัน เป็นผลให้เกิดพันธะคู่ขึ้นและโมเลกุลมีลักษณะดังนี้: O=C=O

เพื่อกำหนดประเภทของพันธะในโมเลกุลใดโมเลกุลหนึ่ง ก็เพียงพอที่จะพิจารณาอะตอมที่เป็นส่วนประกอบ สารโลหะอย่างง่ายก่อพันธะโลหะ โลหะที่มีอโลหะก่อพันธะไอออนิก สารอโลหะอย่างง่ายก่อพันธะโควาเลนต์ไม่มีขั้ว และโมเลกุลที่ประกอบด้วยอโลหะต่างกันก่อตัวผ่านพันธะโควาเลนต์มีขั้ว

ต้องขอบคุณโมเลกุลของสารอนินทรีย์และอินทรีย์ที่เกิดขึ้น พันธะเคมีเกิดขึ้นจากอันตรกิริยาของสนามไฟฟ้าที่สร้างขึ้นโดยนิวเคลียสและอิเล็กตรอนของอะตอม ดังนั้นการก่อตัวของพันธะเคมีโควาเลนต์จึงสัมพันธ์กับธรรมชาติทางไฟฟ้า

การเชื่อมต่อคืออะไร

คำนี้หมายถึงผลลัพธ์ของการกระทำของอะตอมตั้งแต่สองอะตอมขึ้นไป ซึ่งนำไปสู่การก่อตัวของระบบโพลีอะตอมมิกที่แข็งแกร่ง พันธะเคมีประเภทหลักเกิดขึ้นเมื่อพลังงานของอะตอมที่ทำปฏิกิริยาลดลง ในกระบวนการสร้างพันธะ อะตอมจะพยายามสร้างเปลือกอิเล็กตรอนให้สมบูรณ์

ประเภทของการสื่อสาร

ในวิชาเคมี พันธะมีหลายประเภท: ไอออนิก โควาเลนต์ โลหะ พันธะเคมีโควาเลนต์มีสองประเภท: มีขั้วและไม่มีขั้ว

กลไกในการสร้างมันคืออะไร? พันธะเคมีแบบไม่มีขั้วโควาเลนต์เกิดขึ้นระหว่างอะตอมของอโลหะที่เหมือนกันซึ่งมีอิเล็กโตรเนกาติวีตี้เท่ากัน ในกรณีนี้จะเกิดคู่อิเล็กตรอนทั่วไปขึ้น

พันธะไม่มีขั้ว

ตัวอย่างของโมเลกุลที่มีพันธะเคมีโควาเลนต์ไม่มีขั้ว ได้แก่ ฮาโลเจน ไฮโดรเจน ไนโตรเจน และออกซิเจน

ความเชื่อมโยงนี้ถูกค้นพบครั้งแรกในปี 1916 โดยลูอิส นักเคมีชาวอเมริกัน ในตอนแรกเขาหยิบยกสมมติฐานขึ้นมา และจะได้รับการยืนยันหลังจากการยืนยันการทดลองเท่านั้น

พันธะเคมีโควาเลนต์เกี่ยวข้องกับอิเล็กโทรเนกาติวีตี้ สำหรับอโลหะจะมีมูลค่าสูง ในระหว่างปฏิกิริยาทางเคมีของอะตอม การถ่ายโอนอิเล็กตรอนจากอะตอมหนึ่งไปยังอีกอะตอมหนึ่งไม่สามารถทำได้เสมอไป เป็นผลให้พวกมันรวมตัวกัน พันธะเคมีโควาเลนต์แท้ปรากฏขึ้นระหว่างอะตอม หลักสูตรชั้นประถมศึกษาปีที่ 8 ของโรงเรียนปกติเกี่ยวข้องกับการสอบโดยละเอียดของการสื่อสารหลายประเภท

สารที่มีพันธะประเภทนี้ภายใต้สภาวะปกติ ได้แก่ ของเหลว ก๊าซ รวมถึงของแข็งที่มีจุดหลอมเหลวต่ำ

ประเภทของพันธะโควาเลนต์

ลองดูปัญหานี้โดยละเอียด พันธะเคมีมีกี่ประเภท? พันธบัตรโควาเลนต์มีอยู่ในเวอร์ชันแลกเปลี่ยนและเวอร์ชันของผู้บริจาค

ประเภทแรกมีลักษณะเฉพาะคือการบริจาคอิเล็กตรอนที่ไม่มีคู่หนึ่งตัวโดยแต่ละอะตอมเพื่อสร้างพันธะอิเล็กทรอนิกส์ทั่วไป

อิเล็กตรอนที่รวมกันเป็นพันธะร่วมจะต้องมีการหมุนที่ตรงกันข้าม ตัวอย่างของพันธะโควาเลนต์ประเภทนี้ ให้พิจารณาไฮโดรเจน เมื่ออะตอมเข้ามาใกล้มากขึ้น เมฆอิเล็กตรอนของพวกมันจะทะลุเข้าหากัน ซึ่งในทางวิทยาศาสตร์เรียกว่าการทับซ้อนกันของเมฆอิเล็กตรอน เป็นผลให้ความหนาแน่นของอิเล็กตรอนระหว่างนิวเคลียสเพิ่มขึ้นและพลังงานของระบบลดลง

ที่ระยะห่างขั้นต่ำ นิวเคลียสของไฮโดรเจนจะผลักกัน ส่งผลให้มีระยะห่างที่เหมาะสมที่สุด

ในกรณีของพันธะโควาเลนต์ประเภทผู้บริจาค-ผู้รับ อนุภาคหนึ่งมีอิเล็กตรอนและเรียกว่าผู้บริจาค อนุภาคที่สองมีเซลล์อิสระซึ่งจะมีอิเล็กตรอนคู่หนึ่งอยู่

โมเลกุลขั้วโลก

พันธะเคมีเชิงขั้วโควาเลนต์เกิดขึ้นได้อย่างไร? เกิดขึ้นในสถานการณ์ที่อะตอมของอโลหะที่ถูกพันธะมีอิเล็กโตรเนกาติวีตี้ต่างกัน ในกรณีเช่นนี้ อิเล็กตรอนที่ใช้ร่วมกันจะถูกวางไว้ใกล้กับอะตอมที่มีค่าอิเลคโตรเนกาติวีตี้สูงกว่า เป็นตัวอย่างของพันธะขั้วโลกโควาเลนต์ เราสามารถพิจารณาพันธะที่เกิดขึ้นในโมเลกุลไฮโดรเจนโบรไมด์ได้ ในที่นี้อิเล็กตรอนสาธารณะซึ่งมีหน้าที่สร้างพันธะโควาเลนต์นั้นอยู่ใกล้โบรมีนมากกว่าไฮโดรเจน สาเหตุของปรากฏการณ์นี้คือโบรมีนมีอิเล็กโทรเนกาติวีตี้สูงกว่าไฮโดรเจน

วิธีการหาพันธะโควาเลนต์

จะกำหนดพันธะเคมีเชิงขั้วโควาเลนต์ได้อย่างไร? ในการทำเช่นนี้ คุณจำเป็นต้องทราบองค์ประกอบของโมเลกุล หากมีอะตอมของธาตุต่างกัน ก็จะมีพันธะโควาเลนต์มีขั้วอยู่ในโมเลกุล โมเลกุลที่ไม่มีขั้วประกอบด้วยอะตอมขององค์ประกอบทางเคมีชนิดเดียว ในบรรดางานที่นำเสนอโดยเป็นส่วนหนึ่งของหลักสูตรเคมีของโรงเรียน มีงานที่เกี่ยวข้องกับการระบุประเภทของการเชื่อมต่อ งานประเภทนี้จะรวมอยู่ในงานการรับรองขั้นสุดท้ายในวิชาเคมีในเกรด 9 รวมถึงในการทดสอบการสอบแบบรวมรัฐในวิชาเคมีในเกรด 11

พันธะไอออนิก

พันธะเคมีโควาเลนต์และไอออนิกแตกต่างกันอย่างไร? หากพันธะโควาเลนต์เป็นลักษณะของอโลหะ พันธะไอออนิกจะเกิดขึ้นระหว่างอะตอมที่มีความแตกต่างกันอย่างมีนัยสำคัญทางอิเล็กโตรเนกาติวีตี้ ตัวอย่างเช่น นี่เป็นเรื่องปกติสำหรับสารประกอบขององค์ประกอบของกลุ่มที่หนึ่งและสองของกลุ่มย่อยหลักของ PS (โลหะอัลคาไลและอัลคาไลน์เอิร์ธ) และองค์ประกอบของกลุ่มที่ 6 และ 7 ของกลุ่มย่อยหลักของตารางธาตุ (ชาลโคเจนและฮาโลเจน ).

มันเกิดขึ้นจากแรงดึงดูดไฟฟ้าสถิตของไอออนที่มีประจุตรงกันข้าม

คุณสมบัติของพันธะไอออนิก

เนื่องจากสนามแรงของไอออนที่มีประจุตรงข้ามมีการกระจายเท่าๆ กันในทุกทิศทาง แต่ละไอออนจึงสามารถดึงดูดอนุภาคที่มีเครื่องหมายตรงกันข้ามได้ สิ่งนี้แสดงถึงลักษณะการไม่มีทิศทางของพันธะไอออนิก

อันตรกิริยาของไอออนสองตัวที่มีเครื่องหมายตรงกันข้ามไม่ได้หมายความถึงการชดเชยร่วมกันอย่างสมบูรณ์ของสนามพลังแต่ละสนาม สิ่งนี้จะช่วยรักษาความสามารถในการดึงดูดไอออนในทิศทางอื่น ดังนั้นจึงสังเกตความไม่อิ่มตัวของพันธะไอออนิก

ในสารประกอบไอออนิก ไอออนแต่ละตัวมีความสามารถในการดึงดูดไอออนอื่นๆ ที่มีเครื่องหมายตรงกันข้ามให้เข้ามารวมกันจนเกิดเป็นโครงผลึกที่มีลักษณะเป็นไอออนิก ไม่มีโมเลกุลในผลึกดังกล่าว ไอออนแต่ละตัวถูกล้อมรอบด้วยไอออนจำนวนเฉพาะที่มีสัญลักษณ์ต่างกัน

การเชื่อมต่อโลหะ

พันธะเคมีประเภทนี้มีลักษณะเฉพาะบางอย่าง โลหะมีจำนวนเวเลนซ์ออร์บิทัลมากเกินไปและมีการขาดอิเล็กตรอน

เมื่อแต่ละอะตอมมารวมกัน วงเวเลนซ์ออร์บิทัลจะทับซ้อนกัน ซึ่งช่วยให้อิเล็กตรอนเคลื่อนที่อย่างอิสระจากวงหนึ่งไปยังอีกวงหนึ่ง ทำให้เกิดพันธะระหว่างอะตอมของโลหะทั้งหมด อิเล็กตรอนอิสระเหล่านี้เป็นคุณสมบัติหลักของพันธะโลหะ มันไม่มีความอิ่มตัวและทิศทาง เนื่องจากเวเลนซ์อิเล็กตรอนมีการกระจายเท่าๆ กันทั่วทั้งคริสตัล การมีอยู่ของอิเล็กตรอนอิสระในโลหะอธิบายคุณสมบัติทางกายภาพบางประการของพวกมันได้: ความแวววาวของโลหะ ความเหนียว ความอ่อนตัว การนำความร้อน ความทึบ

ประเภทของพันธะโควาเลนต์

มันถูกสร้างขึ้นระหว่างอะตอมไฮโดรเจนกับองค์ประกอบที่มีอิเล็กโทรเนกาติวีตี้สูง มีพันธะไฮโดรเจนภายในและระหว่างโมเลกุล พันธะโควาเลนต์ประเภทนี้มีจุดอ่อนที่สุดเนื่องจากการกระทำของแรงไฟฟ้าสถิต อะตอมไฮโดรเจนมีรัศมีเล็ก และเมื่ออิเล็กตรอนตัวหนึ่งถูกแทนที่หรือถูกปล่อยออกไป ไฮโดรเจนจะกลายเป็นไอออนบวก โดยกระทำต่ออะตอมที่มีค่าอิเล็กโตรเนกาติวีตี้สูง

คุณสมบัติเฉพาะของพันธะโควาเลนต์ ได้แก่ ความอิ่มตัว ทิศทาง ความสามารถในการโพลาไรซ์ ขั้ว ตัวบ่งชี้แต่ละตัวเหล่านี้มีความหมายเฉพาะสำหรับสารประกอบที่กำลังก่อตัว ตัวอย่างเช่น ทิศทางถูกกำหนดโดยรูปทรงเรขาคณิตของโมเลกุล