Atomlar arasındaki herhangi bir etkileşim ancak kimyasal bağ olması durumunda mümkündür. Böyle bir bağlantı, kararlı bir çok atomlu sistemin - moleküler bir iyon, molekül, kristal kafes - oluşumunun nedenidir. Güçlü bir kimyasal bağın kırılması çok fazla enerji gerektirir, bu nedenle bağ kuvvetinin ölçülmesinde temel miktardır.
Kimyasal bağ oluşumu koşulları
Kimyasal bir bağın oluşumuna her zaman enerji salınımı eşlik eder. Bu süreç, etkileşime giren parçacıklar (moleküller, iyonlar, atomlar) sisteminin potansiyel enerjisindeki bir azalma nedeniyle meydana gelir. Ortaya çıkan etkileşimli elementler sisteminin potansiyel enerjisi her zaman bağlanmamış parçacıkların enerjisinden daha azdır. Dolayısıyla bir sistemde kimyasal bağın ortaya çıkmasının temeli, elemanlarının potansiyel enerjisinin azalmasıdır.
Kimyasal etkileşimin doğası
Kimyasal bağ, yeni bir molekül veya kristal oluşumunda rol alan maddelerin elektronları ve atom çekirdekleri etrafında ortaya çıkan elektromanyetik alanların etkileşiminin bir sonucudur. Atomik yapı teorisinin keşfinden sonra bu etkileşimin doğasının incelenmesi daha kolay hale geldi.
Kimyasal bir bağın elektriksel doğası fikri ilk kez İngiliz fizikçi G. Davy'den ortaya çıktı ve moleküllerin zıt yüklü parçacıkların elektriksel çekimi nedeniyle oluştuğunu öne sürdü. Bu fikir İsveçli kimyager ve doğa bilimci I.Ya'nın ilgisini çekti. Kimyasal bağların oluşumunun elektrokimyasal teorisini geliştiren Bercellius.
Maddelerin kimyasal etkileşim süreçlerini açıklayan ilk teori kusurluydu ve zamanla terk edilmesi gerekiyordu.
Butlerov'un teorisi
Maddelerin kimyasal bağlarının doğasını açıklamaya yönelik daha başarılı bir girişim, Rus bilim adamı A.M. Butlerov tarafından yapıldı. Bu bilim adamı teorisini aşağıdaki varsayımlara dayandırdı:
- Bağ halindeki atomlar belirli bir sırayla birbirine bağlanır. Bu düzendeki bir değişiklik yeni bir maddenin oluşmasına neden olur.
- Atomlar birbirlerine değerlik kanunlarına göre bağlanırlar.
- Bir maddenin özellikleri, maddenin molekülündeki atomların bağlantı sırasına bağlıdır. Farklı bir düzenleme maddenin kimyasal özelliklerinin değişmesine neden olur.
- Birbirine bağlı atomlar birbirlerini en güçlü şekilde etkiler.
Butlerov'un teorisi, kimyasal maddelerin özelliklerini yalnızca bileşimlerine göre değil aynı zamanda atomların düzenlenme sırasına göre de açıkladı. A.M.'nin bu iç düzeni. Butlerov buna “kimyasal yapı” adını verdi.
Rus bilim adamının teorisi, maddelerin sınıflandırılmasındaki düzeni yeniden sağlamayı mümkün kıldı ve moleküllerin yapısını kimyasal özelliklerine göre belirleme fırsatı sağladı. Teori aynı zamanda şu soruyu da yanıtladı: Aynı sayıda atom içeren moleküllerin neden farklı kimyasal özelliklere sahip olduğu.
Kimyasal bağlanma teorilerinin oluşturulması için önkoşullar
Butlerov, kimyasal yapı teorisinde kimyasal bağın ne olduğu sorusuna değinmedi. Bunu yapmak için maddenin iç yapısına ilişkin çok az veri vardı. Ancak atomun gezegen modelinin keşfinden sonra Amerikalı bilim adamı Lewis, aynı anda iki atoma ait olan bir elektron çiftinin oluşması yoluyla kimyasal bir bağın ortaya çıktığı hipotezini geliştirmeye başladı. Daha sonra bu fikir, kovalent bağlar teorisinin gelişiminin temeli oldu.
Kovalent kimyasal bağ
İki komşu atomun elektron bulutları örtüştüğünde kararlı bir kimyasal bileşik oluşturulabilir. Böyle bir karşılıklı kesişmenin sonucu, nükleerler arası uzayda artan elektron yoğunluğudur. Bildiğimiz gibi atom çekirdekleri pozitif yüklüdür ve bu nedenle negatif yüklü elektron bulutuna mümkün olduğunca yaklaşmaya çalışırlar. Bu çekim, pozitif yüklü iki çekirdek arasındaki itme kuvvetlerinden çok daha güçlüdür, dolayısıyla bu bağlantı stabildir.
Kimyasal bağ hesaplamaları ilk kez kimyager Heitler ve Londra tarafından yapılmıştır. İki hidrojen atomu arasındaki bağı incelediler. Bunun en basit görsel temsili şöyle görünebilir:
Gördüğünüz gibi elektron çifti her iki hidrojen atomunda da kuantum bir yer kaplıyor. Elektronların bu iki merkezli düzenine "kovalent kimyasal bağ" adı verilir. Kovalent bağlar, basit maddelerin ve bunların metal olmayan bileşiklerinin molekülleri için tipiktir. Kovalent bağlarla oluşturulan maddeler genellikle elektriği iletmez veya yarı iletkendir.
İyonik bağ
Zıt yüklü iki iyon birbirini çektiğinde iyonik bir kimyasal bağ oluşur. İyonlar basit olabilir ve bir maddenin bir atomundan oluşabilir. Bu tür bileşiklerde, basit iyonlar çoğunlukla 1. ve 2. grupların elektronlarını kaybetmiş pozitif yüklü metal atomlarıdır. Negatif iyonların oluşumu, tipik ametallerin atomlarında ve bunların asit bazlarında doğaldır. Bu nedenle tipik iyonik bileşikler arasında CsF, NaCl ve diğerleri gibi birçok alkali metal halojenür bulunur.
Kovalent bağın aksine iyon doymuş değildir: bir iyon veya iyon grubu, değişen sayıda zıt yüklü iyonlarla birleştirilebilir. Bağlı parçacıkların sayısı, yalnızca etkileşime giren iyonların doğrusal boyutlarıyla ve ayrıca zıt yüklü iyonların çekici kuvvetlerinin, iyonik tip bileşiğe katılan eşit yüklü parçacıkların itici kuvvetlerinden daha büyük olması gerektiği durumla sınırlıdır.
Hidrojen bağı
Kimyasal yapı teorisinin yaratılmasından önce bile, çeşitli metal olmayan hidrojen bileşiklerinin alışılmadık özelliklere sahip olduğu deneysel olarak fark edilmişti. Örneğin hidrojen florür ve suyun kaynama noktaları beklenenden çok daha yüksektir.
Hidrojen bileşiklerinin bu ve diğer özellikleri H+ atomunun başka bir kimyasal bağ oluşturabilme yeteneği ile açıklanabilir. Bu tür bağlantıya "hidrojen bağı" denir. Hidrojen bağının ortaya çıkma nedenleri elektrostatik kuvvetlerin özelliklerinde yatmaktadır. Örneğin, bir hidrojen florür molekülünde, toplam elektron bulutu florine doğru o kadar kaydırılır ki, bu maddenin bir atomunun etrafındaki boşluk negatif bir elektrik alanıyla doyurulur. Tek elektronundan yoksun bir hidrojen atomunun etrafındaki alan çok daha zayıftır ve pozitif yüke sahiptir. Sonuç olarak, H + elektron bulutlarının pozitif alanları ile negatif F - alanları arasında ek bir ilişki ortaya çıkar.
Metallerin kimyasal bağı
Tüm metallerin atomları uzayda belirli bir şekilde konumlandırılmıştır. Metal atomlarının dizilişine kristal kafes denir. Bu durumda, farklı atomların elektronları birbirleriyle zayıf bir şekilde etkileşime girerek ortak bir elektron bulutu oluşturur. Atomlar ve elektronlar arasındaki bu tür etkileşime "metalik bağ" denir.
Metalik maddelerin fiziksel özelliklerini açıklayabilen, metallerdeki elektronların serbest hareketidir: elektriksel iletkenlik, termal iletkenlik, mukavemet, eriyebilirlik ve diğerleri.
Kimya adı verilen ilginç bir bilimin temel taşlarından biridir. Bu yazıda kimyasal bağları tüm yönleriyle analiz edeceğiz, bilimdeki önemini inceleyeceğiz, örnekler vereceğiz ve çok daha fazlasını yapacağız.
Kimyasal bağ nedir
Kimyada kimyasal bağ, bir molekül içindeki atomların karşılıklı yapışması ve aralarında var olan çekim kuvvetinin sonucu olarak anlaşılmaktadır. Kimyasal bağlar sayesinde çeşitli kimyasal bileşikler oluşur; kimyasal bağın doğası budur.
Kimyasal Bağ Çeşitleri
Bir kimyasal bağın oluşum mekanizması, genel olarak türüne veya türüne büyük ölçüde bağlıdır, aşağıdaki ana kimyasal bağ türleri farklılık gösterir:
- Kovalent kimyasal bağ (bu da polar veya polar olmayabilir)
- İyonik bağ
- Kimyasal bağ
insanlar gibi.
Buna gelince, web sitemizde ayrı bir makale ayrılmıştır ve bağlantıdan daha ayrıntılı olarak okuyabilirsiniz. Daha sonra diğer tüm ana kimyasal bağ türlerini daha ayrıntılı olarak inceleyeceğiz.
İyonik kimyasal bağ
İyonik bir kimyasal bağın oluşumu, farklı yüklere sahip iki iyonun karşılıklı elektriksel çekimi nedeniyle meydana gelir. Bu tür kimyasal bağlardaki iyonlar genellikle basit olup maddenin bir atomundan oluşur.
İyonik kimyasal bağ şeması.
İyonik tipteki kimyasal bağın karakteristik bir özelliği doygunluğun olmamasıdır ve bunun sonucunda çok farklı sayıda zıt yüklü iyon bir iyona, hatta bir iyon grubuna katılabilir. İyonik kimyasal bağın bir örneği, "iyoniklik" seviyesinin neredeyse %97 olduğu sezyum florür bileşiği CsF'dir.
Hidrojen kimyasal bağı
Modern kimyasal bağlar teorisinin modern haliyle ortaya çıkmasından çok önce kimyagerler, metal olmayan hidrojen bileşiklerinin çeşitli şaşırtıcı özelliklere sahip olduğunu fark ettiler. Diyelim ki suyun ve hidrojen florürün kaynama noktası olabileceğinden çok daha yüksek, burada hidrojen kimyasal bağının hazır bir örneği var.
Resimde bir hidrojen kimyasal bağının oluşumunun bir diyagramı gösterilmektedir.
Bir hidrojen kimyasal bağının doğası ve özellikleri, hidrojen atomu H'nin başka bir kimyasal bağ oluşturma yeteneği ile belirlenir, dolayısıyla bu bağın adı da buradan gelir. Böyle bir bağlantının oluşmasının nedeni elektrostatik kuvvetlerin özellikleridir. Örneğin, bir hidrojen florür molekülündeki toplam elektron bulutu, florine doğru o kadar kaydırılır ki, bu maddenin bir atomunun etrafındaki boşluk, negatif bir elektrik alanıyla doyurulur. Bir hidrojen atomunun, özellikle de tek elektronundan yoksun olanın etrafında her şey tam tersidir; elektronik alanı çok daha zayıftır ve sonuç olarak pozitif yüke sahiptir. Ve bildiğiniz gibi pozitif ve negatif yükler birbirini çeker ve bu basit şekilde bir hidrojen bağı ortaya çıkar.
Metallerin kimyasal bağı
Hangi kimyasal bağ metallerin karakteristiğidir? Bu maddelerin kendi kimyasal bağ türleri vardır - tüm metallerin atomları hiçbir şekilde düzenlenmemiştir, ancak belirli bir şekilde düzenlenme sırasına kristal kafes denir. Farklı atomların elektronları ortak bir elektron bulutu oluşturur ve birbirleriyle zayıf etkileşime girerler.
Metal kimyasal bağı böyle görünür.
Metalik kimyasal bağın bir örneği herhangi bir metal olabilir: sodyum, demir, çinko vb.
Kimyasal bağın türü nasıl belirlenir
İçinde yer alan maddelere bağlı olarak, eğer bir metal ve bir metal olmayan varsa bağ iyoniktir, iki metal varsa o zaman metaliktir, iki metal olmayan varsa o zaman kovalenttir.
Kimyasal bağların özellikleri
Farklı kimyasal reaksiyonları karşılaştırmak için aşağıdakiler gibi farklı niceliksel özellikler kullanılır:
- uzunluk,
- enerji,
- polarite,
- bağlantı sırası.
Onlara daha detaylı bakalım.
Bağ uzunluğu, kimyasal bir bağla bağlanan atomların çekirdekleri arasındaki denge mesafesidir. Genellikle deneysel olarak ölçülür.
Kimyasal bir bağın enerjisi onun gücünü belirler. Bu durumda enerji, kimyasal bir bağı kırmak ve atomları ayırmak için gereken kuvveti ifade eder.
Bir kimyasal bağın polaritesi, elektron yoğunluğunun atomlardan birine doğru ne kadar kaydığını gösterir. Atomların elektron yoğunluğunu kendilerine doğru kaydırma ya da kimyada basit bir ifadeyle "battaniyeyi kendi üzerine çekme" yeteneğine elektronegatiflik denir.
Bir kimyasal bağın sırası (başka bir deyişle, bir kimyasal bağın çokluğu), bir kimyasal bağa giren elektron çiftlerinin sayısıdır. Sıra tam ya da kesirli olabilir; ne kadar yüksek olursa, kimyasal bağı gerçekleştiren elektronların sayısı da o kadar artar ve onu kırmak da o kadar zor olur.
Kimyasal bağ, video
Ve son olarak farklı kimyasal bağ türleri hakkında eğitici bir video.
Kimyasal bağlara ilişkin birleşik bir teori yoktur; kimyasal bağlar geleneksel olarak kovalent (evrensel bir bağ türü), iyonik (kovalent bağın özel bir durumu), metalik ve hidrojen olarak ikiye ayrılır.
Kovalent bağ
Kovalent bir bağın oluşumu üç mekanizma ile mümkündür: değişim, verici-alıcı ve datif (Lewis).
Buna göre metabolik mekanizma Ortak elektron çiftlerinin paylaşılması nedeniyle kovalent bir bağın oluşumu meydana gelir. Bu durumda her atom bir inert gaz kabuğu edinme eğilimindedir; Tamamlanmış bir dış enerji seviyesi elde edin. Değişim tipine göre bir kimyasal bağın oluşumu, bir atomun her değerlik elektronunun noktalarla temsil edildiği Lewis formülleri kullanılarak gösterilmektedir (Şekil 1).
Pirinç. 1 HCl molekülünde değişim mekanizmasıyla kovalent bir bağın oluşması
Atomik yapı teorisinin ve kuantum mekaniğinin gelişmesiyle birlikte kovalent bir bağın oluşumu, elektronik yörüngelerin örtüşmesi olarak temsil edilir (Şekil 2).
Pirinç. 2. Elektron bulutlarının örtüşmesi nedeniyle kovalent bağ oluşumu
Atomik yörüngelerin örtüşmesi ne kadar büyük olursa, bağ o kadar güçlü, bağ uzunluğu o kadar kısa ve bağ enerjisi o kadar büyük olur. Farklı yörüngelerin üst üste binmesiyle kovalent bir bağ oluşturulabilir. S-s, s-p yörüngelerinin yanı sıra d-d, p-p, d-p yörüngelerinin yan loblarla örtüşmesi sonucunda bağ oluşumu meydana gelir. 2 atomun çekirdeğini birleştiren çizgiye dik bir bağ oluşur. Bir ve bir bağ, alkenler, alkadienler vb. sınıfındaki organik maddelerin özelliği olan çoklu (çift) kovalent bağ oluşturma kapasitesine sahiptir. Bir ve iki bağ, sınıftaki organik maddelerin özelliği olan çoklu (üçlü) bir kovalent bağ oluşturur. alkinler (asetilenler).
Kovalent bağ oluşumu bağışçı-alıcı mekanizması Amonyum katyonu örneğine bakalım:
NH3 + H + = NH4 +
7 N 1s 2 2s 2 2p 3
Azot atomunun serbest bir yalnız elektron çifti (molekül içindeki kimyasal bağların oluşumunda yer almayan elektronlar) vardır ve hidrojen katyonunun serbest bir yörüngesi vardır, dolayısıyla bunlar sırasıyla bir elektron verici ve alıcıdır.
Bir klor molekülü örneğini kullanarak kovalent bağ oluşumunun datif mekanizmasını ele alalım.
17 Cl 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 5
Klor atomunun hem serbest yalnız bir elektron çifti hem de boş yörüngeleri vardır, bu nedenle hem verici hem de alıcı özelliklerini sergileyebilir. Bu nedenle, bir klor molekülü oluştuğunda, bir klor atomu verici, diğeri alıcı olarak hareket eder.
Ana kovalent bağın özelliklerişunlardır: doygunluk (doymuş bağlar, bir atom kendisine değerlik kapasitesinin izin verdiği kadar çok elektron bağladığında oluşur; doymamış bağlar, bağlanan elektronların sayısı atomun değerlik kapasitesinden az olduğunda oluşur); yönlülük (bu değer molekülün geometrisi ve “bağ açısı” kavramı - bağlar arasındaki açı ile ilgilidir).
İyonik bağ
Saf iyonik bağa sahip hiçbir bileşik yoktur, ancak bu, toplam elektron yoğunluğunun daha elektronegatif bir elementin atomuna tamamen aktarıldığı zaman atomun kararlı bir elektronik ortamının yaratıldığı, atomların kimyasal olarak bağlı bir durumu olarak anlaşılmaktadır. İyonik bağlanma yalnızca zıt yüklü iyonlar - katyonlar ve anyonlar durumunda olan elektronegatif ve elektropozitif elementlerin atomları arasında mümkündür.
TANIM
İyon Bir atomdan bir elektronun çıkarılması veya eklenmesiyle oluşan elektrik yüklü parçacıklardır.
Bir elektron aktarılırken metal ve ametal atomlar, çekirdeklerinin etrafında kararlı bir elektron kabuğu konfigürasyonu oluşturma eğilimindedir. Metal olmayan bir atom, çekirdeğinin etrafında sonraki inert gazın bir kabuğunu oluşturur ve bir metal atomu, önceki inert gazın bir kabuğunu oluşturur (Şekil 3).
Pirinç. 3. Sodyum klorür molekülü örneğini kullanarak iyonik bir bağın oluşumu
İyonik bağların saf halde bulunduğu moleküller, maddenin buhar halinde bulunur. İyonik bağ çok güçlüdür ve bu nedenle bu bağa sahip maddelerin erime noktası yüksektir. Kovalent bağlardan farklı olarak iyonik bağlar, yön ve doygunluk ile karakterize edilmez, çünkü iyonların yarattığı elektrik alanı, küresel simetri nedeniyle tüm iyonlara eşit şekilde etki eder.
Metal bağlantı
Metalik bağ yalnızca metallerde gerçekleşir; bu, metal atomlarını tek bir kafeste tutan etkileşimdir. Bir bağ oluşumuna yalnızca tüm hacmine ait metal atomlarının değerlik elektronları katılır. Metallerde elektronlar sürekli olarak atomlardan sıyrılır ve metalin tüm kütlesi boyunca hareket eder. Elektronlardan yoksun kalan metal atomları, hareketli elektronları kabul etme eğiliminde olan pozitif yüklü iyonlara dönüşür. Bu sürekli süreç, metalin içinde tüm metal atomlarını sıkı bir şekilde birbirine bağlayan "elektron gazı" adı verilen şeyi oluşturur (Şekil 4).
Metalik bağ güçlüdür, bu nedenle metaller yüksek bir erime noktasına sahiptir ve "elektron gazının" varlığı metallere işlenebilirlik ve süneklik kazandırır.
Hidrojen bağı
Hidrojen bağı spesifik bir moleküller arası etkileşimdir, çünkü oluşumu ve gücü, maddenin kimyasal yapısına bağlıdır. Bir hidrojen atomunun yüksek elektronegatifliğe sahip bir atoma (O, N, S) bağlandığı moleküller arasında oluşur. Bir hidrojen bağının oluşması iki nedene bağlıdır: birincisi, elektronegatif bir atomla ilişkili hidrojen atomunun elektronları yoktur ve diğer atomların elektron bulutlarına kolayca dahil edilebilir; ikincisi, bir değerlik s-orbitaline sahiptir. Hidrojen atomu, elektronegatif bir atomun yalnız bir çift elektronunu kabul edebilir ve verici-alıcı mekanizması yoluyla onunla bir bağ oluşturabilir.
Çoğu elementin atomları birbirleriyle etkileşime girebildikleri için ayrı ayrı mevcut değildir. Bu etkileşim daha karmaşık parçacıklar üretir.
Kimyasal bir bağın doğası, elektrik yükleri arasındaki etkileşimin kuvvetleri olan elektrostatik kuvvetlerin etkisidir. Elektronlar ve atom çekirdekleri bu tür yüklere sahiptir.
Çekirdeğe en uzak olan dış elektronik seviyelerde (değerlik elektronları) bulunan elektronlar, onunla en zayıf şekilde etkileşime girer ve bu nedenle çekirdekten kopabilirler. Atomların birbirine bağlanmasından sorumludurlar.
Kimyadaki etkileşim türleri
Kimyasal bağ türleri aşağıdaki tabloda sunulabilir:
İyonik bağın özellikleri
Nedeniyle oluşan kimyasal etkileşim iyon çekimi farklı yüklere sahip olanlara iyonik denir. Bu, bağlanan atomların elektronegatiflik açısından (yani elektronları çekme yeteneği) önemli bir farklılığa sahip olması ve elektron çiftinin daha elektronegatif olan elemente gitmesi durumunda meydana gelir. Elektronların bir atomdan diğerine bu transferinin sonucu yüklü parçacıkların - iyonların oluşmasıdır. Aralarında bir çekim doğar.
En düşük elektronegatiflik indekslerine sahiptirler tipik metaller ve en büyüğü tipik metal olmayanlardır. İyonlar böylece tipik metaller ve tipik ametaller arasındaki etkileşimle oluşur.
Metal atomları pozitif yüklü iyonlar (katyonlar) haline gelerek dış elektron seviyelerine elektron verirler, ametaller ise elektronları kabul ederek negatif yüklü iyonlar (anyonlar).
Atomlar elektronik konfigürasyonlarını tamamlayarak daha kararlı bir enerji durumuna geçer.
İyonik bağ yönsüzdür ve doygun değildir, buna göre elektrostatik etkileşim her yönde meydana geldiğinden iyon zıt işaretli iyonları her yöne çekebilir.
İyonların düzeni, her birinin etrafında belirli sayıda zıt yüklü iyon bulunacak şekildedir. İyonik bileşikler için "molekül" kavramı mantıklı değil.
Eğitim örnekleri
Sodyum klorürde (nacl) bir bağın oluşumu, bir elektronun karşılık gelen iyonları oluşturmak üzere Na atomundan Cl atomuna aktarılmasından kaynaklanır:
Na 0 - 1 e = Na + (katyon)
Cl 0 + 1 e = Cl - (anyon)
Sodyum klorürde, sodyum katyonlarının çevresinde altı klorür anyonu ve her bir klorür iyonunun çevresinde altı sodyum iyonu vardır.
Baryum sülfürdeki atomlar arasında etkileşim oluştuğunda aşağıdaki işlemler meydana gelir:
Ba 0 - 2 e = Ba 2+
S 0 + 2 e = S 2-
Ba, iki elektronunu kükürde bağışlayarak kükürt anyonları S 2- ve baryum katyonları Ba 2+'nın oluşmasına neden olur.
Metal kimyasal bağı
Metallerin dış enerji seviyelerindeki elektronların sayısı azdır; çekirdekten kolayca ayrılırlar. Bu ayrılma sonucunda metal iyonları ve serbest elektronlar oluşur. Bu elektronlara "elektron gazı" denir. Elektronlar metalin hacmi boyunca serbestçe hareket eder ve sürekli olarak atomlara bağlanır ve ayrılır.
Metal maddenin yapısı şu şekildedir: Kristal kafes maddenin iskeletidir ve elektronlar düğümleri arasında serbestçe hareket edebilir.
Aşağıdaki örnekler verilebilir:
Mg - 2е<->Mg2+
Cs-e<->C'ler+
Ca - 2e<->Ca2+
Fe-3e<->Fe 3+
Kovalent: polar ve polar olmayan
En yaygın kimyasal etkileşim türü kovalent bağdır. Etkileşime giren elementlerin elektronegatiflik değerleri keskin bir şekilde farklılık göstermez; bu nedenle yalnızca ortak elektron çiftinin daha elektronegatif bir atoma kayması meydana gelir.
Kovalent etkileşimler bir değişim mekanizması veya bir verici-alıcı mekanizması tarafından oluşturulabilir.
Değişim mekanizması, atomların her birinin dış elektronik seviyelerinde eşleşmemiş elektronlara sahip olması ve atomik yörüngelerin örtüşmesinin halihazırda her iki atoma ait olan bir çift elektronun ortaya çıkmasına yol açması durumunda gerçekleştirilir. Atomlardan birinin dış elektronik seviyede bir çift elektronu ve diğerinin serbest bir yörüngesi varsa, atomik yörüngeler örtüştüğünde, elektron çifti paylaşılır ve verici-alıcı mekanizmasına göre etkileşime girer.
Kovalent olanlar çokluğa göre ikiye ayrılır:
- basit veya tek;
- çift;
- üçlü.
Çift olanlar aynı anda iki çift elektronun ve üçlü olanların - üçünün paylaşılmasını sağlar.
Bağlı atomlar arasındaki elektron yoğunluğunun (polarite) dağılımına göre, bir kovalent bağ şu şekilde ayrılır:
- polar olmayan;
- kutupsal.
Polar olmayan bir bağ aynı atomlardan oluşur ve polar bir bağ farklı elektronegatifliklerden oluşur.
Benzer elektronegatifliğe sahip atomların etkileşimine apolar bağ denir. Böyle bir moleküldeki ortak elektron çifti her iki atoma da çekilmez, her ikisine de eşit derecede aittir.
Elektronegatifliği farklı olan elementlerin etkileşimi, polar bağların oluşumuna yol açar. Bu tür etkileşimde, paylaşılan elektron çiftleri daha elektronegatif olan elemente çekilir, ancak ona tamamen aktarılmaz (yani iyon oluşumu gerçekleşmez). Elektron yoğunluğundaki bu değişimin bir sonucu olarak, atomlarda kısmi yükler belirir: daha fazla elektronegatif olanın negatif yükü vardır ve daha az elektronegatif olanın pozitif yükü vardır.
Kovalanlığın özellikleri ve özellikleri
Kovalent bir bağın temel özellikleri:
- Uzunluk, etkileşen atomların çekirdekleri arasındaki mesafeye göre belirlenir.
- Polarite, elektron bulutunun atomlardan birine doğru yer değiştirmesiyle belirlenir.
- Yönlülük, uzayda yönlendirilmiş bağlar ve buna bağlı olarak belirli geometrik şekillere sahip moleküller oluşturma özelliğidir.
- Doygunluk, sınırlı sayıda bağ oluşturma yeteneği ile belirlenir.
- Polarize edilebilirlik, harici bir elektrik alanının etkisi altında polariteyi değiştirme yeteneği ile belirlenir.
- Bir bağı kırmak için gereken enerji onun gücünü belirler.
Kovalent polar olmayan etkileşimin bir örneği, hidrojen (H2), klor (Cl2), oksijen (O2), nitrojen (N2) ve diğer birçok molekül olabilir.
H· + ·H → H-H molekülünün polar olmayan tek bir bağı vardır,
O: + :O → O=O molekülü çift kutupsuzdur,
Ṅ: + Ṅ: → N≡N molekül üçlü apolardır.
Kimyasal elementlerin kovalent bağlarının örnekleri arasında karbon dioksit (CO2) ve karbon monoksit (CO), hidrojen sülfür (H2S), hidroklorik asit (HCL), su (H2O), metan (CH4), sülfür oksit (SO2) molekülleri ve diğerleri.
CO2 molekülünde karbon ve oksijen atomları arasındaki ilişki kovalent kutupsaldır, çünkü daha elektronegatif olan hidrojen elektron yoğunluğunu çeker. Oksijenin dış kabuğunda iki eşleşmemiş elektron bulunurken karbon, etkileşimi oluşturmak için dört değerlik elektronu sağlayabilir. Sonuç olarak çift bağlar oluşur ve molekül şu şekilde görünür: O=C=O.
Belirli bir moleküldeki bağın türünü belirlemek için onu oluşturan atomları dikkate almak yeterlidir. Basit metal maddeler metalik bir bağ oluşturur, ametallerle metaller iyonik bir bağ oluşturur, basit ametal maddeler kovalent apolar bir bağ oluşturur ve farklı ametallerden oluşan moleküller polar kovalent bağ yoluyla oluşur.
Kovalent kimyasal bağ, çeşitleri ve oluşum mekanizmaları. Kovalent bağların özellikleri (polarite ve bağ enerjisi). İyonik bağ. Metal bağlantı. Hidrojen bağı
Kimyasal bağ doktrini tüm teorik kimyanın temelini oluşturur.
Kimyasal bağ, atomların onları moleküllere, iyonlara, radikallere ve kristallere bağlayan etkileşimi olarak anlaşılır.
Dört tür kimyasal bağ vardır: iyonik, kovalent, metalik ve hidrojen.
Kimyasal bağların türlere bölünmesi şartlıdır, çünkü hepsi belirli bir birlik ile karakterize edilir.
İyonik bir bağ, polar kovalent bağın aşırı bir durumu olarak düşünülebilir.
Metalik bir bağ, paylaşılan elektronları kullanan atomların kovalent etkileşimini ve bu elektronlar ile metal iyonları arasındaki elektrostatik çekimi birleştirir.
Maddeler genellikle sınırlayıcı kimyasal bağ (veya saf kimyasal bağ) durumlarından yoksundur.
Örneğin lityum florür $LiF$ iyonik bir bileşik olarak sınıflandırılır. Aslında, içindeki bağ $80$$ iyonik ve $20$$ kovalenttir. Bu nedenle, bir kimyasal bağın polarite derecesinden (iyoniklik) bahsetmek açıkçası daha doğrudur.
Hidrojen halojenürler $HF—HCl—HBr—HI—HAt$ serisinde bağ polarite derecesi azalır, çünkü halojen ve hidrojen atomlarının elektronegatiflik değerlerindeki fark azalır ve astatin hidrojende bağ neredeyse polar olmayan hale gelir $(EO(H) = 2,1; EO(At) = 2,2)$.
Aynı maddelerde farklı türde bağlar bulunabilir, örneğin:
- bazlarda: hidrokso gruplarındaki oksijen ve hidrojen atomları arasındaki bağ polar kovalenttir ve metal ile hidrokso grubu arasında iyoniktir;
- oksijen içeren asitlerin tuzlarında: metal olmayan atom ile asidik kalıntının oksijeni arasında - kovalent polar ve metal ile asidik kalıntı arasında - iyonik;
- amonyum, metilamonyum tuzları vb. içinde: nitrojen ve hidrojen atomları arasında - kovalent polar ve amonyum veya metilamonyum iyonları ile asit kalıntısı arasında - iyonik;
- metal peroksitlerde (örneğin, $Na_2O_2$), oksijen atomları arasındaki bağ polar olmayan kovalenttir ve metal ile oksijen arasındaki bağ iyoniktir, vb.
Farklı bağlantı türleri birbirine dönüşebilir:
— sudaki kovalent bileşiklerin elektrolitik ayrışması sırasında, kovalent polar bağ iyonik bir bağa dönüşür;
- metaller buharlaştığında metal bağı polar olmayan bir kovalent bağa vb. dönüşür.
Tüm tür ve kimyasal bağ türlerinin birliğinin nedeni, bunların aynı kimyasal doğasıdır - elektron-nükleer etkileşimi. Her durumda kimyasal bir bağın oluşumu, enerji salınımıyla birlikte atomların elektron-nükleer etkileşiminin sonucudur.
Kovalent bağ oluşturma yöntemleri. Kovalent bağın özellikleri: bağ uzunluğu ve enerji
Kovalent bir kimyasal bağ, ortak elektron çiftlerinin oluşması yoluyla atomlar arasında oluşan bir bağdır.
Böyle bir bağın oluşma mekanizması takas veya bağışçı-alıcı olabilir.
BEN. Değişim mekanizması atomlar eşleşmemiş elektronları birleştirerek ortak elektron çiftleri oluşturduğunda çalışır.
1) $H_2$ - hidrojen:
Bağ, hidrojen atomlarının $s$-elektronları (örtüşen $s$-orbitalleri) tarafından ortak bir elektron çiftinin oluşması nedeniyle ortaya çıkar:
2) $HCl$ - hidrojen klorür:
Bağ, $s-$ ve $p-$elektronlardan oluşan ortak bir elektron çiftinin (örtüşen $s-p-$orbitalleri) oluşması nedeniyle ortaya çıkar:
3) $Cl_2$: bir klor molekülünde, eşleşmemiş $p-$elektronlar (örtüşen $p-p-$orbitaller) nedeniyle bir kovalent bağ oluşur:
4) $N_2$: bir nitrojen molekülünde atomlar arasında üç ortak elektron çifti oluşur:
II. Donör-alıcı mekanizması Amonyum iyonu $NH_4^+$ örneğini kullanarak kovalent bir bağın oluşumunu ele alalım.
Vericinin bir elektron çifti vardır, alıcının ise bu çiftin işgal edebileceği boş bir yörüngesi vardır. Amonyum iyonunda, hidrojen atomlarıyla olan dört bağın tümü kovalenttir: üçü, değişim mekanizmasına göre nitrojen atomu ve hidrojen atomları tarafından ortak elektron çiftlerinin oluşturulması nedeniyle, biri donör-alıcı mekanizması yoluyla oluşturulmuştur.
Kovalent bağlar, elektron yörüngelerinin örtüşme şekline ve ayrıca bağlı atomlardan birine doğru yer değiştirmelerine göre sınıflandırılabilir.
Bir bağ çizgisi boyunca elektron yörüngelerinin örtüşmesi sonucu oluşan kimyasal bağlara $σ$ adı verilir. -bağlar (sigma bağları). Sigma bağı çok güçlüdür.
$p-$orbitaller iki bölgede örtüşebilir ve yanal örtüşme nedeniyle kovalent bir bağ oluşturabilir:
İletişim hattının dışındaki elektron yörüngelerinin "yanal" örtüşmesi sonucu oluşan kimyasal bağlar; iki alanda $π$ denir -bağlar (pi-bağları).
İle yer değiştirme derecesi Bağlandıkları atomlardan birinde ortak elektron çiftleri varsa, kovalent bir bağ oluşabilir. kutupsal Ve polar olmayan.
Elektronegatifliği aynı olan atomlar arasında oluşan kovalent kimyasal bağa denir. polar olmayan. Elektron çiftleri hiçbir atoma kaymaz çünkü atomlar aynı EO'ya sahiptir - diğer atomlardan değerlik elektronlarını çekme özelliği. Örneğin:
onlar. Basit metal olmayan maddelerin molekülleri, kovalent polar olmayan bağlar yoluyla oluşturulur. Elektronegatiflikleri farklı olan elementlerin atomları arasındaki kovalent kimyasal bağa denir. kutupsal.
Kovalent bağların uzunluğu ve enerjisi.
karakteristik kovalent bağın özellikleri- uzunluğu ve enerjisi. Bağlantı uzunluğu atom çekirdekleri arasındaki mesafedir. Kimyasal bir bağın uzunluğu ne kadar kısa olursa o kadar güçlü olur. Ancak bağlantının gücünün bir ölçüsü bağlanma enerjisi Bu, bir bağı kırmak için gereken enerji miktarına göre belirlenir. Genellikle kJ/mol cinsinden ölçülür. Böylece deneysel verilere göre $H_2, Cl_2$ ve $N_2$ moleküllerinin bağ uzunlukları sırasıyla $0,074, 0,198$ ve $0,109$ nm, bağ enerjileri ise sırasıyla $436, 242$ ve $946$ kJ/mol'dür.
İyonlar. İyonik bağ
İki atomun "karşılaştığını" hayal edelim: grup I metalinin bir atomu ve grup VII'nin metal olmayan bir atomu. Bir metal atomunun dış enerji seviyesinde tek bir elektronu bulunurken, metal olmayan bir atomun dış seviyesinin tamamlanması için sadece bir elektronu eksiktir.
Birinci atom, ikinciye çekirdekten uzak ve ona zayıf bağlı olan elektronunu kolaylıkla verecek, ikincisi ise ona dış elektronik seviyesinde boş bir yer sağlayacaktır.
Daha sonra negatif yüklerinden birinden mahrum kalan atom pozitif yüklü bir parçacık haline gelecek, ikincisi ise ortaya çıkan elektron nedeniyle negatif yüklü bir parçacık haline gelecektir. Bu tür parçacıklara denir iyonlar.
İyonlar arasında oluşan kimyasal bağa iyonik denir.
İyi bilinen sodyum klorür bileşiği (sofra tuzu) örneğini kullanarak bu bağın oluşumunu ele alalım:
Atomları iyonlara dönüştürme süreci şemada gösterilmektedir:
Atomların iyonlara bu dönüşümü her zaman tipik metallerin ve tipik metal olmayan atomların etkileşimi sırasında meydana gelir.
Örneğin kalsiyum ve klor atomları arasında iyonik bir bağın oluşumunu kaydederken akıl yürütme algoritmasını (sırasını) ele alalım:
Atom veya molekül sayısını gösteren sayılara denir katsayılar Bir moleküldeki atom veya iyon sayısını gösteren sayılara denir. indeksler.
Metal bağlantı
Metal elementlerin atomlarının birbirleriyle nasıl etkileşime girdiğini öğrenelim. Metaller genellikle izole edilmiş atomlar halinde değil, parça, külçe veya metal ürün biçiminde bulunur. Metal atomlarını tek bir hacimde tutan şey nedir?
Çoğu metalin atomları dış seviyede az sayıda elektron içerir - 1 $, 2, 3 $. Bu elektronlar kolayca sıyrılır ve atomlar pozitif iyonlara dönüşür. Ayrılan elektronlar bir iyondan diğerine hareket ederek onları tek bir bütün halinde birleştirir. İyonlarla birleşen bu elektronlar geçici olarak atom oluşturur, sonra tekrar kırılır ve başka bir iyonla birleşir vb. Sonuç olarak, metalin hacminde atomlar sürekli olarak iyonlara dönüşür ve bunun tersi de geçerlidir.
Metallerde iyonlar arasında paylaşılan elektronlar aracılığıyla oluşan bağa metalik denir.
Şekil bir sodyum metal parçasının yapısını şematik olarak göstermektedir.
Bu durumda az sayıda paylaşılan elektron, çok sayıda iyon ve atomu bağlar.
Metalik bağın kovalent bağla bazı benzerlikleri vardır, çünkü dış elektronların paylaşımına dayanır. Ancak kovalent bağda yalnızca iki komşu atomun dıştaki eşleşmemiş elektronları paylaşılırken, metalik bağda tüm atomlar bu elektronların paylaşımında yer alır. Bu nedenle kovalent bağa sahip kristaller kırılgandır, ancak metal bağ ile kural olarak sünektirler, elektriksel olarak iletkendirler ve metalik bir parlaklığa sahiptirler.
Metalik bağlanma hem saf metallerin hem de çeşitli metallerin (katı ve sıvı haldeki alaşımlar) karışımlarının karakteristik özelliğidir.
Hidrojen bağı
Bir molekülün (veya bir kısmının) pozitif polarize hidrojen atomları ile başka bir molekülün yalnız elektron çiftlerine ($F, O, N$ ve daha az yaygın olarak $S$ ve $Cl$) sahip güçlü elektronegatif elementlerin negatif polarize atomları arasındaki kimyasal bağ (veya onun bir kısmına) hidrojen denir.
Hidrojen bağı oluşumunun mekanizması kısmen elektrostatik, kısmen de verici-alıcı niteliktedir.
Moleküller arası hidrojen bağı örnekleri:
Böyle bir bağlantının varlığında düşük moleküllü maddeler bile normal koşullar altında sıvı (alkol, su) veya kolayca sıvılaştırılabilen gazlar (amonyak, hidrojen florür) olabilir.
Hidrojen bağına sahip maddelerin moleküler kristal kafesleri vardır.
Moleküler ve moleküler olmayan yapıya sahip maddeler. Kristal kafes türü. Maddelerin özelliklerinin bileşimlerine ve yapılarına bağımlılığı
Maddelerin moleküler ve moleküler olmayan yapısı
Kimyasal etkileşimlere giren tek tek atomlar veya moleküller değil, maddelerdir. Belirli koşullar altında bir madde üç toplanma durumundan birinde olabilir: katı, sıvı veya gaz. Bir maddenin özellikleri aynı zamanda onu oluşturan parçacıklar (moleküller, atomlar veya iyonlar) arasındaki kimyasal bağın doğasına da bağlıdır. Bağ türüne bağlı olarak moleküler ve moleküler olmayan yapıya sahip maddeler ayırt edilir.
Moleküllerden oluşan maddelere denir moleküler maddeler. Bu tür maddelerdeki moleküller arasındaki bağlar çok zayıftır, molekül içindeki atomlar arasındaki bağlardan çok daha zayıftır ve nispeten düşük sıcaklıklarda bile kırılırlar - madde önce sıvıya, sonra gaza dönüşür (iyotun süblimleşmesi). Moleküllerden oluşan maddelerin erime ve kaynama noktaları molekül ağırlığı arttıkça artar.
Moleküler maddeler arasında atomik yapıya sahip maddeler ($C, Si, Li, Na, K, Cu, Fe, W$) yer alır; bunların arasında metaller ve metal olmayanlar da bulunur.
Alkali metallerin fiziksel özelliklerini ele alalım. Atomlar arasındaki nispeten düşük bağ kuvveti, düşük mekanik mukavemete neden olur: Alkali metaller yumuşaktır ve bıçakla kolayca kesilebilir.
Büyük atom boyutları alkali metallerin yoğunluğunun düşük olmasına neden olur: lityum, sodyum ve potasyum sudan bile daha hafiftir. Alkali metaller grubunda elementin atom numarası arttıkça kaynama ve erime noktaları düşer, çünkü Atom boyutları artar ve bağlar zayıflar.
Maddelere moleküler olmayan yapılar iyonik bileşikleri içerir. Ametallerle metallerin çoğu bileşiği şu yapıya sahiptir: tüm tuzlar ($NaCl, K_2SO_4$), bazı hidritler ($LiH$) ve oksitler ($CaO, MgO, FeO$), bazlar ($NaOH, KOH$). İyonik (moleküler olmayan) maddelerin erime ve kaynama noktaları yüksektir.
Kristal kafesler
Bilindiği gibi madde üç toplanma halinde bulunabilir: gaz, sıvı ve katı.
Katılar: amorf ve kristal.
Kimyasal bağların özelliklerinin katıların özelliklerini nasıl etkilediğini ele alalım. Katılar ikiye ayrılır kristalimsi Ve amorf.
Amorf maddelerin net bir erime noktası yoktur; ısıtıldıklarında yavaş yavaş yumuşar ve akışkan bir duruma dönüşürler. Örneğin hamuru ve çeşitli reçineler amorf bir durumdadır.
Kristal maddeler, kendilerini oluşturan parçacıkların (atomlar, moleküller ve iyonlar) uzayda kesin olarak tanımlanmış noktalarda doğru düzenlenmesiyle karakterize edilir. Bu noktalar düz çizgilerle bağlandığında kristal kafes adı verilen uzamsal bir çerçeve oluşur. Kristal parçacıklarının bulunduğu noktalara kafes düğümleri denir.
Kristal kafesin düğümlerinde bulunan parçacıkların türüne ve aralarındaki bağlantının niteliğine bağlı olarak dört tip kristal kafes ayırt edilir: iyonik, atomik, moleküler Ve metal.
İyonik kristal kafesler.
İyonik düğümlerinde iyonların bulunduğu kristal kafesler denir. Hem $Na^(+), Cl^(-)$ basit iyonlarını hem de $SO_4^(2−), OH^-$ karmaşık iyonlarını bağlayabilen iyonik bağlara sahip maddelerden oluşurlar. Sonuç olarak, metallerin tuzları ve bazı oksitleri ve hidroksitleri iyonik kristal kafeslere sahiptir. Örneğin, bir sodyum klorür kristali küp şeklinde bir kafes oluşturan alternatif pozitif $Na^+$ ve negatif $Cl^-$ iyonlarından oluşur. Böyle bir kristaldeki iyonlar arasındaki bağlar çok kararlıdır. Bu nedenle iyonik kafesli maddeler nispeten yüksek sertlik ve mukavemet ile karakterize edilir, refrakterdir ve uçucu değildir.
Atomik kristal kafesler.
atomik düğümlerinde ayrı ayrı atomların bulunduğu kristal kafesler denir. Bu tür kafeslerde atomlar birbirine çok güçlü kovalent bağlarla bağlanır. Bu tür kristal kafeslere sahip maddelerin bir örneği, karbonun allotropik modifikasyonlarından biri olan elmastır.
Atomik kristal kafesi olan çoğu maddenin erime noktaları çok yüksektir (örneğin elmas için bu sıcaklık 3500°C'nin üzerindedir), güçlü ve serttirler ve pratik olarak çözünmezler.
Moleküler kristal kafesler.
Moleküler düğümlerinde moleküllerin bulunduğu kristal kafesler denir. Bu moleküllerdeki kimyasal bağlar hem polar ($HCl, H_2O$) hem de polar olmayan ($N_2, O_2$) olabilir. Moleküllerin içindeki atomlar çok güçlü kovalent bağlarla bağlı olmasına rağmen, moleküllerin kendi aralarında zayıf moleküller arası çekim kuvvetleri etki eder. Bu nedenle moleküler kristal kafeslere sahip maddeler düşük sertliğe, düşük erime noktalarına sahiptir ve uçucudur. Çoğu katı organik bileşiğin moleküler kristal kafesleri vardır (naftalin, glikoz, şeker).
Metal kristal kafesler.
Metalik bağları olan maddeler metalik kristal kafeslere sahiptir. Bu tür kafeslerin bölgelerinde atomlar ve iyonlar bulunur (metal atomlarının kolayca dönüştüğü atomlar veya iyonlar, dış elektronlarını "ortak kullanım için" bırakırlar). Metallerin bu iç yapısı onların karakteristik fiziksel özelliklerini belirler: dövülebilirlik, süneklik, elektriksel ve termal iletkenlik, karakteristik metalik parlaklık.
