Caractéristiques des liaisons covalentes. Quelles substances sont caractérisées par des liaisons covalentes ?

L'électronégativité est la capacité des atomes à déplacer les électrons dans leur direction lorsqu'ils forment une liaison chimique. Ce concept a été introduit par le chimiste américain L. Pauling (1932). L'électronégativité caractérise la capacité d'un atome d'un élément donné à attirer une paire d'électrons commune dans une molécule. Les valeurs d'électronégativité déterminées par diverses méthodes diffèrent les unes des autres. Dans la pratique pédagogique, ils utilisent le plus souvent des valeurs relatives plutôt qu'absolues de l'électronégativité. La plus courante est une échelle dans laquelle l'électronégativité de tous les éléments est comparée à l'électronégativité du lithium, pris comme un seul.

Parmi les éléments des groupes IA - VIIA :

En règle générale, l'électronégativité avec un numéro atomique croissant augmente par périodes (« de gauche à droite ») et par groupes, elle diminue (« de haut en bas »).

Les éléments à haute électronégativité, dont les atomes ont une affinité électronique élevée et une énergie d'ionisation élevée, c'est-à-dire sujets à l'ajout d'un électron ou au déplacement d'une paire d'électrons de liaison dans leur direction, sont appelés non-métaux.

Les métaux comprennent la plupart des éléments du tableau périodique.

Les métaux se caractérisent par une faible électronégativité, c'est-à-dire une faible énergie d'ionisation et une faible affinité électronique. Les atomes métalliques donnent des électrons à des atomes non métalliques ou mélangent des paires d'électrons de liaison entre eux. Les métaux ont un éclat caractéristique, une conductivité électrique élevée et une bonne conductivité thermique. Ils sont pour la plupart durables et malléables.

Les métaux incluent tous les éléments d et f. Si, dans le tableau périodique, vous sélectionnez mentalement uniquement des blocs d'éléments s et p, c'est-à-dire des éléments du groupe A et tracez une diagonale du coin supérieur gauche au coin inférieur droit, il s'avère que des éléments non métalliques se trouvent sur le côté droit de cette diagonale, et les métalliques - à gauche. Adjacents à la diagonale se trouvent des éléments qui ne peuvent être classés sans ambiguïté comme métaux ou non-métaux. Ces éléments intermédiaires comprennent : le bore, le silicium, le germanium, l'arsenic, l'antimoine, le sélénium, le polonium et l'astatine.

Les idées sur les liaisons covalentes et ioniques ont joué un rôle important dans le développement des idées sur la structure de la matière. Cependant, la création de nouvelles méthodes physiques et chimiques pour étudier la structure fine de la matière et leur utilisation ont montré que le phénomène de liaison chimique est très important. plus complexe. On pense actuellement que toute liaison hétéroatomique est à la fois covalente et ionique, mais dans des proportions différentes. Ainsi, le concept de composants covalents et ioniques d'une liaison hétéroatomique est introduit. Plus la différence d’électronégativité des atomes de liaison est grande, plus la polarité de la liaison est grande. Lorsque la différence est supérieure à deux unités, la composante ionique est presque toujours prédominante. Comparons deux oxydes : l'oxyde de sodium Na 2 O et l'oxyde de chlore (VII) Cl 2 O 7. Dans l'oxyde de sodium, la charge partielle sur l'atome d'oxygène est de -0,81 et dans l'oxyde de chlore de -0,02. Cela signifie effectivement que la liaison Na-O est à 81 % ionique et à 19 % covalente. La composante ionique de la liaison Cl-O n'est que de 2 %.

Liste de la littérature utilisée

1. Popkov V.A., Puzakov S. A. Chimie générale : manuel. - M. : GEOTAR-Media, 2010. - 976 pp. : ISBN 978-5-9704-1570-2. [Avec. 35-37]
2. Volkov, A.I., Zharsky, I.M. Grand ouvrage de référence sur la chimie / A.I. Volkov, I.M. Jarski. - Mn. : École Moderne, 2005. - 608 avec ISBN 985-6751-04-7.

Fonction principale Les réseaux de télécommunication (TCN) ont pour objectif d'assurer l'échange d'informations entre tous les systèmes d'abonnés d'un réseau informatique. L'échange s'effectue via des canaux de communication, qui constituent l'un des principaux composants des réseaux de télécommunication.

Un canal de communication est une combinaison d'un support physique (ligne de communication) et d'un équipement de transmission de données (DTE) qui transmet des signaux d'information d'un nœud de commutation du réseau à un autre ou entre nœuds. commutation et système d'abonné.

Ainsi, le canal de communication et la ligne de communication physique ne sont pas la même chose. En général, plusieurs canaux logiques peuvent être organisés sur la base d'une seule ligne de communication au moyen de séparations de temps, de fréquence, de phase et d'autres types.

Utilisé dans les réseaux informatiques réseaux de téléphonie, télégraphe, télévision, communication par satellite. Les canaux filaires (aériens), câblés et radio des communications terrestres et par satellite sont utilisés comme lignes de communication. La différence entre eux est déterminée par le support de transmission de données. Le support physique de transmission des données peut être un câble, ainsi que l'atmosphère terrestre ou l'espace extra-atmosphérique à travers lequel les ondes électromagnétiques se propagent.

Les réseaux informatiques utilisent les réseaux de communication téléphonique, télégraphique, télégraphique et satellite. Les canaux de communication filaires (aériens), câblés et radio des communications terrestres et par satellite sont utilisés comme lignes de communication. La différence entre eux est déterminée par le support de transmission de données. Le support physique de transmission des données peut être un câble, ainsi que l'atmosphère terrestre ou l'espace extra-atmosphérique à travers lequel les ondes électromagnétiques se propagent.

Lignes de communication filaires (aériennes)- ce sont des fils sans tresses isolantes ou de blindage, posés entre poteaux et suspendus en l'air. Traditionnellement, ils sont utilisés pour transmettre des signaux téléphoniques et télégraphiques, mais en l'absence d'autres possibilités, ils sont utilisés pour transmettre des données informatiques. Les lignes de communication filaires se caractérisent par une faible bande passante et une faible immunité au bruit, elles sont donc rapidement remplacées par des lignes câblées.

Lignes de câbles inclure un câble composé de conducteurs avec plusieurs couches d'isolation - électrique, électromagnétique, mécanique et de connecteurs pour y connecter divers équipements. Les réseaux câblés utilisent principalement trois types de câbles : un câble à base de paires torsadées de fils de cuivre (il s'agit d'une paire torsadée en version blindée, lorsqu'une paire de fils de cuivre est enveloppée dans un écran isolant, et non blindé, lorsqu'il n'y a pas d'isolant). enveloppe), câble coaxial (constitué d'un noyau interne en cuivre et d'une tresse, séparés du noyau par une couche d'isolation) et câble à fibre optique (constitué de fibres fines de 5 à 60 microns à travers lesquelles les signaux lumineux se propagent).

Parmi les lignes de communication par câble Les guides de lumière ont les meilleures performances. Leurs principaux avantages : un débit élevé (jusqu'à 10 Gbit/s et plus), grâce à l'utilisation d'ondes électromagnétiques dans le domaine optique ; insensibilité aux champs électromagnétiques externes et absence de son propre rayonnement électromagnétique, faible intensité de travail pour la pose d'un câble optique ; sécurité contre les étincelles, les explosions et les incendies ; résistance accrue aux environnements agressifs; faible densité (rapport masse linéaire/largeur de bande) ; domaines d'application étendus (création de voies d'accès publiques, systèmes de communication entre ordinateurs et périphériques de réseaux locaux, en technologie des microprocesseurs, etc.).

Inconvénients des lignes de communication par fibre optique: la connexion d'ordinateurs supplémentaires au guide de lumière affaiblit considérablement le signal ; les modems haut débit nécessaires aux guides de lumière sont encore coûteux ; les guides de lumière connectant les ordinateurs doivent être équipés de convertisseurs de signaux électriques en lumière et vice versa.

Chaînes radio terrestres et satellite sont formés à l’aide d’un émetteur et d’un récepteur d’ondes radio. Différents types de canaux radio diffèrent par la gamme de fréquences utilisée et la portée de transmission des informations. Les canaux radio fonctionnant dans les bandes d'ondes courtes, moyennes et longues (HF, MF, DV) permettent une communication longue distance, mais à un faible taux de transfert de données. Ce sont des chaînes radio qui utilisent la modulation d'amplitude des signaux. Les canaux fonctionnant sur ondes ultracourtes (VHF) sont plus rapides et se caractérisent par une modulation de fréquence des signaux. Les canaux ultra-rapides sont ceux fonctionnant dans les gammes ultra-hautes fréquences (micro-ondes), c'est-à-dire au-dessus de 4 GHz. Dans la gamme des micro-ondes, les signaux ne sont pas réfléchis par l'ionosphère terrestre, une communication stable nécessite donc une visibilité directe entre l'émetteur et le récepteur. Pour cette raison, les signaux micro-ondes sont utilisés soit dans les canaux satellite, soit dans les relais radio, lorsque cette condition est remplie.

Caractéristiques des lignes de communication. Les principales caractéristiques des lignes de communication sont les suivantes : réponse amplitude-fréquence, bande passante, atténuation, débit, immunité au bruit, diaphonie à l'extrémité proche de la ligne, fiabilité de la transmission des données, coût unitaire.

Les caractéristiques d'une ligne de communication sont souvent déterminées en analysant ses réponses à certaines influences de référence, qui sont des oscillations sinusoïdales de différentes fréquences, car elles sont souvent rencontrées en technologie et peuvent être utilisées pour représenter n'importe quelle fonction du temps. Le degré de distorsion des signaux sinusoïdaux d'une ligne de communication est évalué à l'aide de la réponse amplitude-fréquence, de la bande passante et de l'atténuation à une certaine fréquence.

Réponse amplitude-fréquence(Réponse en fréquence) donne l'image la plus complète de la ligne de communication ; il montre comment l'amplitude de la sinusoïde à la sortie de la ligne s'atténue par rapport à l'amplitude à son entrée pour toutes les fréquences possibles du signal transmis (au lieu de l'amplitude de le signal, sa puissance est souvent utilisée). Par conséquent, la réponse en fréquence vous permet de déterminer la forme du signal de sortie pour n'importe quel signal d'entrée. Cependant, il est très difficile d'obtenir la réponse en fréquence d'une ligne de communication réelle, c'est pourquoi, dans la pratique, d'autres caractéristiques simplifiées sont utilisées à la place : la bande passante et l'atténuation.

Bande passante du lien représente une plage continue de fréquences sur laquelle le rapport de l'amplitude du signal de sortie au signal d'entrée dépasse une limite prédéterminée (généralement 0,5). Par conséquent, la bande passante détermine la gamme de fréquences d'un signal sinusoïdal à laquelle ce signal est transmis sur une ligne de communication sans distorsion significative. La bande passante qui influence le plus la vitesse maximale possible de transmission des informations le long d'une ligne de communication est la différence entre les fréquences maximale et minimale du signal sinusoïdal dans une bande passante donnée. La bande passante dépend du type de ligne et de sa longueur.

Des distinctions doivent être faites entre bande passante et la largeur du spectre des signaux d'information transmis. La largeur du spectre des signaux transmis est la différence entre les harmoniques significatives maximales et minimales du signal, c'est-à-dire les harmoniques qui apportent la principale contribution au signal résultant. Si des harmoniques significatives du signal se situent dans la bande passante de ligne, alors un tel signal sera transmis et reçu par le récepteur sans distorsion. Sinon, le signal sera déformé, le récepteur fera des erreurs lors de la reconnaissance des informations et, par conséquent, les informations ne pourront pas être transmises avec la bande passante donnée.

Atténuation est une diminution relative de l'amplitude ou de la puissance d'un signal lors de la transmission d'un signal d'une certaine fréquence le long d'une ligne.

L'atténuation A est mesurée en décibels (dB, dB) et est calculée par la formule :

A = 10 ?lg (P sortie / P entrée)

où P out, P in - puissance du signal à la sortie et à l'entrée de la ligne, respectivement.

Pour une estimation approximative distorsion des signaux transmis le long de la ligne, il suffit de connaître l'atténuation des signaux de fréquence fondamentale, c'est-à-dire fréquence dont l’harmonique a la plus grande amplitude et puissance. Une estimation plus précise est possible si l'on connaît l'atténuation à plusieurs fréquences proches de la principale.

Le débit d'une ligne de communication est sa caractéristique, qui détermine (comme la bande passante) le débit de transfert de données maximum possible le long de la ligne. Elle se mesure en bits par seconde (bps), ainsi qu'en unités dérivées (Kbps, Mbps, Gbps).

Bande passante une ligne de communication dépend de ses caractéristiques (réponse en fréquence, bande passante, atténuation) et du spectre des signaux transmis, qui, à son tour, dépend de la méthode choisie de codage physique ou linéaire (c'est-à-dire de la méthode de représentation des informations discrètes dans le forme de signaux). Pour une méthode de codage, une ligne peut avoir une capacité, et pour une autre, une autre.

Lors de l'encodage on utilise généralement un changement dans certains paramètres d'un signal périodique (par exemple, des oscillations sinusoïdales) - fréquence, amplitude et phase, sinusoïdes ou le signe du potentiel de la séquence d'impulsions. Un signal périodique dont les paramètres changent est appelé signal porteur ou fréquence porteuse si une sinusoïde est utilisée comme tel signal. Si la sinusoïde reçue ne modifie aucun de ses paramètres (amplitude, fréquence ou phase), alors elle ne transporte aucune information.

Le nombre de changements dans le paramètre d'information d'un signal porteur périodique par seconde (pour une onde sinusoïdale, il s'agit du nombre de changements d'amplitude, de fréquence ou de phase) est mesuré en bauds. Le cycle de fonctionnement de l'émetteur est la période de temps entre des changements adjacents du signal d'information.

En général La capacité de ligne en bits par seconde n'est pas la même que le débit en bauds. Selon la méthode de codage, il peut être supérieur, égal ou inférieur au nombre en bauds. Si, par exemple, avec cette méthode de codage, une valeur de bit unique est représentée par une impulsion de polarité positive et une valeur nulle par une impulsion de polarité négative, alors lors de la transmission de bits changeant alternativement (il n'y a pas de série de bits de même nom), le signal physique change d'état deux fois lors de la transmission de chaque bit. Par conséquent, avec ce codage, la capacité de la ligne est la moitié du nombre de bauds transmis le long de la ligne.

Pour le débit la ligne est affectée non seulement par le codage physique, mais également par le codage dit logique, qui est effectué avant le codage physique et consiste à remplacer la séquence originale de bits d'information par une nouvelle séquence de bits qui transporte la même information, mais possède des propriétés supplémentaires (par exemple, la possibilité pour le destinataire de détecter les erreurs dans les données reçues ou d'assurer la confidentialité des données transmises en les chiffrant). En règle générale, le codage logique s'accompagne du remplacement de la séquence de bits d'origine par une séquence plus longue, ce qui affecte négativement le temps de transmission des informations utiles.

Il y a un certain lien entre la capacité d'une ligne et sa bande passante. Avec un procédé de codage physique fixe, la capacité de ligne augmente avec l'augmentation de la fréquence du signal porteur périodique, puisque cette augmentation s'accompagne d'une augmentation des informations transmises par unité de temps. Mais à mesure que la fréquence de ce signal augmente, la largeur de son spectre augmente également, qui est transmis avec des distorsions déterminées par la bande passante de la ligne. Plus l'écart entre la bande passante de ligne et la largeur spectrale des signaux d'information transmis est grand, plus les signaux sont sujets à distorsion et plus les erreurs dans la reconnaissance des informations par le récepteur sont probables. En conséquence, la vitesse de transfert des informations s’avère inférieure à ce à quoi on pourrait s’attendre.

C=2F log2M, (4)

où M est le nombre d'états différents du paramètre d'information du signal transmis.

La relation de Nyquist, qui est également utilisée pour déterminer le débit maximum possible d'une ligne de communication, ne prend pas explicitement en compte la présence de bruit sur la ligne. Cependant, son influence se reflète indirectement dans le choix du nombre d'états du signal d'information. Par exemple, pour augmenter le débit d'une ligne, il était possible d'utiliser non pas 2 ou 4 niveaux, mais 16, lors du codage des données. Mais si l'amplitude du bruit dépasse la différence entre 16 niveaux adjacents, le récepteur ne pourra pas le faire. reconnaître systématiquement les données transmises. Par conséquent, le nombre d’états de signal possibles est effectivement limité par le rapport puissance du signal/bruit.

La formule de Nyquist détermine la valeur limite de la capacité du canal dans le cas où le nombre d'états du signal d'information a déjà été sélectionné en tenant compte des capacités de leur reconnaissance stable par le récepteur.

Immunité au bruit de la ligne de communication- c'est sa capacité à réduire le niveau d'interférences créées dans l'environnement extérieur sur les conducteurs internes. Cela dépend du type de support physique utilisé, ainsi que de l'équipement de ligne qui filtre et supprime les interférences. Les lignes à fibres optiques sont les plus résistantes au bruit et insensibles aux rayonnements électromagnétiques externes, les lignes radio sont les moins résistantes au bruit et les lignes de câbles occupent une position intermédiaire. La réduction des interférences causées par le rayonnement électromagnétique externe est obtenue en protégeant et en tordant les conducteurs.

Diaphonie à l'extrémité proche de la ligne - détermine l'immunité au bruit du câble vis-à-vis des sources d'interférences internes. Ils sont généralement évalués par rapport à un câble constitué de plusieurs paires torsadées, lorsque les interférences mutuelles d'une paire à l'autre peuvent atteindre des valeurs importantes et créer des interférences internes proportionnées au signal utile.

Fiabilité de la transmission des données(ou taux d'erreur sur les bits) caractérise la probabilité de corruption pour chaque bit de données transmis. Les raisons de la distorsion des signaux d'information sont les interférences sur la ligne, ainsi que la bande passante limitée. Par conséquent, l'augmentation de la fiabilité de la transmission de données est obtenue en augmentant le degré d'immunité au bruit de la ligne, en réduisant le niveau de diaphonie dans le câble et en utilisant davantage de lignes de communication à large bande.

Pour les lignes de communication par câble conventionnelles sans protection supplémentaire contre les erreurs, la fiabilité de la transmission des données est généralement de 10 -4 -10 -6. Cela signifie qu'en moyenne, sur 10 4 ou 10 6 bits transmis, la valeur d'un bit sera déformée.

Équipement de ligne de communication(équipement de transmission de données - ATD) est un équipement de pointe qui connecte directement les ordinateurs à la ligne de communication. Il fait partie de la ligne de communication et fonctionne généralement au niveau physique, assurant la transmission et la réception d'un signal de forme et de puissance requises. Des exemples d'ADF sont les modems, les adaptateurs, les convertisseurs analogique-numérique et numérique-analogique.

L'ADF n'inclut pas l'équipement terminal de données (DTE) de l'utilisateur, qui génère des données à transmettre sur la ligne de communication et est connecté directement à l'ADF. Un DTE comprend, par exemple, un routeur de réseau local. Notez que la division des équipements en classes APD et DOD est assez arbitraire.

Sur les lignes de communication sur de longues distances, des équipements intermédiaires sont utilisés, qui résolvent deux problèmes principaux : améliorer la qualité des signaux d'information (leur forme, leur puissance, leur durée) et créer un canal composite permanent (canal de bout en bout) pour la communication entre deux abonnés au réseau. Dans un LCS, les équipements intermédiaires ne sont pas utilisés si la longueur du support physique (câbles, air radio) est courte, afin que les signaux d'un adaptateur réseau à un autre puissent être transmis sans restauration intermédiaire de leurs paramètres.

Les réseaux mondiaux assurent une transmission de signaux de haute qualité sur des centaines et des milliers de kilomètres. Par conséquent, les amplificateurs sont installés à certaines distances. Pour créer une ligne de bout en bout entre deux abonnés, des multiplexeurs, des démultiplexeurs et des commutateurs sont utilisés.

L'équipement intermédiaire du canal de communication est transparent pour l'utilisateur (il ne le remarque pas), bien qu'il forme en réalité un réseau complexe appelé réseau primaire et sert de base à la construction de réseaux informatiques, téléphoniques et autres.

Distinguer analogique Et numérique lignes de communication, qui utilisent différents types d'équipements intermédiaires. Dans les lignes analogiques, les équipements intermédiaires sont conçus pour amplifier des signaux analogiques ayant une plage continue de valeurs. Dans les canaux analogiques à haut débit, une technique de multiplexage de fréquence est mise en œuvre, lorsque plusieurs canaux d'abonnés analogiques à bas débit sont multiplexés en un seul canal à haut débit. Dans les canaux de communication numériques, où les signaux d'information rectangulaires ont un nombre fini d'états, des équipements intermédiaires améliorent la forme des signaux et restaurent leur période de répétition. Il prévoit la formation de canaux numériques à haut débit, fonctionnant sur le principe du multiplexage temporel des canaux, lorsque chaque canal à bas débit se voit attribuer une certaine part du temps du canal à haut débit.

Lors de la transmission de données informatiques discrètes sur des lignes de communication numériques, le protocole de couche physique est défini, car les paramètres des signaux d'information transmis par la ligne sont standardisés, mais lors de la transmission sur des lignes analogiques, il n'est pas défini, car les signaux d'information ont un caractère arbitraire. forme et il n'y a aucun rapport avec la méthode de représentation des uns et des zéros par l'équipement de transmission de données, il n'y a aucune exigence.

Les éléments suivants ont trouvé une application dans les réseaux de communication : concernant presses à transfert d'informations :

Simplex, lorsque l'émetteur et le récepteur sont connectés par un seul canal de communication, à travers lequel les informations ne sont transmises que dans une seule direction (ceci est typique des réseaux de communication télévisuelle) ;

Half-duplex, lorsque deux nœuds de communication sont également connectés par un seul canal, à travers lequel les informations sont transmises alternativement dans un sens puis dans le sens opposé (ceci est typique des systèmes de référence d'information et de demande-réponse) ;

Duplex, lorsque deux nœuds de communication sont connectés par deux canaux (un canal de communication aller et un canal retour), à travers lesquels les informations sont transmises simultanément dans des directions opposées. Les canaux duplex sont utilisés dans les systèmes avec retour de décision et d'informations.

Canaux de communication commutés et dédiés. Dans TSS, une distinction est faite entre les canaux de communication dédiés (non commutés) et ceux avec commutation pendant la durée de transmission des informations sur ces canaux.

Lors de l'utilisation de canaux de communication dédiés, les équipements émetteurs-récepteurs des nœuds de communication sont constamment connectés les uns aux autres. Cela garantit un degré élevé de préparation du système pour la transmission d'informations, une qualité de communication supérieure et la prise en charge d'un volume de trafic important. En raison des coûts d'exploitation relativement élevés des réseaux dotés de canaux de communication dédiés, leur rentabilité n'est atteinte que si les canaux sont suffisamment chargés.

Pour les canaux de communication commutés, créés uniquement pour la durée du transfert d'une quantité fixe d'informations, ils se caractérisent par une grande flexibilité et un coût relativement faible (avec un faible volume de trafic). Inconvénients de tels canaux : perte de temps pour la commutation (pour établir la communication entre abonnés), possibilité de blocage en raison de l'occupation de certains tronçons de la ligne de communication, qualité de communication moindre, coût élevé avec un volume de trafic important.

Liaison ionique

(des matériaux du site http://www.hemi.nsu.ru/ucheb138.htm ont été utilisés)

La liaison ionique se produit par attraction électrostatique entre des ions de charges opposées. Ces ions se forment à la suite du transfert d’électrons d’un atome à un autre. Une liaison ionique se forme entre des atomes qui présentent de grandes différences d'électronégativité (généralement supérieures à 1,7 sur l'échelle de Pauling), par exemple entre les atomes de métaux alcalins et d'halogène.

Considérons l'apparition d'une liaison ionique en utilisant l'exemple de la formation de NaCl.

À partir de formules électroniques d'atomes

Na 1s 2 2s 2 2p 6 3s 1 et

Classe 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 5

On peut voir que pour compléter le niveau externe, il est plus facile pour un atome de sodium d’abandonner un électron que d’en gagner sept, et pour un atome de chlore, il est plus facile de gagner un électron que d’en gagner sept. Dans les réactions chimiques, l’atome de sodium cède un électron et l’atome de chlore le prend. En conséquence, les couches électroniques des atomes de sodium et de chlore sont transformées en couches électroniques stables des gaz rares (configuration électronique du cation sodium

Na + 1s 2 2s 2 2p 6,

et la configuration électronique de l'anion chlore est

Cl – - 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6).

L'interaction électrostatique des ions conduit à la formation d'une molécule de NaCl.

La nature de la liaison chimique se reflète souvent dans l'état d'agrégation et les propriétés physiques de la substance. Les composés ioniques tels que le chlorure de sodium NaCl sont durs et réfractaires car il existe de puissantes forces d'attraction électrostatique entre les charges de leurs ions « + » et « – ».

L’ion chlore chargé négativement attire non seulement « son » ion Na+, mais aussi les autres ions sodium qui l’entourent. Cela conduit au fait qu'à proximité de chacun des ions, il n'y a pas un ion de signe opposé, mais plusieurs.

La structure d'un cristal de chlorure de sodium NaCl.

En fait, il y a 6 ions sodium autour de chaque ion chlore et 6 ions chlore autour de chaque ion sodium. Cet empilement ordonné d’ions s’appelle un cristal ionique. Si un seul atome de chlore est isolé dans un cristal, alors parmi les atomes de sodium qui l'entourent, il n'est plus possible de trouver celui avec lequel le chlore a réagi.

Attirés les uns vers les autres par des forces électrostatiques, les ions sont extrêmement réticents à changer d'emplacement sous l'influence d'une force extérieure ou d'une augmentation de la température. Mais si le chlorure de sodium fond et continue d’être chauffé sous vide, il s’évapore, formant des molécules diatomiques de NaCl. Cela suggère que les forces de liaison covalente ne sont jamais complètement désactivées.

Caractéristiques de base des liaisons ioniques et propriétés des composés ioniques

1. Une liaison ionique est une liaison chimique forte. L'énergie de cette liaison est de l'ordre de 300 à 700 kJ/mol.

2. Contrairement à une liaison covalente, une liaison ionique est non directionnelle car un ion peut attirer vers lui des ions de signe opposé dans n’importe quelle direction.

3. Contrairement à une liaison covalente, une liaison ionique est insaturée, car l'interaction d'ions de signe opposé ne conduit pas à une compensation mutuelle complète de leurs champs de force.

4. Lors de la formation de molécules avec une liaison ionique, aucun transfert complet d'électrons ne se produit. Par conséquent, les liaisons ioniques à cent pour cent n'existent pas dans la nature. Dans la molécule NaCl, la liaison chimique n’est qu’à 80 % ionique.

5. Les composés comportant des liaisons ioniques sont des solides cristallins qui ont des points de fusion et d’ébullition élevés.

6. La plupart des composés ioniques sont solubles dans l’eau. Les solutions et les fusions de composés ioniques conduisent le courant électrique.

Connexion métallique

Les cristaux métalliques sont structurés différemment. Si vous examinez un morceau de sodium métallique, vous constaterez que son apparence est très différente de celle du sel de table. Le sodium est un métal mou, facilement coupé au couteau, aplati au marteau, il peut être facilement fondu dans une tasse sur une lampe à alcool (point de fusion 97,8 o C). Dans un cristal de sodium, chaque atome est entouré de huit autres atomes similaires.

Structure cristalline du Na métallique.

La figure montre que l’atome de Na au centre du cube a 8 voisins les plus proches. Mais on peut en dire autant de n’importe quel autre atome d’un cristal, puisqu’ils sont tous identiques. Le cristal est constitué de fragments répétitifs « à l’infini » montrés sur cette figure.

Les atomes métalliques au niveau d'énergie externe contiennent un petit nombre d'électrons de valence. L’énergie d’ionisation des atomes métalliques étant faible, les électrons de valence sont faiblement retenus dans ces atomes. En conséquence, des ions chargés positivement et des électrons libres apparaissent dans le réseau cristallin des métaux. Dans ce cas, les cations métalliques sont situés dans les nœuds du réseau cristallin et les électrons se déplacent librement dans le champ des centres positifs, formant ce qu'on appelle le « gaz électronique ».

La présence d’un électron chargé négativement entre deux cations provoque une interaction de chaque cation avec cet électron.

Ainsi, La liaison métallique est la liaison entre les ions positifs dans les cristaux métalliques qui se produit par l'attraction d'électrons se déplaçant librement dans le cristal.

Puisque les électrons de valence dans un métal sont répartis uniformément dans tout le cristal, une liaison métallique, comme une liaison ionique, est une liaison non directionnelle. Contrairement à une liaison covalente, une liaison métallique est une liaison insaturée. Une liaison métallique diffère également d’une liaison covalente par sa résistance. L'énergie d'une liaison métallique est environ trois à quatre fois inférieure à l'énergie d'une liaison covalente.

En raison de la grande mobilité du gaz électronique, les métaux se caractérisent par une conductivité électrique et thermique élevée.

Le cristal métallique semble assez simple, mais en réalité sa structure électronique est plus complexe que celle des cristaux de sel ioniques. Il n’y a pas assez d’électrons dans la couche électronique externe des éléments métalliques pour former une liaison covalente ou ionique « octet » à part entière. Par conséquent, à l’état gazeux, la plupart des métaux sont constitués de molécules monoatomiques (c’est-à-dire d’atomes individuels non connectés les uns aux autres). Un exemple typique est la vapeur de mercure. Ainsi, la liaison métallique entre les atomes métalliques ne se produit qu’à l’état d’agrégation liquide et solide.

Une liaison métallique peut être décrite comme suit : certains des atomes métalliques du cristal résultant cèdent leurs électrons de valence à l'espace entre les atomes (pour le sodium, c'est... 3s1), se transformant en ions. Puisque tous les atomes métalliques d’un cristal sont identiques, chacun a la même chance de perdre un électron de valence.

En d’autres termes, le transfert d’électrons entre les atomes métalliques neutres et ionisés s’effectue sans consommation d’énergie. Dans ce cas, certains électrons se retrouvent toujours dans l’espace entre les atomes sous forme de « gaz électronique ».

Ces électrons libres maintiennent premièrement les atomes métalliques à une certaine distance d’équilibre les uns des autres.

Deuxièmement, ils confèrent aux métaux un « éclat métallique » caractéristique (les électrons libres peuvent interagir avec les quanta de lumière).

Troisièmement, les électrons libres confèrent aux métaux une bonne conductivité électrique. La conductivité thermique élevée des métaux s'explique également par la présence d'électrons libres dans l'espace interatomique - ils « répondent » facilement aux changements d'énergie et contribuent à son transfert rapide dans le cristal.

Un modèle simplifié de la structure électronique d'un cristal métallique.

******** En utilisant le sodium métallique comme exemple, considérons la nature de la liaison métallique du point de vue des idées sur les orbitales atomiques. L'atome de sodium, comme beaucoup d'autres métaux, manque d'électrons de valence, mais il existe des orbitales de valence libres. L'électron unique 3s du sodium est capable de se déplacer vers n'importe laquelle des orbitales voisines libres et d'énergie proche. À mesure que les atomes d'un cristal se rapprochent, les orbitales externes des atomes voisins se chevauchent, permettant aux électrons cédés de se déplacer librement dans le cristal.

Cependant, le « gaz électronique » n’est pas aussi désordonné qu’il y paraît. Les électrons libres dans un cristal métallique se trouvent dans des orbitales qui se chevauchent et sont dans une certaine mesure partagés, formant quelque chose comme des liaisons covalentes. Le sodium, le potassium, le rubidium et d'autres éléments métalliques ont simplement peu d'électrons partagés, leurs cristaux sont donc fragiles et fusibles. À mesure que le nombre d’électrons de valence augmente, la résistance des métaux augmente généralement.

Ainsi, les liaisons métalliques ont tendance à être formées par des éléments dont les atomes ont peu d’électrons de valence dans leur enveloppe externe. Ces électrons de valence, qui réalisent la liaison métallique, sont tellement partagés qu'ils peuvent se déplacer dans le cristal métallique et assurer une conductivité électrique élevée du métal.

Un cristal de NaCl ne conduit pas l’électricité car il n’y a pas d’électrons libres dans l’espace entre les ions. Tous les électrons donnés par les atomes de sodium sont fermement retenus par les ions chlore. C’est l’une des différences significatives entre les cristaux ioniques et ceux métalliques.

Ce que vous savez maintenant sur la liaison métallique contribue à expliquer la grande malléabilité (ductilité) de la plupart des métaux. Le métal peut être aplati en une fine feuille et étiré en fil. Le fait est que les différentes couches d’atomes d’un cristal métallique peuvent glisser les unes sur les autres relativement facilement : le « gaz électronique » mobile adoucit constamment le mouvement des ions positifs individuels, les protégeant les uns des autres.

Bien sûr, rien de tel ne peut être fait avec le sel de table, bien que le sel soit également une substance cristalline. Dans les cristaux ioniques, les électrons de valence sont étroitement liés au noyau de l’atome. Le déplacement d'une couche d'ions par rapport à une autre rapproche les ions de même charge et provoque une forte répulsion entre eux, entraînant la destruction du cristal (NaCl est une substance fragile).

Le déplacement des couches d'un cristal ionique provoque l'apparition de forces répulsives importantes entre des ions similaires et la destruction du cristal.

Navigation

• Résoudre des problèmes combinés basés sur les caractéristiques quantitatives d'une substance
• Résolution de problèmes. La loi de constance de la composition des substances. Calculs utilisant les concepts de « masse molaire » et de « quantité chimique » d'une substance

Conférence pour les enseignants

Une liaison chimique (ci-après dénommée liaison) peut être définie comme l'interaction de deux ou plusieurs atomes, à la suite de laquelle un microsystème polyatomique chimiquement stable (molécule, cristal, complexe, etc.) est formé.

La doctrine de la liaison occupe une place centrale dans la chimie moderne, puisque la chimie en tant que telle commence là où finit l’atome isolé et où commence la molécule. Essentiellement, toutes les propriétés des substances sont déterminées par les caractéristiques des liaisons qu'elles contiennent. La principale différence entre une liaison chimique et d’autres types d’interactions entre atomes est que sa formation est déterminée par un changement dans l’état des électrons de la molécule par rapport aux atomes d’origine.

La théorie de la communication devrait apporter des réponses à un certain nombre de questions. Pourquoi les molécules se forment-elles ? Pourquoi certains atomes interagissent-ils alors que d’autres ne le font pas ? Pourquoi les atomes se combinent-ils dans certains rapports ? Pourquoi les atomes sont-ils disposés d’une certaine manière dans l’espace ? Et enfin, il est nécessaire de calculer l'énergie de liaison, sa longueur et d'autres caractéristiques quantitatives. La correspondance des concepts théoriques avec les données expérimentales doit être considérée comme un critère de vérité de la théorie.

Il existe deux méthodes principales pour décrire la communication qui permettent de répondre aux questions posées. Ce sont les méthodes des liaisons de valence (BC) et des orbitales moléculaires (MO). Le premier est plus visuel et simple. La seconde est plus stricte et universelle. Pour plus de clarté, l’accent sera mis ici sur la méthode BC.

La mécanique quantique permet de décrire la connexion à partir des lois les plus générales. Bien qu’il existe cinq types de liaisons (liaisons d’interaction covalente, ionique, métallique, hydrogène et intermoléculaire), la liaison est de nature uniforme et les différences entre ses types sont relatives. L'essence de la communication réside dans l'interaction coulombienne, dans l'unité des contraires - attraction et répulsion. La division de la communication en types et la différence dans les méthodes de description n'indiquent pas la diversité de la communication, mais plutôt le manque de connaissances à son sujet au stade actuel de développement de la science.

Cette conférence couvrira des sujets tels que l'énergie des liaisons chimiques, le modèle mécanique quantique des liaisons covalentes, les mécanismes d'échange et donneur-accepteur de la formation de liaisons covalentes, l'excitation atomique, la multiplicité des liaisons, l'hybridation des orbitales atomiques, l'électronégativité des éléments et la polarité des liaisons covalentes, le concept de la méthode orbitale moléculaire, liaison chimique dans les cristaux.

Énergie de liaison chimique

Selon le principe de moindre énergie, l’énergie interne d’une molécule doit diminuer par rapport à la somme des énergies internes des atomes qui la composent. L'énergie interne d'une molécule comprend la somme des énergies d'interaction de chaque électron avec chaque noyau, de chaque électron avec un autre électron et de chaque noyau avec un autre noyau. L’attraction doit prévaloir sur la répulsion.

La caractéristique la plus importante d’une liaison est l’énergie, qui détermine sa force. Une mesure de la force d'une liaison peut être à la fois la quantité d'énergie dépensée pour la rompre (énergie de dissociation de la liaison) et la valeur qui, additionnée à toutes les liaisons, donne l'énergie de formation d'une molécule à partir d'atomes élémentaires. L’énergie de rompre un lien est toujours positive. L'énergie de formation des liaisons est de même ampleur, mais a un signe négatif.

Pour une molécule diatomique, l'énergie de liaison est numériquement égale à l'énergie de dissociation de la molécule en atomes et à l'énergie de formation de la molécule à partir des atomes. Par exemple, l’énergie de liaison dans une molécule HBr est égale à la quantité d’énergie libérée au cours du processus H + Br = HBr. Il est évident que l'énergie de liaison du HBr est supérieure à la quantité d'énergie libérée lors de la formation du HBr à partir de l'hydrogène moléculaire gazeux et du brome liquide :

1/2Н 2 (g.) + 1/2Вr 2 (l.) = НBr (g.),

sur la valeur énergétique d'évaporation de 1/2 mole Br 2 et sur la valeur énergétique de décomposition de 1/2 mole H 2 et 1/2 mole Br 2 en atomes libres.

Modèle mécanique quantique de liaison covalente utilisant la méthode des liaisons de valence en utilisant l'exemple d'une molécule d'hydrogène

En 1927, l'équation de Schrödinger fut résolue pour la molécule d'hydrogène par les physiciens allemands W. Heitler et F. London. Il s’agissait de la première tentative réussie d’appliquer la mécanique quantique à la résolution de problèmes de communication. Leurs travaux ont jeté les bases de la méthode des liaisons de valence, ou schémas de valence (VS).

Les résultats du calcul peuvent être présentés graphiquement sous la forme de dépendances des forces d'interaction entre les atomes (Fig. 1, a) et de l'énergie du système (Fig. 1, b) sur la distance entre les noyaux des atomes d'hydrogène. Nous placerons le noyau de l'un des atomes d'hydrogène à l'origine des coordonnées, et le noyau du second sera rapproché du noyau du premier atome d'hydrogène le long de l'axe des abscisses. Si les spins des électrons sont antiparallèles, les forces attractives (voir Fig. 1, a, courbe I) et répulsives (courbe II) augmenteront. La résultante de ces forces est représentée par la courbe III. Dans un premier temps, les forces d’attraction prédominent, puis les forces de répulsion. Lorsque la distance entre les noyaux devient égale à r 0 = 0,074 nm, la force attractive est équilibrée par la force répulsive. Le bilan des forces correspond à l'énergie minimale du système (voir Fig. 1, b, courbe IV) et donc à l'état le plus stable. La profondeur du « puits de potentiel » représente l'énergie de liaison E 0 H–H dans la molécule H 2 au zéro absolu. Elle est de 458 kJ/mol. Cependant, à températures réelles, la rupture de liaison nécessite un peu moins d'énergie E H – H, qui à 298 K (25 ° C) équivaut à 435 kJ/mol. La différence entre ces énergies dans la molécule H2 est l'énergie de vibration des atomes d'hydrogène (E coll = E 0 H–H – E H–H = 458 – 435 = 23 kJ/mol).

Riz. 1. Dépendance des forces d'interaction entre les atomes (a) et l'énergie du système (b)
sur la distance entre les noyaux des atomes dans la molécule H 2

Lorsque deux atomes d'hydrogène contenant des électrons à spins parallèles se rapprochent, l'énergie du système augmente constamment (voir Fig. 1, b, courbe V) et aucune liaison ne se forme.

Ainsi, le calcul de la mécanique quantique a fourni une explication quantitative de la connexion. Si une paire d’électrons a des spins opposés, les électrons se déplacent dans le champ des deux noyaux. Entre les noyaux apparaît une zone avec une forte densité de nuage d'électrons - un excès de charge négative qui attire les noyaux chargés positivement. Du calcul de la mécanique quantique découlent les dispositions qui sont à la base de la méthode VS :

1. La raison de la connexion est l’interaction électrostatique des noyaux et des électrons.
2. La liaison est formée par une paire d’électrons à spins antiparallèles.
3. La saturation des liaisons est due à la formation de paires d’électrons.
4. La force de la connexion est proportionnelle au degré de chevauchement des nuages ​​​​d'électrons.
5. La directionnalité de la connexion est due au chevauchement des nuages ​​​​d'électrons dans la région de densité électronique maximale.

Mécanisme d'échange de formation de liaisons covalentes selon la méthode BC. Directionnalité et saturation des liaisons covalentes

L'un des concepts les plus importants de la méthode BC est la valence. La valeur numérique de la valence dans la méthode BC est déterminée par le nombre de liaisons covalentes qu'un atome forme avec d'autres atomes.

Le mécanisme considéré pour la molécule H2 pour la formation d'une liaison par une paire d'électrons à spins antiparallèles, qui appartenaient à des atomes différents avant la formation de la liaison, est appelé échange. Si l’on considère uniquement le mécanisme d’échange, la valence d’un atome est déterminée par le nombre de ses électrons non appariés.

Pour les molécules plus complexes que H2, les principes de calcul restent inchangés. La formation d'une liaison est provoquée par l'interaction d'une paire d'électrons de spins opposés, mais avec des fonctions d'onde de même signe, qui s'additionnent. Il en résulte une augmentation de la densité électronique dans la région des nuages ​​d'électrons qui se chevauchent et une contraction des noyaux. Regardons des exemples.

Dans la molécule de fluor, la liaison F2 est formée par 2p orbitales d'atomes de fluor :

La densité la plus élevée du nuage électronique se situe près de l’orbitale 2p dans la direction de l’axe de symétrie. Si les électrons non appariés des atomes de fluor se trouvent sur des orbitales 2p x, la liaison se produit dans la direction de l'axe x (Fig. 2). Les orbitales 2p y et 2p z contiennent des paires libres d'électrons qui ne sont pas impliquées dans la formation de liaisons (ombrées sur la figure 2). Dans ce qui suit, nous ne décrirons pas de telles orbitales.

Riz. 2. Formation de la molécule F 2

Dans la molécule de fluorure d'hydrogène HF, la liaison est formée par l'orbitale 1s de l'atome d'hydrogène et l'orbitale 2p x de l'atome de fluor :

La direction de la liaison dans cette molécule est déterminée par l'orientation de l'orbitale 2px de l'atome de fluor (Fig. 3). Le chevauchement se produit dans la direction de l’axe de symétrie x. Toute autre option de chevauchement est énergétiquement moins favorable.

Riz. 3. Formation de la molécule HF

Les orbitales d et f plus complexes sont également caractérisées par les directions de densité électronique maximale le long de leurs axes de symétrie.

Ainsi, la directivité est l’une des principales propriétés d’une liaison covalente.

La direction de la liaison est bien illustrée par l'exemple de la molécule de sulfure d'hydrogène H 2 S :

Étant donné que les axes de symétrie des orbitales de valence 3p de l'atome de soufre sont mutuellement perpendiculaires, il faut s'attendre à ce que la molécule H 2 S ait une structure en coin avec un angle entre les liaisons S – H de 90° (Fig. 4). En effet, l'angle est proche de celui calculé et est égal à 92°.

Riz. 4. Formation de la molécule H 2 S

Évidemment, le nombre de liaisons covalentes ne peut pas dépasser le nombre de paires d’électrons formant les liaisons. Cependant, la saturation en tant que propriété d'une liaison covalente signifie également que si un atome possède un certain nombre d'électrons non appariés, alors tous doivent participer à la formation de liaisons covalentes.

Cette propriété s'explique par le principe de moindre énergie. À chaque liaison supplémentaire formée, une énergie supplémentaire est libérée. Par conséquent, toutes les possibilités de valence sont pleinement réalisées.

En effet, la molécule stable est H 2 S, et non HS, où il existe une liaison non réalisée (l'électron non apparié est désigné par un point). Les particules contenant des électrons non appariés sont appelées radicaux libres. Ils sont extrêmement réactifs et réagissent pour former des composés contenant des liaisons saturées.

Excitation des atomes

Considérons les possibilités de valence selon le mécanisme d'échange de certains éléments des 2ème et 3ème périodes du tableau périodique.

L'atome de béryllium au niveau quantique externe contient deux paires d'électrons 2s. Il n’y a pas d’électrons non appariés, le béryllium doit donc avoir une valence nulle. Cependant, dans les composés, il est divalent. Ceci peut s'expliquer par l'excitation de l'atome, qui consiste en la transition d'un des deux électrons 2s vers le sous-niveau 2p :

Dans ce cas, l'énergie d'excitation E* est dépensée, correspondant à la différence entre les énergies des sous-niveaux 2p et 2s.

Lorsqu'un atome de bore est excité, sa valence passe de 1 à 3 :

et l'atome de carbone en a de 2 à 4 :

À première vue, il peut sembler que l’excitation contredit le principe de moindre énergie. Cependant, à la suite de l'excitation, de nouvelles connexions supplémentaires apparaissent, grâce auxquelles de l'énergie est libérée. Si cette énergie supplémentaire libérée est supérieure à celle dépensée en excitation, le principe de moindre énergie est finalement satisfait. Par exemple, dans une molécule de méthane CH4, l’énergie moyenne de la liaison C – H est de 413 kJ/mol. L'énergie dépensée pour l'excitation est E* = 402 kJ/mol. Le gain d'énergie dû à la formation de deux liaisons supplémentaires sera :

D E = E lumière supplémentaire – E* = 2 413 – 402 = 424 kJ/mol.

Si le principe de moindre énergie n'est pas respecté, c'est à dire E add.st.< Е*, то возбуждение не происходит. Так, энергетически невыгодным оказывается возбуждение атомов элементов 2-го периода за счет перехода электронов со второго на третий квантовый уровень.

Par exemple, l’oxygène n’est divalent que pour cette raison. Cependant, l'analogue électronique de l'oxygène - le soufre - a de plus grandes capacités de valence, puisque le troisième niveau quantique a un sous-niveau 3d, et la différence d'énergie entre les sous-niveaux 3s, 3p et 3d est incomparablement plus petite qu'entre les deuxième et troisième niveaux quantiques du atome d'oxygène :

Pour la même raison, les éléments de la 3ème période - le phosphore et le chlore - présentent une valence variable, contrairement à leurs analogues électroniques de la 2ème période - l'azote et le fluor. L'excitation au sous-niveau correspondant peut expliquer la formation de composés chimiques d'éléments du groupe VIIIa de la 3e période et des périodes suivantes. Aucun composé chimique n'a été trouvé dans l'hélium et le néon (1ère et 2ème périodes), qui ont un niveau quantique externe complet, et ce sont les seuls gaz véritablement inertes.

Mécanisme donneur-accepteur de formation de liaisons covalentes

Une paire d'électrons avec des spins antiparallèles formant une liaison peut être obtenue non seulement par le mécanisme d'échange, qui implique la participation des électrons des deux atomes, mais aussi par un autre mécanisme, appelé donneur-accepteur : un atome (donneur) fournit une paire isolée. d'électrons pour la formation de la liaison, et l'autre (accepteur) – cellule quantique vacante :

Le résultat pour les deux mécanismes est le même. La formation de liaisons peut souvent s’expliquer par les deux mécanismes. Par exemple, une molécule HF peut être obtenue non seulement en phase gazeuse à partir d'atomes selon le mécanisme d'échange, comme indiqué ci-dessus (voir Fig. 3), mais également dans une solution aqueuse à partir d'ions H + et F – selon le donneur. -mécanisme accepteur :

Il ne fait aucun doute que les molécules produites par différents mécanismes sont indiscernables ; les connexions sont tout à fait équivalentes. Par conséquent, il est plus correct de ne pas distinguer l'interaction donneur-accepteur comme un type particulier de liaison, mais de la considérer uniquement comme un mécanisme spécial pour la formation d'une liaison covalente.

Lorsqu'ils veulent souligner le mécanisme de formation des liaisons précisément selon le mécanisme donneur-accepteur, cela est désigné dans les formules développées par une flèche allant du donneur à l'accepteur (D® UN). Dans d'autres cas, une telle connexion n'est pas isolée et est indiquée par un tiret, comme dans le mécanisme d'échange : D–A.

Liaisons dans l'ion ammonium formé par la réaction : NH 3 + H + = NH 4 +,

s'expriment par le schéma suivant :

La formule développée de NH 4 + peut être représentée comme

.

La deuxième forme de notation est préférable, car elle reflète l’équivalence établie expérimentalement des quatre connexions.

La formation d'une liaison chimique par le mécanisme donneur-accepteur élargit les capacités de valence des atomes : la valence est déterminée non seulement par le nombre d'électrons non appariés, mais également par le nombre de paires d'électrons libres et de cellules quantiques vacantes impliquées dans la formation des liaisons. . Ainsi, dans l'exemple donné, la valence de l'azote est de quatre.

Le mécanisme donneur-accepteur est utilisé avec succès pour décrire la liaison dans des composés complexes à l'aide de la méthode BC.

Multiplicité des communications. sable p -Connexions

La connexion entre deux atomes peut être réalisée non seulement par une, mais également par plusieurs paires d'électrons. C'est le nombre de ces paires d'électrons qui détermine la multiplicité dans la méthode BC - l'une des propriétés d'une liaison covalente. Par exemple, dans la molécule d'éthane C 2 H 6, la liaison entre les atomes de carbone est simple (simple), dans la molécule d'éthylène C 2 H 4 elle est double et dans la molécule d'acétylène C 2 H 2 elle est triple. Certaines caractéristiques de ces molécules sont données dans le tableau. 1.

Tableau 1

Modifications des paramètres de liaison entre les atomes de C en fonction de sa multiplicité

Comme on pouvait s’y attendre, à mesure que la multiplicité des liaisons augmente, leur longueur diminue. La multiplicité des liaisons augmente de manière discrète, c'est-à-dire d'un nombre entier de fois. Par conséquent, si toutes les liaisons étaient identiques, l'énergie augmenterait également d'un nombre de fois correspondant. Cependant, comme le montre le tableau. 1, l’énergie de liaison augmente moins rapidement que la multiplicité. Les connexions sont donc inégales. Cela peut s’expliquer par des différences dans les manières géométriques dont les orbitales se chevauchent. Regardons ces différences.

Une liaison formée par des nuages ​​d’électrons superposés le long d’un axe passant par les noyaux des atomes est appelée liaison s.

Si l'orbitale s est impliquée dans la liaison, alors seulement s - connexion (Fig. 5, a, b, c). C'est de là qu'il tire son nom, puisque la lettre grecque s est synonyme du latin s.

Lorsque les orbitales p (Fig. 5, b, d, e) et les orbitales d (Fig. 5, c, e, f) participent à la formation d'une liaison, un chevauchement de type s se produit dans la direction de la densité la plus élevée. de nuages ​​d'électrons, qui est le plus énergétiquement favorable. Par conséquent, lors de la création d’une connexion, cette méthode est toujours mise en œuvre en premier. Par conséquent, si la connexion est unique, alors cela est obligatoire s - connexion, si multiple, alors une des connexions est certainement connexion S.

Riz. 5. Exemples de liaisons S

Cependant, d'après des considérations géométriques, il est clair qu'entre deux atomes, il ne peut y avoir qu'un seul s -connexion. Dans les liaisons multiples, les deuxième et troisième liaisons doivent être formées par une méthode géométrique différente de chevauchement de nuages ​​d'électrons.

La liaison formée par le chevauchement de nuages ​​d’électrons de part et d’autre d’un axe passant par les noyaux des atomes est appelée p-liaison. Exemples p -les connexions sont illustrées à la Fig. 6. Un tel chevauchement est énergétiquement moins favorable que s -taper. Elle est réalisée par les parties périphériques des nuages ​​​​d'électrons à plus faible densité électronique. Augmenter la multiplicité de la connexion signifie la formation p -des liaisons qui ont une énergie inférieure à celle s - communication. C'est la raison de l'augmentation non linéaire de l'énergie de liaison par rapport à l'augmentation de la multiplicité.

Riz. 6. Exemples de liaisons p

Considérons la formation de liaisons dans la molécule N 2. Comme on le sait, l’azote moléculaire est chimiquement très inerte. La raison en est la formation d'une triple liaison NєN très forte :

Un diagramme du chevauchement des nuages ​​électroniques est présenté sur la figure. 7. L'une des liaisons (2рх–2рх) est formée selon le type s. Les deux autres (2рz – 2рz, 2рy – 2рy) sont de type p. Afin de ne pas encombrer la figure, l'image du chevauchement des nuages ​​​​2py est présentée séparément (Fig. 7, b). Pour avoir une idée générale, fig. 7, a et 7, b doivent être combinés.

À première vue, il peut sembler que s -liaison, limitant l'approche des atomes, ne permet pas aux orbitales de se chevaucher p -taper. Cependant, l’image de l’orbitale ne comprend qu’une certaine fraction (90 %) du nuage électronique. Le chevauchement se produit avec une région périphérique située à l'extérieur d'une telle image. Si nous imaginons des orbitales qui incluent une grande fraction du nuage électronique (par exemple, 95 %), alors leur chevauchement devient évident (voir les lignes pointillées sur la Fig. 7, a).

Riz. 7. Formation de la molécule N 2

À suivre

V.I. Elfimov,
professeur de Moscou
Université ouverte d'État

Longueur du lien - distance internucléaire. Plus cette distance est courte, plus la liaison chimique est forte. La longueur d'une liaison dépend des rayons des atomes qui la composent : plus les atomes sont petits, plus la liaison entre eux est courte. Par exemple, la longueur de la liaison H-O est plus courte que la longueur de la liaison H-N (en raison d'un moindre échange d'atomes d'oxygène).

Une liaison ionique est un cas extrême de liaison covalente polaire.

Connexion métallique.

La condition préalable à la formation de ce type de connexion est :

1) la présence d'un nombre relativement faible d'électrons aux niveaux externes des atomes ;

2) la présence de vides (orbitales vacantes) aux niveaux externes des atomes métalliques

3) énergie d'ionisation relativement faible.

Considérons la formation d'une liaison métallique en utilisant le sodium comme exemple. L'électron de valence du sodium, situé au sous-niveau 3s, peut se déplacer relativement facilement à travers les orbitales vides de la couche externe : le long de 3p et 3d. Lorsque les atomes se rapprochent à la suite de la formation d'un réseau cristallin, les orbitales de valence des atomes voisins se chevauchent, grâce à quoi les électrons se déplacent librement d'une orbitale à l'autre, établissant une liaison entre TOUS les atomes du cristal métallique.

Aux nœuds du réseau cristallin se trouvent des ions et des atomes métalliques chargés positivement, et entre eux se trouvent des électrons qui peuvent se déplacer librement dans le réseau cristallin. Ces électrons deviennent communs à tous les atomes et ions du métal et sont appelés « électrons gazeux ». La liaison entre tous les ions métalliques chargés positivement et les électrons libres dans le réseau cristallin métallique est appelée liaison métallique.

La présence d'une liaison métallique détermine les propriétés physiques des métaux et alliages : dureté, conductivité électrique, conductivité thermique, malléabilité, ductilité, éclat métallique. Les électrons libres peuvent transporter de la chaleur et de l'électricité, ils sont donc à l'origine des principales propriétés physiques qui distinguent les métaux des non-métaux - une conductivité électrique et thermique élevée.

Liaison hydrogène.

Liaison hydrogène se produit entre des molécules contenant de l'hydrogène et des atomes à haute teneur en EO (oxygène, fluor, azote). Les liaisons covalentes H-O, H-F, H-N sont hautement polaires, ce qui fait qu'un excès de charge positive s'accumule sur l'atome d'hydrogène et un excès de charge négative sur les pôles opposés. Entre des pôles de charges opposées, des forces d'attraction électrostatique apparaissent - les liaisons hydrogène.

Les liaisons hydrogène peuvent être intermoléculaires ou intramoléculaires. L'énergie d'une liaison hydrogène est environ dix fois inférieure à l'énergie d'une liaison covalente conventionnelle, mais les liaisons hydrogène jouent néanmoins un rôle important dans de nombreux processus physico-chimiques et biologiques. En particulier, les molécules d'ADN sont des doubles hélices dans lesquelles deux chaînes de nucléotides sont liées par des liaisons hydrogène. Les liaisons hydrogène intermoléculaires entre les molécules d’eau et de fluorure d’hydrogène peuvent être représentées (par des points) comme suit :

Les substances possédant des liaisons hydrogène ont des réseaux cristallins moléculaires. La présence d'une liaison hydrogène conduit à la formation d'associations moléculaires et, par conséquent, à une augmentation des points de fusion et d'ébullition.

En plus des principaux types de liaisons chimiques répertoriés, il existe également des forces universelles d'interaction entre toutes les molécules qui ne conduisent pas à la rupture ou à la formation de nouvelles liaisons chimiques. Ces interactions sont appelées forces de Van der Waals. Ils déterminent l'attraction des molécules d'une substance donnée (ou de diverses substances) les unes vers les autres dans des états d'agrégation liquide et solide.

Différents types de liaisons chimiques déterminent l'existence de différents types de réseaux cristallins (tableau).

Les substances constituées de molécules ont structure moléculaire. Ces substances comprennent tous les gaz, liquides et solides dotés d’un réseau cristallin moléculaire, comme l’iode. Les solides avec un réseau atomique, ionique ou métallique ont structure non moléculaire, ils n'ont pas de molécules.

Tableau