Mengapa atom boleh bergabung antara satu sama lain untuk membentuk molekul? Apakah sebab kemungkinan kewujudan bahan, yang termasuk atom unsur kimia yang berbeza sama sekali? Ini adalah isu global yang mempengaruhi konsep asas sains fizikal dan kimia moden. Anda boleh menjawabnya, mempunyai idea tentang struktur elektronik atom dan mengetahui ciri-ciri ikatan kovalen, yang merupakan asas asas untuk kebanyakan kelas sebatian. Tujuan artikel kami adalah untuk membiasakan diri dengan mekanisme pembentukan pelbagai jenis ikatan kimia dan ciri-ciri sifat sebatian yang mengandunginya dalam molekulnya.
Struktur elektronik atom
Zarah elektroneutral jirim, yang merupakan unsur strukturnya, mempunyai struktur yang mencerminkan struktur sistem suria. Apabila planet beredar mengelilingi bintang pusat - Matahari, maka elektron dalam atom bergerak mengelilingi nukleus bercas positif. Untuk mencirikanDalam ikatan kovalen, elektron yang terletak pada tahap tenaga terakhir dan paling jauh dari nukleus akan menjadi ketara. Oleh kerana hubungan mereka dengan pusat atom mereka sendiri adalah minimum, mereka dapat dengan mudah tertarik oleh nukleus atom lain. Ini sangat penting untuk berlakunya interaksi interatomik yang membawa kepada pembentukan molekul. Mengapakah bentuk molekul merupakan jenis utama kewujudan jirim di planet kita? Mari ketahui.
Sifat asas atom
Keupayaan zarah neutral elektrik untuk berinteraksi, yang membawa kepada penambahan tenaga, adalah ciri terpentingnya. Sesungguhnya, dalam keadaan biasa, keadaan molekul jirim adalah lebih stabil daripada keadaan atom. Peruntukan utama teori atom dan molekul moden menerangkan kedua-dua prinsip pembentukan molekul dan ciri-ciri ikatan kovalen. Ingat bahawa tahap tenaga luar atom boleh mengandungi dari 1 hingga 8 elektron, dalam kes terakhir lapisan akan lengkap, yang bermaksud ia akan menjadi sangat stabil. Atom gas mulia mempunyai struktur tahap luaran seperti: argon, krypton, xenon - unsur lengai yang melengkapkan setiap tempoh dalam sistem D. I. Mendeleev. Pengecualian di sini ialah helium, yang tidak mempunyai 8, tetapi hanya 2 elektron pada tahap terakhir. Sebabnya mudah: dalam tempoh pertama hanya terdapat dua unsur yang atomnya mempunyai satu lapisan elektron. Semua unsur kimia lain mempunyai dari 1 hingga 7 elektron pada lapisan terakhir yang tidak lengkap. Dalam proses berinteraksi antara satu sama lain, atom akanberusaha untuk diisi dengan elektron sehingga oktet dan memulihkan konfigurasi atom unsur lengai. Keadaan sedemikian boleh dicapai dalam dua cara: dengan kehilangan milik sendiri atau dengan penerimaan zarah bercas negatif asing. Bentuk interaksi ini menerangkan cara untuk menentukan sama ada ikatan ionik atau kovalen akan terbentuk antara atom yang bertindak balas.
Mekanisme untuk pembentukan konfigurasi elektronik yang stabil
Mari bayangkan dua bahan mudah masuk ke dalam tindak balas sebatian: natrium logam dan klorin gas. Bahan kelas garam terbentuk - natrium klorida. Ia mempunyai jenis ikatan kimia ionik. Mengapa dan bagaimana ia berlaku? Mari kita beralih semula kepada struktur atom bahan awal. Natrium hanya mempunyai satu elektron pada lapisan terakhir, terikat lemah pada nukleus kerana jejari atom yang besar. Tenaga pengionan semua logam alkali, termasuk natrium, adalah rendah. Oleh itu, elektron paras luar meninggalkan paras tenaga, tertarik oleh nukleus atom klorin dan kekal dalam ruangnya. Ini mewujudkan preseden untuk peralihan atom Cl ke dalam bentuk ion bercas negatif. Sekarang kita tidak lagi berurusan dengan zarah neutral elektrik, tetapi dengan kation natrium bercas dan anion klorin. Selaras dengan undang-undang fizik, daya tarikan elektrostatik timbul di antara mereka, dan sebatian membentuk kekisi kristal ionik. Mekanisme pembentukan jenis ion ikatan kimia yang dipertimbangkan oleh kami akan membantu untuk menjelaskan spesifik dan ciri utama ikatan kovalen dengan lebih jelas.
Pasangan elektron dikongsi
Jika ikatan ionik berlaku antara atom unsur yang sangat berbeza dalam keelektronegatifan, iaitu logam dan bukan logam, maka jenis kovalen muncul apabila atom unsur bukan logam yang sama atau berbeza berinteraksi. Dalam kes pertama, adalah kebiasaan untuk bercakap tentang non-polar, dan yang lain, tentang bentuk polar ikatan kovalen. Mekanisme pembentukannya adalah biasa: setiap atom memberikan sebahagian elektron untuk kegunaan biasa, yang digabungkan secara berpasangan. Tetapi susunan ruang pasangan elektron berbanding nukleus atom akan berbeza. Atas dasar ini, jenis ikatan kovalen dibezakan - bukan kutub dan kutub. Selalunya, dalam sebatian kimia yang terdiri daripada atom unsur bukan logam, terdapat pasangan yang terdiri daripada elektron dengan putaran bertentangan, iaitu berputar mengelilingi nukleus mereka dalam arah yang bertentangan. Oleh kerana pergerakan zarah bercas negatif di angkasa membawa kepada pembentukan awan elektron, yang akhirnya berakhir dengan pertindihan bersama mereka. Apakah akibat daripada proses ini untuk atom dan apakah akibatnya?
Sifat fizikal ikatan kovalen
Ternyata di antara pusat dua atom yang berinteraksi terdapat awan dua elektron dengan ketumpatan tinggi. Daya tarikan elektrostatik antara awan bercas negatif itu sendiri dan nukleus atom meningkat. Sebahagian tenaga dibebaskan dan jarak antara pusat atom berkurangan. Contohnya, pada permulaan pembentukan molekul H2 jarak antara nukleus atom hidrogenialah 1.06 A, selepas pertindihan awan dan pembentukan pasangan elektron sepunya - 0.74 A. Contoh ikatan kovalen yang terbentuk mengikut mekanisme di atas boleh didapati di antara bahan tak organik ringkas dan kompleks. Ciri membezakan utamanya ialah kehadiran pasangan elektron biasa. Akibatnya, selepas kemunculan ikatan kovalen antara atom, contohnya, hidrogen, setiap daripadanya memperoleh konfigurasi elektronik helium lengai, dan molekul yang terhasil mempunyai struktur yang stabil.
Bentuk ruang bagi molekul
Satu lagi sifat fizikal yang sangat penting bagi ikatan kovalen ialah arah. Ia bergantung kepada konfigurasi spatial molekul bahan. Contohnya, apabila dua elektron bertindih dengan awan sfera, rupa molekul adalah linear (hidrogen klorida atau hidrogen bromida). Bentuk molekul air, di mana awan s dan p berhibrid, adalah bersudut, dan zarah nitrogen gas yang sangat kuat kelihatan seperti piramid.
Struktur bahan ringkas - bukan logam
Setelah mengetahui jenis ikatan yang dipanggil kovalen, apakah tanda-tandanya, kini tiba masanya untuk menangani jenisnya. Jika atom bukan logam yang sama - klorin, nitrogen, oksigen, bromin, dll., berinteraksi antara satu sama lain, maka bahan mudah yang sepadan terbentuk. Pasangan elektron sepunya mereka terletak pada jarak yang sama dari pusat atom, tanpa pergeseran. Untuk sebatian dengan jenis ikatan kovalen bukan kutub, ciri berikut adalah wujud: takat didih rendah danlebur, tidak larut dalam air, sifat dielektrik. Seterusnya, kita akan mengetahui bahan mana yang dicirikan oleh ikatan kovalen, di mana pergeseran pasangan elektron sepunya berlaku.
Keelektronegatifan dan kesannya terhadap jenis ikatan kimia
Sifat unsur tertentu untuk menarik elektron daripada atom unsur lain dalam kimia dipanggil elektronegativiti. Skala nilai untuk parameter ini, yang dicadangkan oleh L. Pauling, boleh didapati dalam semua buku teks mengenai kimia bukan organik dan am. Nilai tertingginya - 4.1 eV - mempunyai fluorin, yang lebih kecil - bukan logam aktif lain, dan penunjuk terendah adalah tipikal untuk logam alkali. Jika unsur-unsur yang berbeza dalam keelektronegatifannya bertindak balas antara satu sama lain, maka tidak dapat tidak satu, lebih aktif, akan menarik zarah bercas negatif atom unsur yang lebih pasif ke nukleusnya. Oleh itu, sifat fizikal ikatan kovalen secara langsung bergantung kepada keupayaan unsur untuk menderma elektron untuk kegunaan biasa. Pasangan sepunya yang terhasil tidak lagi terletak secara simetri sehubungan dengan nukleus, tetapi dialihkan ke arah unsur yang lebih aktif.
Ciri sebatian dengan ikatan polar
Bahan dalam molekul yang pasangan elektronnya tidak simetris berkenaan dengan nukleus atom termasuk hidrogen halida, asid, sebatian kalkogen dengan hidrogen dan oksida asid. Ini adalah asid sulfat dan nitrat, oksida sulfur dan fosforus, hidrogen sulfida, dsb. Contohnya, molekul hidrogen klorida mengandungi satu pasangan elektron sepunya,dibentuk oleh elektron hidrogen dan klorin yang tidak berpasangan. Ia dianjak lebih dekat ke pusat atom Cl, yang merupakan unsur yang lebih elektronegatif. Semua bahan dengan ikatan kutub dalam larutan akueus terurai menjadi ion dan mengalirkan arus elektrik. Sebatian yang mempunyai ikatan kovalen polar, contoh yang telah kami berikan, juga mempunyai takat lebur dan didih yang lebih tinggi berbanding dengan bahan bukan logam ringkas.
Kaedah untuk memecahkan ikatan kimia
Dalam kimia organik, tindak balas penggantian hidrokarbon tepu dengan halogen mengikut mekanisme radikal. Campuran metana dan klorin dalam cahaya dan pada suhu biasa bertindak balas sedemikian rupa sehingga molekul klorin mula berpecah kepada zarah yang membawa elektron tidak berpasangan. Dalam erti kata lain, pemusnahan pasangan elektron sepunya dan pembentukan radikal yang sangat aktif -Cl diperhatikan. Mereka mampu mempengaruhi molekul metana sedemikian rupa sehingga mereka memecahkan ikatan kovalen antara atom karbon dan hidrogen. Zarah aktif –H terbentuk, dan valensi bebas atom karbon mengambil radikal klorin, dan klorometana menjadi produk pertama tindak balas. Mekanisme pemisahan molekul sedemikian dipanggil homolitik. Jika pasangan elektron sepunya sepenuhnya masuk ke dalam milikan salah satu atom, maka mereka bercakap tentang ciri mekanisme heterolitik bagi tindak balas yang berlaku dalam larutan akueus. Dalam kes ini, molekul air kutub akan meningkatkan kadar pemusnahan ikatan kimia sebatian terlarut.
Double dan triplepautan
Sebilangan besar bahan organik dan beberapa sebatian tak organik mengandungi dalam molekulnya bukan satu, tetapi beberapa pasangan elektron biasa. Kepelbagaian ikatan kovalen mengurangkan jarak antara atom dan meningkatkan kestabilan sebatian. Mereka biasanya dirujuk sebagai tahan kimia. Sebagai contoh, dalam molekul nitrogen terdapat tiga pasang elektron, ia ditunjukkan dalam formula struktur dengan tiga sengkang dan menentukan kekuatannya. Bahan ringkas nitrogen adalah lengai secara kimia dan boleh bertindak balas dengan sebatian lain, seperti hidrogen, oksigen atau logam, hanya apabila dipanaskan atau pada tekanan tinggi, serta dengan kehadiran pemangkin.
Ikatan berganda dan rangkap tiga wujud dalam kelas sebatian organik seperti hidrokarbon diena tak tepu, serta bahan siri etilena atau asetilena. Ikatan berbilang menentukan sifat kimia utama: tindak balas penambahan dan pempolimeran yang berlaku pada titik pecahnya.
Dalam artikel kami, kami memberikan penerangan umum tentang ikatan kovalen dan mengkaji jenis utamanya.
