Legătura chimică covalentă, varietățile și mecanismele sale de formare. Caracteristicile legăturilor covalente (polaritatea și energia de legătură). Legătura ionică. Conexiune metalica. Legătura de hidrogen

Doctrina legăturii chimice formează baza întregii chimie teoretice.

O legătură chimică este înțeleasă ca interacțiunea atomilor care îi leagă în molecule, ioni, radicali și cristale.

Există patru tipuri de legături chimice: ionice, covalente, metalice și hidrogen.

Împărțirea legăturilor chimice în tipuri este condiționată, deoarece toate sunt caracterizate de o anumită unitate.

O legătură ionică poate fi considerată un caz extrem al unei legături covalente polare.

O legătură metalică combină interacțiunea covalentă a atomilor folosind electroni în comun și atracția electrostatică dintre acești electroni și ionii metalici.

Substanțelor le lipsesc adesea cazuri limitative de legătură chimică (sau legătură chimică pură).

De exemplu, fluorura de litiu $LiF$ este clasificată ca un compus ionic. De fapt, legătura din acesta este $80%$ ionică și $20%$ covalentă. Prin urmare, este mai corect, evident, să vorbim despre gradul de polaritate (ionicitate) al unei legături chimice.

În seria de halogenuri de hidrogen $HF—HCl—HBr—HI—HAt$, gradul de polaritate a legăturii scade, deoarece diferența dintre valorile electronegativității atomilor de halogen și hidrogen scade, iar în hidrogenul astatin legătura devine aproape nepolar $(EO(H) = 2,1; EO(At) = 2,2)$.

Diferite tipuri de legături pot fi găsite în aceleași substanțe, de exemplu:

1. in baze: intre atomii de oxigen si hidrogen din grupele hidroxo legatura este polara covalenta, iar intre metal si gruparea hidroxo este ionica;
2. în sărurile acizilor care conţin oxigen: între atomul nemetal şi oxigenul reziduului acid - polar covalent, iar între metal şi restul acid - ionic;
3. în săruri de amoniu, metilamoniu etc.: între atomii de azot și hidrogen - polar covalent, iar între ionii de amoniu sau de metilamoniu și restul acid - ionic;
4. în peroxizii metalici (de exemplu, $Na_2O_2$), legătura dintre atomii de oxigen este covalentă nepolară, iar între metal și oxigen este ionică etc.

Diferite tipuri de conexiuni se pot transforma unele în altele:

— în timpul disocierii electrolitice a compușilor covalenti în apă, legătura polară covalentă devine ionică;

- când metalele se evaporă, legătura metalică se transformă într-o legătură covalentă nepolară etc.

Motivul unității tuturor tipurilor și tipurilor de legături chimice este natura lor chimică identică - interacțiunea electron-nuclear. Formarea unei legături chimice este în orice caz rezultatul interacțiunii electron-nucleare a atomilor, însoțită de eliberarea de energie.

Metode de formare a legăturilor covalente. Caracteristicile unei legături covalente: lungimea legăturii și energia

O legătură chimică covalentă este o legătură formată între atomi prin formarea de perechi de electroni partajați.

Mecanismul de formare a unei astfel de legături poate fi schimbător sau donor-acceptor.

eu. Mecanism de schimb funcționează atunci când atomii formează perechi de electroni partajați prin combinarea electronilor neperechi.

1) $H_2$ - hidrogen:

Legătura apare ca urmare a formării unei perechi de electroni comune de către $s$-electroni ai atomilor de hidrogen (suprapunerea $s$-orbitali):

2) $HCl$ - acid clorhidric:

Legătura apare ca urmare a formării unei perechi de electroni comune de $s-$ și $p-$electroni (suprapunerea $s-p-$orbitali):

3) $Cl_2$: într-o moleculă de clor se formează o legătură covalentă datorită $p-$electronilor nepereche (suprapune $p-p-$orbitali):

4) $N_2$: într-o moleculă de azot se formează trei perechi de electroni comuni între atomi:

II. Mecanismul donor-acceptor Să luăm în considerare formarea unei legături covalente folosind exemplul ionului de amoniu $NH_4^+$.

Donatorul are o pereche de electroni, acceptorul are un orbital gol pe care această pereche îl poate ocupa. În ionul de amoniu, toate cele patru legături cu atomii de hidrogen sunt covalente: trei s-au format datorită creării de perechi de electroni comuni de către atomul de azot și atomii de hidrogen conform mecanismului de schimb, una - conform mecanismului donor-acceptator.

Legăturile covalente pot fi clasificate după modul în care se suprapun orbitalii electronilor, precum și prin deplasarea lor către unul dintre atomii legați.

Legăturile chimice formate ca urmare a suprapunerii orbitalilor electronilor de-a lungul unei linii de legătură se numesc $σ$ -legături (legături sigma). Legătura sigma este foarte puternică.

$p-$orbitalii se pot suprapune în două regiuni, formând o legătură covalentă datorită suprapunerii laterale:

Legături chimice formate ca urmare a suprapunerii „laterale” a orbitalilor de electroni în afara liniei de comunicație, adică în două zone se numesc $π$ -legaturi (pi-legaturi).

De gradul de deplasare perechile de electroni partajate de unul dintre atomii pe care îi leagă, poate fi o legătură covalentă polarŞi nepolar.

O legătură chimică covalentă formată între atomi cu aceeași electronegativitate se numește nepolar. Perechile de electroni nu sunt deplasate la niciunul dintre atomi, deoarece atomii au același EO - proprietatea de a atrage electroni de valență de la alți atomi. De exemplu:

aceste. moleculele de substanțe nemetalice simple se formează prin legături covalente nepolare. O legătură chimică covalentă între atomii elementelor a căror electronegativitate diferă se numește polar.

Lungimea și energia legăturilor covalente.

Caracteristică proprietățile legăturii covalente- lungimea și energia acestuia. Lungimea link-ului este distanța dintre nucleele atomilor. Cu cât lungimea unei legături chimice este mai mică, cu atât aceasta este mai puternică. Cu toate acestea, o măsură a puterii conexiunii este energie de legare, care este determinată de cantitatea de energie necesară pentru a rupe o legătură. Se măsoară de obicei în kJ/mol. Astfel, conform datelor experimentale, lungimile legăturilor moleculelor $H_2, Cl_2$ și $N_2$ sunt respectiv $0,074, 0,198$ și $0,109$ nm, iar energiile de legătură sunt, respectiv, $436, 242$ și $946$ kJ/mol.

Ioni. Legătura ionică

Să ne imaginăm că doi atomi „se întâlnesc”: un atom al unui metal din grupa I și un atom nemetal al grupului VII. Un atom de metal are un singur electron la nivelul său de energie exterior, în timp ce unui atom nemetal îi lipsește doar un electron pentru ca nivelul său exterior să fie complet.

Primul atom îi va oferi cu ușurință celui de-al doilea electronul său, care este departe de nucleu și slab legat de acesta, iar al doilea îi va oferi un loc liber la nivelul său electronic exterior.

Apoi atomul, lipsit de una dintre sarcinile sale negative, va deveni o particulă încărcată pozitiv, iar a doua se va transforma într-o particulă încărcată negativ datorită electronului rezultat. Astfel de particule sunt numite ionii.

Legătura chimică care are loc între ioni se numește ionică.

Să luăm în considerare formarea acestei legături folosind exemplul compusului binecunoscut clorură de sodiu (sare de masă):

Procesul de transformare a atomilor în ioni este descris în diagramă:

Această transformare a atomilor în ioni are loc întotdeauna în timpul interacțiunii atomilor de metale tipice și nemetale tipice.

Să luăm în considerare algoritmul (secvența) raționamentului atunci când înregistrăm formarea unei legături ionice, de exemplu, între atomii de calciu și clor:

Se numesc numerele care arată numărul de atomi sau molecule coeficienți, iar numerele care arată numărul de atomi sau ioni dintr-o moleculă sunt numite indici.

Conexiune metalica

Să ne familiarizăm cu modul în care atomii elementelor metalice interacționează între ei. De obicei, metalele nu există ca atomi izolați, ci sub formă de bucată, lingou sau produs metalic. Ce ține atomii de metal într-un singur volum?

Atomii majorității metalelor conțin un număr mic de electroni la nivelul exterior - $1, 2, 3$. Acești electroni sunt îndepărtați cu ușurință, iar atomii devin ioni pozitivi. Electronii detașați se deplasează de la un ion la altul, legându-i într-un singur întreg. Conectându-se cu ionii, acești electroni formează temporar atomi, apoi se desprind din nou și se combină cu un alt ion etc. În consecință, în volumul metalului, atomii sunt transformați continuu în ioni și invers.

Legătura metalelor dintre ioni prin electroni împărțiți se numește metalică.

Figura prezintă schematic structura unui fragment de sodiu metalic.

În acest caz, un număr mic de electroni împărtășiți leagă un număr mare de ioni și atomi.

O legătură metalică are unele asemănări cu o legătură covalentă, deoarece se bazează pe împărțirea electronilor externi. Cu toate acestea, cu o legătură covalentă, electronii exteriori nepereche ai doar doi atomi vecini sunt împărțiți, în timp ce cu o legătură metalică, toți atomii iau parte la împărțirea acestor electroni. De aceea, cristalele cu o legătură covalentă sunt fragile, dar cu o legătură metalică, de regulă, sunt ductile, conductoare electric și au un luciu metalic.

Legătura metalică este caracteristică atât metalelor pure, cât și amestecurilor de diferite metale - aliaje în stare solidă și lichidă.

Legătura de hidrogen

O legătură chimică între atomii de hidrogen polarizați pozitiv ai unei molecule (sau o parte a acesteia) și atomii polarizați negativ ai elementelor puternic electronegative având perechi de electroni singuri ($F, O, N$ și mai rar $S$ și $Cl$) ai altei molecule (sau partea sa) se numește hidrogen.

Mecanismul de formare a legăturii de hidrogen este parțial electrostatic, parțial de natură donor-acceptor.

Exemple de legături de hidrogen intermoleculare:

În prezența unei astfel de conexiuni, chiar și substanțele cu molecularitate scăzută pot fi, în condiții normale, lichide (alcool, apă) sau gaze ușor lichefiate (amoniac, fluorură de hidrogen).

Substanțele cu legături de hidrogen au rețele moleculare de cristal.

Substanțe cu structură moleculară și nemoleculară. Tip de rețea cristalină. Dependența proprietăților substanțelor de compoziția și structura lor

Structura moleculară și nemoleculară a substanțelor

Nu atomii sau moleculele individuali intră în interacțiuni chimice, ci substanțele. În condiții date, o substanță poate fi în una din cele trei stări de agregare: solidă, lichidă sau gazoasă. Proprietățile unei substanțe depind și de natura legăturii chimice dintre particulele care o formează - molecule, atomi sau ioni. Pe baza tipului de legătură, se disting substanțele cu structură moleculară și nemoleculară.

Substanțele formate din molecule se numesc substanțe moleculare. Legăturile dintre moleculele din astfel de substanțe sunt foarte slabe, mult mai slabe decât între atomii din interiorul moleculei și chiar și la temperaturi relativ scăzute se rup - substanța se transformă în lichid și apoi în gaz (sublimarea iodului). Punctele de topire și de fierbere ale substanțelor formate din molecule cresc odată cu creșterea greutății moleculare.

Substanțele moleculare includ substanțe cu structură atomică ($C, Si, Li, Na, K, Cu, Fe, W$), printre acestea se numără metale și nemetale.

Să luăm în considerare proprietăți fizice metale alcaline. Rezistența relativ scăzută a legăturii dintre atomi determină o rezistență mecanică scăzută: metalele alcaline sunt moi și pot fi tăiate cu ușurință cu un cuțit.

Dimensiunile atomice mari duc la densități scăzute ale metalelor alcaline: litiul, sodiul și potasiul sunt chiar mai ușoare decât apa. În grupul metalelor alcaline, punctele de fierbere și de topire scad odată cu creșterea numărului atomic al elementului, deoarece Dimensiunile atomilor cresc și legăturile slăbesc.

La substanțe nemoleculare structurile includ compuși ionici. Majoritatea compușilor metalelor cu nemetale au această structură: toate sărurile ($NaCl, K_2SO_4$), unele hidruri ($LiH$) și oxizi ($CaO, MgO, FeO$), baze ($NaOH, KOH$). Substantele ionice (nemoleculare) au temperaturi ridicate topindu-se si fierbinte.

Grile de cristal

Materia, după cum se știe, poate exista în trei stări de agregare: gazoasă, lichidă și solidă.

Solide: amorfe și cristaline.

Să luăm în considerare modul în care caracteristicile legăturilor chimice influențează proprietățile solidelor. Solidele sunt împărțite în cristalinŞi amorf.

Substanțele amorfe nu au un punct de topire clar când sunt încălzite, se înmoaie treptat și se transformă într-o stare fluidă. De exemplu, plastilina și diverse rășini sunt într-o stare amorfă.

Substanțele cristaline se caracterizează prin aranjarea corectă a particulelor din care sunt compuse: atomi, molecule și ioni - în puncte strict definite din spațiu. Când aceste puncte sunt conectate prin linii drepte, se formează un cadru spațial, numit rețea cristalină. Punctele în care sunt localizate particulele de cristal se numesc noduri de rețea.

În funcție de tipul de particule situate la nodurile rețelei cristaline și de natura conexiunii dintre ele, se disting patru tipuri de rețele cristaline: ionic, atomic, molecularŞi metal.

Rețele cristaline ionice.

ionic se numesc rețele cristaline, în nodurile cărora se află ioni. Sunt formate din substanțe cu legături ionice, care pot lega atât ionii simpli $Na^(+), Cl^(-)$, cât și complexi $SO_4^(2−), OH^-$. În consecință, sărurile și unii oxizi și hidroxizi ai metalelor au rețele cristaline ionice. De exemplu, un cristal de clorură de sodiu este alternând ioni pozitivi $Na^+$ și negativi $Cl^-$, formând o rețea în formă de cub. Legăturile dintre ionii dintr-un astfel de cristal sunt foarte stabile. Prin urmare, substanțele cu o rețea ionică se caracterizează prin duritate și rezistență relativ ridicate, sunt refractare și nevolatile.

Rețele cristaline atomice.

Atomic se numesc rețele cristaline, în nodurile cărora se află atomi individuali. În astfel de rețele, atomii sunt legați între ei prin legături covalente foarte puternice. Un exemplu de substanțe cu acest tip de rețele cristaline este diamantul, una dintre modificările alotropice ale carbonului.

Majoritatea substanțelor cu o rețea cristalină atomică au puncte de topire foarte mari (de exemplu, pentru diamant este peste 3500°C), sunt puternice și dure și practic insolubile.

Rețele cristaline moleculare.

Molecular numite rețele cristaline, în nodurile cărora se află molecule. Legăturile chimice din aceste molecule pot fi atât polare ($HCl, H_2O$) cât și nepolare ($N_2, O_2$). În ciuda faptului că atomii din interiorul moleculelor sunt legați prin legături covalente foarte puternice, forțe intermoleculare slabe de atracție acționează între molecule înseși. Prin urmare, substanțele cu rețele de cristal moleculare au duritate scăzută, puncte de topire scăzute și sunt volatile. Majoritatea compușilor organici solizi au rețele moleculare cristaline (naftalină, glucoză, zahăr).

Rețele de cristal metalice.

Substanțele cu legături metalice au rețele cristaline metalice. În locurile unor astfel de rețele există atomi și ioni (fie atomi, fie ioni, în care atomii de metal se transformă ușor, renunțând la electronii lor exteriori „pentru uz comun”). Acest structura internă metalele determină proprietățile fizice caracteristice ale acestora: maleabilitate, ductilitate, conductivitate electrică și termică, luciu metalic caracteristic.

Se știe că învelișurile de electroni conțin opt electroni exteriori, dintre care doi sunt localizați pe s- orbitali și șase - pe r-orbitali, au stabilitate crescută. Se potrivesc gaze inerte : neon, argon, krypton, xenon, radon (găsește-le în tabelul periodic). Atomul de heliu, care conține doar doi electroni, este și mai stabil. Atomii tuturor celorlalte elemente tind să aducă configurația lor electronică mai aproape de configurația electronică a celui mai apropiat gaz inert. Acest lucru se poate face în două moduri - prin donarea sau adăugarea de electroni de la nivelul exterior.

Este mai profitabil ca un atom de sodiu, care are un singur electron nepereche, să renunțe la el, astfel atomul primește o sarcină (devine un ion) și capătă configurația electronică a neonului gaz inert.

Atomul de clor este cu un electron mai mic de configurația celui mai apropiat gaz inert, așa că tinde să dobândească un electron.

Fiecare element, într-o măsură mai mare sau mai mică, are capacitatea de a atrage electroni, care se caracterizează numeric prin valoarea electronegativitatea. În consecință, cu cât electronegativitatea unui element este mai mare, cu atât atrage electronii mai puternic și proprietățile sale de oxidare sunt mai pronunțate.

Dorința atomilor de a dobândi un înveliș stabil de electroni explică motivul formării moleculelor.

Definiţie

Legatura chimica- aceasta este interacțiunea atomilor, care determină stabilitatea unei molecule chimice sau a unui cristal în ansamblu.

TIPURI DE LEGĂTURI CHIMICE

Există 4 tipuri principale de legături chimice:

Luați în considerare interacțiunea a doi atomi cu aceleași valori de electronegativitate, de exemplu doi atomi de clor. Fiecare dintre ele are șapte electroni de valență. Sunt cu un electron mai puțin de configurația electronică a celui mai apropiat gaz inert.

Adunarea a doi atomi la o anumită distanță duce la formarea unei perechi de electroni comune care aparține simultan ambilor atomi. Această pereche comună reprezintă o legătură chimică. Același lucru se întâmplă și în cazul moleculei de hidrogen. Hidrogenul are un singur electron nepereche și este cu un electron mai puțin de configurația celui mai apropiat gaz inert (heliu). Astfel, atunci când doi atomi de hidrogen se apropie unul de celălalt, ei formează o pereche de electroni comună.

Definiţie

Legătura dintre atomii nemetalici care apare atunci când electronii interacționează pentru a forma perechi de electroni comune se numește covalent.

Dacă atomii care interacționează au valori egale de electronegativitate, perechea de electroni partajată aparține în mod egal ambilor atomi, adică este situată la o distanță egală de ambii atomi. Această legătură covalentă se numește nepolar.

Definiţie

Legătura covalentă nepolară- legatura chimica intre atomi nemetalici cu valori de electronegativitate egale sau similare. În acest caz, perechea de electroni comună aparține în mod egal ambilor atomi și nu se observă nicio schimbare a densității electronilor.

Legăturile nepolare covalente apar în substanțe nemetalice simple: $\mathrm(O)_2, \mathrm(N)_2, \mathrm(Cl)_2, \mathrm(P)_4, \mathrm(O)_3$. Când atomii care au valori diferite de electronegativitate, cum ar fi hidrogenul și clorul, interacționează, perechea de electroni partajată este deplasată către atomul cu electronegativitate mai mare, adică spre clor. Atomul de clor capătă o sarcină negativă parțială, iar atomul de hidrogen capătă o sarcină pozitivă parțială. Acesta este un exemplu de legătură covalentă polară.

Definiţie

O legătură formată din elemente nemetalice cu electronegativitate diferită se numește polar covalent.În acest caz, densitatea electronilor se deplasează către elementul mai electronegativ.

Se numește o moleculă în care centrele sarcinilor pozitive și negative sunt separate dipol. Legătura polară are loc între atomi cu electronegativitate diferită, dar nu foarte diferită, de exemplu între diferite nemetale. Exemple de compuși cu legături covalente polare sunt compuși ai nemetalelor între ele, precum și diverși ioni care conțin atomi nemetalici $(\mathrm(NO)_3–, \mathrm(CH)_3\mathrm(COO)–)$. Există în special mulți compuși polari covalenti printre substanțele organice.

Dacă diferența de electronegativitate a elementelor este mare, nu se va produce doar o schimbare a densității electronilor, ci și un transfer complet al unui electron de la un atom la altul. Să luăm în considerare acest lucru folosind exemplul de fluorură de sodiu NaF. După cum am văzut mai devreme, atomul de sodiu este dornic să cedeze un electron, iar atomul de fluor este gata să-l accepte. Acest lucru este ușor de realizat în timpul interacțiunii lor, care este însoțită de un transfer de electroni.

În acest caz, atomul de sodiu își transferă complet electronul către atomul de fluor: sodiul pierde un electron și devine încărcat pozitiv, iar clorul câștigă un electron și devine negativ.

Definiţie

Se numesc atomii și grupurile de atomi care poartă o sarcină ionii.

În molecula rezultată - clorură de sodiu $Na^+F^-$ - legătura se realizează datorită atracției electrostatice a ionilor încărcați opus. Această conexiune se numește ionic. Se realizează între metale tipice și nemetale, adică între atomi cu valori de electronegativitate foarte diferite.

Definiţie

Legătura ionică formată din cauza forțelor de atracție electrostatică dintre ionii încărcați opus – cationi și anioni.

Există un alt tip de conexiune - metal, caracteristica substantelor simple - metale. Se caracterizează prin atracția atomilor de metal parțial ionizati și a electronilor de valență, formând un singur nor de electroni („gazul de electroni”). Electronii de valență din metale sunt delocalizați și aparțin simultan tuturor atomilor de metal, mișcându-se liber în întregul cristal. Astfel, conexiunea este multicentrică. În metalele de tranziție, legătura metalică este parțial covalentă în natură, deoarece este completată de suprapunerea orbitalilor d ai stratului exterior parțial umplut cu electroni. Metalele formează rețele cristaline metalice. Este descris în detaliu în subiectul „Legătura metalică și caracteristicile sale”.

interacțiuni intermoleculare

Un exemplu de interacțiune intermoleculară puternică

este hidrogenaceastă legătură, format între un atom de hidrogen al unei molecule și un atom cu electronegativitate mare ($\mathrm(F)$, $\mathrm(O)$, $\mathrm(Cl)$, $\mathrm(N)$). Un exemplu de legătură de hidrogen este interacțiunea dintre moleculele de apă $\mathrm(O)_2\mathrm(O)…\mathrm(OH)_2$, amoniacul și moleculele de apă $\mathrm(H)_3\mathrm(N)... \mathrm(OH) _2$, metanol și apă $\mathrm(CH)_3\mathrm(OH)…\mathrm(OH)_2$, precum și diverse părți ale moleculelor de proteine, polizaharide, acizi nucleici.

Un alt exemplu de interacțiune intermoleculară este forțele van der Waals, care apar în timpul polarizării moleculelor și formării dipolilor. Ele mediază legătura dintre straturile de atomi din cristale stratificate (cum ar fi structura grafitului).

Caracteristicile unei legături chimice

Legătura chimică este caracterizată lungime, energie, direcțieŞi saturaţie(fiecare atom este capabil să formeze un număr limitat de legături). Multiplicitatea legăturilor este egală cu numărul de perechi de electroni partajați. Forma moleculelor este determinată de tipul de nori de electroni implicați în formarea legăturii, precum și de prezența sau absența perechilor de electroni singuri. Deci, de exemplu, molecula $\mathrm(CO)_2$ este liniară (nu există perechi de electroni singuri), iar $\mathrm(H)_2\mathrm(O)$ și $\mathrm(SO)_2$ sunt perechi de colț (există perechi de perechi singuratice). Dacă atomii care interacționează au valori de electronegativitate foarte diferite, perechea de electroni partajată este aproape complet deplasată către atomii cu cea mai mare electronegativitate. O legătură ionică poate fi astfel considerată ca un caz extrem al unei legături covalente polare, când un electron este aproape complet transferat de la un atom la altul. În realitate, deplasarea completă nu are loc niciodată, adică nu există substanțe absolut ionice. De exemplu, în $\mathrm(NaCl)$ sarcinile reale ale atomilor sunt +0,92 și –0,92, nu +1 și –1.

Legătura ionică are loc în compușii metalelor tipice cu nemetale și reziduuri acide, și anume în oxizi metalici ($\mathrm(CaO)$, $\mathrm(Al)_2\mathrm(O)_3$), alcalii ($\mathrm(NaOH) ) )$, $\mathrm(Ca(OH))_2$) și săruri ($\mathrm(NaCl)$, $\mathrm(K)_2\mathrm(S)$, $\mathrm(K)_2\mathrm ( SO)_4$, $\mathrm(NH)_4\mathrm(Cl)$, $\mathrm(CH)_3\mathrm(NH)_3^+$, $\mathrm(Cl^–)$).

mecanisme de formare a legăturilor chimice

.

Știți că atomii se pot combina între ei pentru a forma atât substanțe simple, cât și complexe. În acest caz, se formează diferite tipuri de legături chimice: ionice, covalente (nepolare și polare), metalice și hidrogen. Una dintre cele mai esențiale proprietăți ale atomilor elementelor care determină ce fel de legătură se formează între ei - ionică sau covalentă - Aceasta este electronegativitatea, adică. capacitatea atomilor dintr-un compus de a atrage electroni.

O evaluare cantitativă condiționată a electronegativității este dată de scala de electronegativitate relativă.

În perioade, există o tendință generală de creștere a electronegativității elementelor, iar în grupuri - de scădere a acestora. Elementele sunt aranjate într-un rând în funcție de electronegativitatea lor, pe baza cărora se poate compara electronegativitatea elementelor situate în perioade diferite.

Tipul de legătură chimică depinde de cât de mare este diferența dintre valorile electronegativității atomilor de legătură ai elementelor. Cu cât atomii elementelor care formează legătura diferă mai mult în electronegativitate, cu atât legătura chimică este mai polară. Este imposibil să trasezi o graniță clară între tipurile de legături chimice. În majoritatea compușilor, tipul de legătură chimică este intermediar; de exemplu, o legătură chimică covalentă foarte polară este aproape de o legătură ionică. În funcție de care dintre cazurile limită, o legătură chimică este mai strânsă în natură, este clasificată fie ca legătură ionică, fie ca legătură polară covalentă.

Legătura ionică.

O legătură ionică se formează prin interacțiunea atomilor care diferă brusc unul de celălalt în ceea ce privește electronegativitatea. De exemplu, metalele tipice litiu (Li), sodiu (Na), potasiu (K), calciu (Ca), stronțiu (Sr), bariu (Ba) formează legături ionice cu nemetale tipice, în principal halogeni.

Pe lângă halogenurile de metale alcaline, se formează și legături ionice în compuși precum alcalii și sărurile. De exemplu, în hidroxid de sodiu (NaOH) și sulfat de sodiu (Na 2 SO 4) legăturile ionice există doar între atomii de sodiu și oxigen (legăturile rămase sunt covalente polare).

Legătura covalentă nepolară.

Când atomii cu aceeași electronegativitate interacționează, se formează molecule cu o legătură covalentă nepolară. O astfel de legătură există în moleculele următoarelor substanțe simple: H2, F2, Cl2, O2, N2. Legăturile chimice din aceste gaze se formează prin perechi de electroni partajate, adică. atunci când norii de electroni corespunzători se suprapun, datorită interacțiunii electron-nuclear, care apare atunci când atomii se apropie unul de celălalt.

Atunci când compuneți formule electronice ale substanțelor, trebuie amintit că fiecare pereche de electroni comună este o imagine convențională a densității electronice crescute care rezultă din suprapunerea norilor de electroni corespunzători.

Legătură polară covalentă.

Atunci când atomii interacționează, ale căror valori de electronegativitate diferă, dar nu brusc, perechea de electroni obișnuit se schimbă la un atom mai electronegativ. Acesta este cel mai comun tip de legătură chimică, găsit atât în ​​compușii anorganici, cât și în cei organici.

Legăturile covalente includ, de asemenea, în totalitate acele legături care sunt formate printr-un mecanism donor-acceptor, de exemplu în ionii de hidroniu și amoniu.

Conexiune metalica.

Legătura care se formează ca urmare a interacțiunii electronilor relativ liberi cu ionii metalici se numește legătură metalică. Acest tip de legătură este caracteristic substanțelor simple - metale.

Esența procesului de formare a legăturilor metalice este următoarea: atomii de metal renunță cu ușurință la electronii de valență și se transformă în ioni încărcați pozitiv. Electronii relativ liberi, desprinși de atom, se mișcă între ionii metalici pozitivi. Între ele ia naștere o legătură metalică, adică electronii, parcă, cimentează ionii pozitivi ai rețelei cristaline a metalelor.

Legătura de hidrogen.

O legătură care se formează între atomii de hidrogen ai unei molecule și un atom al unui element puternic electronegativ(O,N,F) o altă moleculă se numește legătură de hidrogen.

Poate apărea întrebarea: de ce hidrogenul formează o legătură chimică atât de specifică?

Acest lucru se explică prin faptul că raza atomică a hidrogenului este foarte mică. În plus, atunci când înlocuiește sau donează complet singurul său electron, hidrogenul capătă o sarcină pozitivă relativ mare, datorită căreia hidrogenul unei molecule interacționează cu atomii elementelor electronegative care au o sarcină negativă parțială care intră în compoziția altor molecule (HF). , H20, NH3).

Să ne uităm la câteva exemple. De obicei, reprezentăm compoziția apei cu formula chimică H 2 O. Cu toate acestea, acest lucru nu este complet exact. Ar fi mai corect să denotăm compoziția apei prin formula (H 2 O)n, unde n = 2,3,4 etc. Acest lucru se explică prin faptul că moleculele individuale de apă sunt conectate între ele prin legături de hidrogen. .

Legăturile de hidrogen sunt de obicei notate cu puncte. Este mult mai slab decât legăturile ionice sau covalente, dar mai puternic decât interacțiunile intermoleculare obișnuite.

Prezența legăturilor de hidrogen explică creșterea volumului apei odată cu scăderea temperaturii. Acest lucru se datorează faptului că, pe măsură ce temperatura scade, moleculele devin mai puternice și, prin urmare, densitatea „ambalajului” lor scade.

Când studiem chimia organică, a apărut următoarea întrebare: de ce punctele de fierbere ale alcoolilor sunt mult mai mari decât hidrocarburile corespunzătoare? Acest lucru se explică prin faptul că între moleculele de alcool se formează și legături de hidrogen.

O creștere a punctului de fierbere al alcoolilor are loc și datorită măririi moleculelor acestora.

Legăturile de hidrogen sunt, de asemenea, caracteristice multor alți compuși organici (fenoli, acizi carboxilici etc.). Din cursurile de chimie organică și biologie generală, știți că prezența unei legături de hidrogen explică structura secundară a proteinelor, structura dublei helix a ADN-ului, adică fenomenul de complementaritate.

Legatura chimica

Atomii unici nu există în natură. Toate se găsesc în compuși simpli și complecși, unde combinarea lor în molecule este asigurată de formarea de legături chimice între ele.

Formarea legăturilor chimice între atomi este un proces natural, spontan, deoarece aceasta are ca rezultat o scădere a energiei sistemului molecular, adică. energia unui sistem molecular este mai mică decât energia totală a atomilor izolați. Aceasta este forța motrice din spatele formării unei legături chimice.

Natura legăturilor chimice este electrostatică, deoarece Atomii sunt o colecție de particule încărcate între care acționează forțele de atracție și de repulsie, care intră în echilibru.

Formarea legăturilor implică electroni neperechi localizați în orbitalii atomici externi (sau perechile de electroni gata făcute) - electroni de valență. Ei spun că atunci când se formează legăturile, norii de electroni se suprapun, rezultând o regiune între nucleele atomilor în care probabilitatea de a găsi. electronii ambilor atomi este maxim.

s, p - elemente	d – elemente
Valențele sunt electroni ai nivelului exterior De exemplu, H +1) 1 e 1s 1 1 electron de valență O +8) 2 e) 6 e 1s 2 2s 2 2p 4 Nivelul extern nu a fost finalizat - 6 electroni de valență	Valențele sunt electronii nivelului exterior șid – electronii nivelului pre-extern De exemplu , Cr +24) 2e) 8e) 8e+ 5e )1e 6 electroni de valență (5e+1e)

Legatura chimica - aceasta este interacțiunea atomilor realizată prin schimbul de electroni.

Atunci când formează o legătură chimică, atomii tind să dobândească o înveliș exterioară stabilă de opt electroni (sau doi electroni - H, He), corespunzătoare structurii atomului celui mai apropiat gaz inert, adică. completează-ți nivelul exterior.

Clasificarea legăturilor chimice.

1. După mecanismul formării legăturilor chimice.

O) schimb , când ambii atomi care formează o legătură furnizează electroni nepereche pentru aceasta.

De exemplu, formarea moleculelor de hidrogen H 2 și clor Cl 2:

b) donator-acceptator , când unul dintre atomi oferă o pereche de electroni gata (donator) pentru a forma o legătură, iar al doilea atom oferă un orbital liber gol.

De exemplu, formarea ionului de amoniu (NH 4) + (particulă încărcată):

2. Prin metoda suprapunerii orbitalilor de electroni.

O) σ - comunicare (sigma), când suprapunerea maximă se află pe linia care leagă centrele atomilor.

De exemplu,

H 2 σ (s -s )

CI2 σ(p-p)

HClσ(s-p)

b) π - conexiuni (pi), dacă suprapunerea maximă nu se află pe linia care leagă centrele atomilor.

3. Conform metodei de realizare a unei învelișuri de electroni finalizate.

Fiecare atom se străduiește să-și completeze învelișul exterior de electroni și pot exista mai multe modalități de a obține această stare.

Semn de comparație	Covalent		ionic	Metal
	nepolar	polar
Cum se realizează un înveliș electronic complet?	Socializarea electronilor	Socializarea electronilor	Transfer complet de electroni, formare de ioni (particule încărcate).	Împărțirea electronilor de către toți atomii în cristale. grătar
Ce atomi sunt implicați?	mut - prost EO = EO	1) Nemeth-Nemeth 1 2) Meth–non-meth EO < ЭО	metanfetamina + [mut] - EO << EO	Nodurile conțin cationi și atomi de metal. Comunicarea este realizată de electronii care se deplasează liber în spațiul interstițial.
∆c = OE 1 – OE 2		< 1,7	> 1,7
Exemple	substanțe simple – nemetale.