Particule ale unei legături covalente. Metoda legăturii de valență

După cum sa menționat deja, o pereche de electroni comună care realizează o legătură covalentă se poate forma datorită electronilor neperechi prezenți în atomii care interacționează neexcitați. Acest lucru se întâmplă, de exemplu, în timpul formării de molecule precum H2, HC1, Cl2. Aici fiecare dintre atomi are un electron nepereche; atunci când doi astfel de atomi interacționează, se creează o pereche de electroni comună - apare o legătură covalentă.

Există trei electroni nepereche într-un atom de azot neexcitat:

În consecință, datorită electronilor nepereche, atomul de azot poate participa la formarea a trei legături covalente. Acest lucru se întâmplă, de exemplu, în moleculele N2 sau NH3, în care covalența azotului este 3.

Cu toate acestea, numărul de legături covalente poate fi, de asemenea, mai mare decât numărul de electroni nepereche disponibili într-un atom neexcitat. Deci, în stare normală, stratul electronic exterior al unui atom de carbon are o structură care este reprezentată de diagramă:

Datorită electronilor nepereche disponibili, un atom de carbon poate forma două legături covalente. Între timp, carbonul este caracterizat de compuși în care fiecare dintre atomii săi este legat de atomii vecini prin patru legături covalente (de exemplu, CO 2 , CH 4 etc.). Acest lucru se dovedește a fi posibil datorită faptului că, odată cu cheltuirea unei anumite energie, unul dintre electronii 2x prezenți în atom poate fi transferat la subnivelul 2. R ca urmare, atomul trece într-o stare excitată, iar numărul de electroni nepereche crește. Un astfel de proces de excitare, însoțit de „aburirea” electronilor, poate fi reprezentat de următoarea schemă, în care starea excitată este marcată cu un asterisc la simbolul elementului:

Acum există patru electroni nepereche în stratul exterior de electroni al atomului de carbon; prin urmare, un atom de carbon excitat poate participa la formarea a patru legături covalente. În acest caz, o creștere a numărului de legături covalente create este însoțită de eliberarea de mai multă energie decât este cheltuită pentru transferul unui atom într-o stare excitată.

Dacă excitația unui atom, care duce la creșterea numărului de electroni nepereche, este asociată cu cheltuieli foarte mari de energie, atunci aceste cheltuieli nu sunt compensate de energia formării de noi legături; atunci un astfel de proces în ansamblu se dovedește a fi nefavorabil din punct de vedere energetic. Deci, atomii de oxigen și fluor nu au orbiti liberi în stratul exterior de electroni:

Aici, o creștere a numărului de electroni nepereche este posibilă numai prin transferul unuia dintre electroni la următorul nivel de energie, adică. intr-o stare 3s. Cu toate acestea, o astfel de tranziție este asociată cu o cheltuială foarte mare de energie, care nu este acoperită de energia eliberată atunci când apar noi legături. Prin urmare, datorită electronilor nepereche, un atom de oxigen nu poate forma mai mult de două legături covalente, iar un atom de fluor - doar unul. Într-adevăr, aceste elemente se caracterizează printr-o covalență constantă egală cu două pentru oxigen și una pentru fluor.

Atomii elementelor din perioada a treia și din perioada următoare au un „subnivel i în stratul exterior de electroni, la care, la excitare, pot trece. s-și electronii p ai stratului exterior. Prin urmare, aici apar posibilități suplimentare de creștere a numărului de electroni nepereche. Deci, un atom de clor, care are un electron nepereche într-o stare neexcitată

poate fi convertit în detrimentul unei anumite energii în stări excitate (SR), caracterizate prin trei, cinci sau șapte electroni nepereche:

Prin urmare, spre deosebire de atomul de fluor, atomul de clor poate participa la formarea nu numai a uneia, ci și a trei, cinci sau șapte legături covalente. Deci, în acidul cloric HClO 2, covalența clorului este de trei, în acidul cloric HClO 3 - cinci, iar în acidul percloric HClO 4 - șapte. În mod similar, un atom de sulf, care are și un nivel 3bCio neocupat, poate trece în stări excitate cu patru sau șase electroni nepereche și, prin urmare, poate participa la formarea nu numai a doi, ca în oxigen, ci și a patru sau șase legături covalente. Acest lucru poate explica existența compușilor în care sulful prezintă o covalență egală cu patru (SO2, SCl4) sau șase (SF6).

În multe cazuri, legăturile covalente apar și din cauza electronilor perechi prezenți în stratul exterior de electroni al atomului. Luați în considerare, de exemplu, structura electronică a unei molecule de amoniac:

Aici, punctele reprezintă electronii care au aparținut inițial atomului de azot, iar crucile - cei care au aparținut atomilor de hidrogen. Din cei opt electroni exteriori ai atomului de azot, șase formează trei legături covalente și sunt comuni atomului de azot și atomilor de hidrogen. Dar doi electroni aparțin doar azotului și formează pereche singuratică. O astfel de pereche de electroni poate participa și la formarea unei legături covalente cu un alt atom, dacă există un orbital liber în stratul exterior de electroni al acestui atom. Un ls-orbital gol este prezent, de exemplu, pentru ionul de hidrogen H +, care este în general lipsit de electroni:

Prin urmare, atunci când molecula de NH 3 interacționează cu un ion de hidrogen, între ele ia naștere o legătură covalentă; perechea singură de electroni a atomului de azot devine comună pentru doi atomi, în urma cărora se formează un ion amoniu NH4:

Aici, legătura covalentă a apărut datorită unei perechi de electroni care au aparținut inițial unui atom (donator perechea de electroni) și orbitalul liber al altui atom (acceptor pereche electronică). Această metodă de formare a unei legături covalente se numește donator-acceptator.În exemplul considerat, donorul perechii de electroni este atomul de azot, iar acceptorul este atomul de hidrogen.

Sa stabilit prin experiment că cele patru legături N-H din ionul de amoniu sunt echivalente în toate privințele. De aici rezultă că legătura formată prin metoda donor-acceptor nu diferă în proprietățile sale de legătura covalentă creată datorită electronilor neperechi ai atomilor care interacționează.

Un alt exemplu de moleculă în care există legături formate prin metoda donor-acceptor este molecula de oxid nitric (I) N 2 O.

Anterior, formula structurală a acestui compus a fost descrisă după cum urmează:

Conform acestei formule, atomul central de azot este legat de atomii vecini prin cinci legături covalente, astfel încât în ​​stratul său exterior de electroni există zece electroni (cinci perechi de electroni). Dar această concluzie contrazice structura electronică a atomului de azot, deoarece stratul său L exterior conține doar patru orbitali (unul 5- și trei p-orbitali) și nu poate găzdui mai mult de opt electroni. Prin urmare, formula structurală dată nu poate fi considerată corectă.

Să luăm în considerare structura electronică a oxidului de azot (I), iar electronii atomilor individuali vor fi notați alternativ prin puncte sau cruci. Atomul de oxigen, care are doi electroni nepereche, formează două legături covalente cu atomul de azot central:

Datorită electronului nepereche care rămâne la atomul de azot central, acesta din urmă formează o legătură covalentă cu al doilea atom de azot:

Astfel, straturile de electroni exterioare ale atomului de oxigen și ale atomului central de azot sunt umplute: aici se formează configurații stabile de opt electroni. Dar în stratul exterior de electroni al atomului de azot cel mai exterior există doar șase electroni; acest atom poate fi, prin urmare, un acceptor al încă o pereche de electroni. Atomul de azot central adiacent are o pereche de electroni singuratică și poate acționa ca un donor. Aceasta duce la formarea unei alte legături covalente între atomii de azot prin metoda donor-acceptor:

Acum, fiecare dintre cei trei atomi care alcătuiesc molecula de N 2 O are o structură stabilă de opt electroni a stratului exterior. Dacă legătura covalentă formată prin metoda donor-acceptor este desemnată, după cum este obișnuit, printr-o săgeată îndreptată de la atomul donor la atomul acceptor, atunci formula structurală a oxidului nitric (I) poate fi reprezentată după cum urmează:

Astfel, în oxidul nitric (I), covalența atomului central de azot este de patru, iar cea a celui extrem, de două.

Exemplele luate în considerare arată că atomii au o varietate de posibilități pentru formarea de legături covalente. Acesta din urmă poate fi creat atât datorită electronilor neperechi ai unui atom neexcitat, cât și datorită electronilor neperechi care apar ca urmare a excitației unui atom („dezîmperecherea” perechilor de electroni), cât și, în final, prin metoda donor-acceptor. Cu toate acestea, numărul total de legături covalente pe care le poate forma un anumit atom este limitat. Este determinată de numărul total de orbitali de valență, adică acei orbitali, a căror utilizare pentru formarea legăturilor covalente se dovedește a fi favorabilă din punct de vedere energetic. Calculul mecanic cuantic arată că astfel de orbitali includ S-și p-orbital al stratului de electroni exterior și d-orbital al stratului anterior; în unele cazuri, așa cum am văzut cu exemplele de atomi de clor și sulf, orbitalii bf ai stratului exterior pot fi folosiți și ca orbitali de valență.

Atomii tuturor elementelor din a doua perioadă au patru orbiti în stratul exterior de electroni, în absența orbitalilor d în stratul anterior. În consecință, orbitalii de valență ai acestor atomi nu pot găzdui mai mult de opt electroni. Aceasta înseamnă că covalența maximă a elementelor din a doua perioadă este de patru.

Atomii elementelor din perioada a treia și cele ulterioare pot fi utilizați pentru a forma legături covalente nu numai s-și R-, dar şi ^ -orbitali. Compuşi cunoscuţi ai ^ -elementelor în care este implicată formarea legăturilor covalente s-și R-orbitalii stratului exterior de electroni si ai tuturor celor cinci

Se numește capacitatea atomilor de a participa la formarea unui număr limitat de legături covalente saturare legătură covalentă.

• O legătură covalentă formată printr-o metodă donor-acceptor este uneori denumită pe scurt o legătură donor-acceptor. Cu toate acestea, acest termen nu trebuie înțeles ca un tip special de legătură, ci doar ca un anumit mod de a forma o legătură covalentă.

Este extrem de rar ca substanțele chimice să fie compuse din atomi separați, neînrudiți, de elemente chimice. Doar un număr mic de gaze numite gaze nobile au o astfel de structură în condiții normale: heliu, neon, argon, cripton, xenon și radon. De cele mai multe ori, substanțele chimice nu constau din atomi împrăștiați, ci din asocierile lor în diferite grupuri. Astfel de asociații de atomi pot număra mai multe unități, sute, mii sau chiar mai mulți atomi. Forța care menține acești atomi în compoziția unor astfel de grupări se numește legătură chimică.

Cu alte cuvinte, putem spune că o legătură chimică este o interacțiune care asigură o legătură între atomi individuali din structuri mai complexe (molecule, ioni, radicali, cristale etc.).

Motivul formării unei legături chimice este că energia structurilor mai complexe este mai mică decât energia totală a atomilor individuali care o formează.

Deci, în special, dacă o moleculă XY se formează în timpul interacțiunii atomilor X și Y, aceasta înseamnă că energia internă a moleculelor acestei substanțe este mai mică decât energia internă a atomilor individuali din care s-a format:

E (XY)< E(X) + E(Y)

Din acest motiv, atunci când se formează legături chimice între atomi individuali, se eliberează energie.

Formarea legăturilor chimice este însoțită de electronii stratului de electroni exterior cu cea mai mică energie de legare cu nucleul, numită valenţă... De exemplu, în bor, aceștia sunt electroni cu 2 niveluri de energie - 2 electroni pentru 2 s- orbitali și 1 cu 2 p-orbitali:

Când se formează o legătură chimică, fiecare atom caută să obțină o configurație electronică a atomilor de gaze nobile, adică. astfel încât să existe 8 electroni în stratul său exterior de electroni (2 pentru elementele primei perioade). Acest fenomen se numește regula octetului.

Realizarea configurației electronice a unui gaz nobil de către atomi este posibilă dacă inițial atomii unici fac parte din electronii lor de valență comuni altor atomi. În acest caz, se formează perechi de electroni comuni.

În funcție de gradul de socializare a electronilor, se pot distinge legături covalente, ionice și metalice.

Legătură covalentă

O legătură covalentă apare cel mai adesea între atomii elementelor nemetalice. Dacă atomii nemetalelor care formează o legătură covalentă aparțin unor elemente chimice diferite, o astfel de legătură se numește legătură polară covalentă. Motivul pentru acest nume constă în faptul că atomii diferitelor elemente au, de asemenea, o capacitate diferită de a atrage o pereche de electroni comună. Evident, acest lucru duce la o deplasare a perechii de electroni comune către unul dintre atomi, în urma căreia se formează o sarcină negativă parțială pe aceasta. La rândul său, pe celălalt atom se formează o sarcină pozitivă parțială. De exemplu, într-o moleculă de clorură de hidrogen, o pereche de electroni este deplasată de la un atom de hidrogen la un atom de clor:

Exemple de substanțe cu o legătură polară covalentă:

CCI4, H2S, CO2, NH3, SiO2 etc.

Între atomii nemetalelor aceluiași element chimic se formează o legătură covalentă nepolară. Deoarece atomii sunt identici, capacitatea lor de a extrage electronii împărtășiți este aceeași. În acest sens, nu se observă deplasarea perechii de electroni:

Mecanismul de mai sus pentru formarea unei legături covalente, când ambii atomi furnizează electroni pentru formarea perechilor de electroni comuni, se numește schimb.

Există și un mecanism donor-acceptator.

Când se formează o legătură covalentă prin mecanismul donor-acceptor, se formează o pereche de electroni comună datorită orbitalului plin al unui atom (cu doi electroni) și orbitalului gol al altui atom. Un atom care furnizează o pereche de electroni singură se numește donor, iar un atom cu un orbital liber este numit acceptor. Atomii cu electroni perechi acționează ca donatori de perechi de electroni, de exemplu, N, O, P, S.

De exemplu, conform mecanismului donor-acceptor, a patra legătură covalentă N-H se formează în cationul de amoniu NH4+:

Pe lângă polaritate, legăturile covalente se caracterizează și prin energie. Energia de legătură este energia minimă necesară pentru a rupe o legătură între atomi.

Energia de legare scade odată cu creșterea razelor atomilor legați. Deoarece, după cum știm, razele atomice cresc în jos de-a lungul subgrupurilor, se poate, de exemplu, concluziona că puterea legăturii halogen-hidrogen crește în serie:

SALUT< HBr < HCl < HF

De asemenea, energia legăturii depinde de multiplicitatea sa - cu cât este mai mare multiplicitatea legăturilor, cu atât este mai mare energia sa. Multiplicitatea legăturilor se referă la numărul de perechi de electroni comuni dintre doi atomi.

Legătură ionică

Legătura ionică poate fi considerată ca fiind cazul limitativ al legăturii polare covalente. Dacă într-o legătură covalent-polară perechea totală de electroni este parțial deplasată la unul dintre perechile de atomi, atunci în cea ionică este aproape complet „dată” unuia dintre atomi. Atomul care a donat electronul (e) capătă o sarcină pozitivă și devine cation, iar atomul, care a luat electronii din el, capătă o sarcină negativă și devine anion.

Astfel, o legătură ionică este o legătură formată din cauza atracției electrostatice a cationilor către anioni.

Formarea acestui tip de legătură este caracteristică interacțiunii atomilor de metale tipice și nemetale tipice.

De exemplu, fluorura de potasiu. Cationul de potasiu este obținut ca urmare a extragerii unui electron din atomul neutru, iar ionul de fluor se formează atunci când un electron este atașat la atomul de fluor:

Între ionii rezultați apare o forță de atracție electrostatică, în urma căreia se formează un compus ionic.

În timpul formării unei legături chimice, electronii din atomul de sodiu au trecut la atomul de clor și s-au format ioni încărcați opus, care au un nivel de energie extern complet.

S-a constatat că electronii nu sunt complet desprinși de atomul de metal, ci doar deplasați spre atomul de clor, ca într-o legătură covalentă.

Majoritatea compușilor binari care conțin atomi de metal sunt ionici. De exemplu, oxizi, halogenuri, sulfuri, nitruri.

O legătură ionică are loc și între cationi simpli și anioni simpli (F -, Cl -, S 2-), precum și între cationi simpli și anioni complecși (NO 3 -, SO 4 2-, PO 4 3-, OH -) . Prin urmare, sărurile și bazele (Na2SO4, Cu (NO3)2, (NH4)2SO4), Ca (OH)2, NaOH) se referă la compuși ionici.

Legătură metalică

Acest tip de legătură se formează în metale.

Atomii tuturor metalelor au electroni pe stratul exterior de electroni, care au o energie de legare scăzută cu nucleul atomic. Pentru majoritatea metalelor, procesul de pierdere a electronilor externi este favorabil energetic.

Datorită unei astfel de interacțiuni slabe cu nucleul, acești electroni din metale sunt foarte mobili și următorul proces are loc continuu în fiecare cristal de metal:

M 0 - ne - = M n +, unde M 0 este un atom de metal neutru, iar M n + este un cation al aceluiași metal. Figura de mai jos oferă o ilustrare a proceselor în curs.

Adică, electronii „poartă” de-a lungul cristalului metalic, desprinzându-se dintr-un atom de metal, formând din acesta un cation, unindu-se altui cation, formând un atom neutru. Acest fenomen a fost numit „vânt electronic”, iar setul de electroni liberi dintr-un cristal al unui atom nemetal a fost numit „gaz de electroni”. Acest tip de interacțiune între atomii de metal se numește legătură metalică.

Legătură de hidrogen

Dacă un atom de hidrogen din orice substanță este asociat cu un element cu electronegativitate ridicată (azot, oxigen sau fluor), o astfel de substanță este caracterizată de un astfel de fenomen precum o legătură de hidrogen.

Deoarece un atom de hidrogen este legat de un atom electronegativ, pe atomul de hidrogen se formează o sarcină pozitivă parțială și pe elementul electronegativ o sarcină negativă parțială. În acest sens, atracția electrostatică devine posibilă între atomul de hidrogen încărcat parțial pozitiv al unei molecule și atomul electronegativ al alteia. De exemplu, se observă o legătură de hidrogen pentru moleculele de apă:

Legătura de hidrogen este cea care explică punctul de topire anormal de ridicat al apei. Pe lângă apă, se formează și legături puternice de hidrogen în substanțe precum fluorura de hidrogen, amoniacul, acizii care conțin oxigen, fenolii, alcoolii și aminele.

Covalente, ionice și metalice sunt cele trei tipuri principale de legături chimice.

Să aflăm mai multe despre legătură chimică covalentă... Să luăm în considerare mecanismul apariției sale. Luați ca exemplu formarea unei molecule de hidrogen:

Un nor sferic simetric format dintr-un electron 1s înconjoară nucleul unui atom de hidrogen liber. Când atomii se apropie unul de celălalt la o anumită distanță, există o suprapunere parțială a orbitalilor lor (vezi Fig.), ca urmare, între centrele ambelor nuclee apare un nor molecular cu doi electroni, care are densitatea maximă de electroni în spațiul dintre nuclee. Odată cu creșterea densității sarcinii negative, există o creștere puternică a forțelor de atracție dintre norul molecular și nuclee.

Deci, vedem că o legătură covalentă se formează prin suprapunerea norilor de electroni de atomi, care este însoțită de eliberarea de energie. Dacă distanța dintre nucleele atomilor care s-au apropiat înainte de atingere este de 0,106 nm, atunci după suprapunerea norilor de electroni va fi de 0,074 nm. Cu cât suprapunerea orbitalilor electronilor este mai mare, cu atât este mai puternică legătura chimică.

Covalent numit legătură chimică prin perechi de electroni... Compușii cu o legătură covalentă se numesc homeopolar sau atomic.

Există două tipuri de legături covalente: polarși nepolar.

Cu nepolar legătură covalentă formată dintr-o pereche comună de electroni, norul de electroni este distribuit simetric față de nucleele ambilor atomi. Ca exemplu, pot acționa molecule diatomice, care constau dintr-un element: Cl 2, N 2, H 2, F 2, O 2 și altele, perechea de electroni în care aparține ambilor atomi în aceeași măsură.

Cu polar legătură covalentă, norul de electroni este deplasat către un atom cu o electronegativitate relativă mai mare. De exemplu, molecule de compuși anorganici volatili, cum ar fi H2S, HCI, H2O și alții.

Formarea unei molecule de HCI poate fi reprezentată după cum urmează:

pentru că electronegativitatea relativă a atomului de clor (2.83) este mai mare decât cea a atomului de hidrogen (2.1), perechea de electroni este deplasată la atomul de clor.

Pe lângă mecanismul de schimb pentru formarea unei legături covalente - din cauza suprapunerii, există și donator-acceptator mecanismul formării sale. Acesta este un mecanism în care formarea unei legături covalente are loc datorită norului de doi electroni al unui atom (donator) și orbitalului liber al altui atom (acceptor). Să luăm în considerare un exemplu de mecanism de formare a amoniului NH 4 +. În molecula de amoniac, atomul de azot are un nor cu doi electroni:

Ionul de hidrogen are un orbital 1s liber, să-l notăm ca.

În procesul de formare a unui ion de amoniu, un nor cu doi electroni de azot devine comun pentru atomii de azot și hidrogen, ceea ce înseamnă că este transformat într-un nor de electroni moleculari. Prin urmare, apare o a patra legătură covalentă. Vă puteți imagina procesul de formare a amoniului prin următoarea schemă:

Sarcina ionului de hidrogen este dispersată între toți atomii, iar norul cu doi electroni, care aparține azotului, devine comun cu hidrogenul.

Mai ai întrebări? Nu sunteți sigur cum să vă faceți temele?
Pentru a obține ajutor de la un tutor - înregistrați-vă.
Prima lecție este gratuită!

site, cu copierea integrală sau parțială a materialului, este necesară un link către sursă.

O legătură covalentă este o legătură care leagă cel mai adesea atomi de nemetale din molecule și cristale. Vorbim despre ce fel de legătură chimică este numită covalentă în acest articol.

Ce este o legătură chimică covalentă?

O legătură chimică covalentă este o legătură realizată prin formarea de perechi de electroni comuni (de legătură).

Dacă există o pereche de electroni comună între doi atomi, atunci o astfel de legătură se numește simplă (obișnuită), dacă doi - dublu, dacă trei - triplu.

Legătura este de obicei indicată printr-o linie orizontală între atomi. De exemplu, într-o moleculă de hidrogen există o singură legătură: H-H; în molecula de oxigen există o dublă legătură: O = O; în molecula de azot există o legătură triplă:

Orez. 1. Legătură triplă în molecula de azot.

Cu cât raportul de legătură este mai mare, cu atât molecula este mai puternică: prezența unei legături triple explică stabilitatea chimică ridicată a moleculelor de azot.

Formarea și tipurile de legături covalente

Există două mecanisme pentru formarea unei legături covalente: mecanismul de schimb și mecanismul donor-acceptor:

• mecanism de schimb... În mecanismul de schimb pentru formarea unei perechi de electroni comune, doi atomi de legătură furnizează fiecare câte un electron nepereche. Este exact ceea ce se întâmplă, de exemplu, când se formează o moleculă de hidrogen.

Orez. 2. Formarea unei molecule de hidrogen.

O pereche de electroni comună aparține fiecăruia dintre atomii conectați, adică învelișul lor de electroni este complet.

• mecanism donor-acceptor... În mecanismul donor-acceptor, o pereche de electroni comună este reprezentată de unul dintre atomii de legătură, cel mai electronegativ. Al doilea atom reprezintă un orbital liber pentru o pereche de electroni comună.

Orez. 3. Formarea unui ion de amoniu.

Așa se formează ionul de amoniu NH 4 +. Acest ion încărcat pozitiv (cation) se formează atunci când gazul de amoniac interacționează cu orice acid. Într-o soluție acidă, există cationi de hidrogen (protoni), care într-un mediu hidrogen formează cationul de hidroniu H 3 O +. Formula pentru amoniac NH 3: molecula constă dintr-un atom de azot și trei atomi de hidrogen legați prin legături covalente simple printr-un mecanism de schimb. Atomul de azot rămâne cu o singură pereche de electroni. Îl asigură ca unul comun, ca donor, ionului de hidrogen H +, care are orbital liber.

Legătura chimică covalentă din substanțele chimice poate fi polară și nepolară. O legătură nu are un moment dipol, adică polaritate, dacă doi atomi ai aceluiași element sunt legați și au aceeași valoare a electronegativității. Deci, într-o moleculă de hidrogen, legătura este nepolară.

În molecula de clorură de hidrogen HCl, atomii cu electronegativitate diferită sunt legați printr-o legătură simplă covalentă. Perechea totală de electroni este deplasată către clor, care are o afinitate electronică și electronegativitate mai mare. Apare un moment dipol, legătura devine polară. În acest caz, are loc o separare parțială a sarcinii: atomul de hidrogen devine capătul pozitiv al dipolului, iar atomul de clor devine negativ.

Orice legătură covalentă are următoarele caracteristici: energie, lungime, multiplicitate, polaritate, polarizabilitate, saturație, direcționalitate în spațiu

Ce am învățat?

O legătură chimică covalentă se formează prin suprapunerea unei perechi de nori de electroni de valență. Acest tip de legătură se poate forma prin mecanismul donor-acceptor, precum și prin mecanismul de schimb. Legătura covalentă este polară și nepolară și se caracterizează prin prezența lungimii, multiplicității, polarității, direcționalității în spațiu.

Testează după subiect

Evaluarea raportului

Rata medie: 4.2. Evaluări totale primite: 164.

În care unul dintre atomi a donat un electron și a devenit un cation, iar celălalt atom a luat un electron și a devenit anion.

Proprietățile caracteristice ale unei legături covalente - direcționalitate, saturație, polaritate, polarizabilitate - determină proprietățile chimice și fizice ale compușilor.

Direcționalitatea legăturii se datorează structurii moleculare a substanței și formei geometrice a moleculei acestora. Unghiurile dintre două legături se numesc unghiuri de legătură.

Saturația este capacitatea atomilor de a forma un număr limitat de legături covalente. Numărul de legături formate de un atom este limitat de numărul orbitalilor atomici exteriori.

Polaritatea legăturii se datorează distribuției inegale a densității electronilor din cauza diferenței de electronegativități ale atomilor. Conform acestei caracteristici, legăturile covalente sunt împărțite în nepolare și polare (nepolare - o moleculă diatomică este formată din atomi identici (H 2, Cl 2, N 2) și norii de electroni ai fiecărui atom sunt distribuiți simetric în raport cu acești atomi; polar - o moleculă diatomică este formată din atomi de diferite elemente chimice, iar norul de electroni comun este deplasat către unul dintre atomi, formând astfel o asimetrie în distribuția sarcinii electrice în moleculă, dând naștere momentului dipol. a moleculei).

Polarizabilitatea unei legături este exprimată în deplasarea electronilor de legătură sub influența unui câmp electric extern, inclusiv a unei alte particule care reacţionează. Polarizabilitatea este determinată de mobilitatea electronilor. Polaritatea și polarizabilitatea legăturilor covalente determină reactivitatea moleculelor în raport cu reactivii polari.

Cu toate acestea, de două ori laureatul Nobel L. Pauling a subliniat că „în unele molecule există legături covalente datorate unuia sau trei electroni în loc de o pereche comună”. Legătura chimică cu un electron se realizează în ionul de hidrogen molecular H 2 +.

Ionul de hidrogen molecular H 2 + conține doi protoni și un electron. Un singur electron din sistemul molecular compensează repulsia electrostatică a doi protoni și îi menține la o distanță de 1,06 Å (lungimea legăturii chimice H 2 +). Centrul densității electronice a norului de electroni al sistemului molecular este echidistant de ambii protoni cu raza Bohr α 0 = 0,53 A și este centrul de simetrie al ionului de hidrogen molecular H 2 +.

YouTube colegial

• 1 / 5

  O legătură covalentă este formată dintr-o pereche de electroni împărțiți între doi atomi, iar acești electroni trebuie să ocupe doi orbitali stabili, câte unul de la fiecare atom.

  A + B → A: B

  Ca rezultat al socializării, electronii formează un nivel de energie plin. O legătură se formează dacă energia lor totală la acest nivel este mai mică decât în ​​starea inițială (și diferența de energie nu va fi nimic mai mult decât energia de legătură).

  Conform teoriei orbitalilor moleculari, suprapunerea a doi orbitali atomici duce în cel mai simplu caz la formarea a doi orbitali moleculari (MO): care leagă MOși anti-legare (slăbire) MO... Electronii împărtășiți sunt localizați la MO de legătură, care are o energie mai mică.

  Formarea legăturilor la recombinarea atomilor

  Cu toate acestea, mecanismul interacțiunii interatomice a rămas necunoscut mult timp. Abia în 1930 F. London a introdus conceptul de atracție dispersivă - interacțiunea dintre dipolii instantanei și induși (induși). În prezent, forțele de atracție datorate interacțiunii dintre dipolii electrici fluctuanți ai atomilor și moleculelor se numesc „forțe Londra”.

  Energia unei astfel de interacțiuni este direct proporțională cu pătratul polarizabilității electronice α și este invers proporțională cu distanța dintre doi atomi sau molecule la a șasea putere.

  Formarea legăturii prin mecanism donor-acceptor

  Pe lângă mecanismul omogen de formare a legăturilor covalente descris în secțiunea anterioară, există un mecanism eterogen - interacțiunea ionilor cu încărcare opusă - protonul H + și ionul negativ de hidrogen H -, numit ion hidrură:

  H + + H - → H2

  Când ionii se apropie unul de celălalt, norul cu doi electroni (perechea de electroni) al ionului hidrură este atras de proton și în cele din urmă devine comun pentru ambele nuclee de hidrogen, adică se transformă într-o pereche de electroni de legătură. O particulă care furnizează o pereche de electroni se numește donor, iar o particulă care primește această pereche de electroni se numește acceptor. Acest mecanism de formare a unei legături covalente se numește donor-acceptor.

  H + + H2O → H3O+

  Protonul atacă perechea singură a moleculei de apă și formează un cation stabil care există în soluții apoase de acizi.

  Adăugarea unui proton la o moleculă de amoniac are loc în mod similar pentru a forma un cation complex de amoniu:

  NH3 + H+ → NH4+

  În acest fel (prin mecanismul donor-acceptor al formării legăturilor covalente) se obține o clasă mare de compuși de oniu, care include amoniu, oxoniu, fosfoniu, sulfoniu și alți compuși.

  O moleculă de hidrogen poate acționa ca un donor de pereche de electroni, care la contactul cu un proton duce la formarea unui ion de hidrogen molecular H 3 +:

  H2 + H+ → H3+

  Perechea de electroni de legătură a ionului hidrogen molecular H 3 + aparține simultan la trei protoni.

  Tipuri de legături covalente

  Există trei tipuri de legături chimice covalente, care diferă în mecanismul de formare:

  1. Legătură covalentă simplă... Pentru formarea sa, fiecare dintre atomi furnizează un electron nepereche. Când se formează o legătură covalentă simplă, sarcinile formale ale atomilor rămân neschimbate.

  • Dacă atomii care formează o legătură covalentă simplă sunt aceiași, atunci adevăratele sarcini ale atomilor din moleculă sunt, de asemenea, aceleași, deoarece atomii care formează legătura dețin în mod egal perechea de electroni partajată. Această conexiune se numește legătură covalentă nepolară... Substanțele simple au o astfel de legătură, de exemplu: 2, 2, 2. Dar nu numai nemetalele de același tip pot forma o legătură covalentă nepolară. Elementele nemetalice, a căror electronegativitate este de importanță egală, pot forma, de asemenea, o legătură nepolară covalentă, de exemplu, în molecula PH 3, legătura este nepolară covalentă, deoarece EO a hidrogenului este egal cu EO de fosfor.
  • Dacă atomii sunt diferiți, atunci gradul de proprietate al perechii de electroni partajate este determinat de diferența de electronegativități ale atomilor. Un atom cu mai multă electronegativitate atrage o pereche de electroni de legătură mai puternic, iar sarcina sa adevărată devine negativă. Un atom cu o electronegativitate mai mică capătă, în consecință, aceeași sarcină pozitivă. Dacă se formează o legătură între două nemetale diferite, atunci se numește o astfel de conexiune legătură polară covalentă.

  În molecula de etilenă C 2 H 4 există o legătură dublă CH 2 = CH 2, formula sa electronică: H: C :: C: H. Nucleele tuturor atomilor de etilenă sunt situate în același plan. Trei nori de electroni ai fiecărui atom de carbon formează trei legături covalente cu alți atomi din același plan (cu unghiuri între ei de aproximativ 120 °). Norul celui de-al patrulea electron de valență al atomului de carbon este situat deasupra și sub planul moleculei. Astfel de nori de electroni ai ambilor atomi de carbon, suprapunându-se parțial deasupra și sub planul moleculei, formează o a doua legătură între atomii de carbon. Prima legătură covalentă, mai puternică, între atomii de carbon se numește legătură σ; se numește a doua legătură covalentă, mai puțin puternică π (\ stil de afișare \ pi)- comunicarea.

  Într-o moleculă liniară de acetilenă

  N-S≡S-N (N: S ::: S: N)

  există legături σ între atomi de carbon și hidrogen, o legătură σ între doi atomi de carbon și doi π (\ stil de afișare \ pi)-legături între aceiași atomi de carbon. Două π (\ stil de afișare \ pi)-legaturile sunt situate deasupra sferei de actiune a legaturii σ in doua plane reciproc perpendiculare.

  Toți cei șase atomi de carbon ai moleculei de benzen ciclic C 6 H 6 se află în același plan. Legăturile Σ acţionează între atomii de carbon din planul inelului; aceleași legături există pentru fiecare atom de carbon cu atomi de hidrogen. Atomii de carbon cheltuiesc trei electroni pentru a face aceste legături. Norii electronilor de valență al patrulea ai atomilor de carbon, care au forma de opt, sunt situați perpendicular pe planul moleculei de benzen. Fiecare astfel de nor se suprapune în mod egal cu norii de electroni ai atomilor de carbon vecini. În molecula de benzen, nu trei separate π (\ stil de afișare \ pi)-conexiune, dar o singură π (\ displaystyle \ pi) dielectrici sau semiconductori. Exemple tipice de cristale atomice (atomi în care sunt legați prin legături covalente (atomice)) sunt