Atomlar arasında oluşan kimyasal bağın türü belirlenir. Kimyasal bağ
Kimyasal bağ, türleri, özellikleri ile birlikte kimya adı verilen ilginç bir bilimin temel taşlarından biridir. Bu yazımızda kimyasal bağları tüm yönleriyle, bilimdeki önemini inceleyeceğiz, örnekler vereceğiz ve çok daha fazlasını yapacağız.
kimyasal bağ nedir
Kimyada kimyasal bağ, bir moleküldeki atomların karşılıklı olarak birbirine yapışması ve aralarında var olan çekim kuvvetinin bir sonucu olarak anlaşılır. Çeşitli bileşiklerin oluşumu kimyasal bağlar yoluyla gerçekleşir. kimyasal bileşikler, bu doğa Kimyasal bağ.
Kimyasal bağ türleri
Bir kimyasal bağın oluşum mekanizması, türüne veya türüne büyük ölçüde bağlıdır; genel olarak, aşağıdaki ana kimyasal bağ türleri farklılık gösterir:
- Kovalent kimyasal bağ (sırayla polar veya polar olmayan olabilir)
- İyonik bağ
- bağ
- Kimyasal bağ
benzer insanlar.
Buna gelince, web sitemizde ayrı bir makale ayrılmıştır ve bağlantıdan daha ayrıntılı olarak okuyabilirsiniz. Ayrıca, diğer tüm ana kimyasal bağ türlerini daha ayrıntılı olarak analiz edeceğiz.
iyonik kimyasal bağ
İyonik bir kimyasal bağın oluşumu, farklı yüklere sahip iki iyon elektriksel olarak birbirini çektiğinde meydana gelir. Genellikle bu tür kimyasal bağlara sahip iyonlar, maddenin bir atomundan oluşan basittir.
İyonik bir kimyasal bağın diyagramı.
Bir kimyasal bağın iyonik tipinin karakteristik bir özelliği, doygunluk olmamasıdır ve sonuç olarak en farklı miktar zıt yüklü iyonlar. İyonik kimyasal bağa bir örnek, "iyoniklik" seviyesinin neredeyse %97 olduğu sezyum florür bileşiği CsF'dir.
hidrojen kimyasal bağı
Gelişinden çok önce modern teori içindeki kimyasal bağlar modern biçim bilim adamları kimyagerler, metal olmayan hidrojen bileşiklerinin çeşitli şaşırtıcı özelliklere sahip olduğunu fark ettiler. Diyelim ki suyun kaynama noktası ve hidrojen florür ile birlikte olabileceğinden çok daha yüksek, işte hazır bir hidrojen kimyasal bağı örneği.
Resim, bir hidrojen kimyasal bağının oluşumunun bir diyagramını göstermektedir.
Hidrojen kimyasal bağının doğası ve özellikleri, hidrojen atomu H'nin başka bir kimyasal bağ oluşturma kabiliyetinden kaynaklanır, dolayısıyla bu bağın adıdır. Böyle bir bağın oluşmasının nedeni elektrostatik kuvvetlerin özellikleridir. Örneğin, bir hidrojen florür molekülündeki genel elektron bulutu, florine doğru o kadar kaydırılır ki, bu maddenin bir atomunun etrafındaki boşluk, negatif bir elektrik alanıyla doyurulur. Özellikle tek elektronundan yoksun olan hidrojen atomunun çevresinde her şey tam tersidir, elektronik alanı çok daha zayıftır ve sonuç olarak pozitif bir yüke sahiptir. Ve bildiğiniz gibi pozitif ve negatif yükler çekilir, bu kadar basit bir şekilde bir hidrojen bağı oluşur.
Metallerin kimyasal bağlanması
Hangi kimyasal bağ metaller için tipiktir? Bu maddelerin kendi kimyasal bağ türleri vardır - tüm metallerin atomları bir şekilde düzenlenmez, ancak belirli bir şekilde, düzenlenme sırasına kristal kafes denir. Farklı atomların elektronları, birbirleriyle zayıf bir şekilde etkileşime girerken ortak bir elektron bulutu oluşturur.
Metalik bir kimyasal bağ böyle görünüyor.
Herhangi bir metal, metalik bir kimyasal bağ örneği olarak kullanılabilir: sodyum, demir, çinko vb.
Kimyasal bağın türü nasıl belirlenir
Bağ, içerdiği maddelere bağlı olarak, bir metal ve bir ametal ise iyonik, iki metal varsa metalik, iki ametal ise kovalent bağdır.
Kimyasal bağların özellikleri
Farklı karşılaştırmak için kimyasal reaksiyonlar farklı kantitatif özellikler kullanılır, örneğin:
- uzunluk,
- enerji,
- polarite,
- bağlantıların sırası.
Onları daha ayrıntılı olarak analiz edelim.
Bağ uzunluğu, bir kimyasal bağ ile bağlanan atomların çekirdekleri arasındaki denge mesafesidir. Genellikle deneysel olarak ölçülür.
Kimyasal bir bağın enerjisi, 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 yoğunluklarını kendilerine doğru kaydırma veya konuşma yeteneği sade dil Battaniyeyi üzerinize çekmenize kimyada elektronegatiflik denir.
kristaller.
Dört tür kimyasal bağ vardır: iyonik, kovalent, metalik ve hidrojen.
İyonik Kimyasal bağ
iyonik kimyasal bağ - bu, katyonların anyonlara elektrostatik çekimi nedeniyle oluşan bir bağdır.
Bildiğiniz gibi, en kararlı olanı, soy gazların atomları gibi (veya ilk enerji seviyesi için 2) dış elektronik seviyede 8 elektronun olacağı böyle bir elektronik atom konfigürasyonudur. Kimyasal etkileşimlerde, atomlar tam da böyle kararlı bir elektronik konfigürasyon elde etme eğilimindedir ve bunu genellikle ya diğer atomlardan değerlik elektronlarının eklenmesinin bir sonucu olarak (indirgeme işlemi) veya değerlik elektronlarından vazgeçmenin bir sonucu olarak (yükseltgenme işlemi) başarır. . "Yabancı" elektronlar ekleyen atomlar, negatif iyonlara veya anyonlara dönüşür. Elektronlarını bağışlayan atomlar pozitif iyonlara veya katyonlara dönüşür. Anyonlar ve katyonlar arasında onları birbirine yakın tutacak ve böylece iyonik bir kimyasal bağ gerçekleştirecek elektrostatik çekim kuvvetlerinin ortaya çıktığı açıktır.
Katyonlar esas olarak metal atomları ve anyonlar - metal olmayan atomlar oluşturduğundan, bu tür bir bağın tipik metal bileşikleri (magnezyum ve berilyum hariç, I ve II gruplarının ana alt gruplarının elemanları) için tipik olduğu sonucuna varmak mantıklıdır. ) tipik metal olmayanlarla (ana alt grup VII grubunun elemanları). Klasik bir örnek, alkali metal halojenürlerin (florürler, klorürler, vb.) oluşumudur. Örneğin, sodyum klorürde bir iyonik bağ oluşumu şemasını düşünün:
Çekici güçlerle bağlanan zıt yüklü iki iyon, zıt yüklü iyonlarla etkileşime girme yeteneklerini kaybetmez, bunun sonucunda iyonik kristal kafesli bileşikler oluşur. İyonik bileşikler katı, güçlü, refrakter maddelerdir. Yüksek sıcaklık erime.
Çoğu iyonik bileşiğin çözeltileri ve eriyikleri elektrolitlerdir. Bu tür bağ, tipik metallerin hidroksitlerinin ve oksijen içeren asitlerin birçok tuzunun karakteristiğidir. Bununla birlikte, bir iyonik bağ oluştuğunda, ideal (tam) bir elektron geçişi gerçekleşmez. Bir iyonik bağ, kovalent bir polar bağın aşırı bir halidir.
İyonik bir bileşikte iyonlar, elektrik alanının küresel simetrisine sahip elektrik yükleri şeklinde sunulur; bu, yük merkezinden (iyon) herhangi bir yönde artan mesafeyle eşit olarak azalır. Bu nedenle, iyonların etkileşimi yöne bağlı değildir, yani iyonik bağ, kovalent bağın aksine yönsüz olacaktır.
Metal atomlarının olmadığı amonyum tuzlarında da iyonik bir bağ bulunur (rollerini amonyum katyonu oynar).
kovalent kimyasal bağ
kovalent bağ(Latince'den "ile" birlikte ve "vales" geçerlidir) her iki atoma ait bir elektron çifti tarafından gerçekleştirilir. Metal olmayan atomlar arasında oluşur.
Metal olmayanların elektronegatifliği oldukça büyüktür, bu nedenle iki metal olmayan atomun kimyasal etkileşimi sırasında elektronların birinden diğerine tam transferi (durumda olduğu gibi) imkansızdır. Bu durumda, elektron havuzlaması gerçekleştirmek için gereklidir.
Örnek olarak, hidrojen ve klor atomlarının etkileşimini tartışalım:
H 1s 1 - bir elektron
Cl 1s 2 2s 2 2 p6 3 s2 3 p5 - dış seviyede yedi elektron
Tam bir dış elektron kabuğuna sahip olmak için iki atomun her biri bir elektrondan yoksundur. Ve atomların her biri "ortak kullanım için" bir elektron tahsis eder. Böylece sekizli kuralı karşılanmış olur. Bunu temsil etmenin en iyi yolu Lewis formülleridir:
Kovalent bağ oluşumu
Paylaşılan elektronlar artık her iki atoma da aittir. Hidrojen atomunun iki elektronu vardır (kendi elektronu ve klor atomunun ortak elektronu) ve klor atomunun sekiz elektronu vardır (kendi artı hidrojen atomunun ortak elektronu). Bu iki ortak elektron, hidrojen ve klor atomları arasında bir kovalent bağ oluşturur. İki atomun bağ yapmasıyla oluşan parçacığa denir. molekül.
polar olmayan kovalent bağ
İki kişi arasında kovalent bağ oluşabilir. aynısı atomlar. Örneğin:
Bu şema, hidrojen ve klorun neden iki atomlu moleküller olarak var olduğunu açıklar. İki elektronun eşleşmesi ve sosyalleşmesi sayesinde her iki atom için de sekizli kuralını yerine getirmek mümkündür.
Tekli bağlara ek olarak, örneğin oksijen O2 veya nitrojen N2 moleküllerinde olduğu gibi ikili veya üçlü bir kovalent bağ oluşturulabilir. Azot atomlarının her birinin beş değerlik elektronu vardır, bu nedenle kabuğu tamamlamak için üç elektron daha gerekir. Bu, aşağıda gösterildiği gibi üç çift elektron paylaşılarak elde edilir:
Kovalent bileşikler genellikle gazlar, sıvılar veya nispeten düşük erime noktalı katılardır. Nadir istisnalardan biri, 3.500°C'nin üzerinde eriyen elmastır. Bunun nedeni, tek tek moleküllerin bir koleksiyonu değil, kovalent olarak bağlanmış karbon atomlarının sürekli bir kafesi olan elmasın yapısından kaynaklanmaktadır. Aslında, boyutu ne olursa olsun herhangi bir elmas kristali devasa bir moleküldür.
İki ametal atomun elektronları bir araya geldiğinde bir kovalent bağ oluşur. Ortaya çıkan yapıya molekül denir.
Polar kovalent bağ
Çoğu durumda, iki kovalent olarak bağlı atom Sahip olmak farklı elektronegatiflik ve paylaşılan elektronlar iki atoma eşit olarak ait değildir. Çoğu zaman bir atoma diğerinden daha yakındırlar. Örneğin, bir hidrojen klorür molekülünde, bir kovalent bağ oluşturan elektronlar, elektronegatifliği hidrojeninkinden daha yüksek olduğu için klor atomuna daha yakındır. Bununla birlikte, elektronları çekme yeteneğindeki fark, bir hidrojen atomundan bir klor atomuna tam bir elektron transferi olacak kadar büyük değildir. Bu nedenle, hidrojen ve klor atomları arasındaki bağ, bir iyonik bağ (tam elektron transferi) ile polar olmayan bir bağ arasında bir şey olarak düşünülebilir. kovalent bağ(iki atom arasındaki bir çift elektronun simetrik düzenlemesi). Atomlardaki kısmi yük, Yunanca δ harfi ile gösterilir. Böyle bir bağlantı denir Kutupsal kovalent bağı ve hidrojen klorür molekülünün polar olduğu söylenir, yani pozitif yüklü bir uca (hidrojen atomu) ve negatif yüklü bir uca (klor atomu) sahiptir.
Aşağıdaki tablo, ana bağ türlerini ve madde örneklerini listeler:
Kovalent bağ oluşumunun değişim ve verici-alıcı mekanizması
1) Değişim mekanizması. Her atom bir verir eşleşmemiş elektron ortak bir elektron çiftine dönüşür.
2) Verici-alıcı mekanizması. Bir atom (verici) bir elektron çifti sağlar ve başka bir atom (alıcı) bu çift için boş bir yörünge sağlar.
Şekil 1. Elementlerin yörünge yarıçapları (r a) ve bir elektronlu kimyasal bağın uzunluğu (d)
En basit tek elektronlu kimyasal bağ, tek bir değerlik elektronu tarafından oluşturulur. Bir elektronun iki pozitif yüklü iyonu tek bir bütün halinde tutabildiği ortaya çıktı. Tek elektronlu bir bağda, pozitif yüklü parçacıkların Coulomb itici kuvvetleri, bu parçacıkların negatif yüklü bir elektrona olan Coulomb çekim kuvvetleriyle dengelenir. Değerlik elektronu, molekülün iki çekirdeği için ortak hale gelir.
Bu tür kimyasal bileşiklerin örnekleri moleküler iyonlardır: H2+, Li2+, Na2+, K2+, Rb2+, Cs2+:
Heteronükleer iki atomlu moleküllerde polar bir kovalent bağ oluşur (Şekil 3). Bir polar kimyasal bağdaki bağ elektron çifti, daha yüksek birinci iyonlaşma potansiyeline sahip atoma yakındır.
Polar moleküllerin uzamsal yapısını karakterize eden, aralarındaki d mesafesi atom çekirdeği karşılık gelen atomların kovalent yarıçaplarının toplamı olarak yaklaşık olarak düşünülebilir.
Bazı polar maddelerin karakterizasyonuBağlayıcı elektron çiftinin polar molekülün çekirdeklerinden birine kayması, bir elektrik dipolünün (elektrodinamik) görünmesine yol açar (Şekil 4).
Pozitif ve negatif yüklerin ağırlık merkezleri arasındaki mesafeye dipolün uzunluğu denir. Molekülün polaritesi ve bağın polaritesi, dipol l uzunluğunun elektronik yükün değeri ile çarpımı olan dipol momenti μ değeri ile tahmin edilir:
Çoklu kovalent bağlar
Çoklu kovalent bağlar doymamış ile temsil edilir organik bileşikler ikili ve üçlü kimyasal bağlar içerir. Doymamış bileşiklerin doğasını açıklamak için L. Pauling, atomik orbitallerin hibridizasyonu olan sigma ve π bağları kavramlarını tanıtır.
Pauling'in iki S- ve iki p-elektronu için hibridizasyonu, kimyasal bağların yönlülüğünün, özellikle metanın dört yüzlü konfigürasyonunun açıklanmasına izin verdi. Etilenin yapısını açıklamak için, π-bağı adı verilen ek bir bağ oluşturmak için karbon atomunun dört eşdeğer Sp3 - elektronundan bir p-elektronunu izole etmek gerekir. Bu durumda, geriye kalan üç Sp2-hibrit orbitali düzlemde 120°'lik bir açıyla yer alır ve ana bağları, örneğin düz bir etilen molekülünü oluşturur (Şekil 5).
AT yeni teori Pauling'e göre, tüm bağlayıcı elektronlar, molekülün çekirdeklerini birleştiren çizgiden eşit ve eşit uzaklıkta hale geldi. Pauling'in bükülmüş bir kimyasal bağ teorisi, elektronların Coulomb elektron korelasyonu olan M. Born tarafından dalga fonksiyonunun istatistiksel yorumunu dikkate aldı. Fiziksel bir anlam ortaya çıktı - kimyasal bağın doğası tamamen çekirdeklerin ve elektronların elektriksel etkileşimi ile belirlenir. Ne kadar çok bağ elektronu varsa, çekirdekler arası mesafe o kadar küçük ve karbon atomları arasındaki kimyasal bağ o kadar güçlüdür.
Üç merkezli kimyasal bağ
Kimyasal bağla ilgili fikirlerin daha da geliştirilmesi, iki elektronlu üç merkezli bağlar teorisini ve biraz daha bor hidritlerin (borohidritler) yapısını tahmin etmeye izin veren bir topolojik teori geliştiren Amerikalı fiziksel kimyager W. Lipscomb tarafından verildi.
Üç merkezli bir kimyasal bağdaki bir elektron çifti, üç atom çekirdeğinde ortak hale gelir. Üç merkezli bir kimyasal bağın en basit temsilcisinde - moleküler hidrojen iyonu H3 +, bir elektron çifti üç protonu tek bir bütün halinde tutar (Şekil 6).
Şekil 7. Diboran
"Köprü" hidrojen atomları ile iki elektronlu üç merkezli bağları olan boranların varlığı, kanonik değerlik doktrinini ihlal etti. Daha önce standart bir tek değerlikli element olarak kabul edilen hidrojen atomunun, iki bor atomuyla özdeş bağlarla bağlandığı ortaya çıktı ve resmen iki değerlikli bir element haline geldi. W. Lipscomb'un boranların yapısını deşifre etme çalışması, kimyasal bağ anlayışını genişletti. Nobel Komitesi, 1976'da William Nunn Lipscomb Kimya Ödülü'nü "Boranların (borohidritler) yapısı üzerine kimyasal bağların sorunlarını aydınlatan araştırmaları için" ifadesiyle verdi.
Çok merkezli kimyasal bağ
Şekil 8. Ferrosen molekülü
Şekil 9. Dibenzenkrom
Şekil 10. Uranosen
Ferrosen molekülündeki on bağın (C-Fe) tümü eşdeğerdir, Fe-c çekirdekler arası mesafe 2,04 Å'dir. Bir ferrosen molekülündeki tüm karbon atomları yapısal ve kimyasal olarak eşdeğerdir, her birinin uzunluğu C-C bağlantıları 1,40 - 1,41 Å (karşılaştırma için benzende CC bağ uzunluğu 1,39 Å'dur). Demir atomunun etrafında 36 elektronlu bir kabuk belirir.
Kimyasal bağ dinamikleri
Kimyasal bağ oldukça dinamiktir. Böylece, metalin buharlaşması sırasında bir faz geçişi sırasında metalik bir bağ kovalent bir bağa dönüşür. Bir metalin katı halden buhar haline geçmesi büyük miktarda enerji harcanmasını gerektirir.
Buharlarda, bu metaller pratik olarak homonükleer iki atomlu moleküllerden ve serbest atomlardan oluşur. Metal buharı yoğunlaştığında, kovalent bağ metal bir bağa dönüşür.
Alkali metal florürler gibi tipik bir iyonik bağa sahip tuzların buharlaşması, iyonik bağın yok olmasına ve bir polar kovalent bağa sahip heteronükleer iki atomlu moleküllerin oluşumuna yol açar. Bu durumda, köprü bağları ile dimerik moleküllerin oluşumu gerçekleşir.
Alkali metal florürlerin ve bunların dimerlerinin moleküllerindeki kimyasal bağın karakterizasyonu.
Alkali metal florürlerin buharlarının yoğunlaşması sırasında, polar kovalent bağ, karşılık gelen tuzun kristal kafesinin oluşumu ile iyonik bir bağa dönüşür.
Bir kovalentin metalik bir bağa geçiş mekanizması
Şekil 11. Bir elektron çiftinin yörünge yarıçapı r e ile bir kovalent kimyasal bağın uzunluğu d arasındaki ilişki
Şekil 12. Alkali metal buharlarının yoğunlaşması sırasında iki atomlu moleküllerin dipollerinin yönelimi ve çarpık bir oktahedral küme parçasının oluşumu
Şekil 13. Alkali metal kristallerindeki çekirdeklerin vücut merkezli kübik düzenlemesi ve bir bağlantı
Disperse çekim (Londra kuvvetleri), atomlar arası etkileşime ve alkali metal atomlarından homonükleer iki atomlu moleküllerin oluşumuna neden olur.
Bir metal-metal kovalent bağının oluşumu, etkileşen atomların elektron kabuklarının deformasyonu ile ilişkilidir - değerlik elektronları, elektron yoğunluğu elde edilen molekülün atom çekirdeği arasındaki boşlukta yoğunlaşan bir bağlayıcı elektron çifti oluşturur. Alkali metallerin homonükleer iki atomlu moleküllerinin karakteristik bir özelliği, kovalent bağın uzun uzunluğu (hidrojen molekülündeki bağ uzunluğunun 3.6-5.8 katı) ve kopmasının düşük enerjisidir.
re ve d arasındaki belirtilen oran, moleküldeki elektrik yüklerinin eşit olmayan dağılımını belirler - molekülün orta kısmında, bağlayıcı elektron çiftinin negatif elektrik yükü konsantre edilir ve molekülün uçlarında - pozitif elektrik ücretleri iki atom çekirdeği
Elektrik yüklerinin eşit olmayan dağılımı, yönelim kuvvetleri (van der Waals kuvvetleri) nedeniyle moleküllerin etkileşimi için koşullar yaratır. Alkali metallerin molekülleri, çevrelerinde zıt elektrik yükleri görünecek şekilde kendilerini yönlendirme eğilimindedir. Sonuç olarak, çekici kuvvetler moleküller arasında hareket eder. İkincisinin varlığı nedeniyle, alkali metal molekülleri birbirine yaklaşır ve az ya da çok sıkı bir şekilde birbirine çekilir. Aynı zamanda, komşu moleküllerin daha yakın kutuplarının etkisi altında her birinin bir miktar deformasyonu meydana gelir (Şekil 12).
Aslında, orijinal iki atomlu molekülün bağlayıcı elektronları, alkali metal moleküllerinin pozitif yüklü dört atomik çekirdeğinin elektrik alanına düşer, atomun yörünge yarıçapından kopar ve serbest kalır.
Bu durumda, bağ elektron çifti altı katyonlu bir sistem için bile ortak hale gelir. Metalin kristal kafesinin inşası küme aşamasında başlar. Alkali metallerin kristal kafesinde, bağlantı halkasının yapısı, çarpık bir oblate oktahedron - yüksekliği ve tabanın kenarları sabit ötelemenin değerine eşit olan kare bir bipiramit - şekline sahip olarak açıkça ifade edilir. kafes bir w (Şek. 13).
Bir alkali metal kristalinin öteleme kafes sabiti aw'nin değeri, bir alkali metal molekülünün kovalent bağının uzunluğunu önemli ölçüde aşar, bu nedenle metaldeki elektronların serbest durumda olduğu genel olarak kabul edilir:
Bir metaldeki serbest elektronların özellikleriyle ilişkili matematiksel yapı, genellikle elektronların bulunduğu geometrik bir yer olarak düşünülmesi gereken "Fermi yüzeyi" ile tanımlanır ve metalin ana özelliğini elektrik akımı iletmek için sağlar.
Alkali metal buharlarının yoğuşma sürecini gazların, örneğin hidrojenin yoğuşma süreciyle karşılaştırırken, göze çarpan özellik metalin özelliklerinde. Bu nedenle, hidrojenin yoğunlaşması sırasında zayıf moleküller arası etkileşimler ortaya çıkarsa, o zaman metal buharlarının yoğunlaşması sırasında, kimyasal reaksiyonların karakteristik süreçleri meydana gelir. Metal buharının yoğunlaşması birkaç aşamada ilerler ve aşağıdaki süreçle açıklanabilir: serbest bir atom → kovalent bağa sahip iki atomlu bir molekül → bir metal küme → metal bir bağa sahip kompakt bir metal.
Alkali metal halojenür moleküllerinin etkileşimine dimerizasyonları eşlik eder. Bir dimerik molekül, bir elektrik dört kutuplu olarak kabul edilebilir (Şekil 15). Şu anda, alkali metal halojenür dimerlerinin temel özellikleri (kimyasal bağ uzunlukları ve bağ açıları) bilinmektedir.
Alkali metal halojenürlerin (E 2 X 2) (gaz fazı) dimerlerinde kimyasal bağ uzunluğu ve bağ açıları.
E 2 X 2 | X=F | X=CI | X=Br | x=ben | ||||
---|---|---|---|---|---|---|---|---|
d EF , Å | d ECl , Å | d EBr , Å | d El , Å | |||||
Li 2 X 2 | 1,75 | 105 | 2,23 | 108 | 2,35 | 110 | 2,54 | 116 |
Na 2 X 2 | 2,08 | 95 | 2,54 | 105 | 2,69 | 108 | 2,91 | 111 |
K2X2 | 2,35 | 88 | 2,86 | 98 | 3,02 | 101 | 3,26 | 104 |
CS 2 X 2 | 2,56 | 79 | 3,11 | 91 | 3,29 | 94 | 3,54 | 94 |
Yoğunlaşma sürecinde, yönelim kuvvetlerinin etkisi artar, moleküller arası etkileşime kümelerin oluşumu ve ardından bir katı eşlik eder. Alkali metal halojenürler, basit bir kübik ve vücut merkezli kübik kafes ile kristaller oluşturur.
Alkali metal halojenürler için kafes tipi ve öteleme kafes sabiti.
Kristalleşme sürecinde, bir alkali metal atomunun yörünge yarıçapından bir elektronun çıkarılmasına ve bir elektronun karşılık gelen iyonların oluşumu ile bir halojen atomuna aktarılmasına yol açan, atomlar arası mesafede daha fazla bir artış meydana gelir. İyonların kuvvet alanları uzayda her yöne eşit olarak dağılmıştır. Bu bağlamda, alkali metal kristallerinde, her bir iyonun kuvvet alanı hiçbir şekilde zıt işaretli bir iyonu koordine etmez, çünkü geleneksel olarak iyonik bağı (Na + Cl -) niteliksel olarak temsil etmek gelenekseldir.
İyonik bileşiklerin kristallerinde, Na + Cl - ve Cs + Cl - tipi basit iki iyonlu molekül kavramı anlamını kaybeder, çünkü alkali metal iyonu altı klorür iyonu (bir sodyum klorür kristalinde) ve sekiz ile ilişkilidir. klor iyonları (bir sezyum klorür kristalinde. Bu durumda, kristallerdeki tüm interiyonik mesafeler eşit uzaklıktadır.
notlar
- İnorganik kimya el kitabı. İnorganik maddelerin sabitleri. - M .: "Kimya", 1987. - S. 124. - 320 s.
- Lidin R.A., Andreeva L.L., Molochko V.A.İnorganik kimya el kitabı. İnorganik maddelerin sabitleri. - M .: "Kimya", 1987. - S. 132-136. - 320 sn.
- Gankin V.Yu., Gankin Yu.V. Kimyasal bağlar nasıl oluşur ve kimyasal reaksiyonlar nasıl ilerler. - M .: "Sınır" yayın grubu, 2007. - 320 s. - ISBN 978-5-94691296-9
- Nekrasov B.V. Genel kimya dersi. - M .: Goshimizdat, 1962. - S. 88. - 976 s.
- Pauling L. Kimyasal bağın doğası / Ya.K. Syrkin tarafından düzenlendi. - per. İngilizceden. ME Dyatkina. - M.-L.: Goshimizdat, 1947. - 440 s.
- Teorik organik kimya / ed. R.Kh.Freidlina. - per. İngilizceden. YuG Bundel. - M.: Ed. yabancı edebiyat, 1963. - 365 s.
- Lemenovsky D.A., Levitsky M.M. Russian Chemical Journal (D.I. Mendeleev'in adını taşıyan Rus Kimya Derneği Dergisi). - 2000. - T. XLIV, sayı 6. -S.63-86.
- Kimyasal Ansiklopedik Sözlük / Bl. ed. I.L.Knunyants. - M.: Sov. Ansiklopedi, 1983. - S. 607. - 792 s.
- Nekrasov B.V. Genel kimya dersi. - M .: Goshimizdat, 1962. - S. 679. - 976 s.
- Lidin R.A., Andreeva L.L., Molochko V.A.İnorganik kimya el kitabı. İnorganik maddelerin sabitleri. - M .: "Kimya", 1987. - S. 155-161. - 320 sn.
- Gillespie R. Moleküllerin geometrisi / başına. İngilizceden. E.Z. Zasorina ve V.S. Mastryukov, ed. YuA Pentina. - M .: "Mir", 1975. - S. 49. - 278 s.
- Bir kimyagerin el kitabı. - 2. baskı, gözden geçirilmiş. ve ek - L.-M.: GNTI Chemical Literature, 1962. - T. 1. - S. 402-513. - 1072 s.
- Lidin R.A., Andreeva L.L., Molochko V.A.İnorganik kimya el kitabı. İnorganik maddelerin sabitleri .. - M .: "Kimya", 1987. - S. 132-136. - 320 sn.
- Zieman J. Metallerdeki elektronlar (Fermi yüzeyleri teorisine giriş). Fizik bilimlerindeki gelişmeler .. - 1962. - T. 78, sayı 2. - 291 s.
Ayrıca bakınız
- Kimyasal bağ- Büyük Sovyet Ansiklopedisi'nden makale
- Kimyasal bağ- Chemport.ru
- Kimyasal bağ- Fiziksel Ansiklopedi
Kovalent kimyasal bağ, çeşitleri ve oluşum mekanizmaları. Bir kovalent bağın özellikleri (polarite ve bağ enerjisi). İyonik bağ. Metal bağlantı. hidrojen bağı
Kimyasal bağ doktrini, tüm teorik kimyanın temelidir.
Kimyasal bir bağ, onları moleküllere, iyonlara, radikallere, kristallere bağlayan atomların böyle bir etkileşimidir.
Dört tür kimyasal bağ vardır: iyonik, kovalent, metalik ve hidrojen.
Kimyasal bağların türlere bölünmesi şartlıdır, çünkü hepsi belirli bir birlik ile karakterize edilir.
Bir iyonik bağ, bir kovalent polar bağın sınırlayıcı durumu olarak düşünülebilir.
Metalik bir bağ, paylaşılan elektronların yardımıyla atomların kovalent etkileşimini ve bu elektronlar ile metal iyonları arasındaki elektrostatik çekimi birleştirir.
Maddelerde, genellikle kimyasal bağların (veya saf kimyasal bağların) sınırlayıcı durumları yoktur.
Örneğin, lityum florür $LiF$ bir iyonik bileşik olarak sınıflandırılır. Aslında içindeki bağ $%80$ iyonik ve $%20$ kovalenttir. Bu nedenle, bir kimyasal bağın polarite (iyoniklik) derecesinden bahsetmek açıkça daha doğrudur.
$HF—HCl—HBr—HI—HAt$ hidrojen halojenür serisinde bağ polaritesinin derecesi azalır, çünkü halojen ve hidrojen atomlarının elektronegatiflik değerlerindeki fark azalır ve astatik hidrojende bağ neredeyse apolar 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 arasındaki bağ iyoniktir;
- oksijen içeren asitlerin tuzlarında: metal olmayan atom ile asit kalıntısının oksijeni arasında - kovalent polar ve metal ile asit kalıntısı arasında - iyonik;
- amonyum, metilamonyum vb. tuzlarında: nitrojen ve hidrojen atomları arasında - kovalent polar ve amonyum veya metilamonyum iyonları ile bir 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 birbirinin içine geçebilir:
- kovalent bileşiklerin suyunda elektrolitik ayrışma sırasında, bir kovalent polar bağ iyonik olana geçer;
- metallerin buharlaşması sırasında, metalik bağ polar olmayan bir kovalent haline dönüşür, vb.
Her tür ve türde kimyasal bağın birliğinin nedeni, aynı kimyasal yapılarıdır - elektron-nükleer etkileşimi. Her durumda bir kimyasal bağın oluşumu, enerjinin serbest bırakılmasıyla birlikte atomların elektron-nükleer etkileşiminin sonucudur.
Kovalent bağ oluşturma yöntemleri. Kovalent bağın özellikleri: bağ uzunluğu ve enerjisi
Kovalent bir kimyasal bağ, ortak elektron çiftlerinin oluşumu nedeniyle atomlar arasında oluşan bir bağdır.
Böyle bir bağın oluşum mekanizması, değiş tokuş ve verici-alıcı olabilir.
BEN. değişim mekanizması atomlar eşleşmemiş elektronları birleştirerek ortak elektron çiftleri oluşturduğunda etki eder.
1) $H_2$ - hidrojen:
Bağ, hidrojen atomlarının $s$-elektronları (örtüşen $s$-orbitaller) tarafından ortak bir elektron çiftinin oluşumu nedeniyle ortaya çıkar:
2) $HCl$ - hidrojen klorür:
Bağ, $s-$ ve $p-$elektronlarından oluşan ortak bir elektron çiftinin ($s-p-$orbitalleri örtüşen) oluşumu nedeniyle ortaya çıkar:
3) $Cl_2$: bir klor molekülünde, eşlenmemiş $p-$elektronları (üst üste binen $p-p-$orbitalleri) nedeniyle bir kovalent bağ oluşur:
4) $N_2$: Bir nitrojen molekülündeki atomlar arasında üç ortak elektron çifti oluşur:
II. Verici-alıcı mekanizması$NH_4^+$ amonyum iyonu örneğini kullanarak bir kovalent bağ oluşumunu ele alalım.
Vericinin bir elektron çifti vardır, alıcının ise bu çiftin işgal edebileceği boş bir yörüngesi vardır. Amonyum iyonunda, hidrojen atomlu dört bağın tümü kovalenttir: üçü, nitrojen atomu tarafından ortak elektron çiftlerinin ve değişim mekanizması tarafından hidrojen atomlarının oluşturulması nedeniyle, biri - verici-alıcı mekanizma tarafından oluşturulmuştur.
Kovalent bağlar, elektron orbitallerinin üst üste binme şekline ve bağlı atomlardan birine doğru yer değiştirmelerine göre sınıflandırılabilir.
Elektron orbitallerinin bağ çizgisi boyunca üst üste binmesi sonucu oluşan kimyasal bağlara $σ$ denir. -bağlar (sigma-bağları). Sigma bağı çok güçlüdür.
$p-$orbitalleri, yanal örtüşme yoluyla bir kovalent bağ oluşturarak iki bölgede örtüşebilir:
Elektron orbitallerinin iletişim hattı dışında "yanal" örtüşmesi sonucu oluşan kimyasal bağlar, yani. iki bölgede $π$ olarak adlandırılır -bağlar (pi-bağları).
İle yanlılık derecesi bağladıkları atomlardan birine ortak elektron çiftleri, bir kovalent bağ olabilir kutup ve polar olmayan.
Aynı elektronegatifliğe sahip atomlar arasında oluşan kovalent kimyasal bağa ne ad verilir? polar olmayan. Elektron çiftleri hiçbir atoma kaydırılmaz, çünkü atomlar aynı ER'ye sahiptir - değerlik elektronlarını diğer atomlardan kendilerine çekme özelliği. Örneğin:
şunlar. kovalent polar olmayan bir bağ yoluyla, basit metal olmayan maddelerin molekülleri oluşur. Elektronegatiflikleri farklı olan elementlerin atomları arasındaki kovalent kimyasal bağa denir. kutupsal.
Bir kovalent bağın uzunluğu ve enerjisi.
karakteristik kovalent bağ özellikleri uzunluğu ve enerjisidir. Bağlantı uzunluğu atomların çekirdekleri arasındaki mesafedir. Bir kimyasal bağ, uzunluğu ne kadar kısaysa o kadar güçlüdür. Bununla birlikte, bağ kuvvetinin ölçüsü bağlanma enerjisi bağı kırmak için gereken enerji miktarı ile 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 ve bağlanma enerjileri $436, 242$ ve $946$ kJ/'dir. sırasıyla mol.
iyonlar. İyonik bağ
İki atomun "buluştuğunu" hayal edin: grup I'in bir metal atomu ve grup VII'nin metal olmayan bir atomu. Bir metal atomunun dış enerji seviyesinde tek bir elektron bulunurken, metal olmayan bir atomun dış seviyesini tamamlamak için sadece bir elektronu eksiktir.
Birinci atom, çekirdeğe uzak ve ona zayıf bir şekilde bağlı olan elektronunu kolaylıkla ikinciye verecek, ikincisi ise ona dış elektronik seviyesinde serbest bir yer verecektir.
Daha sonra negatif yüklerinden birinden yoksun olan bir atom, pozitif yüklü bir parçacık haline gelecek ve ikincisi, alınan elektron nedeniyle negatif yüklü bir parçacığa dönüşecektir. Bu tür parçacıklara denir iyonlar.
İyonlar arasında oluşan kimyasal bağa iyonik denir.
Örnek olarak iyi bilinen sodyum klorür bileşiğini (sofra tuzu) kullanarak bu bağın oluşumunu düşünün:
Atomların iyonlara dönüşme süreci şemada gösterilmiştir:
Atomların iyonlara böyle bir dönüşümü, her zaman tipik metallerin ve tipik metal olmayanların atomlarının etkileşimi sırasında meydana gelir.
Örneğin kalsiyum ve klor atomları arasında bir iyonik bağın oluşumunu kaydederken muhakeme algoritmasını (sırasını) düşünün:
Atom veya molekül sayısını gösteren sayılara ne ad verilir? katsayılar ve bir moleküldeki atom veya iyon sayısını gösteren sayılara denir. indeksler.
metal bağlantı
Metal elementlerin atomlarının birbirleriyle nasıl etkileşime girdiğini öğrenelim. Metaller genellikle izole atomlar şeklinde değil, bir parça, külçe veya metal ürün şeklinde bulunurlar. Metal atomlarını bir arada tutan nedir?
Dış seviyedeki çoğu metalin atomları az sayıda elektron içerir - $1, 2, 3$. Bu elektronlar kolayca ayrılır ve atomlar pozitif iyonlara dönüştürülür. Ayrılmış elektronlar bir iyondan diğerine hareket ederek onları tek bir bütün halinde bağlar. İyonlarla birleşerek, bu elektronlar geçici olarak atomları oluşturur, sonra tekrar kırılır ve başka bir iyonla birleşir ve bu böyle devam eder. Sonuç olarak, bir metalin hacminde atomlar sürekli olarak iyonlara dönüşür ve bunun tersi de geçerlidir.
Metallerde sosyalleşmiş elektronlar aracılığıyla iyonlar arasındaki bağa metalik denir.
Şekil, bir sodyum metal parçasının yapısını şematik olarak göstermektedir.
Bu durumda, az sayıda sosyalleşmiş elektron, çok sayıda iyon ve atomu bağlar.
Metalik bağ, dış elektronların paylaşımına dayandığından, kovalent bağa biraz benzerlik gösterir. Bununla birlikte, bir kovalent bağda, yalnızca iki komşu atomun dış eşleşmemiş elektronları sosyalleşirken, metalik bir bağda, tüm atomlar bu elektronların sosyalleşmesine katılır. Bu nedenle, kovalent bağlı kristaller kırılganken, metal bağlı kristaller genellikle plastiktir, elektriksel olarak iletkendir ve metalik bir parlaklığa sahiptir.
Metalik bağ, hem saf metallerin hem de çeşitli metallerin - katı ve sıvı haldeki alaşımların - karışımlarının karakteristiğidir.
hidrojen bağı
Bir molekülün (veya bir kısmının) pozitif polarize hidrojen atomları ile paylaşılmamış elektron çiftlerine ($F, O, N$ ve nadiren $S$ ve $Cl$) sahip güçlü elektronegatif elementlerin negatif polarize atomları arasındaki kimyasal bağ, diğer moleküle (veya parçalarına) hidrojen denir.
Hidrojen bağı oluşum mekanizması kısmen elektrostatik, kısmen verici-alıcıdır.
Moleküller arası hidrojen bağı örnekleri:
Böyle bir bağın varlığında, düşük moleküler ağırlıklı maddeler bile normal koşullar altında sıvı (alkol, su) veya kolayca sıvılaşan gazlar (amonyak, hidrojen florür) olabilir.
Hidrojen bağı olan maddeler moleküler kristal kafeslere sahiptir.
Moleküler ve moleküler olmayan yapıdaki maddeler. Kristal kafes türü. Maddelerin özelliklerinin bileşimlerine ve yapılarına bağımlılığı
Maddelerin moleküler ve moleküler olmayan yapısı
Kimyasal etkileşime giren tek tek atomlar veya moleküller değil, maddelerdir. Belirli koşullar altında bir madde üç kümelenme durumundan birinde olabilir: katı, sıvı veya gaz halinde. Bir maddenin özellikleri, onu oluşturan parçacıklar - moleküller, atomlar veya iyonlar - arasındaki kimyasal bağın doğasına da bağlıdır. Bağ tipine göre, moleküler ve moleküler olmayan yapıdaki maddeler ayırt edilir.
Moleküllerden oluşan maddelere denir moleküler maddeler. Bu tür maddelerdeki moleküller arasındaki bağlar çok zayıftır, bir molekül içindeki atomlar arasındakinden çok daha zayıftır ve zaten nispeten düşük sıcaklıklarda kırılırlar - madde bir sıvıya ve sonra bir gaza dönüşür (iyot süblimasyonu). Moleküllerden oluşan maddelerin erime ve kaynama noktaları artan molekül ağırlığı ile artar.
Moleküler maddeler, atomik yapıya sahip maddeleri ($C, Si, Li, Na, K, Cu, Fe, W$) içerir, bunların arasında metaller ve ametaller vardır.
Alkali metallerin fiziksel özelliklerini düşünün. Atomlar arasındaki nispeten düşük bağ kuvveti, düşük mekanik kuvvete neden olur: alkali metaller yumuşaktır ve bir bıçakla kolayca kesilebilir.
Büyük atom boyutları, düşük yoğunlukta alkali metallere yol açar: lityum, sodyum ve potasyum sudan bile daha hafiftir. Alkali metaller grubunda, elementin sıra sayısı arttıkça kaynama ve erime noktaları düşer, çünkü. atomların boyutu artar ve bağlar zayıflar.
maddelere moleküler olmayan yapılar iyonik bileşikler içerir. Metal olmayan metal bileşiklerinin çoğu 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 bir madde üç küme halinde bulunabilir: gaz, sıvı ve katı.
Katılar: amorf ve kristal.
Kimyasal bağların özelliklerinin katıların özelliklerini nasıl etkilediğini düşünün. Katılar ikiye ayrılır kristal ve amorf.
Amorf maddelerin net bir erime noktası yoktur - ısıtıldıklarında yavaş yavaş yumuşar ve sıvı hale gelirler. Şekilsiz durumda, örneğin hamuru ve çeşitli reçineler bulunur.
Kristal maddeler, oluştukları parçacıkların doğru düzenlenmesi ile karakterize edilir: atomlar, moleküller ve iyonlar - uzayda kesin olarak tanımlanmış noktalarda. Bu noktalar düz çizgilerle birleştirildiğinde, kristal kafes adı verilen uzamsal bir çerçeve oluşur. Kristal parçacıkların bulunduğu noktalara kafes düğümleri denir.
Kristal kafesin düğümlerinde bulunan parçacıkların tipine ve aralarındaki bağlantının doğasına 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 karmaşık $SO_4^(2−), OH^-$ iyonlarını bağlayabilen iyonik bağa sahip maddeler tarafından oluşturulurlar. Sonuç olarak, metallerin tuzları, bazı oksitleri ve hidroksitleri iyonik kristal kafeslere sahiptir. Örneğin, bir sodyum klorür kristali, birbirini izleyen $Na^+$ pozitif iyonlardan ve $Cl^-$ negatif iyonlardan oluşur ve küp şeklinde bir kafes oluşturur. Böyle bir kristalde iyonlar arasındaki bağlar çok kararlıdır. Bu nedenle, iyonik bir kafese sahip maddeler, nispeten yüksek sertlik ve mukavemet ile karakterize edilirler, refrakterdirler ve uçucu değildirler.
Atomik kristal kafesler.
nükleer düğümlerinde bireysel atomların bulunduğu kristal kafesler denir. Bu tür kafeslerde, atomlar çok güçlü kovalent bağlarla birbirine bağlanır. Bu tür kristal kafese sahip maddelerin bir örneği, karbonun allotropik modifikasyonlarından biri olan elmastır.
Atomik kristal kafesi olan çoğu maddenin erime noktası çok yüksektir (örneğin, elmas için 3500°C$'ın üzerindedir), güçlü ve serttirler, pratikte çözünmezler.
Moleküler kristal kafesler.
Moleküler düğümlerinde moleküllerin bulunduğu kristal kafesler denir. Bu moleküllerdeki kimyasal bağlar polar ($HCl, H_2O$) veya polar olmayan ($N_2, O_2$) olabilir. Moleküllerdeki atomların çok güçlü kovalent bağlarla bağlı olmalarına rağmen, moleküller arasında zayıf moleküller arası çekim kuvvetleri vardır. Bu nedenle, moleküler kristal kafeslere sahip maddeler düşük sertliğe, düşük erime noktalarına sahiptir ve uçucudur. Çoğu katı organik bileşik, moleküler kristal kafeslere (naftalin, glikoz, şeker) sahiptir.
Metalik kristal kafesler.
Metalik bağa sahip maddeler metalik kristal kafeslere sahiptir. Bu tür kafeslerin düğümlerinde atomlar ve iyonlar vardır (metal atomlarının kolayca dönüştüğü atomlar veya iyonlar, dış elektronlarını "ortak kullanım için" verir). Metallerin böyle bir iç yapısı, karakteristik fiziksel özelliklerini belirler: işlenebilirlik, plastisite, elektriksel ve termal iletkenlik ve karakteristik bir metalik parlaklık.