Interaksi antar atom hanya mungkin terjadi jika ada ikatan kimia. Hubungan seperti itu adalah alasan terbentuknya sistem poliatomik yang stabil - ion molekul, molekul, kisi kristal. Ikatan kimia yang kuat memerlukan banyak energi untuk memutuskannya, oleh karena itu besaran ini merupakan besaran dasar untuk mengukur kekuatan ikatan.
Syarat terbentuknya ikatan kimia
Pembentukan ikatan kimia selalu disertai dengan pelepasan energi. Proses ini terjadi karena penurunan energi potensial suatu sistem partikel yang berinteraksi - molekul, ion, atom. Energi potensial dari sistem unsur-unsur yang berinteraksi selalu lebih kecil daripada energi partikel keluar yang tidak terikat. Dengan demikian, dasar munculnya ikatan kimia dalam suatu sistem adalah berkurangnya energi potensial unsur-unsurnya.
Sifat interaksi kimia
Ikatan kimia merupakan akibat interaksi medan elektromagnetik yang timbul di sekitar elektron dan inti atom zat-zat yang berperan dalam pembentukan molekul atau kristal baru. Setelah ditemukannya teori struktur atom, sifat interaksi ini menjadi lebih mudah untuk dipelajari.
Untuk pertama kalinya, gagasan tentang sifat kelistrikan suatu ikatan kimia muncul dari fisikawan Inggris G. Davy, yang mengemukakan bahwa molekul terbentuk karena tarikan listrik dari partikel yang bermuatan berlawanan. Ide ini menarik minat ahli kimia dan ilmuwan alam Swedia I.Ya. Bercellius yang mengembangkan teori elektrokimia tentang terjadinya ikatan kimia.
Teori pertama, yang menjelaskan proses interaksi kimiawi zat, tidak sempurna, dan lama kelamaan harus ditinggalkan.
teori Butlerov
Upaya yang lebih berhasil untuk menjelaskan sifat ikatan kimia suatu zat dilakukan oleh ilmuwan Rusia A.M. Ilmuwan ini mendasarkan teorinya pada asumsi berikut:
- Atom-atom dalam keadaan terikat terhubung satu sama lain dalam urutan tertentu. Perubahan tatanan ini menyebabkan terbentuknya zat baru.
- Atom terikat satu sama lain menurut hukum valensi.
- Sifat-sifat suatu zat bergantung pada urutan ikatan atom-atom dalam molekul zat tersebut. Susunan yang berbeda menyebabkan perubahan sifat kimia zat.
- Atom-atom yang terhubung satu sama lain memiliki pengaruh paling kuat satu sama lain.
Teori Butlerov menjelaskan sifat-sifat zat kimia tidak hanya berdasarkan komposisinya, tetapi juga berdasarkan susunan atomnya. Perintah internal A.M. Butlerov menyebutnya “struktur kimia”.
Teori ilmuwan Rusia memungkinkan untuk memulihkan ketertiban dalam klasifikasi zat dan memberikan kesempatan untuk menentukan struktur molekul berdasarkan sifat kimianya. Teori tersebut juga menjawab pertanyaan: mengapa molekul yang mengandung jumlah atom yang sama memiliki sifat kimia yang berbeda.
Prasyarat terciptanya teori ikatan kimia
Dalam teorinya tentang struktur kimia, Butlerov tidak menyentuh pertanyaan tentang apa itu ikatan kimia. Untuk melakukan hal ini, terdapat terlalu sedikit data mengenai struktur internal materi. Hanya setelah penemuan model atom planet, ilmuwan Amerika Lewis mulai mengembangkan hipotesis bahwa ikatan kimia muncul melalui pembentukan pasangan elektron yang secara bersamaan dimiliki oleh dua atom. Selanjutnya gagasan ini menjadi landasan bagi berkembangnya teori ikatan kovalen.
Ikatan kimia kovalen
Senyawa kimia yang stabil dapat terbentuk ketika awan elektron dari dua atom tetangga saling tumpang tindih. Akibat dari perpotongan timbal balik tersebut adalah peningkatan kerapatan elektron di ruang antar inti. Inti atom, seperti yang kita ketahui, bermuatan positif, dan oleh karena itu usahakan untuk ditarik sedekat mungkin dengan awan elektron yang bermuatan negatif. Gaya tarik-menarik ini jauh lebih kuat daripada gaya tolak menolak antara dua inti bermuatan positif, sehingga hubungan ini stabil.
Perhitungan ikatan kimia pertama kali dilakukan oleh ahli kimia Heitler dan London. Mereka memeriksa ikatan antara dua atom hidrogen. Representasi visual paling sederhana mungkin terlihat seperti ini:
Seperti yang Anda lihat, pasangan elektron menempati tempat kuantum di kedua atom hidrogen. Susunan elektron di dua pusat ini disebut “ikatan kimia kovalen”. Ikatan kovalen merupakan ciri molekul zat sederhana dan senyawa nonlogamnya. Zat yang dihasilkan oleh ikatan kovalen biasanya tidak menghantarkan listrik atau bersifat semikonduktor.
Ikatan ionik
Ikatan kimia ionik terjadi ketika dua ion yang bermuatan berlawanan saling tarik menarik. Ion bisa berbentuk sederhana, terdiri dari satu atom suatu zat. Dalam senyawa jenis ini, ion sederhana paling sering merupakan atom logam bermuatan positif dari golongan 1 dan 2 yang telah kehilangan elektronnya. Pembentukan ion negatif melekat pada atom-atom nonlogam dan basa asamnya. Oleh karena itu, di antara senyawa ionik yang khas terdapat banyak logam alkali halida, seperti CsF, NaCl, dan lain-lain.
Berbeda dengan ikatan kovalen, ion tidak jenuh: sejumlah ion yang bermuatan berlawanan dapat bergabung dengan suatu ion atau kelompok ion. Jumlah partikel yang terikat hanya dibatasi oleh dimensi linier ion-ion yang berinteraksi, serta kondisi di mana gaya tarik-menarik ion-ion yang bermuatan berlawanan harus lebih besar daripada gaya tolak-menolak partikel-partikel bermuatan sama yang berpartisipasi dalam senyawa tipe ionik.
Ikatan hidrogen
Bahkan sebelum teori struktur kimia diciptakan, secara eksperimental diketahui bahwa senyawa hidrogen dengan berbagai non-logam memiliki sifat yang agak tidak biasa. Misalnya, titik didih hidrogen fluorida dan air jauh lebih tinggi dari perkiraan.
Ciri-ciri senyawa hidrogen ini dan lainnya dapat dijelaskan oleh kemampuan atom H+ untuk membentuk ikatan kimia lain. Jenis koneksi ini disebut “ikatan hidrogen.” Penyebab terjadinya ikatan hidrogen terletak pada sifat gaya elektrostatis. Misalnya, dalam molekul hidrogen fluorida, awan elektron total bergeser ke arah fluor sehingga ruang di sekitar atom zat tersebut jenuh dengan medan listrik negatif. Di sekitar atom hidrogen, yang kehilangan satu-satunya elektron, medannya jauh lebih lemah dan bermuatan positif. Akibatnya, timbul hubungan tambahan antara medan positif awan elektron H + dan negatif F - .
Ikatan kimia logam
Atom-atom dari semua logam terletak di ruang angkasa dengan cara tertentu. Susunan atom logam disebut kisi kristal. Dalam hal ini, elektron dari atom yang berbeda berinteraksi secara lemah satu sama lain, membentuk awan elektron yang sama. Jenis interaksi antara atom dan elektron disebut “ikatan logam.”
Pergerakan bebas elektron dalam logamlah yang dapat menjelaskan sifat fisik zat logam: konduktivitas listrik, konduktivitas termal, kekuatan, fusibilitas dan lain-lain.
Ini adalah salah satu landasan ilmu menarik yang disebut kimia. Pada artikel ini kita akan menganalisis semua aspek ikatan kimia, pentingnya mereka dalam sains, memberikan contoh dan banyak lagi.
Apa itu ikatan kimia
Dalam kimia, ikatan kimia dipahami sebagai saling adhesi atom-atom dalam suatu molekul dan, sebagai akibat dari gaya tarik-menarik yang ada di antara keduanya. Berkat ikatan kimia berbagai senyawa kimia terbentuk; inilah sifat ikatan kimia.
Jenis Ikatan Kimia
Mekanisme pembentukan ikatan kimia sangat bergantung pada jenis atau jenisnya; secara umum, jenis-jenis utama ikatan kimia berikut ini berbeda:
- Ikatan kimia kovalen (yang pada gilirannya bisa bersifat polar atau non-polar)
- Ikatan ionik
- Ikatan kimia
seperti orang.
Adapun artikel terpisah dikhususkan untuk itu di situs web kami, dan Anda dapat membaca lebih detail di tautan. Selanjutnya, kita akan memeriksa secara lebih rinci semua jenis ikatan kimia utama lainnya.
Ikatan kimia ionik
Pembentukan ikatan kimia ionik terjadi karena adanya gaya tarik-menarik listrik timbal balik antara dua ion yang muatannya berbeda. Ion-ion dalam ikatan kimia seperti itu biasanya sederhana, terdiri dari satu atom suatu zat.
Skema ikatan kimia ionik.
Ciri khas dari jenis ikatan kimia ionik adalah kurangnya kejenuhannya, dan akibatnya, sejumlah ion yang bermuatan berlawanan dapat bergabung dengan sebuah ion atau bahkan seluruh kelompok ion. Contoh ikatan kimia ionik adalah senyawa cesium fluorida CsF, yang tingkat “ionisitasnya” hampir 97%.
Ikatan kimia hidrogen
Jauh sebelum munculnya teori modern tentang ikatan kimia dalam bentuknya yang modern, para ahli kimia telah memperhatikan bahwa senyawa hidrogen dengan nonlogam memiliki berbagai sifat yang menakjubkan. Katakanlah titik didih air dan hidrogen fluorida jauh lebih tinggi dari yang seharusnya, berikut adalah contoh ikatan kimia hidrogen yang sudah jadi.
Gambar menunjukkan diagram pembentukan ikatan kimia hidrogen.
Sifat dan sifat ikatan kimia hidrogen ditentukan oleh kemampuan atom hidrogen H untuk membentuk ikatan kimia lain, oleh karena itu dinamakan ikatan ini. Alasan terbentuknya hubungan semacam itu adalah sifat gaya elektrostatis. Misalnya, awan elektron total dalam molekul hidrogen fluorida bergeser ke arah fluor sehingga ruang di sekitar atom zat tersebut jenuh dengan medan listrik negatif. Di sekitar atom hidrogen, terutama yang kehilangan satu-satunya elektron, segala sesuatunya justru sebaliknya; medan elektroniknya jauh lebih lemah dan, akibatnya, bermuatan positif. Dan muatan positif dan negatif, seperti yang Anda tahu, saling tarik menarik, dan dengan cara sederhana inilah ikatan hidrogen muncul.
Ikatan kimia logam
Ikatan kimia apa yang menjadi ciri logam? Zat-zat ini memiliki jenis ikatan kimianya sendiri - atom-atom dari semua logam tidak tersusun secara acak, tetapi dengan cara tertentu, urutan susunannya disebut kisi kristal. Elektron dari atom yang berbeda membentuk awan elektron yang sama, dan mereka berinteraksi secara lemah satu sama lain.
Seperti inilah bentuk ikatan kimia logam.
Contoh ikatan kimia logam dapat berupa logam apa saja: natrium, besi, seng, dan sebagainya.
Cara menentukan jenis ikatan kimia
Tergantung pada zat yang terlibat di dalamnya, jika ada logam dan nonlogam, maka ikatannya bersifat ionik, jika ada dua logam, maka logam, jika ada dua nonlogam, maka kovalen.
Sifat-sifat ikatan kimia
Untuk membandingkan reaksi kimia yang berbeda, digunakan karakteristik kuantitatif yang berbeda, seperti:
- panjang,
- energi,
- polaritas,
- urutan koneksi.
Mari kita lihat lebih detail.
Panjang ikatan adalah jarak kesetimbangan antara inti atom yang dihubungkan oleh ikatan kimia. Biasanya diukur secara eksperimental.
Energi ikatan kimia menentukan kekuatannya. Dalam hal ini, energi mengacu pada gaya yang dibutuhkan untuk memutus ikatan kimia dan memisahkan atom.
Polaritas suatu ikatan kimia menunjukkan seberapa besar kerapatan elektron yang bergeser ke arah salah satu atom. Kemampuan atom untuk menggeser kerapatan elektron ke arah dirinya sendiri atau, dalam istilah sederhana, “menarik selimut menutupi dirinya sendiri” dalam kimia disebut keelektronegatifan.
Urutan ikatan kimia (dengan kata lain, banyaknya ikatan kimia) adalah jumlah pasangan elektron yang masuk ke dalam suatu ikatan kimia. Urutannya bisa utuh atau pecahan; semakin tinggi, semakin banyak jumlah elektron yang melakukan ikatan kimia dan semakin sulit untuk memutuskannya.
Ikatan kimia, video
Dan terakhir, video edukasi tentang berbagai jenis ikatan kimia.
Tidak ada teori terpadu tentang ikatan kimia; ikatan kimia secara konvensional dibagi menjadi kovalen (jenis ikatan universal), ionik (kasus khusus dari ikatan kovalen), logam dan hidrogen.
Ikatan kovalen
Pembentukan ikatan kovalen dimungkinkan melalui tiga mekanisme: pertukaran, donor-akseptor dan datif (Lewis).
Berdasarkan mekanisme metabolisme Pembentukan ikatan kovalen terjadi karena penggunaan bersama pasangan elektron yang sama. Dalam hal ini, setiap atom cenderung memperoleh cangkang gas inert, yaitu. memperoleh tingkat energi eksternal yang lengkap. Pembentukan ikatan kimia berdasarkan jenis pertukaran digambarkan menggunakan rumus Lewis, di mana setiap elektron valensi suatu atom diwakili oleh titik (Gbr. 1).
Beras. 1 Pembentukan ikatan kovalen pada molekul HCl melalui mekanisme pertukaran
Dengan berkembangnya teori struktur atom dan mekanika kuantum, pembentukan ikatan kovalen direpresentasikan sebagai tumpang tindih orbital elektron (Gbr. 2).
Beras. 2. Terbentuknya ikatan kovalen akibat tumpang tindih awan elektron
Semakin besar tumpang tindih orbital atom, semakin kuat ikatannya, semakin pendek panjang ikatannya, dan semakin besar energi ikatannya. Ikatan kovalen dapat dibentuk dengan tumpang tindih orbital yang berbeda. Akibat tumpang tindih orbital s-s, s-p, serta orbital d-d, p-p, d-p dengan lobus lateral, terjadilah pembentukan ikatan. Ikatan terbentuk tegak lurus terhadap garis yang menghubungkan inti 2 atom. Ikatan satu dan satu mampu membentuk ikatan kovalen rangkap dua, ciri-ciri zat organik golongan alkena, alkadiena, dan lain-lain. Ikatan satu dan dua membentuk ikatan kovalen rangkap tiga, ciri-ciri zat organik golongan tersebut. dari alkuna (asetilen).
Pembentukan ikatan kovalen dengan mekanisme donor-akseptor Mari kita lihat contoh kation amonium:
NH 3 + H + = NH 4 +
7 N 1s 2 2s 2 2p 3
Atom nitrogen memiliki pasangan elektron bebas (elektron yang tidak terlibat dalam pembentukan ikatan kimia di dalam molekul), dan kation hidrogen memiliki orbital bebas, sehingga masing-masing merupakan donor dan akseptor elektron.
Mari kita perhatikan mekanisme datif pembentukan ikatan kovalen dengan menggunakan contoh molekul klorin.
17 Kl 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 5
Atom klor memiliki pasangan elektron bebas dan orbital kosong, sehingga dapat menunjukkan sifat donor dan akseptor. Oleh karena itu, ketika molekul klor terbentuk, satu atom klor bertindak sebagai donor dan atom lainnya sebagai akseptor.
Utama ciri-ciri ikatan kovalen adalah: saturasi (ikatan jenuh terbentuk ketika sebuah atom mengikat elektron sebanyak yang dimungkinkan oleh kemampuan valensinya; ikatan tak jenuh terbentuk ketika jumlah elektron yang terikat lebih kecil dari kemampuan valensi atom); arah (nilai ini terkait dengan geometri molekul dan konsep "sudut ikatan" - sudut antar ikatan).
Ikatan ionik
Tidak ada senyawa dengan ikatan ionik murni, meskipun ini dipahami sebagai keadaan ikatan kimia atom di mana lingkungan elektronik atom yang stabil tercipta ketika kerapatan elektron total ditransfer sepenuhnya ke atom unsur yang lebih elektronegatif. Ikatan ion hanya mungkin terjadi antara atom unsur elektronegatif dan elektropositif yang berada dalam keadaan ion bermuatan berlawanan - kation dan anion.
DEFINISI
Ion adalah partikel bermuatan listrik yang dibentuk oleh pelepasan atau penambahan elektron ke atom.
Ketika mentransfer elektron, atom logam dan nonlogam cenderung membentuk konfigurasi kulit elektron yang stabil di sekitar intinya. Atom non-logam menciptakan cangkang gas inert berikutnya di sekitar intinya, dan atom logam menciptakan cangkang gas inert sebelumnya (Gbr. 3).
Beras. 3. Pembentukan ikatan ion menggunakan contoh molekul natrium klorida
Molekul yang ikatan ionnya ada dalam bentuk murninya ditemukan dalam keadaan uap suatu zat. Ikatan ioniknya sangat kuat, sehingga zat dengan ikatan ini memiliki titik leleh yang tinggi. Tidak seperti ikatan kovalen, ikatan ionik tidak mempunyai ciri arah dan saturasi, karena medan listrik yang diciptakan oleh ion bekerja sama pada semua ion karena simetri bola.
Sambungan logam
Ikatan logam hanya terjadi pada logam - ini adalah interaksi yang menyatukan atom-atom logam dalam satu kisi. Hanya elektron valensi atom logam yang termasuk dalam seluruh volumenya yang berpartisipasi dalam pembentukan ikatan. Dalam logam, elektron terus-menerus dilepaskan dari atom dan berpindah ke seluruh massa logam. Atom logam, yang kekurangan elektron, berubah menjadi ion bermuatan positif, yang cenderung menerima elektron yang bergerak. Proses yang berkesinambungan ini membentuk apa yang disebut “gas elektron” di dalam logam, yang dengan kuat mengikat semua atom logam menjadi satu (Gbr. 4).
Ikatan logamnya kuat, oleh karena itu logam mempunyai ciri titik leleh yang tinggi, dan adanya “gas elektron” membuat logam mudah ditempa dan diulet.
Ikatan hidrogen
Ikatan hidrogen adalah interaksi antarmolekul yang spesifik, karena kemunculan dan kekuatannya bergantung pada sifat kimia zat tersebut. Ini terbentuk antara molekul di mana atom hidrogen terikat pada atom dengan elektronegativitas tinggi (O, N, S). Terjadinya ikatan hidrogen bergantung pada dua alasan: pertama, atom hidrogen yang terikat pada atom elektronegatif tidak memiliki elektron dan dapat dengan mudah bergabung ke dalam awan elektron atom lain, dan kedua, memiliki orbital s valensi, maka atom hidrogen mampu menerima pasangan elektron bebas dari atom elektronegatif dan membentuk ikatan dengannya melalui mekanisme donor-akseptor.
Atom dari sebagian besar unsur tidak ada secara terpisah, karena mereka dapat berinteraksi satu sama lain. Interaksi ini menghasilkan partikel yang lebih kompleks.
Sifat ikatan kimia adalah kerja gaya elektrostatis, yaitu gaya interaksi antar muatan listrik. Elektron dan inti atom mempunyai muatan seperti itu.
Elektron yang terletak pada tingkat elektronik terluar (elektron valensi), karena terjauh dari inti, berinteraksi paling lemah dengannya, dan oleh karena itu mampu melepaskan diri dari inti. Mereka bertanggung jawab untuk mengikat atom satu sama lain.
Jenis interaksi dalam kimia
Jenis-jenis ikatan kimia dapat disajikan pada tabel berikut ini:
Karakteristik ikatan ionik
Reaksi kimia yang terjadi karena daya tarik ion mempunyai muatan berbeda disebut ionik. Hal ini terjadi jika atom-atom yang terikat memiliki perbedaan keelektronegatifan yang signifikan (yaitu kemampuan menarik elektron) dan pasangan elektron berpindah ke unsur yang lebih elektronegatif. Hasil perpindahan elektron dari satu atom ke atom lainnya adalah terbentuknya partikel bermuatan – ion. Terjadilah ketertarikan di antara mereka.
Mereka memiliki indeks elektronegativitas terendah logam khas, dan yang terbesar adalah tipikal non-logam. Ion dengan demikian terbentuk oleh interaksi antara logam tipikal dan nonlogam tipikal.
Atom logam menjadi ion bermuatan positif (kation), menyumbangkan elektron ke tingkat elektron terluarnya, dan nonlogam menerima elektron, sehingga berubah menjadi bermuatan negatif ion (anion).
Atom berpindah ke keadaan energi yang lebih stabil, menyelesaikan konfigurasi elektroniknya.
Ikatan ionik bersifat non-arah dan tidak jenuh, karena interaksi elektrostatik terjadi ke segala arah, ion dapat menarik ion-ion yang bertanda berlawanan ke segala arah;
Susunan ion-ionnya sedemikian rupa sehingga di sekelilingnya terdapat sejumlah ion yang bermuatan berlawanan. Konsep "molekul" untuk senyawa ionik tidak masuk akal.
Contoh pendidikan
Pembentukan ikatan pada natrium klorida (nacl) disebabkan oleh transfer elektron dari atom Na ke atom Cl dengan pembentukan ion-ion yang sesuai:
Na 0 - 1 e = Na + (kation)
Cl 0 + 1 e = Cl - (anion)
Dalam natrium klorida, terdapat enam anion klorida di sekitar kation natrium, dan enam ion natrium di sekitar setiap ion klorida.
Ketika interaksi terbentuk antar atom dalam barium sulfida, terjadi proses berikut:
Ba 0 - 2 e = Ba 2+
S 0 + 2 e = S 2-
Ba menyumbangkan dua elektronnya kepada belerang, menghasilkan pembentukan anion belerang S 2- dan kation barium Ba 2+.
Ikatan kimia logam
Jumlah elektron pada tingkat energi terluar logam sedikit; mereka mudah dipisahkan dari inti. Akibat pelepasan ini, ion logam dan elektron bebas terbentuk. Elektron ini disebut "gas elektron". Elektron bergerak bebas di seluruh volume logam dan terus-menerus terikat dan terpisah dari atom.
Struktur zat logam adalah sebagai berikut: kisi kristal adalah kerangka zat, dan elektron dapat bergerak bebas di antara simpul-simpulnya.
Contoh berikut dapat diberikan:
Mg - 2e<->mg 2+
Cs-e<->Cs+
Ca - 2e<->Ca2+
Fe-3e<->Fe3+
Kovalen: polar dan non-polar
Jenis interaksi kimia yang paling umum adalah ikatan kovalen. Nilai keelektronegatifan unsur-unsur yang berinteraksi tidak berbeda secara tajam; oleh karena itu, hanya terjadi pergeseran pasangan elektron bersama ke atom yang lebih elektronegatif.
Interaksi kovalen dapat dibentuk melalui mekanisme pertukaran atau mekanisme donor-akseptor.
Mekanisme pertukaran terjadi jika setiap atom mempunyai elektron yang tidak berpasangan pada tingkat elektronik terluar dan tumpang tindih orbital atom menyebabkan munculnya pasangan elektron yang sudah menjadi milik kedua atom. Jika salah satu atom memiliki pasangan elektron pada tingkat elektronik terluar, dan atom lainnya memiliki orbital bebas, maka ketika orbital atom tumpang tindih, pasangan elektron tersebut dibagi dan berinteraksi sesuai dengan mekanisme donor-akseptor.
Yang kovalen dibagi berdasarkan multiplisitasnya menjadi:
- sederhana atau lajang;
- dobel;
- tiga kali lipat.
Yang ganda memastikan pembagian dua pasang elektron sekaligus, dan yang rangkap tiga memastikan tiga pasang elektron.
Menurut distribusi kerapatan elektron (polaritas) antar atom yang berikatan, ikatan kovalen dibagi menjadi:
- non-polar;
- kutub.
Ikatan nonpolar dibentuk oleh atom-atom yang identik, dan ikatan polar dibentuk oleh keelektronegatifan yang berbeda.
Interaksi atom-atom yang mempunyai keelektronegatifan serupa disebut ikatan nonpolar. Pasangan elektron yang sama dalam molekul tersebut tidak tertarik pada salah satu atom, tetapi sama-sama dimiliki oleh keduanya.
Interaksi unsur-unsur yang berbeda keelektronegatifannya menyebabkan terbentuknya ikatan polar. Dalam jenis interaksi ini, pasangan elektron bersama tertarik ke unsur yang lebih elektronegatif, tetapi tidak sepenuhnya ditransfer ke unsur tersebut (yaitu, pembentukan ion tidak terjadi). Akibat pergeseran kerapatan elektron ini, muatan parsial muncul pada atom: atom yang lebih elektronegatif akan bermuatan negatif, dan yang kurang elektronegatif akan bermuatan positif.
Sifat dan ciri kovalen
Ciri-ciri utama ikatan kovalen:
- Panjangnya ditentukan oleh jarak antara inti atom yang berinteraksi.
- Polaritas ditentukan oleh perpindahan awan elektron menuju salah satu atom.
- Directionalitas adalah sifat pembentukan ikatan yang berorientasi pada ruang dan, karenanya, molekul yang memiliki bentuk geometris tertentu.
- Kejenuhan ditentukan oleh kemampuan membentuk ikatan dalam jumlah terbatas.
- Polarisabilitas ditentukan oleh kemampuan mengubah polaritas di bawah pengaruh medan listrik eksternal.
- Energi yang dibutuhkan untuk memutuskan suatu ikatan menentukan kekuatannya.
Contoh interaksi kovalen nonpolar dapat berupa molekul hidrogen (H2), klor (Cl2), oksigen (O2), nitrogen (N2) dan masih banyak lagi lainnya.
H· + ·H → Molekul H-H mempunyai ikatan non-polar tunggal,
O: + :O → O=O molekul memiliki nonpolar ganda,
Ṅ: + Ṅ: → N≡N molekulnya rangkap tiga nonpolar.
Contoh ikatan kovalen unsur kimia antara lain molekul karbon dioksida (CO2) dan karbon monoksida (CO), hidrogen sulfida (H2S), asam klorida (HCL), air (H2O), metana (CH4), sulfur oksida (SO2) dan banyak lainnya.
Dalam molekul CO2, hubungan antara atom karbon dan oksigen bersifat kovalen polar, karena hidrogen yang lebih elektronegatif menarik kerapatan elektron. Oksigen memiliki dua elektron tidak berpasangan di kulit terluarnya, sedangkan karbon dapat menyediakan empat elektron valensi untuk membentuk interaksi. Hasilnya, ikatan rangkap terbentuk dan molekulnya terlihat seperti ini: O=C=O.
Untuk menentukan jenis ikatan suatu molekul tertentu, cukup dengan memperhatikan atom-atom penyusunnya. Zat logam sederhana membentuk ikatan logam, logam dengan nonlogam membentuk ikatan ionik, zat nonlogam sederhana membentuk ikatan kovalen nonpolar, dan molekul yang terdiri dari berbagai nonlogam membentuk ikatan kovalen polar.
Ikatan kimia kovalen, jenis dan mekanisme pembentukannya. Ciri-ciri ikatan kovalen (polaritas dan energi ikatan). Ikatan ionik. Sambungan logam. Ikatan hidrogen
Doktrin ikatan kimia menjadi dasar dari semua teori kimia.
Ikatan kimia dipahami sebagai interaksi atom yang mengikatnya menjadi molekul, ion, radikal, dan kristal.
Ada empat jenis ikatan kimia: ionik, kovalen, logam dan hidrogen.
Pembagian ikatan kimia menjadi beberapa jenis bersifat kondisional, karena semuanya dicirikan oleh kesatuan tertentu.
Ikatan ionik dapat dianggap sebagai kasus ekstrim dari ikatan kovalen polar.
Ikatan logam menggabungkan interaksi kovalen atom menggunakan elektron bersama dan tarikan elektrostatik antara elektron dan ion logam.
Zat sering kali tidak memiliki batasan dalam hal ikatan kimia (atau ikatan kimia murni).
Misalnya, litium fluorida $LiF$ diklasifikasikan sebagai senyawa ionik. Faktanya, ikatan di dalamnya adalah $80%$ ionik dan $20%$ kovalen. Oleh karena itu, jelas lebih tepat untuk berbicara tentang derajat polaritas (ionisitas) suatu ikatan kimia.
Pada deret hidrogen halida $HF—HCl—HBr—HI—HAt$, derajat polaritas ikatannya menurun, karena perbedaan nilai keelektronegatifan atom halogen dan hidrogen mengecil, dan pada hidrogen astatin ikatannya menjadi hampir nonpolar $(EO(H) = 2,1; EO(Pada) = 2,2)$.
Berbagai jenis ikatan dapat ditemukan pada zat yang sama, misalnya:
- dalam basa: antara atom oksigen dan hidrogen dalam gugus hidrokso ikatannya bersifat kovalen polar, dan antara logam dan gugus hidrokso bersifat ionik;
- dalam garam asam yang mengandung oksigen: antara atom non-logam dan oksigen dari residu asam bersifat kovalen polar, dan antara logam dan residu asam bersifat ionik;
- dalam amonium, garam metilammonium, dll.: antara atom nitrogen dan hidrogen - bersifat kovalen polar, dan antara ion amonium atau metilammonium dan residu asam - ionik;
- dalam peroksida logam (misalnya, $Na_2O_2$), ikatan antara atom oksigen bersifat kovalen nonpolar, dan antara logam dan oksigen bersifat ionik, dan seterusnya.
Berbagai jenis koneksi dapat berubah menjadi satu sama lain:
— selama disosiasi elektrolitik senyawa kovalen dalam air, ikatan kovalen polar menjadi ionik;
- ketika logam menguap, ikatan logam berubah menjadi ikatan kovalen nonpolar, dll.
Alasan kesatuan semua jenis dan jenis ikatan kimia adalah kesamaan sifat kimianya - interaksi elektron-nuklir. Pembentukan ikatan kimia bagaimanapun juga merupakan hasil interaksi elektron-nuklir atom, disertai dengan pelepasan energi.
Metode pembentukan ikatan kovalen. Ciri-ciri ikatan kovalen: panjang ikatan dan energi
Ikatan kimia kovalen adalah ikatan yang terbentuk antar atom melalui pembentukan pasangan elektron bersama.
Mekanisme terbentuknya ikatan tersebut dapat bersifat pertukaran atau donor-akseptor.
SAYA. Mekanisme pertukaran beroperasi ketika atom membentuk pasangan elektron bersama dengan menggabungkan elektron yang tidak berpasangan.
1) $H_2$ - hidrogen:
Ikatan timbul karena pembentukan pasangan elektron bersama oleh $s$-elektron atom hidrogen (tumpang tindih $s$-orbital):
2) $HCl$ - hidrogen klorida:
Ikatan timbul karena pembentukan pasangan elektron bersama dari elektron $s-$ dan $p-$ (tumpang tindih orbital $s-p-$):
3) $Cl_2$: dalam molekul klor, ikatan kovalen terbentuk karena elektron $p-$ yang tidak berpasangan (tumpang tindih $p-p-$orbital):
4) $N_2$: dalam molekul nitrogen, tiga pasangan elektron yang sama terbentuk di antara atom:
II. Mekanisme donor-akseptor Mari kita perhatikan pembentukan ikatan kovalen menggunakan contoh ion amonium $NH_4^+$.
Donor memiliki pasangan elektron, akseptor memiliki orbital kosong yang dapat ditempati pasangan tersebut. Dalam ion amonium, keempat ikatan dengan atom hidrogen bersifat kovalen: tiga terbentuk karena penciptaan pasangan elektron yang sama oleh atom nitrogen dan atom hidrogen melalui mekanisme pertukaran, satu - melalui mekanisme donor-akseptor.
Ikatan kovalen dapat diklasifikasikan berdasarkan cara orbital elektron tumpang tindih, serta perpindahannya ke arah salah satu atom yang terikat.
Ikatan kimia yang terbentuk akibat tumpang tindih orbital elektron di sepanjang garis ikatan disebut $σ$ -obligasi (obligasi sigma). Ikatan sigma sangat kuat.
Orbital $p-$ dapat tumpang tindih di dua wilayah, membentuk ikatan kovalen karena tumpang tindih lateral:
Ikatan kimia terbentuk sebagai akibat dari tumpang tindih “lateral” orbital elektron di luar jalur komunikasi, yaitu di dua area disebut $π$ -obligasi (obligasi pi).
Oleh derajat perpindahan pasangan elektron bersama ke salah satu atom yang diikatnya, dapat terjadi ikatan kovalen kutub Dan non-polar.
Ikatan kimia kovalen yang terbentuk antara atom-atom yang mempunyai keelektronegatifan sama disebut non-polar. Pasangan elektron tidak berpindah ke atom mana pun, karena atom memiliki EO yang sama - sifat menarik elektron valensi dari atom lain. Misalnya:
itu. molekul zat sederhana non-logam terbentuk melalui ikatan kovalen non-polar. Ikatan kimia kovalen antara atom-atom unsur yang keelektronegatifannya berbeda disebut kutub.
Panjang dan energi ikatan kovalen.
Ciri sifat-sifat ikatan kovalen- panjang dan energinya. Panjang tautan adalah jarak antar inti atom. Semakin pendek panjang suatu ikatan kimia, semakin kuat ikatan tersebut. Namun, ukuran kekuatan koneksi adalah energi pengikat, yang ditentukan oleh jumlah energi yang dibutuhkan untuk memutuskan ikatan. Biasanya diukur dalam kJ/mol. Jadi, menurut data eksperimen, panjang ikatan molekul $H_2, Cl_2$ dan $N_2$ masing-masing adalah $0,074, 0,198$ dan $0,109$ nm, dan energi ikatan masing-masing adalah $436, 242$ dan $946$ kJ/mol.
Ion. Ikatan ionik
Bayangkan dua atom “bertemu”: atom logam golongan I dan atom nonlogam golongan VII. Sebuah atom logam memiliki satu elektron pada tingkat energi terluarnya, sedangkan atom non-logam hanya kekurangan satu elektron untuk melengkapi tingkat energi terluarnya.
Atom pertama akan dengan mudah memberikan elektronnya kepada atom kedua, yang jauh dari inti dan terikat lemah padanya, dan atom kedua akan memberinya tempat kosong pada tingkat elektronik terluarnya.
Kemudian atom, yang kehilangan salah satu muatan negatifnya, akan menjadi partikel bermuatan positif, dan partikel kedua akan berubah menjadi partikel bermuatan negatif karena elektron yang dihasilkan. Partikel seperti ini disebut ion.
Ikatan kimia yang terjadi antar ion disebut ionik.
Mari kita perhatikan pembentukan ikatan ini dengan menggunakan contoh senyawa natrium klorida (garam meja) yang terkenal:
Proses pengubahan atom menjadi ion digambarkan pada diagram:
Transformasi atom menjadi ion selalu terjadi selama interaksi atom-atom logam khas dan non-logam khas.
Mari kita perhatikan algoritma (urutan) penalaran saat mencatat pembentukan ikatan ion, misalnya antara atom kalsium dan klor:
Bilangan yang menunjukkan jumlah atom atau molekul disebut koefisien, dan angka yang menunjukkan jumlah atom atau ion dalam suatu molekul disebut indeks.
Sambungan logam
Mari berkenalan dengan bagaimana atom unsur logam berinteraksi satu sama lain. Logam biasanya tidak ada sebagai atom yang terisolasi, tetapi dalam bentuk potongan, batangan, atau produk logam. Apa yang menahan atom logam dalam satu volume?
Atom dari sebagian besar logam mengandung sejumlah kecil elektron pada tingkat terluar - $1, 2, 3$. Elektron ini mudah dilepaskan dan atom menjadi ion positif. Elektron yang terlepas berpindah dari satu ion ke ion lainnya, mengikatnya menjadi satu kesatuan. Bergabung dengan ion, elektron-elektron ini untuk sementara membentuk atom, kemudian putus lagi dan bergabung dengan ion lain, dan seterusnya. Akibatnya, dalam volume logam, atom terus menerus berubah menjadi ion dan sebaliknya.
Ikatan logam antara ion melalui elektron bersama disebut logam.
Gambar tersebut secara skematis menunjukkan struktur fragmen logam natrium.
Dalam hal ini, sejumlah kecil elektron bersama mengikat sejumlah besar ion dan atom.
Ikatan logam memiliki beberapa kesamaan dengan ikatan kovalen, karena ikatan ini didasarkan pada pembagian elektron eksternal. Namun, dengan ikatan kovalen, elektron terluar yang tidak berpasangan hanya dari dua atom tetangga yang digunakan bersama, sedangkan dengan ikatan logam, semua atom ikut serta dalam pembagian elektron tersebut. Itulah sebabnya kristal dengan ikatan kovalen bersifat rapuh, tetapi dengan ikatan logam, biasanya bersifat ulet, konduktif listrik, dan memiliki kilau logam.
Ikatan logam merupakan karakteristik logam murni dan campuran berbagai logam—paduan dalam wujud padat dan cair.
Ikatan hidrogen
Ikatan kimia antara atom hidrogen yang terpolarisasi positif dari satu molekul (atau bagiannya) dan atom terpolarisasi negatif dari unsur yang sangat elektronegatif yang memiliki pasangan elektron bebas ($F, O, N$ dan lebih jarang $S$ dan $Cl$) dari molekul lain (atau bagiannya) disebut hidrogen.
Mekanisme pembentukan ikatan hidrogen sebagian bersifat elektrostatik, sebagian lagi bersifat donor-akseptor.
Contoh ikatan hidrogen antarmolekul:
Dengan adanya hubungan seperti itu, bahkan zat dengan berat molekul rendah, dalam kondisi normal, dapat berupa cairan (alkohol, air) atau gas yang mudah dicairkan (amonia, hidrogen fluorida).
Zat dengan ikatan hidrogen memiliki kisi kristal molekul.
Zat yang berstruktur molekul dan nonmolekul. Jenis kisi kristal. Ketergantungan sifat-sifat zat pada komposisi dan strukturnya
Struktur molekul dan nonmolekul suatu zat
Bukan atom atau molekul individu yang terlibat dalam interaksi kimia, tetapi zat. Dalam kondisi tertentu, suatu zat dapat berada dalam salah satu dari tiga keadaan agregasi: padat, cair, atau gas. Sifat-sifat suatu zat juga bergantung pada sifat ikatan kimia antara partikel-partikel pembentuknya – molekul, atom atau ion. Berdasarkan jenis ikatannya, zat yang berstruktur molekul dan nonmolekul dibedakan.
Zat yang tersusun atas molekul disebut zat molekuler. Ikatan antar molekul dalam zat tersebut sangat lemah, jauh lebih lemah dibandingkan antara atom di dalam molekul, dan bahkan pada suhu yang relatif rendah ikatan tersebut putus - zat berubah menjadi cair dan kemudian menjadi gas (sublimasi yodium). Titik leleh dan titik didih zat yang terdiri dari molekul meningkat seiring dengan bertambahnya berat molekul.
Zat molekul meliputi zat yang mempunyai struktur atom ($C, Si, Li, Na, K, Cu, Fe, W$), diantaranya ada logam dan nonlogam.
Mari kita perhatikan sifat fisik logam alkali. Kekuatan ikatan antar atom yang relatif rendah menyebabkan kekuatan mekanik yang rendah: logam alkali bersifat lunak dan mudah dipotong dengan pisau.
Ukuran atom yang besar menyebabkan kepadatan logam alkali yang rendah: litium, natrium, dan kalium bahkan lebih ringan daripada air. Pada golongan logam alkali, titik didih dan titik lelehnya menurun seiring dengan bertambahnya nomor atom suatu unsur, karena Ukuran atom bertambah dan ikatan melemah.
Untuk zat non-molekuler struktur termasuk senyawa ionik. Sebagian besar senyawa logam dengan nonlogam memiliki struktur berikut: semua garam ($NaCl, K_2SO_4$), beberapa hidrida ($LiH$) dan oksida ($CaO, MgO, FeO$), basa ($NaOH, KOH$). Zat ionik (nonmolekul) mempunyai titik leleh dan titik didih yang tinggi.
Kisi kristal
Materi, seperti diketahui, dapat berada dalam tiga keadaan agregasi: gas, cair dan padat.
Padatan: amorf dan kristal.
Mari kita perhatikan bagaimana karakteristik ikatan kimia mempengaruhi sifat-sifat zat padat. Padatan dibagi menjadi kristal Dan amorf.
Zat amorf tidak memiliki titik leleh yang jelas; ketika dipanaskan, zat tersebut secara bertahap melunak dan berubah menjadi cairan. Misalnya, plastisin dan berbagai resin berada dalam keadaan amorf.
Zat kristal dicirikan oleh susunan partikel penyusunnya yang benar: atom, molekul, dan ion - pada titik-titik tertentu dalam ruang. Ketika titik-titik ini dihubungkan oleh garis lurus, maka terbentuklah kerangka spasial yang disebut kisi kristal. Titik-titik di mana partikel kristal berada disebut simpul kisi.
Tergantung pada jenis partikel yang terletak di simpul kisi kristal dan sifat hubungan di antara mereka, empat jenis kisi kristal dibedakan: ionik, atom, molekuler Dan logam.
Kisi kristal ionik.
ionik disebut kisi kristal, yang simpul-simpulnya terdapat ion. Mereka dibentuk oleh zat dengan ikatan ionik, yang dapat mengikat ion sederhana $Na^(+), Cl^(-)$, dan kompleks $SO_4^(2−), OH^-$. Akibatnya, garam dan beberapa oksida dan hidroksida logam memiliki kisi kristal ionik. Misalnya, kristal natrium klorida terdiri dari ion $Na^+$ positif dan $Cl^-$ yang berselang-seling, membentuk kisi berbentuk kubus. Ikatan antar ion dalam kristal semacam itu sangat stabil. Oleh karena itu, zat dengan kisi ionik dicirikan oleh kekerasan dan kekuatan yang relatif tinggi, tahan api dan tidak mudah menguap.
Kisi kristal atom.
atom disebut kisi kristal, di simpul-simpulnya terdapat atom-atom individual. Dalam kisi-kisi seperti itu, atom-atom dihubungkan satu sama lain melalui ikatan kovalen yang sangat kuat. Contoh zat dengan kisi kristal jenis ini adalah intan, salah satu modifikasi alotropik karbon.
Sebagian besar zat dengan kisi kristal atom memiliki titik leleh yang sangat tinggi (misalnya, untuk berlian suhunya di atas $3500°C), kuat dan keras, serta praktis tidak larut.
Kisi kristal molekul.
Molekuler disebut kisi kristal, di simpul-simpul tempat molekul berada. Ikatan kimia dalam molekul ini dapat bersifat polar ($HCl, H_2O$) dan nonpolar ($N_2, O_2$). Terlepas dari kenyataan bahwa atom-atom di dalam molekul dihubungkan oleh ikatan kovalen yang sangat kuat, gaya tarik-menarik antarmolekul yang lemah bekerja di antara molekul-molekul itu sendiri. Oleh karena itu, zat dengan kisi kristal molekuler memiliki kekerasan yang rendah, titik leleh yang rendah, dan mudah menguap. Sebagian besar senyawa organik padat memiliki kisi kristal molekul (naftalena, glukosa, gula).
Kisi kristal logam.
Zat dengan ikatan logam memiliki kisi kristal logam. Di lokasi kisi-kisi tersebut terdapat atom dan ion (baik atom atau ion, yang mudah diubah oleh atom logam, melepaskan elektron terluarnya “untuk penggunaan umum”). Struktur internal logam ini menentukan sifat fisik karakteristiknya: kelenturan, keuletan, konduktivitas listrik dan termal, karakteristik kilau logam.
