Značilnosti kovalentnih vezi. Za katere snovi so značilne kovalentne vezi?

Elektronegativnost je sposobnost atomov, da premaknejo elektrone proti sebi, ko tvorijo kemično vez. Ta koncept je uvedel ameriški kemik L. Pauling (1932). Elektronegativnost označuje sposobnost atoma danega elementa, da pritegne skupni elektronski par v molekuli. Vrednosti elektronegativnosti, določene z različnimi metodami, se med seboj razlikujejo. V izobraževalni praksi najpogosteje uporabljajo relativne in ne absolutne vrednosti elektronegativnosti. Najpogostejša je lestvica, v kateri se elektronegativnost vseh elementov primerja z elektronegativnostjo litija, vzetega kot enega.

Med elementi skupin IA - VIIA:

elektronegativnost se praviloma poveča v obdobjih ("od leve proti desni") z naraščajočim atomskim številom in zmanjša v skupinah ("od zgoraj navzdol").

Elementi z visoko elektronegativnostjo, katerih atomi imajo visoko elektronsko afiniteto in visoko ionizacijsko energijo, tj. nagnjeni k dodatku elektrona ali premaknitvi para veznih elektronov v svojo smer, se imenujejo nekovine.

Kovine vključujejo večino elementov periodnega sistema.

Za kovine je značilna nizka elektronegativnost, to je nizka energija ionizacije in afiniteta do elektronov. Kovinski atomi bodisi darujejo elektrone nekovinskim atomom ali mešajo pare veznih elektronov iz samih sebe. Kovine imajo značilen lesk, visoko električno prevodnost in dobro toplotno prevodnost. Večinoma so trpežni in voljni.

Kovine vključujejo vse elemente d in f. Če iz periodnega sistema miselno izberete samo bloke s- in p-elementov, to je elementov skupine A, in narišete diagonalo od zgornjega levega kota do spodnjega desnega kota, se izkaže, da se nahajajo nekovinski elementi na desni strani te diagonale in kovinske - na levi. Ob diagonali so elementi, ki jih ni mogoče nedvoumno uvrstiti med kovine ali nekovine. Ti vmesni elementi vključujejo: bor, silicij, germanij, arzen, antimon, selen, polonij in astat.

Ideje o kovalentnih in ionskih vezeh so imele pomembno vlogo pri razvoju idej o strukturi snovi, vendar je ustvarjanje novih fizikalnih in kemijskih metod za preučevanje fine strukture snovi in ​​njihova uporaba pokazala, da je pojav kemične vezi zelo pomemben. bolj zapleteno. Trenutno se verjame, da je vsaka heteroatomska vez tako kovalentna kot ionska, vendar v različnih razmerjih. Tako je uveden koncept kovalentne in ionske komponente heteroatomske vezi. Večja kot je razlika v elektronegativnosti veznih atomov, večja je polarnost vezi. Ko je razlika več kot dve enoti, skoraj vedno prevladuje ionska komponenta. Primerjajmo dva oksida: natrijev oksid Na 2 O in klorov oksid (VII) Cl 2 O 7. Pri natrijevem oksidu je delni naboj na atomu kisika -0,81, pri klorovem oksidu pa -0,02. To dejansko pomeni, da je vez Na-O 81 % ionska in 19 % kovalentna. Ionska komponenta vezi Cl-O je le 2 %.

Seznam uporabljene literature

1. Popkov V. A., Puzakov S. A. Splošna kemija: učbenik. - M .: GEOTAR-Media, 2010. - 976 str .: ISBN 978-5-9704-1570-2. [Z. 35-37]
2. Volkov, A.I., Zharsky, I.M. Velika kemijska referenčna knjiga / A.I. Volkov, I.M. Zharsky. - Mn .: Moderna šola, 2005. - 608 z ISBN 985-6751-04-7.

Glavna funkcija telekomunikacijskih omrežij (TCN) je zagotoviti izmenjavo informacij med vsemi naročniškimi sistemi računalniškega omrežja. Izmenjava se izvaja preko komunikacijskih kanalov, ki predstavljajo enega glavnih sestavnih delov telekomunikacijskih omrežij.

Komunikacijski kanal je kombinacija fizičnega medija (komunikacijska linija) in opreme za prenos podatkov (DTE), ki prenaša informacijske signale od enega omrežnega preklopnega vozlišča do drugega ali med vozlišči. preklapljanje in naročniškega sistema.

torej, komunikacijski kanal in fizična komunikacijska linija nista ista stvar. Na splošno je več logičnih kanalov mogoče organizirati na podlagi ene komunikacijske linije s pomočjo časovnih, frekvenčnih, faznih in drugih vrst ločevanja.

Uporablja se v računalniških omrežjih telefon, telegraf, televizija, satelitska komunikacijska omrežja. Kot komunikacijske linije se uporabljajo žični (zračni), kabelski, radijski kanali prizemnih in satelitskih komunikacij. Razliko med njima določa medij za prenos podatkov. Fizični medij prenosa podatkov je lahko kabel, pa tudi zemeljska atmosfera ali vesolje, po katerem se širijo elektromagnetni valovi.

Računalniška omrežja uporabljajo telefonska, telegrafska, televizijska in satelitska komunikacijska omrežja. Kot komunikacijske linije se uporabljajo žični (zračni), kabelski, radijski kanali prizemnih in satelitskih komunikacij. Razliko med njima določa medij za prenos podatkov. Fizični medij prenosa podatkov je lahko kabel, pa tudi zemeljska atmosfera ali vesolje, po katerem se širijo elektromagnetni valovi.

Žične (nadzemne) komunikacijske linije- to so žice brez izolacijskih ali zaščitnih pletenic, položene med drogove in viseče v zraku. Tradicionalno se uporabljajo za prenos telefonskih in telegrafskih signalov, če pa ni drugih možnosti, se uporabljajo za prenos računalniških podatkov. Za žične komunikacijske linije je značilna nizka pasovna širina in nizka odpornost na hrup, zato jih hitro nadomeščajo kabelske linije.

Kabelske linije vključujejo kabel, sestavljen iz vodnikov z več plastmi izolacije - električne, elektromagnetne, mehanske, in priključkov za priključitev različne opreme nanj. V kabelskih omrežjih se večinoma uporabljajo tri vrste kablov: kabel na osnovi sukanih parov bakrenih žic (to je sukani par v oklopljeni izvedbi, ko je par bakrenih žic ovit v izolacijski zaslon, in neoklopljeni, ko ni izolacije ovoj), koaksialni kabel (sestavljen je iz notranjega bakrenega jedra in pletenice, ki je od jedra ločen s plastjo izolacije) in kabla iz optičnih vlaken (sestavljen je iz tankih - 5-60 mikronov vlaken, skozi katere se širijo svetlobni signali).

Med kabelskimi komunikacijskimi linijami Najboljšo zmogljivost imajo svetlobni vodniki. Njihove glavne prednosti: visoka prepustnost (do 10 Gbit/s in več), zaradi uporabe elektromagnetnega valovanja v optičnem območju; neobčutljivost na zunanja elektromagnetna polja in odsotnost lastnega elektromagnetnega sevanja, nizka delovna intenzivnost polaganja optičnega kabla; varnost pred iskrami, eksplozijo in požarom; povečana odpornost na agresivna okolja; nizka specifična teža (razmerje med linearno maso in pasovno širino); široka področja uporabe (ustvarjanje javnih dostopnih avtocest, komunikacijskih sistemov med računalniki in perifernimi napravami lokalnih omrežij, v mikroprocesorski tehniki itd.).

Slabosti optičnih komunikacijskih linij: priključitev dodatnih računalnikov na svetlobni vodnik bistveno oslabi signal; za svetlobne vodnike so potrebni še vedno dragi svetlobni vodniki, ki morajo biti opremljeni s pretvorniki električnih signalov v svetlobne in obratno.

Prizemni in satelitski radijski kanali nastanejo s pomočjo oddajnika in sprejemnika radijskih valov. Različne vrste radijskih kanalov se razlikujejo po uporabljenem frekvenčnem območju in obsegu prenosa informacij. Radijski kanali, ki delujejo v pasovih kratkih, srednjih in dolgih valov (HF, MF, DV), omogočajo komunikacijo na dolge razdalje, vendar z nizko hitrostjo prenosa podatkov. To so radijski kanali, ki uporabljajo amplitudno modulacijo signalov. Kanali, ki delujejo na ultrakratkih valovih (VHF), so hitrejši in zanje je značilna frekvenčna modulacija signalov. Ultrahitri kanali so tisti, ki delujejo v ultravisokofrekvenčnih (mikrovalovnih) območjih, tj. nad 4 GHz. V mikrovalovnem območju se signali ne odbijajo od zemeljske ionosfere, zato stabilna komunikacija zahteva neposredno vidljivost med oddajnikom in sprejemnikom. Zaradi tega se mikrovalovni signali uporabljajo bodisi v satelitskih kanalih bodisi v radijskih relejih, kjer je ta pogoj izpolnjen.

Značilnosti komunikacijskih vodov. Glavne značilnosti komunikacijskih linij vključujejo naslednje: amplitudno-frekvenčni odziv, pasovno širino, slabljenje, prepustnost, odpornost proti hrupu, presluh na bližnjem koncu linije, zanesljivost prenosa podatkov, strošek na enoto.

Karakteristike komunikacijskega voda se pogosto ugotavljajo z analizo njegovih odzivov na določene referenčne vplive, ki so sinusna nihanja različnih frekvenc, saj jih v tehniki pogosto srečujemo in jih je mogoče uporabiti za predstavitev katerekoli funkcije časa. Stopnja popačenja sinusoidnih signalov komunikacijske linije se oceni z uporabo amplitudno-frekvenčnega odziva, pasovne širine in slabljenja pri določeni frekvenci.

Amplitudno-frekvenčni odziv(Frekvenčni odziv) daje najbolj popolno sliko komunikacijske linije; prikazuje, kako se amplituda sinusoide na izhodu linije zmanjšuje v primerjavi z amplitudo na njenem vhodu za vse možne frekvence oddanega signala (namesto amplitude signal, njegova moč se pogosto uporablja). Posledično vam frekvenčni odziv omogoča določitev oblike izhodnega signala za kateri koli vhodni signal. Vendar pa je zelo težko dobiti frekvenčni odziv prave komunikacijske linije, zato se v praksi namesto tega uporabljajo druge, poenostavljene karakteristike - pasovna širina in slabljenje.

Pasovna širina komunikacije predstavlja zvezen razpon frekvenc, v katerem razmerje med amplitudo izhodnega in vhodnega signala presega vnaprej določeno mejo (običajno 0,5). Zato pasovna širina določa razpon frekvenc sinusnega signala, pri katerem se ta signal prenaša po komunikacijski liniji brez znatnega popačenja. Pasovna širina, ki najbolj vpliva na največjo možno hitrost prenosa informacij po komunikacijski liniji, je razlika med največjo in najmanjšo frekvenco sinusnega signala v dani pasovni širini. Pasovna širina je odvisna od vrste linije in njene dolžine.

Treba je razlikovati med pasovna širina in širino spektra oddanih informacijskih signalov. Širina spektra oddanih signalov je razlika med največjimi in najmanjšimi pomembnimi harmoniki signala, tj. tiste harmonike, ki dajejo glavni prispevek k nastalemu signalu. Če pomembni harmoniki signala padejo znotraj prepustnega pasu linije, bo sprejemnik tak signal oddal in sprejel brez popačenja. V nasprotnem primeru bo signal popačen, sprejemnik bo delal napake pri prepoznavanju informacij, zato se informacije ne bodo mogle prenašati z dano pasovno širino.

Slabljenje je relativno zmanjšanje amplitude ali moči signala pri prenosu signala določene frekvence po liniji.

Slabljenje A se meri v decibelih (dB, dB) in se izračuna po formuli:

A = 10?lg (P ven / P noter)

kjer P out, P in - moč signala na izhodu in vhodu linije.

Za grobo oceno popačenja signalov, ki se prenašajo po liniji, je dovolj poznati slabljenje signalov osnovne frekvence, tj. frekvenca, katere harmonik ima največjo amplitudo in moč. Natančnejša ocena je mogoča, če poznamo slabljenje na več frekvencah blizu glavne.

Prepustnost komunikacijske linije je njena karakteristika, ki določa (tako kot pasovna širina) največjo možno hitrost prenosa podatkov po liniji. Meri se v bitih na sekundo (bps) in v izpeljanih enotah (Kbps, Mbps, Gbps).

Pasovna širina komunikacijske linije je odvisna od njenih značilnosti (frekvenčni odziv, pasovna širina, slabljenje) in od spektra oddanih signalov, ta pa od izbranega načina fizičnega ali linearnega kodiranja (tj. od načina predstavljanja diskretnih informacij v oblika signalov). Pri enem načinu kodiranja ima lahko vrstica eno kapaciteto, pri drugem pa drugo.

Pri kodiranju običajno se uporablja sprememba nekega parametra periodičnega signala (na primer sinusoidna nihanja) - frekvenca, amplituda in faza, sinusoide ali predznak potenciala zaporedja impulzov. Periodični signal, katerega parametri se spreminjajo, se imenuje nosilni signal ali nosilna frekvenca, če se kot tak signal uporablja sinusoida. Če sprejeti sinusoid ne spremeni nobenega od svojih parametrov (amplitude, frekvence ali faze), potem ne nosi nobenih informacij.

Število sprememb informacijskega parametra periodičnega nosilnega signala na sekundo (pri sinusoidu je to število sprememb amplitude, frekvence ali faze) se meri v baudu. Cikel delovanja oddajnika je časovno obdobje med sosednjima spremembama informacijskega signala.

Na splošno Zmogljivost linije v bitih na sekundo ni enaka hitrosti prenosa. Odvisno od metode kodiranja je lahko višje, enako ali manjše od števila baudov. Če je na primer pri tej metodi kodiranja ena bitna vrednost predstavljena s pulzom pozitivne polarnosti, ničelna vrednost pa z impulzom negativne polarnosti, potem pri prenosu izmenično spreminjajočih se bitov (ni nizov enakih bitov) ime), fizični signal med prenosom vsakega bita dvakrat spremeni svoje stanje. Zato je pri tem kodiranju zmogljivost linije polovica števila baudov, ki se prenašajo po liniji.

Za prepustnost na linijo ne vpliva samo fizično, temveč tudi tako imenovano logično kodiranje, ki se izvede pred fizičnim kodiranjem in je sestavljeno iz zamenjave prvotnega zaporedja bitov informacij z novim zaporedjem bitov, ki nosi isto informacijo, vendar ima dodatne lastnosti (na primer zmožnost prejemne strani, da zazna napake v prejetih podatkih ali zagotovi zaupnost prenesenih podatkov s šifriranjem). Logično kodiranje praviloma spremlja zamenjava prvotnega bitnega zaporedja z daljšim zaporedjem, kar negativno vpliva na čas prenosa uporabnih informacij.

Obstaja določena povezava med zmogljivostjo linije in njeno pasovno širino. Pri fiksni fizični metodi kodiranja se zmogljivost linije poveča z naraščajočo frekvenco periodičnega nosilnega signala, saj to povečanje spremlja povečanje količine informacij, ki se prenašajo na enoto časa. Ko pa se frekvenca tega signala poveča, se poveča tudi širina njegovega spektra, ki se prenaša z popačenjem, ki ga določa pasovna širina linije. Večja kot je razlika med pasovno širino linije in širino spektra oddanih informacijskih signalov, bolj so signali podvrženi popačenju in večja je verjetnost napak pri prepoznavanju informacij s strani sprejemnika. Posledično se hitrost prenosa informacij izkaže za nižjo od pričakovane.

C=2F log 2 M, (4)

kjer je M število različnih stanj informacijskega parametra oddanega signala.

Nyquistova relacija, ki se uporablja tudi za določanje največje možne prepustnosti komunikacijske linije, ne upošteva eksplicitno prisotnosti šuma na liniji. Vendar se njegov vpliv posredno odraža v izbiri števila stanj informacijskega signala. Na primer, za povečanje prepustnosti linije je bilo mogoče pri kodiranju podatkov uporabiti ne 2 ali 4 ravni, ampak 16. Če pa amplituda hrupa presega razliko med sosednjimi 16 stopnjami, potem sprejemnik ne bo mogel. dosledno prepozna prenesene podatke. Zato je število možnih stanj signala dejansko omejeno z razmerjem med močjo signala in šumom.

Nyquistova formula določa mejno vrednost zmogljivosti kanala za primer, ko je število stanj informacijskega signala že izbrano ob upoštevanju zmožnosti njihovega stabilnega prepoznavanja s strani sprejemnika.

Odpornost proti hrupu komunikacijske linije- to je njegova sposobnost zmanjšanja ravni motenj, ustvarjenih v zunanjem okolju na notranjih vodnikih. Odvisno je od vrste uporabljenega fizičnega medija, pa tudi od linijske opreme, ki prekriva in zavira motnje. Najbolj protihrupno odporni in neobčutljivi na zunanje elektromagnetno sevanje so optični vodi, najmanj proti hrupu so radijski vodi, kabelski vodi pa zavzemajo vmesno mesto. Zmanjšanje motenj, ki jih povzroča zunanje elektromagnetno sevanje, dosežemo z oklopom in zvijanjem vodnikov.

Preslušavanje na bližnjem koncu linije - določa odpornost kabla proti hrupu na notranje vire motenj. Običajno se ocenjujejo glede na kabel, sestavljen iz več zvitih parov, ko lahko medsebojna motnja enega para na drugega doseže pomembne vrednosti in ustvari notranje motnje, sorazmerne z uporabnim signalom.

Zanesljivost prenosa podatkov(ali stopnja bitnih napak) označuje verjetnost poškodovanja za vsak preneseni bit podatkov. Razlogi za izkrivljanje informacijskih signalov so motnje na liniji, pa tudi omejena pasovna širina. Zato je povečanje zanesljivosti prenosa podatkov doseženo s povečanjem stopnje odpornosti proti hrupu linije, zmanjšanjem ravni preslušavanja v kablu in uporabo več širokopasovnih komunikacijskih linij.

Pri običajnih kabelskih komunikacijskih linijah brez dodatne zaščite pred napakami je zanesljivost prenosa podatkov praviloma 10 -4 -10 -6. To pomeni, da bo v povprečju od 10 4 ali 10 6 prenesenih bitov vrednost enega bita popačena.

Oprema za komunikacijske linije(oprema za prenos podatkov - ATD) je robna oprema, ki neposredno povezuje računalnike s komunikacijsko linijo. Je del komunikacijske linije in običajno deluje na fizični ravni ter zagotavlja prenos in sprejem signala zahtevane oblike in moči. Primeri ADF-jev so modemi, adapterji, analogno-digitalni in digitalno-analogni pretvorniki.

ADF ne vključuje uporabniške podatkovne terminalske opreme (DTE), ki generira podatke za prenos po komunikacijski liniji in je neposredno povezana z ADF. DTE vključuje na primer usmerjevalnik lokalnega omrežja. Upoštevajte, da je delitev opreme v razrede APD in DOD precej poljubna.

Na komunikacijskih linijah na dolge razdalje se uporablja vmesna oprema, ki rešuje dva glavna problema: izboljšanje kakovosti informacijskih signalov (njihova oblika, moč, trajanje) in ustvarjanje trajnega sestavljenega kanala (kanal od konca do konca) za komunikacijo med dvema naročnikoma omrežja. V LCS se vmesna oprema ne uporablja, če je dolžina fizičnega medija (kabli, radijski zrak) kratka, tako da se signali iz enega omrežnega adapterja v drugega lahko prenašajo brez vmesne obnovitve njihovih parametrov.

Globalna omrežja zagotavljajo kakovosten prenos signalov na stotine in tisoče kilometrov. Zato so ojačevalniki nameščeni na določenih razdaljah. Za ustvarjanje linije od konca do konca med dvema naročnikoma se uporabljajo multiplekserji, demultiplekserji in stikala.

Vmesna oprema komunikacijskega kanala je za uporabnika pregledna (je ne opazi), čeprav v resnici tvori kompleksno omrežje, ki ga imenujemo primarno omrežje in služi kot osnova za izgradnjo računalniških, telefonskih in drugih omrežij.

Razlikovati analogni in digitalni komunikacijske linije, ki uporabljajo različne vrste vmesne opreme. V analognih linijah je vmesna oprema zasnovana za ojačanje analognih signalov z neprekinjenim obsegom vrednosti. V visokohitrostnih analognih kanalih se izvaja tehnika frekvenčnega multipleksiranja, ko se več nizkohitrostnih analognih naročniških kanalov multipleksira v en hitri kanal. V digitalnih komunikacijskih kanalih, kjer imajo pravokotni informacijski signali končno število stanj, vmesna oprema izboljša obliko signalov in obnovi njihovo obdobje ponavljanja. Zagotavlja oblikovanje hitrih digitalnih kanalov, ki delujejo na principu časovnega multipleksiranja kanalov, ko je vsakemu kanalu nizke hitrosti dodeljen določen delež časa kanala visoke hitrosti.

Pri prenosu diskretnih računalniških podatkov po digitalnih komunikacijskih linijah je definiran protokol fizične plasti, saj so parametri informacijskih signalov, ki jih prenaša linija, standardizirani, pri prenosu po analognih linijah pa ni definiran, saj imajo informacijski signali poljubno oblika in ni nobene povezave z načinom predstavljanja enic in ničel z opremo za prenos podatkov.

V komunikacijskih omrežjih so našli uporabo: re stiskalnice za prenos informacij :

Simpleks, ko sta oddajnik in sprejemnik povezana z enim komunikacijskim kanalom, po katerem se informacije prenašajo le v eno smer (to je značilno za televizijska komunikacijska omrežja);

Half-duplex, ko sta dve komunikacijski vozlišči povezani tudi z enim kanalom, po katerem se informacije prenašajo izmenično v eni smeri in nato v nasprotni smeri (to je značilno za informacijsko-referenčne sisteme, zahteve-odgovor);

Duplex, ko sta dve komunikacijski vozlišči povezani z dvema kanaloma (napredni komunikacijski kanal in povratni kanal), po katerih se informacije istočasno prenašajo v nasprotnih smereh. Dupleksni kanali se uporabljajo v sistemih z odločitvijo in informacijsko povratno informacijo.

Preklopni in namenski komunikacijski kanali. V TSS ločimo namenske (nekomutirane) komunikacijske kanale in tiste s preklapljanjem za čas prenosa informacij po teh kanalih.

Pri uporabi namenskih komunikacijskih kanalov je sprejemno-sprejemna oprema komunikacijskih vozlišč stalno povezana med seboj. To zagotavlja visoko stopnjo pripravljenosti sistema za prenos informacij, višjo kakovost komunikacije in podporo velikemu obsegu prometa. Zaradi razmeroma visokih stroškov delovanja omrežij z namenskimi komunikacijskimi kanali je njihova donosnost dosežena le, če so kanali dovolj polno obremenjeni.

Za preklopne komunikacijske kanale, ustvarjeni le za čas prenosa določene količine informacij, jih odlikuje visoka prilagodljivost in relativno nizki stroški (z majhnim obsegom prometa). Slabosti takšnih kanalov: izguba časa za preklapljanje (za vzpostavitev komunikacije med naročniki), možnost blokiranja zaradi zasedenosti določenih odsekov komunikacijske linije, nižja kakovost komunikacije, visoki stroški s precejšnjim obsegom prometa.

Ionska vez

(uporabljeni so bili materiali s spletnega mesta http://www.hemi.nsu.ru/ucheb138.htm)

Ionska vez nastane zaradi elektrostatične privlačnosti med nasprotno nabitimi ioni. Ti ioni nastanejo kot posledica prenosa elektronov iz enega atoma v drugega. Ionska vez nastane med atomi, ki imajo velike razlike v elektronegativnosti (običajno večjo od 1,7 po Paulingovi lestvici), na primer med atomi alkalijskih kovin in halogenov.

Razmislimo o pojavu ionske vezi na primeru nastanka NaCl.

Iz elektronskih formul atomov

Na 1s 2 2s 2 2p 6 3s 1 in

Cl 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 5

Vidimo lahko, da je za dokončanje zunanje ravni atom natrija lažje oddati en elektron kot pridobiti sedem, za atom klora pa je lažje pridobiti en elektron kot pridobiti sedem. Pri kemičnih reakcijah atom natrija odda en elektron, atom klora pa ga prevzame. Zaradi tega se elektronske lupine natrijevih in klorovih atomov spremenijo v stabilne elektronske lupine žlahtnih plinov (elektronska konfiguracija natrijevega kationa

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

in elektronska konfiguracija klorovega aniona je

Cl – - 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6).

Elektrostatična interakcija ionov povzroči nastanek molekule NaCl.

Narava kemijske vezi se pogosto odraža v agregatnem stanju in fizikalnih lastnostih snovi. Ionske spojine, kot je natrijev klorid NaCl, so trde in ognjevzdržne, ker obstajajo močne sile elektrostatične privlačnosti med naboji njihovih "+" in "–" ionov.

Negativno nabit klorov ion ne pritegne samo »svojega« Na+ iona, ampak tudi druge natrijeve ione okoli sebe. To vodi do dejstva, da v bližini katerega koli od ionov ni enega iona z nasprotnim znakom, ampak več.

Struktura kristala natrijevega klorida NaCl.

Pravzaprav je okoli vsakega klorovega iona 6 natrijevih ionov in okoli vsakega natrijevega iona 6 kloridnih ionov. To urejeno pakiranje ionov imenujemo ionski kristal. Če je v kristalu izoliran en sam atom klora, potem med atomi natrija, ki ga obkrožajo, ni več mogoče najti tistega, s katerim je klor reagiral.

Ioni, ki jih medsebojno privlačijo elektrostatične sile, zelo neradi spremenijo svojo lokacijo pod vplivom zunanje sile ali povečanja temperature. Če pa natrijev klorid stopimo in ga še naprej segrevamo v vakuumu, izhlapi in tvori dvoatomske molekule NaCl. To nakazuje, da se sile kovalentne vezi nikoli popolnoma ne izklopijo.

Osnovne značilnosti ionskih vezi in lastnosti ionskih spojin

1. Ionska vez je močna kemična vez. Energija te vezi je reda 300 – 700 kJ/mol.

2. Za razliko od kovalentne vezi je ionska vez neusmerjena, ker lahko ion k sebi pritegne ione nasprotnega predznaka v kateri koli smeri.

3. Za razliko od kovalentne vezi je ionska vez nenasičena, saj interakcija ionov nasprotnega znaka ne vodi do popolne medsebojne kompenzacije njihovih silnih polj.

4. Pri nastajanju molekul z ionsko vezjo ne pride do popolnega prenosa elektronov, zato stoodstotne ionske vezi v naravi ne obstajajo. V molekuli NaCl je kemična vez le 80 % ionska.

5. Spojine z ionskimi vezmi so kristalne trdne snovi, ki imajo visoka tališča in vrelišča.

6. Večina ionskih spojin je topnih v vodi. Raztopine in taline ionskih spojin prevajajo električni tok.

Kovinska povezava

Kovinski kristali so različno strukturirani. Če pregledate kos kovinskega natrija, boste ugotovili, da se njegov videz zelo razlikuje od kuhinjske soli. Natrij je mehka kovina, zlahka se reže z nožem, splošči s kladivom, zlahka se stopi v skodelici na alkoholni svetilki (tališče 97,8 o C). V natrijevem kristalu je vsak atom obdan z osmimi drugimi podobnimi atomi.

Kristalna struktura kovinskega Na.

Slika prikazuje, da ima atom Na v središču kocke 8 najbližjih sosedov. Toda enako lahko rečemo za kateri koli drug atom v kristalu, saj so vsi enaki. Kristal je sestavljen iz "neskončno" ponavljajočih se fragmentov, prikazanih na tej sliki.

Kovinski atomi na zunanji energijski ravni vsebujejo majhno število valenčnih elektronov. Ker je ionizacijska energija kovinskih atomov nizka, se valenčni elektroni v teh atomih slabo zadržujejo. Posledično se v kristalni mreži kovin pojavijo pozitivno nabiti ioni in prosti elektroni. V tem primeru se kovinski kationi nahajajo v vozliščih kristalne rešetke, elektroni pa se prosto gibljejo v polju pozitivnih centrov in tvorijo tako imenovani "elektronski plin".

Prisotnost negativno nabitega elektrona med dvema kationoma povzroči interakcijo vsakega kationa s tem elektronom.

torej Kovinska vez je vez med pozitivnimi ioni v kovinskih kristalih, ki nastane zaradi privlačenja elektronov, ki se prosto gibljejo po kristalu.

Ker so valenčni elektroni v kovini enakomerno porazdeljeni po kristalu, je kovinska vez, tako kot ionska vez, neusmerjena vez. Za razliko od kovalentne vezi je kovinska vez nenasičena vez. Kovinska vez se od kovalentne razlikuje tudi po svoji trdnosti. Energija kovinske vezi je približno tri do štirikrat manjša od energije kovalentne vezi.

Zaradi visoke mobilnosti elektronskega plina je za kovine značilna visoka električna in toplotna prevodnost.

Kovinski kristal je videti precej preprost, v resnici pa je njegova elektronska struktura bolj zapletena kot pri kristalih ionske soli. V zunanji elektronski lupini kovinskih elementov ni dovolj elektronov, da bi tvorili polnopravno "oktetno" kovalentno ali ionsko vez. Zato je večina kovin v plinastem stanju sestavljena iz enoatomskih molekul (tj. posameznih atomov, ki med seboj niso povezani). Tipičen primer so hlapi živega srebra. Tako se kovinska vez med kovinskimi atomi pojavlja samo v tekočem in trdnem agregatnem stanju.

Kovinsko vez lahko opišemo na naslednji način: nekateri kovinski atomi v nastalem kristalu oddajo svoje valenčne elektrone v prostor med atomi (za natrij je to ... 3s1) in se spremenijo v ione. Ker so vsi kovinski atomi v kristalu enaki, ima vsak enako možnost, da izgubi valenčni elektron.

Z drugimi besedami, prenos elektronov med nevtralnimi in ioniziranimi kovinskimi atomi poteka brez porabe energije. V tem primeru nekaj elektronov vedno konča v prostoru med atomi v obliki "elektronskega plina".

Ti prosti elektroni najprej držijo kovinske atome na določeni ravnotežni razdalji drug od drugega.

Drugič, dajejo kovinam značilen "kovinski sijaj" (prosti elektroni lahko interagirajo s svetlobnimi kvanti).

Tretjič, prosti elektroni zagotavljajo kovinam dobro električno prevodnost. Visoka toplotna prevodnost kovin je razložena tudi s prisotnostjo prostih elektronov v medatomskem prostoru - zlahka se "odzovejo" na spremembe energije in prispevajo k njenemu hitremu prenosu v kristalu.

Poenostavljen model elektronske strukture kovinskega kristala.

******** Na primeru kovinskega natrija razmislimo o naravi kovinske vezi z vidika idej o atomskih orbitalah. Atom natrija, tako kot mnoge druge kovine, nima valenčnih elektronov, vendar obstajajo proste valenčne orbitale. Posamezen 3s elektron natrija se lahko premakne v katero koli od prostih in energijsko blizu sosednjih orbital. Ko se atomi v kristalu približajo, se zunanje orbitale sosednjih atomov prekrivajo, kar omogoča, da se oddani elektroni prosto gibljejo po kristalu.

Vendar "elektronski plin" ni tako neurejen, kot se morda zdi. Prosti elektroni v kovinskem kristalu so v prekrivajočih se orbitalah in so do neke mere skupni ter tvorijo nekaj podobnega kot kovalentne vezi. Natrij, kalij, rubidij in drugi kovinski s-elementi imajo preprosto malo skupnih elektronov, zato so njihovi kristali krhki in taljivi. Ko se število valenčnih elektronov poveča, se trdnost kovin na splošno poveča.

Tako kovinske vezi ponavadi tvorijo elementi, katerih atomi imajo malo valenčnih elektronov v svojih zunanjih lupinah. Ti valenčni elektroni, ki izvajajo kovinsko vez, so tako razdeljeni, da se lahko premikajo po kovinskem kristalu in zagotavljajo visoko električno prevodnost kovine.

Kristal NaCl ne prevaja elektrike, ker v prostoru med ioni ni prostih elektronov. Vse elektrone, ki jih darujejo natrijevi atomi, trdno zadržijo klorovi ioni. To je ena od pomembnih razlik med ionskimi kristali in kovinskimi.

To, kar zdaj veste o kovinski vezi, pomaga razložiti visoko kovnost (duktilnost) večine kovin. Kovino lahko sploščimo v tanko ploščo in vlečemo v žico. Dejstvo je, da lahko posamezne plasti atomov v kovinskem kristalu sorazmerno enostavno drsijo druga z drugo: mobilni »elektronski plin« nenehno mehča gibanje posameznih pozitivnih ionov in jih ščiti drug pred drugim.

Česa takega seveda ni mogoče storiti s kuhinjsko soljo, čeprav je tudi sol kristalna snov. V ionskih kristalih so valenčni elektroni tesno vezani na jedro atoma. Premik ene plasti ionov glede na drugo zbliža ione z enakim nabojem in povzroči močno odbijanje med njimi, kar povzroči uničenje kristala (NaCl je krhka snov).

Premik plasti ionskega kristala povzroči pojav velikih odbojnih sil med podobnimi ioni in uničenje kristala.

Navigacija

• Reševanje kombiniranih nalog na podlagi kvantitativnih značilnosti snovi
• Reševanje problemov. Zakon o konstantnosti sestave snovi. Izračuni z uporabo pojmov "molska masa" in "kemična količina" snovi

Predavanje za učitelje

Kemijsko vez (v nadaljevanju vez) lahko definiramo kot interakcijo dveh ali več atomov, zaradi katere nastane kemijsko stabilen poliatomski mikrosistem (molekula, kristal, kompleks itd.).

Nauk o vezavi zavzema osrednje mesto v sodobni kemiji, saj se kemija kot taka začne tam, kjer se konča izoliran atom in se začne molekula. V bistvu so vse lastnosti snovi določene z značilnostmi vezi v njih. Glavna razlika med kemično vezjo in drugimi vrstami interakcij med atomi je v tem, da je njena tvorba določena s spremembo stanja elektronov v molekuli v primerjavi s prvotnimi atomi.

Teorija komuniciranja bi morala dati odgovore na vrsto vprašanj. Zakaj nastanejo molekule? Zakaj nekateri atomi medsebojno delujejo, drugi pa ne? Zakaj se atomi združujejo v določenih razmerjih? Zakaj so atomi v prostoru razporejeni na določen način? In končno je treba izračunati energijo vezi, njeno dolžino in druge kvantitativne značilnosti. Skladnost teoretičnih konceptov z eksperimentalnimi podatki je treba obravnavati kot merilo za resničnost teorije.

Obstajata dve glavni metodi za opis komunikacije, ki vam omogočata odgovoriti na zastavljena vprašanja. To sta metodi valenčnih vezi (BC) in molekulskih orbital (MO). Prvi je bolj nazoren in preprost. Drugi je bolj strog in univerzalen. Zaradi večje jasnosti bo tukaj poudarek na metodi BC.

Kvantna mehanika nam omogoča opis povezave na podlagi najbolj splošnih zakonitosti. Čeprav obstaja pet vrst vezi (kovalentne, ionske, kovinske, vodikove in medmolekulske interakcijske vezi), je vez enotne narave, razlike med njenimi vrstami pa so relativne. Bistvo komunikacije je v Coulombovi interakciji, v enotnosti nasprotij - privlačnosti in odbijanja. Razdelitev komunikacije na vrste in razlike v metodah njenega opisovanja ne kažejo na raznolikost komunikacije, temveč na pomanjkanje znanja o njej na sedanji stopnji razvoja znanosti.

To predavanje bo zajemalo teme, kot so energija kemijske vezi, kvantnomehanski model kovalentnih vezi, izmenjevalni in donorsko-akceptorski mehanizmi nastajanja kovalentnih vezi, atomska ekscitacija, mnogoterost vezi, hibridizacija atomskih orbital, elektronegativnost elementov in polarnost kovalentne vezi, koncept molekularne orbitalne metode, kemična vez v kristalih.

Energija kemične vezi

Po načelu najmanjše energije bi se morala notranja energija molekule zmanjšati v primerjavi z vsoto notranjih energij atomov, ki jo tvorijo. Notranja energija molekule vključuje vsoto interakcijskih energij vsakega elektrona z vsakim jedrom, vsakega elektrona z drugim elektronom in vsakega jedra z drugim jedrom. Privlačnost mora prevladati nad odbijanjem.

Najpomembnejša lastnost vezi je energija, ki določa njeno moč. Merilo za trdnost vezi je lahko tako količina energije, porabljena za njeno prekinitev (energija disociacije vezi), kot vrednost, ki, če sešteje vse vezi, daje energijo tvorbe molekule iz elementarnih atomov. Energija prekinitve vezi je vedno pozitivna. Energija tvorbe vezi je po velikosti enaka, vendar ima negativen predznak.

Za dvoatomno molekulo je vezavna energija številčno enaka energiji disociacije molekule na atome in energiji nastanka molekule iz atomov. Na primer, energija vezave v molekuli HBr je enaka količini energije, ki se sprosti v procesu H + Br = HBr. Očitno je, da je vezavna energija HBr večja od količine energije, ki se sprosti med tvorbo HBr iz plinastega molekularnega vodika in tekočega broma:

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

o energijski vrednosti izparevanja 1/2 mol Br 2 in o energijski vrednosti razgradnje 1/2 mol H 2 in 1/2 mol Br 2 na proste atome.

Kvantnomehanski model kovalentne vezi z metodo valenčne vezi na primeru molekule vodika

Leta 1927 sta nemška fizika W. Heitler in F. London rešila Schrödingerjevo enačbo za molekulo vodika. To je bil prvi uspešen poskus uporabe kvantne mehanike za reševanje komunikacijskih problemov. Njihovo delo je postavilo temelje metodi valenčnih vezi ali valenčnih shem (VS).

Rezultate izračuna lahko grafično predstavimo v obliki odvisnosti interakcijskih sil med atomi (slika 1, a) in energije sistema (slika 1, b) od razdalje med jedri vodikovih atomov. Jedro enega izmed vodikovih atomov bomo postavili v koordinatno izhodišče, jedro drugega pa bomo po abscisni osi približali jedru prvega vodikovega atoma. Če so vrtljaji elektronov antiparalelni, se privlačne sile (glej sliko 1, a, krivulja I) in odbojne sile (krivulja II) povečajo. Rezultanta teh sil je predstavljena s krivuljo III. Sprva prevladujejo sile privlačnosti, nato sile odbijanja. Ko razdalja med jedri postane enaka r 0 = 0,074 nm, se privlačna sila uravnoteži z odbojno silo. Ravnovesje sil ustreza minimalni energiji sistema (glej sliko 1, b, krivulja IV) in zato najbolj stabilno stanje. Globina »potencialne vrtine« predstavlja energijo vezi E 0 H–H v molekuli H 2 pri absolutni ničli. Je 458 kJ/mol. Vendar pri realnih temperaturah prekinitev vezi zahteva nekoliko manj energije E H–H, ki je pri 298 K (25 ° C) enaka 435 kJ/mol. Razlika med tema energijama v molekuli H2 je energija nihanja vodikovih atomov (E coll = E 0 H–H – E H–H = 458 – 435 = 23 kJ/mol).

riž. 1. Odvisnost sil interakcije med atomi (a) in energije sistema (b)
na razdaljo med jedri atomov v molekuli H 2

Ko se dva atoma vodika, ki vsebujeta elektrone z vzporednimi vrtljaji, približujeta drug drugemu, se energija sistema nenehno povečuje (glej sliko 1, b, krivulja V) in vez ne nastane.

Tako so kvantomehanski izračuni zagotovili kvantitativno razlago povezave. Če ima par elektronov nasprotna spina, se elektroni gibljejo v polju obeh jeder. Med jedri se pojavi območje z visoko gostoto elektronskega oblaka - presežek negativnega naboja, ki privlači pozitivno nabita jedra. Iz kvantnomehanskega izračuna sledijo določbe, ki so osnova metode VS:

1. Razlog za povezavo je elektrostatična interakcija jeder in elektronov.
2. Vez tvori elektronski par z antiparalelnimi spini.
3. Nasičenost vezi je posledica tvorbe elektronskih parov.
4. Moč povezave je sorazmerna s stopnjo prekrivanja elektronskih oblakov.
5. Usmerjenost povezave je posledica prekrivanja elektronskih oblakov v območju največje elektronske gostote.

Izmenjevalni mehanizem nastajanja kovalentne vezi z metodo BC. Usmerjenost in nasičenost kovalentnih vezi

Eden najpomembnejših konceptov metode BC je valenca. Številčna vrednost valence v metodi BC je določena s številom kovalentnih vezi, ki jih atom tvori z drugimi atomi.

Mehanizem molekule H 2 za nastanek vezi s parom elektronov z antiparalelnimi spini, ki so pred nastankom vezi pripadali različnim atomom, se imenuje izmenjava. Če upoštevamo le mehanizem izmenjave, je valenca atoma določena s številom njegovih nesparjenih elektronov.

Za molekule, ki so kompleksnejše od H2, ostanejo principi izračuna nespremenjeni. Nastanek vezi povzroči interakcija para elektronov z nasprotnimi spini, vendar z valovno funkcijo istega predznaka, ki se seštejeta. Posledica tega je povečanje elektronske gostote v območju prekrivajočih se elektronskih oblakov in krčenje jeder. Poglejmo si primere.

V molekuli fluora tvori vez F2 2p orbitale fluorovih atomov:

Največja gostota elektronskega oblaka je blizu 2p orbitale v smeri simetrijske osi. Če so nesparjeni elektroni atomov fluora v orbitalah 2p x, se vez pojavi v smeri osi x (slika 2). Orbitali 2p y in 2p z vsebujeta osamljene pare elektronov, ki niso vključeni v tvorbo vezi (osenčeno na sliki 2). V nadaljevanju takih orbital ne bomo upodabljali.

riž. 2. Nastanek molekule F 2

V molekuli vodikovega fluorida HF vez tvorita 1s orbitala vodikovega atoma in 2p x orbitala fluorovega atoma:

Smer vezi v tej molekuli je določena z orientacijo 2px orbitale atoma fluora (slika 3). Do prekrivanja pride v smeri simetrijske osi x. Vsaka druga možnost prekrivanja je energetsko manj ugodna.

riž. 3. Nastanek molekule HF

Za kompleksnejše d- in f-orbitale so značilne tudi smeri največje gostote elektronov vzdolž njihovih simetrijskih osi.

Tako je usmerjenost ena glavnih lastnosti kovalentne vezi.

Smer vezi je dobro prikazana na primeru molekule vodikovega sulfida H 2 S:

Ker sta simetrični osi valenčnih 3p orbital atoma žvepla medsebojno pravokotni, je pričakovati, da ima molekula H 2 S vogalno strukturo s kotom med vezmi S–H 90° (slika 4). Dejansko je kot blizu izračunanemu in je enak 92°.

riž. 4. Nastanek molekule H 2 S

Očitno je, da število kovalentnih vezi ne more preseči števila elektronskih parov, ki tvorijo vezi. Vendar pa nasičenost kot lastnost kovalentne vezi pomeni tudi, da če ima atom določeno število neparnih elektronov, potem morajo vsi sodelovati pri tvorbi kovalentnih vezi.

Ta lastnost je razložena z načelom najmanjše energije. Z vsako dodatno nastalo vezjo se sprosti dodatna energija. Zato so vse valenčne možnosti v celoti realizirane.

Dejansko je stabilna molekula H 2 S, ne HS, kjer obstaja nerealizirana vez (neparni elektron je označen s piko). Delce, ki vsebujejo nesparjene elektrone, imenujemo prosti radikali. So izjemno reaktivni in reagirajo tako, da tvorijo spojine, ki vsebujejo nasičene vezi.

Vzbujanje atomov

Razmislimo o valenčnih možnostih glede na mehanizem izmenjave nekaterih elementov 2. in 3. obdobja periodnega sistema.

Atom berilija na zunanji kvantni ravni vsebuje dva seznanjena 2s elektrona. Nesparjenih elektronov ni, zato mora imeti berilij ničelno valenco. Vendar pa je v spojinah dvovalenten. To je mogoče pojasniti z vzbujanjem atoma, ki je sestavljeno iz prehoda enega od dveh 2s elektronov na podnivo 2p:

V tem primeru se porabi energija vzbujanja E*, ki ustreza razliki med energijama podravni 2p in 2s.

Ko je atom bora vzbujen, se njegova valenca poveča z 1 na 3:

in ogljikov atom ima od 2 do 4:

Na prvi pogled se morda zdi, da je vzbujanje v nasprotju z načelom najmanjše energije. Vendar pa zaradi vzbujanja nastanejo nove, dodatne povezave, zaradi katerih se sprosti energija. Če je ta dodatno sproščena energija večja od tiste, porabljene za vzbujanje, je načelo najmanjše energije na koncu izpolnjeno. Na primer, v molekuli metana CH4 je povprečna energija C–H vezi 413 kJ/mol. Energija, porabljena za vzbujanje, je E* = 402 kJ/mol. Pridobitev energije zaradi tvorbe dveh dodatnih vezi bo:

D E = E dodatna svetloba – E* = 2,413 – 402 = 424 kJ/mol.

Če se načelo najmanjše energije ne upošteva, t.j. E dod.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.

Na primer, kisik je dvovalenten samo iz tega razloga. Ima pa elektronski analog kisika - žveplo večje valenčne zmožnosti, saj ima tretji kvantni nivo 3d podnivoj, energijska razlika med podnivoji 3s, 3p in 3d pa je neprimerljivo manjša kot med drugim in tretjim kvantnim nivojem atom kisika:

Iz istega razloga imajo elementi 3. obdobja - fosfor in klor - spremenljivo valenco, v nasprotju z njihovimi elektronskimi analogi v 2. obdobju - dušik in fluor. Vzbujanje na ustrezno podnivo lahko pojasni nastanek kemičnih spojin elementov skupine VIIIa 3. in naslednjih obdobij. V heliju in neonu (1. in 2. doba), ki imata zaključeno zunanjo kvantno raven, ni bilo najdenih kemičnih spojin in sta edina resnično inertna plina.

Donorsko-akceptorski mehanizem tvorbe kovalentne vezi

Par elektronov z antiparalelnimi vrtljaji, ki tvorijo vez, je mogoče dobiti ne samo z izmenjalnim mehanizmom, ki vključuje udeležbo elektronov iz obeh atomov, ampak tudi z drugim mehanizmom, imenovanim donor-akceptor: en atom (donor) zagotavlja osamljeni par elektronov za tvorbo vezi, drugi (akceptor) – prazna kvantna celica:

Rezultat za oba mehanizma je enak. Pogosto je nastanek vezi mogoče razložiti z obema mehanizmoma. Na primer, molekulo HF lahko dobimo ne le v plinski fazi iz atomov v skladu z izmenjalnim mehanizmom, kot je prikazano zgoraj (glej sliko 3), temveč tudi v vodni raztopini iz H + in F – ionov v skladu z donorjem - akceptorski mehanizem:

Nobenega dvoma ni, da se molekule, ki nastanejo z različnimi mehanizmi, ne razlikujejo; povezave so popolnoma enakovredne. Zato je pravilneje, da donorske in akceptorske interakcije ne ločimo kot posebno vrsto vezi, ampak jo obravnavamo le kot poseben mehanizem za nastanek kovalentne vezi.

Kadar želijo poudariti mehanizem nastajanja vezi ravno po donorsko-akceptorskem mehanizmu, ga v strukturnih formulah označujejo s puščico od donorja proti akceptorju (D® A). V drugih primerih taka povezava ni izolirana in je označena s pomišljajem, kot v mehanizmu izmenjave: D–A.

Vezi v amonijevem ionu, ki nastanejo z reakcijo: NH 3 + H + = NH 4 +,

so izraženi z naslednjo shemo:

Strukturno formulo NH 4 + lahko predstavimo kot

.

Druga oblika zapisa je boljša, saj odraža eksperimentalno ugotovljeno enakovrednost vseh štirih povezav.

Tvorba kemične vezi z donorsko-akceptorskim mehanizmom razširi valenčne zmožnosti atomov: valenca ni določena samo s številom neparnih elektronov, temveč tudi s številom osamljenih elektronskih parov in praznih kvantnih celic, ki sodelujejo pri tvorbi vezi. . Torej je v navedenem primeru valenca dušika štiri.

Donorsko-akceptorski mehanizem se uspešno uporablja za opisovanje vezave v kompleksnih spojinah z uporabo metode BC.

Raznolikost komunikacije. s- in p -Povezave

Povezavo med dvema atomoma lahko izvede ne le en, ampak tudi več elektronskih parov. Število teh elektronskih parov določa večkratnost v metodi BC - eno od lastnosti kovalentne vezi. Na primer, v molekuli etana C 2 H 6 je vez med ogljikovimi atomi enojna (enojna), v molekuli etilena C 2 H 4 je dvojna, v molekuli acetilena C 2 H 2 pa trojna. Nekatere značilnosti teh molekul so podane v tabeli. 1.

Tabela 1

Spremembe parametrov vezi med C atomi glede na njegovo množino

Ko se veča množica vezi, kot bi pričakovali, se njena dolžina zmanjšuje. Mnogokratnost vezi se poveča diskretno, to je za celo število krat, torej, če bi bile vse vezi enake, bi se tudi energija povečala za ustrezno število krat. Vendar, kot je razvidno iz tabele. 1, energija vezave narašča manj hitro kot množica. Posledično so povezave neenake. To je mogoče pojasniti z razlikami v geometrijskih načinih, na katere se orbitale prekrivajo. Poglejmo te razlike.

Vez, ki nastane s prekrivanjem elektronskih oblakov vzdolž osi, ki poteka skozi jedra atomov, se imenuje s-vez.

Če je s-orbitala vključena v vez, potem samo s - povezava (slika 5, a, b, c). Od tod je dobil ime, saj je grška črka s sinonim za latinsko s.

Ko p-orbitala (sl. 5, b, d, e) in d-orbitala (sl. 5, c, e, f) sodelujeta pri tvorbi vezi, pride do prekrivanja s-tipa v smeri največja gostota elektronskih oblakov, kar je energijsko najugodnejše. Zato se pri vzpostavljanju povezave ta način vedno najprej izvede. Torej, če je povezava enojna, je to obvezno s - povezava, če je več, potem je ena od povezav zagotovo s-povezava.

riž. 5. Primeri s-vezi

Vendar pa je iz geometrijskih premislekov jasno, da je med dvema atomoma lahko le eden s - povezava. Pri večkratnih vezeh morata biti druga in tretja vez oblikovana z drugačno geometrijsko metodo prekrivajočih se elektronskih oblakov.

Vez, ki nastane s prekrivanjem elektronskih oblakov na obeh straneh osi, ki poteka skozi jedra atomov, se imenuje p-vez. Primeri str - povezave so prikazane na sl. 6. Takšno prekrivanje je energijsko manj ugodno kot s - vrsta. Izvajajo jo periferni deli elektronskih oblakov z manjšo elektronsko gostoto. Povečanje mnogoterosti povezave pomeni nastanek str -vezi, ki imajo nižjo energijo v primerjavi z s - komunikacija. To je razlog za nelinearno povečanje vezavne energije v primerjavi s povečanjem množice.

riž. 6. Primeri p-vezi

Oglejmo si nastanek vezi v molekuli N 2. Kot veste, je molekularni dušik kemično zelo inerten. Razlog za to je nastanek zelo močne trojne vezi NêN:

Diagram prekrivanja elektronskih oblakov je prikazan na sl. 7. Ena od vezi (2рх–2рх) je tvorjena po s-tipu. Druga dva (2рz–2рz, 2рy–2рy) sta tipa p. Da ne bi obremenili slike, je slika prekrivanja 2py oblakov prikazana ločeno (slika 7, b). Če želite dobiti splošno sliko, sl. 7, a in 7, b je treba združiti.

Na prvi pogled se morda zdi, da s -vez, ki omejuje približevanje atomov, ne dovoljuje prekrivanja orbital str - vrsta. Vendar slika orbitale vključuje le določen del (90 %) elektronskega oblaka. Do prekrivanja pride z obrobno regijo, ki se nahaja zunaj takšne slike. Če si predstavljamo orbitale, ki vključujejo velik del elektronskega oblaka (na primer 95%), postane njihovo prekrivanje očitno (glej črtkane črte na sliki 7, a).

riž. 7. Nastanek molekule N 2

Se nadaljuje

V.I. Elfimov,
moskovski profesor
Državna odprta univerza

Dolžina povezave - medjedrna razdalja. Čim krajša je ta razdalja, tem močnejša je kemična vez. Dolžina vezi je odvisna od polmerov atomov, ki jo tvorijo: manjši kot so atomi, krajša je vez med njimi. Na primer, dolžina vezi H-O je krajša od dolžine vezi H-N (zaradi manjše izmenjave atomov kisika).

Ionska vez je skrajni primer polarne kovalentne vezi.

Kovinska povezava.

Predpogoj za nastanek te vrste povezave je:

1) prisotnost relativno majhnega števila elektronov na zunanjih ravneh atomov;

2) prisotnost praznih (prostih orbital) na zunanjih nivojih kovinskih atomov

3) relativno nizka ionizacijska energija.

Razmislimo o tvorbi kovinske vezi na primeru natrija. Valenčni elektron natrija, ki se nahaja na podravni 3s, se lahko razmeroma enostavno premika skozi prazne orbitale zunanje plasti: vzdolž 3p in 3d. Ko se atomi zbližajo zaradi tvorbe kristalne mreže, se valenčne orbitale sosednjih atomov prekrivajo, zaradi česar se elektroni prosto gibljejo iz ene orbitale v drugo in tako vzpostavijo vez med VSEMI atomi kovinskega kristala.

V vozliščih kristalne mreže so pozitivno nabiti ioni in atomi kovin, med njimi pa so elektroni, ki se lahko prosto gibljejo po kristalni mreži. Ti elektroni postanejo skupni vsem atomom in ionom kovine in se imenujejo "elektronski plin". Povezava med vsemi pozitivno nabitimi kovinskimi ioni in prostimi elektroni v kovinski kristalni mreži se imenuje kovinska vez.

Prisotnost kovinske vezi določa fizikalne lastnosti kovin in zlitin: trdoto, električno prevodnost, toplotno prevodnost, kovnost, duktilnost, kovinski lesk. Prosti elektroni lahko prenašajo toploto in elektriko, zato so razlog za glavne fizikalne lastnosti, po katerih se kovine razlikujejo od nekovin – visoka električna in toplotna prevodnost.

Vodikova vez.

Vodikova vez nastane med molekulami, ki vsebujejo vodik in atomi z visokim EO (kisik, fluor, dušik). Kovalentne vezi H-O, H-F, H-N so visoko polarne, zaradi česar se na atomu vodika kopiči presežek pozitivnega naboja, na nasprotnih polih pa presežek negativnega naboja. Med nasprotno nabitima poloma nastanejo sile elektrostatične privlačnosti - vodikove vezi.

Vodikove vezi so lahko medmolekulske ali intramolekularne. Energija vodikove vezi je približno desetkrat manjša od energije običajne kovalentne vezi, kljub temu pa imajo vodikove vezi pomembno vlogo v številnih fizikalno-kemijskih in bioloških procesih. Zlasti molekule DNA so dvojne vijačnice, v katerih sta dve verigi nukleotidov povezani z vodikovimi vezmi. Medmolekularne vodikove vezi med vodo in molekulami vodikovega fluorida lahko prikažemo (s pikami) na naslednji način:

Snovi z vodikovimi vezmi imajo molekularne kristalne mreže. Prisotnost vodikove vezi vodi do tvorbe molekularnih asociatov in posledično do povečanja tališča in vrelišča.

Poleg naštetih glavnih vrst kemičnih vezi obstajajo tudi univerzalne sile interakcije med vsemi molekulami, ki ne vodijo do prekinitve ali tvorbe novih kemičnih vezi. Te interakcije imenujemo van der Waalsove sile. Določajo medsebojno privlačnost molekul določene snovi (ali različnih snovi) v tekočem in trdnem agregatnem stanju.

Različne vrste kemijskih vezi določajo obstoj različnih vrst kristalnih mrež (tabela).

Snovi, sestavljene iz molekul, imajo molekularna struktura. Te snovi vključujejo vse pline, tekočine, pa tudi trdne snovi z molekularno kristalno mrežo, kot je jod. Trdne snovi z atomsko, ionsko ali kovinsko mrežo imajo nemolekularna struktura, nimajo molekul.

Tabela