Виды химических связей. Ковалентная и ионная связь
Как известно, атомы не могут существовать изолированно друг от друга. Они входят в состав либо простых, либо сложных веществ.
Только благородные или инэртные газы представляют собой одноатомные молекулы. В состав остальных веществ могут входить два атома, сотни и даже тысячи атомов. Сила, которые связывает эти молекулы, радикалы или кристаллы называется химическая связь.
Таким образом, химическая связь – это взаимодействие, которое связывает отдельные атомы в более сложные системы (молекулы, радикалы, кристаллы и др.).
Существовать атомам изолированно друг от друга энергетически
невыгодно, поэтому при их взаимодействии друг с другом достигается более устойчивое
состояние, то есть состояние с минимально возможным запасом энергии. Это состояние
является основной причиной образования химической связи.
А основным условием образования химической связи является понижение полной энергии системы по сравнению с суммарной энергией изолированных атомов.
Например, при взаимодействии атомов А и Б образуется вещество АБ, энергия этого вещества будет меньше, чем суммарная энергия отдельных атомов А и Б.
Именно поэтому, образование химической связи всегда сопровождается выделением энергии.
Природа сил химической связи – электростатическая, так как обусловлена различными видами взаимодействия положительно заряженных ядер и отрицательно заряженных электронов.
В образовании химической связи принимают участие валентные электроны, то есть те электроны, которые находятся на внешнем энергетическом уровне и наименее прочно связаны с ядром. При образовании химической связи каждый атом хочет завершить свой внешний энергетический уровень.
Внешний энергетический уровень считается завершённым, если на нём 8 электронов, исключение составляет первый период, где для завершения внешнего уровня необходимо 2 электрона.
Достичь этого состояния можно, если атомы при образовании химической связи объединят свои электроны с образованием общей электронной пары.
В зависимости от способа обобществления электронов различают ковалентную, ионную и металлическую связь.
Ковалентная связь возникает между двумя атомами неметаллов с одинаковыми или разными значениями электроотрицательности.
Рассмотрим образование химической связи на примере молекулы водорода.
У каждого атома водорода на внешнем энергетическом уровне один электрон, до завершения внешнего уровня ему не хватает одного электрона. При сближении двух атомов водорода происходит частичное перекрывание электронных облаков неспаренных электронов с антипараллельными спинами.
Образование этой химической связи можно показать с помощью электронных формул, где валентные электроны показаны в виде точек, или с помощью графических (структурных) формул, где пару электронов обозначают с помощью черточки.
Электронные формулы
Каждая такая чёрточка показывает ковалентную связь. Образование химической связи также можно показать с помощью электронно-графических схем, в которых указываются орбитали внешнего энергетического уровня.
Графические (структурные) формулы
Так, при образовании молекулы водорода, химическая связь возникает в результате перекрывания двух эс-орбиталей.
Электронно-графические схемы
То есть, ковалентная связь – это химическая связь, которая возникает в результате обобществления электронов с образованием общих электронных пар .
В молекуле водорода атомы связаны одной химической связью. Такую связь называют одинарной.
Причем, эта ковалентная связь образовалась путём перекрывания атомных орбиталей вдоль линии связи, поэтому такая связь называется сигма-связью (
Рассмотрим пример образования химических связей в молекуле азота.
У атома азота на внешнем энергетическом уровне находится пять электронов, до завершения внешнего слоя ему не хватает трёх электронов. Поэтому в образовании химической связи принимают участие три неспаренных электрона от каждого атома. Схему образования молекулы азота также можно изобразить в виде электронной и графической формулы.
Электронная формула
Графическая (структурная) формула
Та пара электронов, которая образует ковалентную связь, называется связывающей, а та пара электронов, которая не участвует в образовании связи
В молекуле азота между двумя атомами возникает тройная связь.
Причём, одна связь образовалась путём перекрывания пэ-электронных облаков вдоль линии связи, поэтому эта сигма-связь. Две другие связи образовались путём перекрывания вертикально направленных облаков пэ-электронов.
Это перекрывание идёт уже не вдоль линии, соединяющей центры атомов, а по обе стороны от неё. Таким образом, возникает две области перекрывания. Такая связь называется пи-связью.
Сигма-связь – это ковалентная связь, которая возникает при перекрывании электронных облаков по обе стороны от линии, соединяющей ядра атомов.
В образовании пи-связей принимают участие только пэ- и дэ-облака.
Различают два вида ковалентной связи
: полярную и неполярную. Мы рассматривали примеры образования молекулы водорода и азота, эта ковалентная связь образована атомами одного и того же химического элемента, электронная пара симметрично располагалась между двумя атомами с одинаковой электроотрицательностью. Такая ковалентная связь называется неполярной.Ковалентная полярная связь возникает между атомами разных химических элементов, то есть с различной электроотрицательностью и общая электронная пара смещается к атому с большей электроотрицательностью.
Например, в образовании молекулы хлороводорода принимают участия атомы водорода и хлора, которые различаются по электротрицательности, причём общая электронная пара будет смещена к атому хлора, потому что он более электроотрицательный, чем водород.
При образовании молекулы происходит перекрывание эс-электронного облака атома водорода и пэ-электронного облака атома хлора. В результате смещения общей электронной пары к атому хлора на атоме хлора возникает
Значение заряда можно использовать как оценку полярности связи: чем больше частичные заряды на атомах, тем больше полярность связи. Если взять молекулу фтороводорода и хлороводорода, то связь в молекуле фтороводорода будет более полярной, чем в молекуле хлороводорода, так как частичные заряды на атомах водорода и фтора плюс ноль целых сорок три сотых и минус ноль целых сорок три сотых, а на атомах водорода и хлора – плюс ноль целых восемнадцать сотых и минус ноль целых восемнадцать сотых.
Полярные молекулы можно представить в виде диполя, в котором один полюс положительный, а второй – отрицательный. Например, связь в молекуле хлороводорода является ковалентной полярной, сама молекула тоже полярная.
В молекуле метана дело обстоит по-другому. Связи углерод-водородные являются полярными, а вот сама молекула является неполярной. Это объясняется тем, что молекула метана имеет вид тэтраэдра и полярность всех связей взаимно компенсируется.
Поэтому полярность молекулы зависит от полярности связей и от геометрии молекулы. Так, молекула воды имеет угловое строение, поэтому её молекула полярная и представляет собой диполь, а молекула угарного газа имеет линейное строение, потому сама молекула неполярна.
Существует два основных механизма образования ковалентной связи – это обменный и донорно-акцэпторный.
Например, в образовании молекулы аммиака принимают участие три неспаренных электрона атома азота и один электрон от каждого атома водорода. У атома азота остаётся ещё одна неподелённая пара электронов. Каждая связь между азотом и водородом является полярной, поэтому вся молекула аммиака представляет собой диполь, она имеет форму пирамиды, на вершине которой расположен атом азота.
Поэтому механизм образования ковалентной связи за счёт обобществления неспаренных электронов двух взаимодействующих атомов называется обменным.
Кроме того, образование ковалентной связи возможно и при взаимодействии атомов, один из которых имеет пару неподелённых электронов, а другой – свободную орбиталь. Например, при образовании молекулы АБ. При этом атом А предоставляет атому Б пару электронов, и эта пара электронов становится связывающей и возникает ковалентная связь.
Атом, который предоставляет электронную пару, называется донором, а атом, у которого есть свободная орбиталь – акцэптором. Поэтому данный механизм образования ковалентной связи называется донорно-акцэпторным.
Донорно-акцэпторный механизм образования ковалентной связи
– это такой механизм, при котором ковалентная связь возникает за счёт неподелённой пары электронов одного атома и свободной орбитали другого атома.Разберём данный механизм на примере образования иона аммония. Он образуется в результате взаимодействия аммиака с раствором кислоты.
В образовании химической связи в ионе аммония принимают участие неподелённая пара электронов азота и свободная орбиталь иона водорода.
Донорно-акцэпторный механизм позволяет объяснить существование иона гидроксония, эта частица образуется в результате гидратации иона водорода. При образовании иона гидроксония донором электронной пары является кислород, а акцэптором – ион водорода, который предоставляет свободную орбиталь.
Ковалентная связь имеет свои характеристики. Одной из важных характеристик ковалентной связи является её прочность. Мерой этой прочности является энергия, которую необходимо затратить, чтобы разорвать химическую связь
Например, в молекуле водорода энергия связи равна 435 килоджоулей на моль, у молекулы фтора 159 килоджоулей на моль, а у молекулы азота 943 килоджоуля на моль. Соответственно, чем меньше энергия связи, тем менее прочной является ковалентная связь и тем больше реакционная способность вещества.
Ещё одной важной характеристикой ковалентной связи является длина связи, то есть это расстояние между ядрами атомов.
С увеличение радиусов атомов длина связи между ними увеличивается, а прочность связи – уменьшается. Например, связь между атомами водорода более прочная, чем связь между атомами фтора, так длина её связи ноль целых семьдесят четыре тысячных нанометра, а связи между атомами фтора ноль целых сто сорок два тысячных нанометра.
Например, в органических соединениях длина одинарной связи ноль целых сто пятьдесят четыре нанометра, энергия связи 348 килоджоулей на моль, длина двойной связи ноль целых сто тридцать три нанометра, энергия связи 635 килоджоулей на моль, а длина тройной связи ноль целых сто двадцать нанометров, энергия этой связи 830 килоджоулей на моль. Таким образом, энергия двойной или тройной связи меньше удвоенной или утроенной энергии одинарной связи, поэтому одинарная связь, которая является сигма-связью, более прочная, чем пи-связь.
Ковалентная связь характеризуется насыщаемостью. То есть число ковалентных связей, которое может образовывать атом, ограниченно. Число связей, которое может образовывать тот или иной атом определяется числом орбиталей, которые принимают участие в образовании химической связи.
Например, элементы второго периода, у которых на внешнем уровне только 4 орбитали (одна эс- и три пэ-орбитали) могут образовывать не более 4-х ковалентных связей. В образовании химических связей у других атомов принимают участие и дэ-орбитали внешнего и предвнешнего энергетического уровня.
Ковалентная связь характеризуется направленностью, так как в образовании этой связи принимают участие электронные облака различной формы, и они расположены так в пространстве, чтобы их перекрывание было максимально.
Если происходит перекрывание эс-облаков, то ковалентная связь может располагаться в любом направлении относительно центра атома. Если же ковалентная связь образована за счёт перекрывания пэ-облаков, то область перекрывания располагается вдоль линии связи, и определена пространственной ориентацией пэ-облака.
Рассмотрим ионную связь. Она возникает между атомами с различной электроотрицательностью.
Причём, в отличие от ковалентной полярной связи, разница в электроотрицательности атомов должна быть большой, поэтому общая электронная пара практически полностью смещена к атому с большей электроотрицательностью. В результате этого образуются положительно и отрицательно заряженные ионы. Эти ионы удерживаются силами электростатического притяжения.
Таким образом, ионная связь – это химическая связь, которая осуществляется за счёт электростатического взаимодействия противоположно заряженных ионов.
Как правило, ионная связь образуется между атомами типичных металлов и типичных неметаллов. Например, хлорид натрия. Ион натрия образуется при отрыве от атома одного электрона, а ион хлора образуется при присоединении к атому хлора одного электрона. Между этими образовавшимися ионами возникает электростатическое притяжение, в результате чего образуется ионное соединение.
При образовании химической связи электроны от атома натрия перешли к атому хлора и образовались противоположно заряженные ионы, которые имеют завершенный внешний энергетический уровень.
Установлено, что электроны от атома металла не отрываются полностью, а лишь смещаются в сторону атома хлора, как в ковалентной связи. И это смещение тем больше, чем больше разность в электроотрицательности. Типичный пример ионной связи – это фторид цэзия, где разница в электроотрицательности очень большая, но даже здесь электрон атома цезия не полностью переходит к атому фтора.
Поэтому мы можем говорить об ионной химической связи с определённой долей ковалентной.
Большинство бинарных соединений, которые содержат атомы металлов, являются ионными. Например, оксиды, галогениды, сульфиды, нитриды.
Ионная связь возникает также между простыми катионами и простыми анионами, а также между простыми катионами и сложными анионами. Поэтому к ионным соединениям относят соли и основания.
| 1. |
Элементы, которые не образуют химических связей
Сложность: лёгкое |
1 |
| 2. |
Вещества с ионной связью
Сложность: лёгкое |
1 |
| 3. |
Вещества с ковалентной связью
Сложность: лёгкое |
1 |
| 4. |
Вещества с металлической связью
Сложность: лёгкое |
1 |
| 5. |
Завершение внешнего электронного уровня
Сложность: среднее |
2 |
| 6. |
Основные понятия
Сложность: среднее |
2 |
| 7. |
Выбери верные утверждения
Сложность: среднее |
3 |
| 8. |
Выбери вещества с определённым типом связи
Сложность: сложное |
4 |
| 9. |
Заполнение внешнего электронного слоя
Сложность: сложное |
5 |
Виды химической связи: ковалентная (полярная и неполярная), ионная
Билет № 6
1. Виды химической связи: ковалентная (полярная и неполярная), ионная; их сходство и различие. Типы кристаллических решеток. Примеры веществ с различными типами решеток
Ковалентной связью называется химическая связь между двумя атомами за счет образования общей электронной пары. Ковалентная связь может быть неполярной — между двумя атомами с одинаковой электроотрицательностью, т. е. в простых веществах, и полярной — между атомами, электроотрицательность которых различается, т. е. в сложных веществах.
Рассмотреть образование ковалентной неполярной связи удобно на примере молекулы водорода, образующейся при соединении двух атомов водорода, каждый из которых имеет по одному неспаренному электрону:
H• + •H → H : H
При этом внешняя электронная оболочка получает недостающий электрон, становится завершенной.
Такое состояние характеризуется меньшей энергией, более устойчиво. Вот почему для разрыва ковалентной связи требуется затратить энергию (такое же количество энергии выделяется при ее образовании).
В структурных формулах ковалентная связь изображается черточкой, тогда молекула водорода будет выглядеть так: H–H
Еще раз обращаем Ваше внимание, что ковалентной называется двухэлектронная двухцентровая связь, когда два электрона находятся на общей орбитали двух атомов. Поэтому к ней, строго говоря, не относятся случаи, когда электроны находятся на орбиталях трех или более атомов или когда общая связь образована более чем двумя электронами (в 10–11 классах будет изучаться бензол, в молекуле которого 6 электронов образуют одну общую связь).
Ковалентная полярная связь образуется в молекуле хлороводорода:
.. ..
H· + ·Cl: → H :Cl:
·· ··
Хлор как более электроотрицательный элемент смещает к себе общую электронную пару, в результате на нем образуется частичный отрицательный заряд, а на водороде — частичный положительный:
Hδ+—Clδ−
Ковалентная связь может возникать не только при объединении двух орбиталей, содержащих по одному неспаренному электрону. Один атом может предоставить электронную пару, а второй — свободную орбиталь. Такая ковалентная связь называется донорно-акцепторной.
Например, в ионе аммония протон присоединяется к молекуле аммиака за счет образования донорно-акцепторной связи. Азот выступает донором, а протон (водород) — акцептором электронной пары:
H+ + :NH3 → NH4+
Хотя по способу образования донорно-акцепторная связь отличается от остальных, но по свойствам, в том числе по длине связи, все четыре связи одинаковы.
Чтобы подчеркнуть способ образования, донорно-акцепторную связь могут обозначать в структурных формулах стрелкой:
H
|
[H — N → H ]+
|
H
Стрелку используют и чтобы изобразить смещение общей электронной пары в полярной связи (H→Cl), поэтому эти два случая не следует
путать.
Ионную связь можно рассматривать как крайний случай ковалентной полярной связи, когда электроны практически полностью переходят от одних атомов к другим с образованием ионов.
Таким образом, ионная связь образуется за счет сил электростатического притяжения между ионами (притягиваются противоположные заряды).
Примером ионной связи будет хлорид натрия:
..
Na+ [:Cl:]−
··
Ионная связь характерна для соединений элементов, электроотрицательности которых различаются очень сильно, например щелочных металлов с галогенами.
Сходство с ковалентной связью заключается в том, что сложно провести резкую грань между ковалентной полярной и ионной связью, мнения разных авторов на этот счет могут различаться.
Различие ионной и ковалентной связи в том, что ионная сильнее поляризована, вплоть до полного перехода электронной пары к более электроотрицательному элементу.
Типы кристаллических решеток
- Ионная — в узлах кристаллической решетки расположены положительные и отрицательные ионы. Характерна для веществ с ионной связью: соединений галогенов с щелочными металлами (NaCl), щелочей (NaOH) и солей кислородсодержащих кислот (Na2SO4).
- Атомная — в узлах кристаллической решетки атомы, связанные ковалентными связями: алмаз, кремний.
Вещества с ионными и атомными кристаллическими решетками обладают высокими твердостью и температурой плавления.
- Молекулярная кристаллическая решетка образована молекулами, связанными слабыми межмолекулярными взаимодействиями, поэтому такие вещества непрочные, легкоплавкие (лёд, сера), зачастую возгоняются, т. е. при нагревании испаряются, минуя жидкую фазу, как сухой лёд CO2, йод I2
- Металлическая кристаллическая решетка характерна для металлов, например, Fe
2. Опыт. Получение и собирание аммиака
Для получения и собирания аммиака в лаборатории насыпаем в пробирку хлорид или сульфат аммония, смешанный с известью Ca(OH)2, затыкаем пробкой с газоотводной трубкой. Трубку вставляем в колбу, перевернутую вверх дном, — аммиак легче воздуха. Отверстие колбы закрываем куском ваты.
Осторожно нагреваем пробирку на спиртовке. Уравнение реакции:
2NH4Cl + Ca(OH)2 = CaCl2 + 2H2O + 2NH3↑
Аммиак обнаруживаем по характерному резкому запаху (нюхать осторожно!) или поднеся к трубке бумажку, смоченную раствором фенолфталеина (ф-ф). Бумажка розовеет вследствие образования гидроксид-ионов:
NH3 + HOH NH4+ + OH−
автор: Владимир Соколов
Готовый кроссворд по химии — на тему «Химические связи»
По горизонтали4. Химическая связь между атомами водорода одной молекулы и атомами наиболее электроотрицательных элементов (фтор, кислород, азот)другой молекулы(или ее части), называют
7. Связь, между атомом водорода и другим более электроотрицательным элементом
8. Кристаллическая решётка, характерная для очень прочных (тугоплавких) веществ
10. Атом, принимающий пару электронов при образовании химической связи
12. Механизм образования ковалентной химической связи за счет объединения неспаренных электронов
14. Металл атомдары арасындаы валенттiк электрондарды аз санымен сипатталатын байланыс
19. Способность атомов химического элемента смещать к себе общие пары электронов, образующие химическую связь
22. Кристаллическая решётка, храктерная для веществ проводящих электрический ток и обладающих высокой теплопроводностью
23. Автор теории ионной связи
По вертикали
1. Ковалентная связь, образующаяся между атомами с одинаковой электроотрицательностью
2. Химическая связь за счет электростатического притяжения между катионами и анионами, в которые превращаются атомы в результате отдачи и присоединения электронов, называется?
3. Связь, между атомом водорода и другим более электроотрицательным элементом
5. Утрата природной (нативной) конфигурации молекулами белков, нуклеиновых кислот и других биополимеров в результате нагревания, это
6. Электрон жбы тзiле жретiн байланыс
9. Способность атома к образованию химической связи
11. Связь между атомами разных неметаллов, разновидность ковалентной
13. Важнейшее свойство металлов-выражается в их способности деформироваться под действием механической нагрузки, называется?
15. Связь между атомами в металлическом кристалле или сплавах, образованная за счёт обобществления их валентных электронов
16. Связь, возникающая за счет образования общих пар электронов.
17. Химиялы элементтi электрон жптарын зiне арай ыыстыру абiлетi
18. Тип кристаллической регетки для газов, легколетучих жидкостей, легкоплавких твердых веществ
19. Способность атомов химических элементов смещать к себе общие электронные пары, называется?
20. Гипотетический процесс смешения разных (s, p, d, f) орбиталей центрального атома многоатомной молекулы с возникновением одинаковых орбиталей, эквивалентных по своим характеристикам
21. Атомны химиялы байланыс тзуге абiлеттiлiгi
22. Химическая связь в кристаллах металлов и сплавов, которая обусловлена наличием валентных электронов, обладающих большой свободой движения в кристаллической решетке, образуемой положительными ионами металлов, называется?
типов химических облигаций | Химия [Магистр]
Введение в склеивание
Химическая связь описывает множество взаимодействий, которые удерживают атомы вместе в химических соединениях.
Цели обучения
Перечислите типы химических связей и их общие свойства
Основные выводы
Ключевые моменты
- Химические связи — это силы, которые удерживают атомы вместе, чтобы образовать соединения или молекулы.
- Химические связи включают ковалентные, полярные ковалентные и ионные связи.
- Атомы с относительно схожей электроотрицательностью обмениваются электронами между собой и связаны ковалентными связями.
- Атомы с большой разницей в электроотрицательности переносят электроны с образованием ионов. Затем ионы притягиваются друг к другу. Это притяжение известно как ионная связь.
Ключевые термины
- связь : связь или сила между соседними атомами в молекуле или соединении.
- ионная связь : притяжение между двумя ионами, используемое для создания ионного соединения. Это притяжение обычно возникает между металлом и неметаллом.
- ковалентная связь : взаимодействие между двумя атомами, которое включает в себя совместное использование одного или нескольких электронов, чтобы помочь каждому атому удовлетворить правило октетов. Это взаимодействие обычно возникает между двумя неметаллами.
- внутримолекулярный : относится к взаимодействиям внутри молекулы.
- межмолекулярные силы : Относится к взаимодействиям между двумя или более молекулами.
Химические связи
Химические связи — это связи между атомами в молекуле. Эти связи включают в себя как сильные внутримолекулярные взаимодействия , так и ионные связи, такие как ковалентные и ионные связи. Они связаны с более слабыми межмолекулярными силами , такими как диполь-дипольные взаимодействия, лондонские дисперсионные силы и водородные связи. Более слабые силы будут обсуждены в более поздней концепции.
Химические связи : На этих рисунках показаны примеры химической связи с использованием точечной нотации Льюиса.Водород и углерод не связаны, в то время как в воде существует одинарная связь между водородом и кислородом. Связи, особенно ковалентные связи, часто представляют в виде линий между связанными атомами. Ацетилен имеет тройную связь, особый тип ковалентной связи, который будет обсуждаться позже.
Ковалентные облигации
Химические связи — это силы притяжения, связывающие атомы вместе. Связи образуются при взаимодействии валентных электронов, электронов внешней электронной «оболочки» атома.Характер взаимодействия между атомами зависит от их относительной электроотрицательности. Атомы с равной или подобной электроотрицательностью образуют ковалентные связи, в которых валентная электронная плотность распределяется между двумя атомами. Электронная плотность находится между атомами и притягивается к обоим ядрам. Этот тип связи чаще всего образуется между двумя неметаллами.
Когда разница в электроотрицательности больше, чем между ковалентно связанными атомами, пара атомов обычно образует полярную ковалентную связь.Электроны по-прежнему распределяются между атомами, но электроны не одинаково притягиваются к обоим элементам. В результате большую часть времени электроны обычно находятся около одного конкретного атома. Опять же, между неметаллами обычно возникают полярные ковалентные связи.
Ионные связи
Наконец, для атомов с наибольшей разницей в электроотрицательности (таких как металлы, связывающиеся с неметаллами), связывающее взаимодействие называется ионным, а валентные электроны обычно представляются как передающиеся от атома металла к неметаллу.После того, как электроны были перенесены на неметалл, и металл, и неметалл считаются ионами. Два противоположно заряженных иона притягиваются друг к другу, образуя ионное соединение.
Связи, стабильность и соединения
Ковалентные взаимодействия являются направленными и зависят от перекрытия орбиталей, в то время как ионные взаимодействия не имеют особой направленности. Каждое из этих взаимодействий позволяет задействованным атомам получить восемь электронов в своей валентной оболочке, удовлетворяя правило октетов и делая атомы более стабильными.
Эти атомные свойства помогают описывать макроскопические свойства соединений. Например, ковалентные соединения меньшего размера, которые удерживаются вместе более слабыми связями, часто бывают мягкими и податливыми. С другой стороны, дальнодействующие ковалентные взаимодействия могут быть довольно сильными, что делает их соединения очень прочными. Ионные соединения, хотя и состоят из сильных связывающих взаимодействий, имеют тенденцию образовывать хрупкие кристаллические решетки.
Ионные связи
Ионные связи — это подмножество химических связей, которые возникают в результате передачи валентных электронов, обычно между металлом и неметаллом.
Цели обучения
Обобщить характерные особенности ионных связей
Основные выводы
Ключевые моменты
- Ионные связи образуются в результате обмена валентными электронами между атомами, обычно между металлом и неметаллом.
- Потеря или усиление валентных электронов позволяет ионам подчиняться правилу октетов и становиться более стабильными.
- Ионные соединения обычно нейтральны. Таким образом, ионы объединяются таким образом, чтобы нейтрализовать их заряды.
Ключевые термины
- валентные электроны : электроны атома, которые могут участвовать в образовании химических связей с другими атомами. Это самые дальние электроны от ядра.
- правило октетов : атом наиболее стабилен, когда в его валентной оболочке восемь электронов.
Образование иона
Ионные связи — это класс химических связей, которые возникают в результате обмена одного или нескольких валентных электронов от одного атома, обычно металла, на другой, обычно неметалл.Этот обмен электронами приводит к электростатическому притяжению между двумя атомами, которое называется ионной связью. Атом, который теряет один или несколько валентных электронов, чтобы стать положительно заряженным ионом, известен как катион, в то время как атом, который приобретает электроны и становится отрицательно заряженным, известен как анион.
Этот обмен валентными электронами позволяет ионам достигать электронных конфигураций, имитирующих конфигурации благородных газов, удовлетворяющих правилу октетов. Правило октета гласит, что атом наиболее стабилен, когда в его валентной оболочке восемь электронов.Атомы с менее чем восемью электронами, как правило, удовлетворяют правилу дуэта, имея два электрона в их валентной оболочке. Удовлетворяя правилу дуэта или правилу октетов, ионы становятся более стабильными.
Катион обозначается положительным индексом заряда (+ что-то) справа от атома. Анион обозначается отрицательным индексом заряда (- что-то) справа от атома. Например, если атом натрия теряет один электрон, он будет иметь на один протон больше, чем электрон, что дает ему общий заряд +1.Химический символ иона натрия — Na +1 или просто Na + . Точно так же, если атом хлора получает дополнительный электрон, он становится ионом хлора, Cl — . Оба иона образуются, потому что ион более стабилен, чем атом, из-за правила октетов.
Формирование ионной связи
Когда образуются противоположно заряженные ионы, они притягиваются своими положительными и отрицательными зарядами и образуют ионное соединение. Ионные связи также образуются, когда между двумя атомами существует большая разница в электроотрицательности.Это различие вызывает неравное распределение электронов, так что один атом полностью теряет один или несколько электронов, а другой атом получает один или несколько электронов, например, при создании ионной связи между атомом металла (натрия) и неметаллом (фтор). .
Образование фторида натрия : Перенос электронов и последующее притяжение противоположно заряженных ионов.
Определение формулы ионного соединения
Для определения химических формул ионных соединений должны выполняться следующие два условия:
- Каждый ион должен подчиняться правилу октетов для максимальной стабильности.
- Ионы соединятся таким образом, что все ионное соединение будет нейтральным. Другими словами, заряды ионов должны уравновешиваться.
Магний и фтор образуют ионное соединение. Какая формула соединения?
Mg чаще всего образует ион 2+. Это связано с тем, что Mg имеет два валентных электрона, и он хотел бы избавиться от этих двух ионов, чтобы подчиняться правилу октетов. Фтор имеет семь валентных электронов и обычно образует ион F — , потому что он получает один электрон, чтобы удовлетворить правилу октетов.Когда Mg 2+ и F — объединяются с образованием ионного соединения, их заряды должны уравновешиваться. Следовательно, одному Mg 2+ нужны два иона F — для нейтрализации заряда. 2+ Mg уравновешивается наличием двух заряженных ионов -1. Следовательно, формула соединения — MgF 2 . Нижний индекс два указывает, что есть два фтора, которые ионно связаны с магнием.
В макроскопическом масштабе ионные соединения образуют структуры кристаллической решетки, которые характеризуются высокими температурами плавления и кипения и хорошей электропроводностью при плавлении или растворении.
Пример
Магний и фтор образуют ионное соединение. Какая формула соединения?
Mg чаще всего образует ион 2+. Это связано с тем, что Mg имеет два валентных электрона, и он хотел бы избавиться от этих двух ионов, чтобы подчиняться правилу октетов. Фтор имеет семь валентных электронов и, как таковой, обычно образует ион F — , потому что он получает один электрон, чтобы удовлетворить правилу октетов. Когда Mg 2+ и F — объединяются с образованием ионного соединения, их заряды должны уравновешиваться.Следовательно, для баланса одного Mg 2+ необходимы два иона F — . 2+ Mg уравновешивается наличием двух заряженных ионов -1. Следовательно, формула соединения — MgF 2 . Нижний индекс два указывает, что есть два фтора, которые ионно связаны с магнием.
Ковалентные облигации
Ковалентная связь включает в себя два атома, обычно неметаллов, которые разделяют валентные электроны.
Цели обучения
Различение ковалентных и ионных связей
Основные выводы
Ключевые моменты
- Ковалентные связи включают два атома, обычно неметаллов, которые имеют общую электронную плотность, чтобы сформировать сильные связывающие взаимодействия.
- Ковалентные связи включают одинарные, двойные и тройные связи и состоят из сигма- и пи-связывающих взаимодействий, в которых совместно используются 2, 4 или 6 электронов соответственно.
- Ковалентные соединения обычно имеют более низкие температуры плавления и кипения, чем ионные соединения.
Ключевые термины
- электроотрицательность : тенденция атома или молекулы притягивать электроны и, таким образом, образовывать связи.
- одинарная связь : Тип ковалентной связи, при которой только два электрона разделяются между атомами.
Формирование ковалентных связей
Ковалентные связи — это класс химических связей, в которых валентные электроны распределяются между двумя атомами, обычно двумя неметаллами. Образование ковалентной связи позволяет неметаллам подчиняться правилу октетов и, таким образом, становиться более стабильными. Например:
- Атом фтора имеет семь валентных электронов. Если у него один электрон совместно с атомом углерода (который имеет четыре валентных электрона), у фтора будет полный октет (его семь электронов плюс тот, который он делит с углеродом).
- Углерод будет иметь пять валентных электронов (четыре и один совместно с фтором). Ковалентное разделение двух электронов также известно как «одинарная связь». Углерод должен будет образовать четыре одинарные связи с четырьмя различными атомами фтора, чтобы заполнить свой октет. В результате получается CF 4 или четырехфтористый углерод.
Ковалентное связывание требует определенной ориентации между атомами для достижения перекрытия между связывающими орбиталями. Взаимодействия ковалентного связывания включают сигма-связывание ( σ ) и пи-связывание ( π ).Сигма-связи являются самым сильным типом ковалентного взаимодействия и образуются за счет перекрытия атомных орбиталей вдоль оси орбиты. Перекрытые орбитали позволяют общим электронам свободно перемещаться между атомами. Связи Pi являются более слабым типом ковалентных взаимодействий и возникают в результате перекрытия двух долей взаимодействующих атомных орбиталей выше и ниже оси орбиты.
Ковалентные связи могут быть одинарными, двойными и тройными.
- Одинарные связи возникают, когда два электрона являются общими и состоят из одной сигма-связи между двумя атомами.
- Двойные связи возникают, когда четыре электрона разделяются между двумя атомами и состоят из одной сигма-связи и одной пи-связи.
- Тройные связи возникают, когда шесть электронов разделяются между двумя атомами и состоят из одной сигма-связи и двух пи-связей (дополнительную информацию о пи- и сигма-связях см. Далее в концепции).
Ионные соединения против молекулярных соединений
В отличие от ионной связи, ковалентная связь сильнее между двумя атомами с аналогичной электроотрицательностью.Для атомов с равной электроотрицательностью связь между ними будет неполярным ковалентным взаимодействием. В неполярных ковалентных связях электроны поровну распределяются между двумя атомами. Для атомов с разной электроотрицательностью связь будет полярным ковалентным взаимодействием, при котором электроны не будут распределяться поровну.
Ионные твердые вещества обычно характеризуются высокими температурами плавления и кипения наряду с хрупкими кристаллическими структурами. С другой стороны, ковалентные соединения имеют более низкие температуры плавления и кипения.В отличие от ионных соединений, они часто не растворяются в воде и не проводят электричество при растворении.
типов химических облигаций | Протокол
9.1: Типы химических облигаций
Теории химической связи были впервые предложены американским химиком Гилбертом Н. Льюисом. Он разработал модель, названную моделью Льюиса, чтобы объяснить тип и образование различных связей. Химическая связь занимает центральное место в химии; он объясняет, как атомы или ионы связываются вместе, образуя молекулы.Это объясняет, почему одни связи сильные, а другие слабые, или почему один углерод связывается с двумя атомами кислорода, а не с тремя; почему вода H 2 O, а не H 4 O.
Ионные связи
Ионы — это атомы или молекулы, несущие электрический заряд. Катион (положительный ион) образуется, когда нейтральный атом теряет один или несколько электронов из своей валентной оболочки, а анион (отрицательный ион) образуется, когда нейтральный атом получает один или несколько электронов в своей валентной оболочке. Соединения, состоящие из ионов, называются ионными соединениями (или солями), а составляющие их ионы удерживаются вместе ионными связями: электростатическими силами притяжения между противоположно заряженными катионами и анионами.
Свойства ионных соединений проливают свет на природу ионных связей. Ионные твердые тела обладают кристаллической структурой и имеют тенденцию быть жесткими и хрупкими; они также имеют тенденцию к высоким температурам плавления и кипения, что свидетельствует об очень сильной ионной связи. Ионные твердые тела также плохо проводят электричество по той же причине — прочность ионных связей не позволяет ионам свободно перемещаться в твердом состоянии. Однако большинство твердых ионных веществ легко растворяется в воде. После растворения или плавления ионные соединения становятся отличными проводниками электричества и тепла, поскольку ионы могут свободно перемещаться.
Ковалентные облигации
Атомы неметаллов часто образуют ковалентные связи с другими атомами неметаллов. Ковалентные связи образуются, когда электроны разделяются между атомами и притягиваются ядрами обоих атомов. Если атомы, образующие ковалентную связь, идентичны, как в H 2 , Cl 2 , и других двухатомных молекулах, то электроны в связи должны быть разделены поровну. Это называется чистой ковалентной связью. Когда атомы, связанные ковалентной связью, различны, связывающие электроны разделяются, но уже не одинаково.Вместо этого связывающие электроны больше притягиваются к одному атому, чем к другому, что приводит к смещению электронной плотности в сторону этого атома. Это неравномерное распределение электронов известно как полярная ковалентная связь.
Соединения, содержащие ковалентные связи, обладают физическими свойствами, отличными от ионных соединений. Поскольку притяжение между молекулами, которые являются электрически нейтральными, слабее, чем притяжение между электрически заряженными ионами, ковалентные соединения обычно имеют гораздо более низкие температуры плавления и кипения, чем ионные соединения.Кроме того, в то время как ионные соединения являются хорошими проводниками электричества при растворении в воде, большинство ковалентных соединений нерастворимы в воде; поскольку они электрически нейтральны, они плохо проводят электричество в любом состоянии.
Металлические облигации
Металлические связи образуются между двумя атомами металла. Пауль Дрюде разработал упрощенную модель для описания металлических связей, названную «Модель электронного моря». Основываясь на низких энергиях ионизации металлов, модель утверждает, что атомы металлов легко теряют свои валентные электроны и становятся катионами.Эти валентные электроны создают пул делокализованных электронов, окружающих катионы по всему металлу.
Металлические твердые тела, например кристаллы меди, алюминия и железа. образованы атомами металлов, и все они обладают высокой теплопроводностью и электропроводностью, металлическим блеском и пластичностью. Многие из них очень твердые и довольно сильные. Благодаря своей пластичности (способности деформироваться под давлением или ударами) они не разрушаются и, следовательно, являются полезными строительными материалами.Температуры плавления металлов сильно различаются. Ртуть является жидкостью при комнатной температуре, а щелочные металлы плавятся ниже 200 ° C. Некоторые постпереходные металлы также имеют низкие температуры плавления, тогда как переходные металлы плавятся при температурах выше 1000 ° C. Эти различия отражают различия в прочности металлических связей между металлами.
Этот текст адаптирован из Openstax, Chemistry 2e, Section 7.1: Ionic Bonding, Openstax, Chemistry 2e, Section 7.2: Covalent Bonding, и Openstax, Chemistry 2e, Section 10.5: Твердое состояние вещества.
3.3: Химическая связь — Биология LibreTexts
Не все химические связи образуются так же, как связи в воде. На самом деле существует четыре различных типа химических связей, которые мы обсудим здесь: неполярные ковалентные, полярные ковалентные, водородные и ионные. Каждый тип облигации описан ниже.
Неполярные ковалентные связи
Для метана (CH 4 ) на рисунке \ (\ PageIndex {3} \) атом углерода (с четырьмя электронами на внешней валентной энергетической оболочке) имеет по одному электрону от каждого из четырех атомов водорода.Водород имеет один валентный электрон в своей первой энергетической оболочке. Ковалентное связывание преобладает в органических соединениях. Фактически, ваше тело скреплено электронами, которые разделяют атомы углерода и водорода! Электроны распределяются поровну во всех направлениях; поэтому этот тип ковалентной связи называется неполярной.
Рисунок \ (\ PageIndex {3} \): Метан образуется при ковалентной связи четырех атомов водорода и одного углерода.Полярные ковалентные связи и водородные связи
Ковалентная связь — это сила притяжения, которая удерживает вместе два неметаллических атома, которые разделяют пару электронов.Один электрон обеспечивается каждым атомом, и пара электронов притягивается к положительным ядрам обоих атомов. Молекула воды, представленная на рисунке \ (\ PageIndex {4} \), содержит полярные ковалентные связи.
Сила притяжения между молекулами воды — это дипольное взаимодействие. Атомы водорода связаны с сильно электроотрицательным атомом кислорода (который также обладает двумя наборами неподеленных пар электронов, что создает очень полярную связь. Затем частично положительный атом водорода одной молекулы притягивается к частично отрицательному атому кислорода соседней воды. молекула, как показано на рисунке \ (\ PageIndex {4} \)).
Рисунок \ (\ PageIndex {4} \): Водородная связь в воде возникает между атомом водорода одной молекулы воды и неподеленной парой электронов на атоме кислорода соседней молекулы водыВодородная связь является межмолекулярной и внутримолекулярная сила притяжения, при которой атом водорода, ковалентно связанный с сильно электроотрицательным атомом , притягивается к неподеленной паре электронов на атоме или частично отрицательному атому в соседней полярной молекуле. Водородные связи также обнаруживаются внутримолекулярно в третичных и четвертичных структурах белков и цепей ДНК.
Водородная связь возникает только в молекулах, где водород ковалентно связан с одним из трех элементов: фтором, кислородом или азотом. Эти три элемента настолько электроотрицательны, что отбирают большую часть электронной плотности в ковалентной связи с водородом, оставляя атом H с дефицитом электронов. Атом H действует почти как голый протон, в результате чего его очень привлекают электроны неподеленной пары на соседнем атоме.
Рисунок \ (\ PageIndex {5} \): Множественные водородные связи возникают одновременно в воде из-за ее изогнутой формы и наличия двух атомов водорода в молекуле.Водородная связь, возникающая в воде, приводит к некоторым необычным, но очень важным свойствам. Большинство молекулярных соединений, имеющих массу, аналогичную массе воды, являются газами при комнатной температуре. Благодаря прочным водородным связям молекулы воды могут оставаться в жидком состоянии в конденсированном состоянии. На рисунке \ (\ PageIndex {5} \) показано, как изогнутая форма и два атома водорода на молекулу позволяют каждой молекуле воды образовывать водородную связь с двумя другими молекулами.
В жидком состоянии водородные связи воды могут разрываться и преобразовываться, когда молекулы перетекают из одного места в другое.Когда вода охлаждается, молекулы начинают замедляться. В конце концов, когда вода превращается в лед, водородные связи образуют очень специфическую сеть, показанную в правой части рисунка \ (\ PageIndex {6} \). Когда вода жидкая, молекулы более подвижны и не образуют эту жесткую структуру.
Рисунок \ (\ PageIndex {6} \): Когда вода замерзает до состояния льда, сеть водородных связей становится более стабильной. Каждый атом кислорода имеет приблизительно тетраэдрическую геометрию — две ковалентные связи и две водородные связи.Ионные связи
Электроны переносятся между атомами. Ион отдает один или несколько электронов другому иону. Поваренная соль, хлорид натрия (NaCl), является распространенным примером ионного соединения. Обратите внимание, что натрий находится в левой части таблицы Менделеева, а хлор — в правой части таблицы Менделеева. На рисунке \ (\ PageIndex {7} \) атом лития отдает электрон атому фтора с образованием ионного соединения. Это происходит до полного заполнения их внешней валентной оболочки.Перенос электрона дает иону лития чистый заряд +1, а иону фтора чистый заряд -1. Эти ионы связываются, потому что испытывают силу притяжения из-за разницы в знаках их зарядов.
Рисунок \ (\ PageIndex {7} \): Натрий (слева) и фтор (справа) образуют ионное соединение, называемое фторидом натрия. Анимация показывает, как натрий (Na) теряет электрон. Этот электрон забирается фтором (F). Это делает Na положительно заряженным, а F — отрицательно заряженным. Затем эти ионы притягиваются друг к другу.7.2 Ковалентное связывание — химия 2e
Цели обучения
К концу этого раздела вы сможете:
- Описывать образование ковалентных связей
- Определить электроотрицательность и оценить полярность ковалентных связей
Ионная связь возникает в результате электростатического притяжения противоположно заряженных ионов, которое обычно возникает при переносе электронов между металлическими и неметаллическими атомами. Другой тип связи является результатом взаимного притяжения атомов для «общей» пары электронов.Такие связи называются ковалентными связями. Ковалентные связи образуются между двумя атомами, когда оба имеют схожие тенденции притягивать электроны к себе (то есть, когда оба атома имеют одинаковые или довольно близкие энергии ионизации и сродство к электрону). Например, два атома водорода ковалентно связываются с образованием молекулы H 2 ; каждый атом водорода в молекуле H 2 имеет два стабилизирующих его электрона, давая каждому атому такое же количество валентных электронов, что и благородный газ He.
Соединения, содержащие ковалентные связи, обладают физическими свойствами, отличными от ионных соединений.Поскольку притяжение между молекулами, которые являются электрически нейтральными, слабее, чем притяжение между электрически заряженными ионами, ковалентные соединения обычно имеют гораздо более низкие температуры плавления и кипения, чем ионные соединения. Фактически, многие ковалентные соединения представляют собой жидкости или газы при комнатной температуре, и в твердом состоянии они обычно намного мягче, чем ионные твердые вещества. Кроме того, в то время как ионные соединения являются хорошими проводниками электричества при растворении в воде, большинство ковалентных соединений нерастворимы в воде; поскольку они электрически нейтральны, они плохо проводят электричество в любом состоянии.
Образование ковалентных облигаций
Атомы неметаллов часто образуют ковалентные связи с другими атомами неметаллов. Например, молекула водорода H 2 содержит ковалентную связь между двумя атомами водорода. На рисунке 7.4 показано, почему образуется эта связь. Начиная с крайнего правого угла, у нас есть два отдельных атома водорода с определенной потенциальной энергией, обозначенные красной линией. По оси x — расстояние между двумя атомами. Когда два атома приближаются друг к другу (движутся влево по оси x ), их валентные орбитали (1 s ) начинают перекрываться.Отдельные электроны на каждом атоме водорода затем взаимодействуют с обоими атомными ядрами, занимая пространство вокруг обоих атомов. Сильное притяжение каждого общего электрона к обоим ядрам стабилизирует систему, и потенциальная энергия уменьшается по мере уменьшения расстояния связи. Если атомы продолжают приближаться друг к другу, положительные заряды в двух ядрах начинают отталкиваться друг от друга, и потенциальная энергия увеличивается. Длина связи определяется расстоянием, на котором достигается самая низкая потенциальная энергия.
Фигура 7,4 Потенциальная энергия двух отдельных атомов водорода (справа) уменьшается по мере их приближения друг к другу, и отдельные электроны на каждом атоме разделяются, образуя ковалентную связь. Длина связи — это межъядерное расстояние, при котором достигается самая низкая потенциальная энергия.
Важно помнить, что для разрыва химических связей необходимо добавлять энергию (эндотермический процесс), тогда как при образовании химических связей выделяется энергия (экзотермический процесс).В случае H 2 ковалентная связь очень прочная; необходимо добавить большое количество энергии, 436 кДж, чтобы разорвать связи в одном моль молекул водорода и вызвать разделение атомов:
h3 (г) ⟶2H (г) ΔH = 436 кДж h3 (г) ⟶2H (г) ΔH = 436 кДжИ наоборот, такое же количество энергии выделяется, когда один моль молекул H 2 образуется из двух молей атомов H:
2H (г) ⟶h3 (г) ΔH = −436кДж2H (г) ⟶h3 (г) ΔH = −436кДжЧистые и полярные ковалентные связи
Если атомы, образующие ковалентную связь, идентичны, как в H 2 , Cl 2 , и других двухатомных молекулах, то электроны в связи должны быть разделены поровну.Мы называем это чистой ковалентной связью. Электроны, связанные чистыми ковалентными связями, имеют равную вероятность нахождения рядом с каждым ядром.
В случае Cl 2 каждый атом начинается с семи валентных электронов, и каждый Cl разделяет один электрон с другим, образуя одну ковалентную связь:
Общее количество электронов вокруг каждого отдельного атома состоит из шести несвязывающих электронов и двух общих (т. Е. Связывающих) электронов для восьми полных электронов, что соответствует количеству валентных электронов в благородном газе аргоне.Поскольку связывающие атомы идентичны, Cl 2 также имеет чистую ковалентную связь.
Когда атомы, связанные ковалентной связью, различны, связывающие электроны разделяются, но уже не поровну. Вместо этого связывающие электроны больше притягиваются к одному атому, чем к другому, что приводит к смещению электронной плотности в сторону этого атома. Это неравномерное распределение электронов известно как полярная ковалентная связь, характеризующаяся частичным положительным зарядом на одном атоме и частичным отрицательным зарядом на другом.Атом, который сильнее притягивает электроны, приобретает частичный отрицательный заряд и наоборот. Например, электроны в связи H – Cl в молекуле хлористого водорода проводят больше времени около атома хлора, чем около атома водорода. Таким образом, в молекуле HCl атом хлора несет частичный отрицательный заряд, а атом водорода имеет частичный положительный заряд. На рис. 7.5 показано распределение электронов в связи H – Cl. Обратите внимание, что заштрихованная область вокруг Cl намного больше, чем вокруг H.Сравните это с рисунком 7.4, на котором показано равномерное распределение электронов в неполярной связи H 2 .
Иногда мы обозначаем положительные и отрицательные атомы в полярной ковалентной связи, используя строчную греческую букву «дельта», δ, со знаком плюс или минус, чтобы указать, имеет ли атом частичный положительный заряд (δ +) или частично отрицательный. заряд (δ–). Этот символизм показан для молекулы H – Cl на рис. 7.5.
Фигура 7,5 (а) Распределение электронной плотности в молекуле HCl неравномерно.Электронная плотность больше вокруг ядра хлора. Маленькие черные точки указывают расположение ядер водорода и хлора в молекуле. (б) Символы δ + и δ– указывают полярность связи H – Cl.
Электроотрицательность
Является ли связь неполярной или полярной ковалентной, определяется свойством связывающих атомов, называемым электроотрицательностью. Электроотрицательность — это мера тенденции атома притягивать электроны (или электронную плотность) к себе.Он определяет, как общие электроны распределяются между двумя атомами в связи. Чем сильнее атом притягивает электроны в своих связях, тем больше его электроотрицательность. Электроны в полярной ковалентной связи смещаются в сторону более электроотрицательного атома; таким образом, более электроотрицательный атом имеет частичный отрицательный заряд. Чем больше разница в электроотрицательности, тем более поляризовано распределение электронов и больше парциальные заряды атомов.
Рисунок 7.6 показаны значения электроотрицательности элементов, предложенные одним из самых известных химиков двадцатого века: Линусом Полингом (рис. 7.7). В общем, электроотрицательность увеличивается слева направо за период в периодической таблице и уменьшается вниз по группе. Таким образом, неметаллы, которые расположены в правом верхнем углу, имеют тенденцию иметь самые высокие электроотрицательность, а фтор — самый электроотрицательный элемент из всех (EN = 4,0). Металлы имеют тенденцию быть менее электроотрицательными элементами, а металлы группы 1 имеют самые низкие электроотрицательность.Обратите внимание, что благородные газы исключены из этого рисунка, потому что эти атомы обычно не разделяют электроны с другими атомами, поскольку они имеют полную валентную оболочку. (Хотя соединения благородных газов, такие как XeO 2 , действительно существуют, они могут образовываться только в экстремальных условиях, и, таким образом, они не полностью вписываются в общую модель электроотрицательности.)
Фигура 7,6 Значения электроотрицательности, полученные Полингом, следуют предсказуемым периодическим тенденциям с более высокими значениями электроотрицательности в верхнем правом углу таблицы Менделеева.
Электроотрицательность в зависимости от сродства к электрону
Мы должны быть осторожны, чтобы не путать электроотрицательность и сродство к электрону. Сродство элемента к электрону — это измеримая физическая величина, а именно энергия, выделяемая или поглощаемая, когда изолированный атом газовой фазы приобретает электрон, измеряется в кДж / моль. Электроотрицательность, с другой стороны, описывает, насколько сильно атом притягивает электроны в связи. Это безразмерная величина, которая рассчитывается, а не измеряется. Полинг получил первые значения электроотрицательности, сравнив количество энергии, необходимое для разрыва различных типов связей.Он выбрал произвольную относительную шкалу от 0 до 4.
Портрет химика
Линус Полинг
Линус Полинг, показанный на рис. 7.7, — единственный человек, получивший две неразделенные (индивидуальные) Нобелевские премии: одну по химии в 1954 году за работу о природе химических связей и одну за мир в 1962 году за его сопротивление оружию химического оружия. массовое уничтожение. Он разработал многие теории и концепции, лежащие в основе нашего нынешнего понимания химии, включая электроотрицательность и резонансные структуры.
Фигура 7,7 Линус Полинг (1901–1994) внес важный вклад в область химии. Он также был известным активистом, освещающим вопросы, связанные со здоровьем и ядерным оружием.
Полинг также внес вклад во многие другие области помимо химии. Его исследование серповидно-клеточной анемии выявило причину заболевания — наличие генетически унаследованного аномального белка в крови — и проложило путь для области молекулярной генетики.Его работа также сыграла решающую роль в сдерживании испытаний ядерного оружия; он доказал, что радиоактивные осадки в результате ядерных испытаний представляют опасность для здоровья населения.
Электроотрицательность и тип связи
Абсолютное значение разницы в электроотрицательности (ΔEN) двух связанных атомов дает приблизительную меру ожидаемой полярности в связи и, следовательно, типа связи. Когда разница очень мала или равна нулю, связь ковалентная и неполярная. Когда он большой, связь полярная ковалентная или ионная.Абсолютные значения разности электроотрицательностей между атомами в связях H – H, H – Cl и Na – Cl равны 0 (неполярный), 0.9 (полярный ковалентный) и 2.1 (ионный) соответственно. Степень, в которой электроны распределяются между атомами, варьируется от полностью равной (чистая ковалентная связь) до нулевой (ионная связь). На рисунке 7.8 показана взаимосвязь между разностью электроотрицательностей и типом связи.
Фигура 7,8 По мере увеличения разницы электроотрицательностей между двумя атомами связь становится более ионной.
Грубое приближение различий электроотрицательности, связанных с ковалентными, полярными ковалентными и ионными связями, показано на рисунке 7.8. Однако эта таблица является лишь общим руководством, за множеством исключений. Например, атомы H и F в HF имеют разность электроотрицательностей 1,9, а атомы N и H в NH 3 разность 0,9, но оба эти соединения образуют связи, которые считаются полярными ковалентными. Аналогично, атомы Na и Cl в NaCl имеют разность электроотрицательностей 2.1, а атомы Mn и I в MnI 2 имеют разницу 1,0, но оба эти вещества образуют ионные соединения.
Лучшим руководством к ковалентному или ионному характеру связи является рассмотрение типов задействованных атомов и их относительного положения в периодической таблице. Связи между двумя неметаллами обычно ковалентны; связь между металлом и неметаллом часто ионная.
Некоторые соединения содержат как ковалентные, так и ионные связи. Атомы в многоатомных ионах, таких как OH — , NO3-, NO3- и Nh5 +, Nh5 +, удерживаются вместе полярными ковалентными связями.Однако эти многоатомные ионы образуют ионные соединения, соединяясь с ионами противоположного заряда. Например, нитрат калия, KNO 3 , содержит катион K + и многоатомный анион NO3-NO3-. Таким образом, связь в нитрате калия является ионной, возникающей в результате электростатического притяжения между ионами K + и NO3-, NO3-, а также ковалентного между атомами азота и кислорода в NO3-.NO3-.
Пример 7.3
Электроотрицательность и полярность связи
Полярность связей играет важную роль в определении структуры белков.Используя значения электроотрицательности на рис. 7.6, расположите следующие ковалентные связи — все они обычно встречаются в аминокислотах — в порядке возрастания полярности. Затем обозначьте положительный и отрицательный атомы символами δ + и δ–:C – H, C – N, C – O, N – H, O – H, S – H
Решение
Полярность этих связей увеличивается с увеличением абсолютного значения разности электроотрицательностей. Атом с обозначением δ– является более электроотрицательным из двух. В таблице 7.1 эти связи показаны в порядке возрастания полярности.Полярность связи и разница электроотрицательностей
| Облигация | ΔEN | Полярность |
|---|---|---|
| C – H | 0,4 | Cδ −− Hδ + Cδ −− Hδ + |
| S – H | 0,4 | Sδ −− Hδ + Sδ −− Hδ + |
| C – N | 0,5 | Cδ + −Nδ − Cδ + −Nδ− |
| N – H | 0,9 | Nδ −− Hδ + Nδ −− Hδ + |
| C – O | 1.0 | Cδ + −Oδ − Cδ + −Oδ− |
| O – H | 1,4 | Oδ −− Hδ + Oδ −− Hδ + |
Стол 7.1
Проверьте свои знания
Силиконы — это полимерные соединения, содержащие, среди прочего, следующие типы ковалентных связей: Si – O, Si – C, C – H и C – C. Используя значения электроотрицательности на рисунке 7.6, расположите связи в порядке возрастания полярности и обозначьте положительные и отрицательные атомы, используя символы δ + и δ–.Отвечать:
| Облигация | Разница электроотрицательностей | Полярность |
|---|---|---|
| C – C | 0,0 | неполярный |
| C – H | 0,4 | Cδ −− Hδ + Cδ −− Hδ + |
| Si – C | 0,7 | Siδ + −Cδ − Siδ + −Cδ− |
| Si – O | 1,7 | Siδ + −Oδ − Siδ + −Oδ− |
Новый тип химической связи: Связь со сдвигом заряда
Вселенная химических уравнений.Предоставлено: Николаенко Екатерина / Shutterstock.comДжон Моррисон Гэлбрейт — адъюнкт-профессор химии в Марист-колледже, изучающий химическую связь, то есть процесс, который объединяет атомы в молекулы.
Что вы обнаружили?
Вы посещали курс химии в средней школе? Вы думали, что это скучное статичное поле, заполненное установленными фактами, которые были установлены давным-давно? Я провел исследование, которое показывает, что самый фундаментальный из этих установленных «фактов» — природа химической связи — сейчас подвергается сомнению.
Вы, вероятно, слышали о ковалентных связях, где электроны разделяются между атомами, и об ионных связях, когда электроны полностью передаются от одного атома к другому. Но вы, вероятно, не знаете о третьем типе облигаций, открытом в начале 1990-х годов Сэсоном Шейком и Филиппом Хиберти: облигации со сдвигом заряда. Вскоре я начал с ними работать.
Чем отличается облигация со сдвигом заряда?
В связях со сдвигом заряда электроны разделяются и переносятся одновременно.
Это может показаться немного безумным, но подумайте об этом так: вы знаете эти передвижные переходы в аэропортах? Предположим, что на протяжении более 100 лет люди думали, что единственный способ добраться из одной точки в другую — это либо стоять на движущейся дорожке, либо идти рядом с ней.
Три типа химических связей. Красный цвет указывает на области, богатые электронами, а синий — на области с дефицитом электронов. (Вверху) ковалентная связь в молекуле водорода, демонстрирующая накопление электронов в области связи между двумя отдельными атомами водорода.Кредит: CC BY-SAТеперь предположим, что кто-то понял, что есть третий способ передвижения: вы можете стоять на дорожке и идти одновременно. Скорость, с которой вы перемещаетесь по аэропорту, зависит не от стояния или ходьбы, а от их сочетания.
Вместе с Шейком, Хиберти и несколькими другими людьми по всему миру я помог показать, что связь со сдвигом заряда — это широкое явление, которое происходит между множеством элементов по всей периодической таблице.
Что вдохновило на это открытие?
Шейк и Хиберти вычисляли энергию, необходимую для разрыва ряда связей, используя метод, называемый теорией валентных связей.Суть химии — в распознавании образов, и все связи, которые они изучили, соответствуют хорошо установленному образцу, за исключением связи между двумя атомами фтора. Эта молекула, традиционно считающаяся чисто ковалентной связью, не вела себя, как любая другая ковалентная связь. Пытаясь понять, почему, Шейк и Хиберти обнаружили нечто совершенно уникальное.
Ионная связь в хлориде натрия (поваренная соль), показывающая перенос электрона в сторону хлора (справа). CC BY-SAПочему это важно?
Это первое серьезное изменение в взглядах химиков на связывание за более чем 100 лет.Химическая связь лежит в основе химии, поэтому изменение того, как химики думают о связи, изменит всю область.
Как в реальном мире применяются облигации со сдвигом заряда?
Синтетические материалы, такие как компьютерные микросхемы, пластмассы, косметика, ткани и лекарства, возникают в результате образования и разрыва химических связей.
Таким образом, понимание химической связи может вдохновить на создание новых материалов со свойствами, о которых мы еще не догадывались. Мы уже видим, как химики используют свойства связей со сдвигом заряда для ускорения химических реакций и для понимания свойств промышленных растворителей.
Что самое крутое в вашем новом исследовании?
Химия жива и постоянно меняется — это то, что впервые привлекло меня в эту область. Связывание со сдвигом заряда бросает вызов чему-то настолько фундаментальному в этой области, что это в значительной степени считается само собой разумеющимся.
Связь со сдвигом заряда молекулы фтора, показывающая обеднение электронами в области связи. CC BY-SAЗдесь в полной мере проявляется драма радикальных изменений теории: концепция была введена много лет назад, но не была принята быстро; со временем прилежный труд горстки верующих еще больше поддержал эту идею; и теперь он получает широкое признание благодаря проверке с помощью альтернативных экспериментальных и теоретических средств.
Мне также кажется удивительным, что большинство химических процессов теперь можно надежно смоделировать на компьютере. Мне всегда нравилась химия, потому что она давала знания о том, как все работает в атомном масштабе. Однако я никогда не чувствовал себя комфортно, играя со стаканами и опасными химикатами. Хотя химия по-прежнему является преимущественно экспериментальной наукой, сегодня компьютеры могут направлять эти эксперименты, а также предоставляют место химикам, испытывающим трудности с экспериментами, таким как я.
Измерение вариаций химической активности атома через его химические связи
Предоставлено Разговор
Эта статья переиздана из The Conversation по лицензии Creative Commons.Прочтите оригинальную статью.
Ссылка : Новый тип химической связи: связь со сдвигом заряда (14 мая 2020 г.) получено 22 ноября 2021 г. с https: // физ.org / news / 2020-05-chemical-bond-charge-shift.html
Этот документ защищен авторским правом. За исключением честных сделок с целью частного изучения или исследования, никакие часть может быть воспроизведена без письменного разрешения. Контент предоставляется только в информационных целях.
2.2 Химические связи — анатомия и физиология
Цели обучения
К концу этого раздела вы сможете:
- Объясните взаимосвязь между молекулами и соединениями
- Различать ионы, катионы и анионы
- Определите ключевое различие между ионными и ковалентными связями
- Различают неполярные и полярные ковалентные связи
- Объясните, как молекулы воды связываются водородными связями
Атомы, разделенные большим расстоянием, не могут связываться; скорее, они должны подойти достаточно близко, чтобы электроны в их валентных оболочках могли взаимодействовать.Но действительно ли атомы касаются друг друга? Большинство физиков сказали бы нет, потому что отрицательно заряженные электроны в их валентных оболочках отталкиваются друг от друга. Никакая сила внутри человеческого тела — или где-либо в мире природы — не достаточно сильна, чтобы преодолеть это электрическое отталкивание. Поэтому, когда вы читаете об атомах, которые соединяются или сталкиваются, имейте в виду, что атомы не сливаются в физическом смысле.
Вместо этого атомы соединяются, образуя химическую связь. Связь — это слабое или сильное электрическое притяжение, которое удерживает атомы в одном месте.Новая группа обычно более стабильна — с меньшей вероятностью снова вступит в реакцию — чем составляющие ее атомы, когда они были разделены. Более или менее стабильная группа из двух или более атомов, удерживаемых вместе химическими связями, называется молекулой . Связанные атомы могут быть одного и того же элемента, как в случае h3, который называется молекулярным водородом или газообразным водородом. Когда молекула состоит из двух или более атомов разных элементов, она называется химическим соединением . Единица воды, или h3O, представляет собой соединение, как и отдельная молекула газа метана, или Ch5.
Три типа химических связей важны в физиологии человека, потому что они удерживают вместе вещества, которые используются организмом для критических аспектов гомеостаза, передачи сигналов и производства энергии, и это всего лишь несколько важных процессов. Это ионные связи, ковалентные связи и водородные связи.
Ионы и ионные связи
Напомним, что в атоме обычно одинаковое количество положительно заряженных протонов и отрицательно заряженных электронов. Пока сохраняется эта ситуация, атом электрически нейтрален.Когда атом участвует в химической реакции, которая приводит к передаче или принятию одного или нескольких электронов, атом становится положительно или отрицательно заряженным. Это часто случается с большинством атомов, чтобы иметь полную валентную оболочку, как описано ранее. Это может произойти либо путем получения электронов для заполнения оболочки, заполненной более чем наполовину, либо путем передачи электронов для опустошения оболочки, заполненной менее чем наполовину, тем самым оставляя следующую меньшую электронную оболочку в качестве новой, полной валентности. оболочка.Атом, имеющий электрический заряд — положительный или отрицательный — это ион и .
Внешний веб-сайт
Посетите этот веб-сайт, чтобы узнать об электрической энергии и притяжении / отталкивании зарядов. Что происходит с заряженным электроскопом, когда проводник перемещается между пластиковыми пластинами и почему?
Калий (K), например, является важным элементом во всех клетках организма. Его атомный номер 19, и он имеет только один электрон на валентной оболочке. Эта характеристика делает калий весьма вероятным для участия в химических реакциях, в которых он отдает один электрон (калию легче отдать один электрон, чем получить семь электронов).Потеря приведет к тому, что положительный заряд протонов калия будет иметь большее влияние, чем отрицательный заряд электронов калия. Другими словами, полученный ион калия будет слегка положительным. Ион калия обозначается K + , что указывает на то, что он потерял один электрон. Положительно заряженный ион известен как катион .
Теперь рассмотрим фтор (F), компонент костей и зубов. Его атомный номер девять, и он имеет семь электронов в валентной оболочке.Таким образом, высока вероятность связывания с другими атомами таким образом, что фтор принимает один электрон (фтору легче получить один электрон, чем отдать семь электронов). Когда это произойдет, количество его электронов будет на единицу больше, чем протонов, и он будет иметь общий отрицательный заряд. Ионизированная форма фтора называется фторидом и обозначается как F — . Отрицательно заряженный ион известен как анион .
Атомы, которые должны отдать или принять более одного электрона, в конечном итоге будут иметь более сильный положительный или отрицательный заряд.Катион, который подарил два электрона, имеет чистый заряд +2. На примере магния (Mg) это можно записать как Mg ++ или Mg 2+ . Анион, который принял два электрона, имеет чистый заряд –2. Ионная форма селена (Se), например, обычно обозначается как Se 2–.
Противоположные заряды катионов и анионов создают умеренно сильное взаимное притяжение, которое удерживает атомы в непосредственной близости, образуя ионную связь. Ионная связь представляет собой постоянную тесную связь между ионами противоположного заряда.Поваренная соль, которую вы добавляете в пищу, обязана своим существованием ионной связи. Как показано на рисунке 2.2.1, натрий обычно отдает электрон хлору, превращаясь в катион Na +. Когда хлор принимает электрон, он становится хлорид-анионом, Cl — . Обладая противоположными зарядами, эти два иона сильно притягиваются друг к другу.
Рисунок 2.2.1 — Ионная связь: (a) Натрий легко отдает одиночный электрон в своей валентной оболочке хлору, которому нужен только один электрон, чтобы иметь полную валентную оболочку.(b) Противоположные электрические заряды образующихся катиона натрия и аниона хлорида приводят к образованию связи притяжения, называемой ионной связью. (c) Привлечение большого количества ионов натрия и хлора приводит к образованию больших групп, называемых кристаллами.Вода является важным компонентом жизни, потому что она способна разорвать ионные связи в солях, чтобы высвободить ионы. Фактически, в биологических жидкостях большинство отдельных атомов существует в виде ионов. Эти растворенные ионы производят электрические заряды в теле.Поведение этих ионов позволяет отслеживать работу сердца и мозга в виде волн на электрокардиограмме (ЭКГ или ЭКГ) или электроэнцефалограмме (ЭЭГ). Электрическая активность, возникающая при взаимодействии заряженных ионов, является причиной того, что их также называют электролитами.
Ковалентные облигации
В отличие от ионных связей, образованных притяжением между положительным зарядом катиона и отрицательным зарядом аниона, молекулы, образованные ковалентной связью , разделяют электроны во взаимно стабилизирующем соотношении.Как и у ближайших соседей, дети которых сначала проводят в одном доме, а затем в другом, атомы не теряют и не приобретают электроны навсегда. Вместо этого электроны движутся вперед и назад между элементами. Из-за близкого распределения пар электронов (по одному электрону от каждого из двух атомов) ковалентные связи сильнее ионных.
Неполярные ковалентные связи
На рис. 2.2.2 показано несколько распространенных типов ковалентных связей. Обратите внимание, что два ковалентно связанных атома обычно разделяют только одну или две пары электронов, хотя возможны и более крупные разделения.Важная концепция, которую следует извлечь из этого, заключается в том, что в ковалентных связях электроны во внешней валентной оболочке используются совместно, чтобы заполнить валентные оболочки обоих атомов, в конечном итоге стабилизируя оба вовлеченных атома. В одинарной ковалентной связи один электрон используется совместно двумя атомами, в то время как в двойной ковалентной связи две пары электронов используются совместно двумя атомами. Есть даже тройные ковалентные связи, в которых разделяются три атома.
Рисунок 2.2.2 Ковалентное связываниеВы можете видеть, что ковалентные связи, показанные на рисунке 2.2.2 сбалансированы. Доля отрицательных электронов относительно одинакова, как и электрическое притяжение положительных протонов в ядрах участвующих атомов. Вот почему ковалентно связанные молекулы, которые электрически сбалансированы таким образом, описываются как неполярные; то есть ни один участок молекулы не является более положительным или отрицательным, чем любой другой.
Полярные ковалентные связи
Группы законодателей с совершенно противоположными взглядами на конкретную проблему часто описываются новостными авторами как «поляризованные».В химии полярная молекула — это молекула, которая содержит области с противоположными электрическими зарядами. Полярные молекулы возникают, когда атомы делят электроны неравномерно, в полярных ковалентных связях.
Самый известный пример полярной молекулы — вода (рис. 2.2.3). Молекула состоит из трех частей: один атом кислорода, ядро которого содержит восемь протонов, и два атома водорода, каждое из ядер которых содержит только один протон. Поскольку каждый протон обладает одинаковым положительным зарядом, ядро, содержащее восемь протонов, имеет заряд в восемь раз больше, чем ядро, содержащее один протон.Это означает, что отрицательно заряженные электроны, присутствующие в молекуле воды, сильнее притягиваются к ядру кислорода, чем к ядрам водорода. Таким образом, единственный отрицательный электрон каждого атома водорода мигрирует к атому кислорода, делая кислородный конец их связи немного более отрицательным, чем водородный конец их связи.
Рис. 2.2.3 Полярные ковалентные связи в молекуле водыТо, что верно для связей, верно и для молекулы воды в целом; то есть область кислорода имеет слегка отрицательный заряд, а области атомов водорода имеют слегка положительный заряд.Эти заряды часто называют «частичными зарядами», потому что сила заряда меньше одного полного электрона, как в ионной связи. Как показано на рисунке 2.2.3, области слабой полярности обозначены греческой буквой дельта (∂) и знаком плюс (+) или минус (-).
Несмотря на то, что отдельная молекула воды невообразимо крошечная, у нее есть масса, и противоположные электрические заряды на молекуле притягивают эту массу таким образом, что она создает форму, напоминающую треугольную палатку (см. Рисунок 2.2.3 b ). Этот диполь, с положительным зарядом на одном конце, образованном атомами водорода на «дне» палатки, и отрицательным зарядом на противоположном конце (атом кислорода на «вершине» палатки) делает заряженные области очень вероятными. взаимодействовать с заряженными областями других полярных молекул. Для физиологии человека образуемая водой связь является одной из самых важных — водородной связью.
Водородные связи
Водородная связь образуется, когда слабоположительный атом водорода, уже связанный с одним электроотрицательным атомом (например, кислород в молекуле воды), притягивается к другому электроотрицательному атому другой молекулы.Другими словами, водородные связи всегда включают водород, который уже является частью полярной молекулы.
Самый распространенный пример водородной связи в мире природы происходит между молекулами воды. Это происходит у вас на глазах, когда две капли дождя сливаются в большую бусину или ручей впадает в реку. Водородная связь возникает из-за того, что слабоотрицательный атом кислорода в одной молекуле воды притягивается к слабоположительным атомам водорода двух других молекул воды (рис. 2.2.4).
Рисунок 2.2.4 — Водородные связи между молекулами воды: Обратите внимание, что связи возникают между слабо положительным зарядом на атомах водорода и слабо отрицательным зарядом на атомах кислорода. Водородные связи относительно слабые, поэтому обозначены пунктирной (а не сплошной) линией.Обратите внимание, что связи возникают между слабо положительным зарядом атомов водорода и слабо отрицательным зарядом атомов кислорода. Водородные связи относительно слабые, поэтому обозначены пунктирной (а не сплошной) линией.
Молекулы воды также сильно притягивают другие типы заряженных молекул, а также ионы. Это объясняет, почему, например, «поваренная соль» на самом деле представляет собой молекулу, называемую в химии «солью»; он состоит из равного количества положительно заряженного натрия (Na + ) и отрицательно заряженного хлорида (Cl —), так легко растворяется в воде, в данном случае образуя диполь-ионные связи между водой и электрически заряженные ионы (электролиты). Молекулы воды также отталкивают молекулы с неполярными ковалентными связями, такие как жиры, липиды и масла.Вы можете продемонстрировать это с помощью простого кухонного эксперимента: налейте чайную ложку растительного масла, соединения, образованного неполярными ковалентными связями, в стакан с водой. Вместо того, чтобы мгновенно растворяться в воде, масло образует четкую гранулу, потому что полярные молекулы воды отталкивают неполярное масло.
Обзор главыВ каждый момент жизни атомы кислорода, углерода, водорода и других элементов человеческого тела создают и разрывают химические связи. Ионы — это заряженные атомы, которые образуются, когда атом отдает или принимает один или несколько отрицательно заряженных электронов.Катионы (ионы с положительным зарядом) притягиваются к анионам (ионам с отрицательным зарядом). Это притяжение называется ионной связью. В ковалентных связях участвующие атомы не теряют и не приобретают электроны, а делятся ими. Молекулы с неполярными ковалентными связями электрически сбалансированы и имеют линейную трехмерную форму. Молекулы с полярными ковалентными связями имеют «полюса» — области со слабым положительным и отрицательным зарядом — и имеют трехмерную треугольную форму. Атом кислорода и два атома водорода образуют молекулы воды посредством полярных ковалентных связей.Водородные связи связывают атомы водорода, уже участвующие в полярных ковалентных связях, с анионами или электроотрицательными областями других полярных молекул. Водородные связи связывают молекулы воды, в результате чего вода приобретает важные для живых существ свойства.
Вопросы по интерактивной ссылкеПосетите этот веб-сайт, чтобы узнать об электрической энергии и притяжении / отталкивании зарядов. Что происходит с заряженным электроскопом, когда проводник перемещается между пластиковыми пластинами и почему?
Пластиковые листы прыгают на гвоздь (проводник), потому что проводник принимает электроны от электроскопа, уменьшая силу отталкивания двух листов.
Контрольные вопросы Вопросы о критическом мышленииОбъясните, почему Ch5 — одна из самых распространенных молекул, встречающихся в природе. Связи между атомами ионные или ковалентные?
У атома углерода четыре электрона в валентной оболочке. Согласно правилу октетов, он будет легко участвовать в химических реакциях, в результате которых его валентная оболочка будет иметь восемь электронов.Водород с одним электроном завершит свою валентную оболочку двумя. Совместное использование электронов между атомом углерода и четырьмя атомами водорода отвечает требованиям всех атомов. Связи ковалентны, потому что электроны разделены. Хотя водород часто участвует в ионных связях, углерод — нет, потому что маловероятно отдавать или принимать четыре электрона.
Однажды в спешке вы просто ополоснете посуду для обеда водой. Когда вы сушите салатник, вы замечаете, что на нем все еще есть маслянистая пленка.Почему вода была неэффективна для очистки чаши?
Вода — полярная молекула. Он имеет область слабо положительного заряда и область слабо отрицательного заряда. Эти области притягиваются как к ионам, так и к другим полярным молекулам. Масла неполярны и отталкиваются водой.
Могут ли два атома кислорода вступать в ионную связь? Почему или почему нет?
Одинаковые атомы имеют одинаковую электроотрицательность и не могут образовывать ионные связи. Кислород, например, имеет шесть электронов в валентной оболочке.Ни передача, ни принятие электронов валентной оболочки другого не приведет к тому, что атомы кислорода завершат свои валентные оболочки. Два атома одного и того же элемента всегда образуют ковалентные связи.
Химическая связь — определение, типы, свойства, примеры
Что такое химическая связь?
Химическая связь или химическая связь — это различные типы сил, которые связываются вместе двумя общими атомами или группами атомов, образующими совокупность ионов или молекул за счет снижения энергии.Определение и образование ионных, ковалентных, металлических и водородных связей или связей объясняют различные типы свойств, такие как полярность, дипольный момент, электрическая поляризация, степень или состояние окисления и т. Д.
Типы химической связи
Ионная, ковалентная, металлическая и водородная связь — распространенные типы связи в химии и науке. Но будет много примеров химической связи, свойства и структура которой указывают на связи промежуточных типов, которые называются координационной ковалентной связью.
Образование химической связи
Основные вопросы в изучении химии, с самого начала, о силах, ответственных за образование связей в химическом соединении. После почти столетней неразберихи Кекуле, Вант-Хофф, Ле Бел, Льюис и Лондон в девятнадцатом веке дали определение химической связи. Было легко понять, что количество атомов или групп атомов объединяется, образуя ионы или молекулы.
Каждое химическое соединение обладает способностью насыщать электрон вокруг ядра для образования химической связи.Валентность обычно используется для определения насыщающей способности элементов таблицы Менделеева для химической связи.
Что такое ионная связь?
Электростатические силы связывают вместе противоположно заряженные ионы в химических соединениях, ответственных за образование ионных связей. Следовательно, ионная связь в молекуле формируется путем переноса электрона или электронов от электроположительного металла к электроотрицательному атому неметалла. Электроположительные химические элементы имеют тенденцию терять один или несколько электронов.Но электроотрицательные элементы имеют тенденцию получать эти электроны. В результате взаимного электростатического притяжения между положительными и отрицательными ионами устанавливается ионная связь в химических соединениях.
Примеры ионной связи
Хлорид натрия (NaCl), хлорид калия (KCl), сульфид магния (MgS), хлорид кальция (CaCl 2 ), оксид кальция (CaO) являются примерами обычных соединений, образованных ионной связью. Образование хлорида натрия и оксида кальция показано ниже на рисунке
.Образование ионной связи
Каждый атом галогена имеет семь электронов на внешней орбитали.Следовательно, атом галогена получает один электрон за счет химической связи, чтобы достичь стабильной электронной конфигурации следующей молекулы благородного газа. С другой стороны, щелочной металл с очень низкой энергией ионизации имеет один электрон на крайних орбиталях. Следовательно, щелочной металл пытается потерять этот электрон для образования химической связи, чтобы сформировать стабильную электронную конфигурацию благородного газа.
Ионная связь в хлориде натрия
При образовании NaCl атом натрия теряет один электрон, образуя положительно заряженный ион Na + .Но атом хлора получает один электрон, чтобы сформировать отрицательно заряженный ион Cl — .
Na → Na + + e
Cl + e → Cl —
Na + + Cl — → NaCl
Эти два противоположно заряженных иона связаны или связываются вместе за счет электростатического притяжения с образованием кристаллического твердого вещества хлорида натрия. Кристаллографические исследования хлорида натрия показывают, что в природе нет дискретной молекулы хлорида натрия. Следовательно, в кристаллической решетке хлорида натрия каждый ион калия окружен шестью атомами хлора или наоборот.
Свойства ионных соединений
- Катионы и анионы в ионных соединениях удерживаются вместе за счет электростатических сил притяжения.
- Эти соединения полярны и растворимы в полярных растворителях, таких как вода, аммиак и т. Д.
- Ионные соединения ионизируются в растворе или в плавленом состоянии.
- Раствор ионных соединений — хороший проводник электричества.
- Обладают высокими температурами плавления и кипения.
- Полярные связи, присутствующие в ионных соединениях, не являются направленными.
Что такое ковалентная связь?
г. Льюис в 1916 году впервые предложил образование химических связей в молекулах атомами без какого-либо переноса электронов от одного к другому. Льюис предположил, что объединение атомов путем связывания в молекулы, такие как водород, азот, кислород, хлор и т. Д., И большинство органических соединений, таких как углеводород, спирты, органические кислоты и т. Д., Эти типы связей образуются за счет совместного использования пары электронов. между атомами. Таким образом, участвующие атомы завершают свой октет или образуют стабильную электронную конфигурацию благородного газа.
Образование ковалентной связи
Например, атом углерода имеет четыре электрона во внешней оболочке. Следовательно, для завершения октета атому углерода необходимо четыре электрона. Если эти четыре образуются из четырех атомов хлора в результате общего обмена, четыреххлористый углерод был образован ковалентной химической связью. В каждой связи химический атом достигает своей стабильной конфигурации инертного газа. В случае атома водорода и атома углерода в молекуле метана, где атом водорода связывается с углеродом путем разделения электронов.
Структура Льюиса для ковалентных соединений
Структура Льюиса четко объясняет образование ковалентных связей за счет совместного использования электронов, а также наиболее химическое поведение, такое как полярность, дипольный момент или поляризация ковалентных соединений. Но теория не обеспечивает механизма разделения, полученного в результате изучения волновой механики.
Свойства ковалентных соединений
- Ковалентные кристаллические решетки образованы слабыми силами притяжения Ван-дер-Ваальса.
- Обычно они растворимы в органических растворителях.
- Точки плавления и кипения ковалентных соединений низкие.
- Ковалентные соединения обычно мягкие, легко плавящиеся и летучие по природе.
- Ковалентная связь обладает направленными свойствами.
Что такое координационная ковалентная связь?
Обмен электронами, равными партнеру, иногда не является общим для определения ковалентных химических связей. Для образования связи между трихлоридом бора и аммиаком оба электрона происходят от аммиака.Следовательно, такие типы химической связи являются примером координационной ковалентной связи. Здесь аммиак действует как кислота Льюиса, а трифторид бора действует как основание Льюиса, NH 3 + BF 3 → F 3 B ←: NH 3 .
Что такое металлическое соединение?
Металлы — хорошие проводники электричества. Образование металлических связей дает кристаллическое твердое тело с высокими координационными числами 12 или 14. Когда атомы в металле идентичны, они не могут проявлять ионные свойства, потому что ионные соединения образуются между двумя разными атомами.Ковалентные связи также невозможны для металла. В ковалентных соединениях очень слабая сила Ван-дер-Ваальса, действующая между двумя связывающими химическими атомами. Это не может объяснить жесткость атома металла.
Металлическая химическая связь может быть совокупностью положительных атомных остовов и подвижных электронов в модели электронного моря. Химическая сила, связывающая металл и подвижные электроны, называется металлической связью. Модель электронного моря в металлических связях может легко объяснить проводимость и теплопроводность металлических соединений.
Свойства металлической связки
- Под действием электрического поля электроны металла движутся по решетке. Таким образом, металлы являются проводниками электричества.
- Теплопроводность возникает из-за движения электронов. Более высокая химическая энергия передает некоторую энергию подвижным электронам для образования металлической связи. Но эти электроны перемещают одно атомное ядро к другому. Поэтому металл — хороший проводник тепла.
- Хотя большинство химических свойств металла можно объяснить металлическими связями, теплоемкость металлов трудно объяснить с помощью определения модели электронного моря.