خانه » مواد تزئینی » نوع پیوند شیمیایی Caf2 و طرح تشکیل. پیوند شیمیایی. انواع پیوندهای شیمیایی پیوند یونی

نوع پیوند شیمیایی Caf2 و طرح تشکیل. پیوند شیمیایی. انواع پیوندهای شیمیایی پیوند یونی

پیوند شیمیایی.

تعریف پیوند شیمیایی;

انواع پیوندهای شیمیایی؛

روش باند ظرفیتی;

ویژگی های اساسی پیوندهای کووالانسی؛

مکانیسم های تشکیل پیوند کووالانسی؛

ترکیبات پیچیده؛

روش اوربیتال های مولکولی;

فعل و انفعالات بین مولکولی

تعریف پیوند شیمیایی

پیوند شیمیاییبرهمکنش بین اتم ها نامیده می شود که منجر به تشکیل مولکول ها یا یون ها و نگه داشتن قوی اتم ها در نزدیکی یکدیگر می شود.

پیوند شیمیایی ماهیت الکترونیکی دارد، یعنی به دلیل برهمکنش الکترون های ظرفیتی انجام می شود. بسته به توزیع الکترون های ظرفیتی در مولکول، انواع پیوندهای زیر متمایز می شوند: یونی، کووالانسی، فلزی و غیره.

انواع پیوندهای شیمیایی

پیوند یونی.

مقررات اساسی نظریه مدرنپیوند یونی.

یک پیوند یونی در اثر متقابل عناصری که از نظر خصوصیات به شدت با یکدیگر متفاوت هستند، یعنی بین فلزات و غیر فلزات، تشکیل می شود.

تشکیل یک پیوند شیمیایی با تمایل اتم ها برای دستیابی به یک پوسته بیرونی هشت الکترونی پایدار توضیح داده می شود (s 2 p 6).

Ca: 1s 2 2s 2 p 6 3s 2 p 6 4s 2

Ca 2+ : 1s 2 2s 2 p 6 3s 2 پ 6

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

Cl – : 1s 2 2s 2 p 6 3s 2 پ 6

یونهای با بار مخالف حاصل به دلیل جاذبه الکترواستاتیکی در نزدیکی یکدیگر نگه داشته می شوند.

پیوند یونی جهت دار نیست.

هیچ پیوند یونی خالص وجود ندارد. از آنجایی که انرژی یونیزاسیون انرژی بیشترمیل الکترونی، سپس انتقال کامل الکترون حتی در مورد یک جفت اتم با تفاوت بزرگالکترونگاتیوی بنابراین، می توان در مورد کسری از یونی بودن پیوند صحبت کرد. بیشترین یونیته پیوند در فلوریدها و کلریدهای عناصر s رخ می دهد. بنابراین در بلورهای RbCl، KCl، NaCl و NaF به ترتیب 99، 98، 90 و 97 درصد است.

پیوند کووالانسی.

مفاد اساسی نظریه مدرن پیوندهای کووالانسی.

پیوند کووالانسی بین عناصری با خواص مشابه، یعنی نافلزات تشکیل می شود.

هر عنصر 1 الکترون برای تشکیل پیوند فراهم می کند و اسپین های الکترون ها باید پاد موازی باشند.

اگر یک پیوند کووالانسی توسط اتم های همان عنصر تشکیل شود، این پیوند قطبی نیست، یعنی جفت الکترون مشترک به هیچ یک از اتم ها جابه جا نمی شود. اگر یک پیوند کووالانسی از دو تشکیل شود اتم های مختلف، سپس جفت الکترون مشترک به الکترونگاتیوترین اتم منتقل می شود، این است پیوند کووالانسی قطبی.

هنگامی که یک پیوند کووالانسی تشکیل می شود، ابرهای الکترونی اتم های برهم کنش با هم همپوشانی دارند، در نتیجه یک ناحیه با چگالی الکترونی افزایش یافته در فضای بین اتم ها ظاهر می شود که هسته های دارای بار مثبت اتم های برهم کنش را جذب می کند و آنها را نزدیک یکدیگر نگه می دارد. در نتیجه انرژی سیستم کاهش می یابد (شکل 14). با این حال، هنگامی که اتم ها بسیار نزدیک به هم هستند، دافعه هسته ها افزایش می یابد. بنابراین فاصله بهینه بین هسته ها وجود دارد ( طول پیوند,ل sv)، که در آن سیستم حداقل انرژی دارد. در این حالت انرژی آزاد می شود که به آن انرژی اتصال می گویند - E St.

برنج. 14. وابستگی انرژی سیستم های دو اتم هیدروژن با اسپین های موازی (1) و ضد موازی (2) به فاصله بین هسته ها (E انرژی سیستم، E انرژی اتصال، r فاصله بین هسته ها است. هسته ها، ل- طول ارتباط).

برای توصیف پیوندهای کووالانسی از دو روش استفاده می شود: روش پیوند ظرفیتی (VB) و روش مداری مولکولی (MMO).

روش اوراق قرضه ظرفیت.

روش BC بر اساس مقررات زیر است:

1. یک پیوند شیمیایی کووالانسی توسط دو الکترون با اسپین های مخالف ایجاد می شود و این جفت الکترون متعلق به دو اتم است. ترکیبی از چنین پیوندهای دو مرکزی دو الکترونی، که ساختار الکترونیکی مولکول را منعکس می کنند، نامیده می شوند. طرح های ظرفیت

2. هر چه پیوند کووالانسی قوی تر باشد، ابرهای الکترونی برهم کنش بیشتر همپوشانی دارند.

برای ترسیم بصری طرح های ظرفیت، معمولاً از روش زیر استفاده می شود: الکترون هایی که در قسمت بیرونی قرار دارند لایه الکترونیکیبا نقاط واقع در اطراف نماد شیمیایی اتم نشان داده می شود. الکترون های مشترک بین دو اتم با نقطه هایی که بین آنها قرار داده شده نشان داده می شوند. نمادهای شیمیایی; یک پیوند دو یا سه گانه به ترتیب با دو یا سه جفت نقطه مشترک نشان داده می شود:

N: 1s 2 2 ثانیه 2 پ 3 ;

ج: 1s 2 2 ثانیه 2 پ 4

از نمودارهای بالا مشخص است که هر جفت الکترون که دو اتم را به هم متصل می کند، مطابق با یک خط است که یک پیوند کووالانسی را در فرمول های ساختاری نشان می دهد:

به تعداد جفت‌های الکترون مشترکی که یک اتم از یک عنصر معین را با اتم‌های دیگر متصل می‌کنند، یا به عبارت دیگر، تعداد پیوندهای کووالانسی تشکیل‌شده توسط یک اتم، نامیده می‌شود. کووالانسیطبق روش BC بنابراین کووالانسی هیدروژن 1 و نیتروژن 3 است.

با توجه به روش همپوشانی ابرهای الکترونی، اتصالات بر دو نوع هستند:  - اتصال و  - اتصال.

 - پیوند زمانی اتفاق می افتد که دو ابر الکترونی در امتداد محور اتصال هسته اتم ها همپوشانی داشته باشند.

برنج. 15. طرح تشکیل  - اتصالات.

 - زمانی که ابرهای الکترونی در دو طرف خطی که هسته‌های اتم‌های برهم کنش را به هم متصل می‌کنند، همپوشانی دارند، پیوند ایجاد می‌شود.

برنج. 16. طرح شکل گیری  - اتصالات.

ویژگی های اساسی پیوند کووالانسی.

1. طول پیوند، ℓ. این حداقل فاصله بین هسته های اتم های متقابل است که با پایدارترین حالت سیستم مطابقت دارد.

2. انرژی پیوند، E min - این مقدار انرژی است که باید برای شکستن یک پیوند شیمیایی و حذف اتم‌های فراتر از حد برهمکنش صرف شود.

3. لحظه دوقطبی اتصال، ,=qℓ. گشتاور دوقطبی به عنوان یک اندازه گیری کمی برای قطبیت یک مولکول عمل می کند. برای مولکول های غیر قطبی لحظه دوقطبیبرابر 0 است، برای غیر قطبی برابر با 0 نیست. گشتاور دوقطبی یک مولکول چند اتمی برابر است با مجموع برداری دوقطبی پیوندهای منفرد:

4. پیوند کووالانسی با جهت مشخص می شود. جهت پیوند کووالانسی با نیاز به حداکثر همپوشانی در فضای ابرهای الکترونی اتم‌های متقابل تعیین می‌شود که منجر به تشکیل قوی‌ترین پیوندها می‌شود.

از آنجایی که این پیوندهای  به طور دقیق در فضا هستند، بسته به ترکیب مولکول، آنها می توانند در یک زاویه خاص نسبت به یکدیگر باشند - چنین زاویه ای ظرفیت نامیده می شود.

مولکول های دو اتمی ساختار خطی دارند. مولکول های چند اتمی بیشتر هستند پیکربندی پیچیده. اجازه دهید هندسه مولکول های مختلف را با استفاده از مثالی از تشکیل هیدریدها در نظر بگیریم.

1. گروه VI، زیر گروه اصلی (به جز اکسیژن)، H 2 S، H 2 Se، H 2 Te.

S1s 2 2s 2 r 6 3s 2 r 4

برای هیدروژن، یک الکترون با s-AO در تشکیل یک پیوند شرکت می کند، برای گوگرد - 3p y و 3p z. مولکول H 2 S دارد ساختار مسطحبا زاویه بین پیوندهای 90 0. .

شکل 17. ساختار مولکول H 2 E

2. هیدریدهای عناصر گروه V، زیر گروه اصلی: PH 3، AsH 3، SbH 3.

Р 1s 2 2s 2 р 6 3s 2 р 3 .

شرکت کننده در تشکیل پیوندها عبارتند از: برای هیدروژن s-AO، برای فسفر - p y، p x و p z AO.

مولکول PH 3 شکل یک هرم مثلثی دارد (در قاعده یک مثلث وجود دارد).

شکل 18. ساختار مولکول EN 3

5. اشباع پذیریپیوند کووالانسی تعداد پیوندهای کووالانسی است که یک اتم می تواند تشکیل دهد. محدود است زیرا یک عنصر دارای تعداد محدودی الکترون ظرفیتی است. حداکثر تعدادپیوندهای کووالانسی که یک اتم معین می تواند در حالت زمین یا برانگیخته تشکیل دهد، آن نامیده می شود کووالانسی

مثال: هیدروژن یک کووالانسی است، اکسیژن دو کووالانسی است، نیتروژن سه کووالانسی است و غیره.

برخی از اتم ها می توانند کووالانسی خود را در حالت برانگیخته با تفکیک الکترون های جفت شده افزایش دهند.

مثال. 0 1s 2 باشید 2 ثانیه 2

یک اتم بریلیم در حالت برانگیخته دارای یک الکترون ظرفیت در 2p-AO و یک الکترون در 2s-AO است، یعنی کووالانسی Be 0 = 0 و کووالانسی Be* = 2. در طول برهم کنش، هیبریداسیون اوربیتال ها رخ می دهد.

هیبریداسیون- این برابری انرژی AO های مختلف در نتیجه اختلاط قبل از برهمکنش شیمیایی است. هیبریداسیون یک تکنیک شرطی است که به فرد اجازه می دهد تا ساختار یک مولکول را با استفاده از ترکیبی از AOs پیش بینی کند. آن دسته از AOهایی که انرژی آنها نزدیک است می توانند در هیبریداسیون شرکت کنند.

هر نوع هیبریداسیون مربوط به شکل هندسی خاصی از مولکول ها است.

در مورد هیدریدهای عناصر گروه II زیرگروه اصلی، دو اوربیتال هیبرید sp-یکسان در تشکیل پیوند شرکت می کنند. این نوع اتصال sp-hybridization نامیده می شود.

شکل 19. مولکول BeH 2 .sp-Hybridization.

اوربیتال های sp-Hybrid دارای شکل نامتقارن هستند. بنابراین، مولکول BeH 2 ساختار خطی دارد (شکل).

اجازه دهید ساختار مولکول های هیدریدهای عناصر گروه III زیرگروه اصلی را با استفاده از مثالی از تشکیل مولکول BH 3 در نظر بگیریم.

B 0 1s 2 2 ثانیه 2 پ 1

کووالانسی B 0 = 1، کووالانسی B* = 3.

سه اوربیتال هیبریدی sp در تشکیل پیوندهایی شرکت می کنند که در نتیجه توزیع مجدد چگالی الکترونی s-AO و دو p-AO تشکیل می شوند. این نوع اتصال sp 2 - هیبریداسیون نامیده می شود. زاویه پیوند در sp 2 - هیبریداسیون برابر با 120 0 است، بنابراین مولکول BH 3 دارای ساختار مثلثی تخت است.

شکل 20. مولکول BH 3. sp 2 -هیبریداسیون.

با استفاده از مثال تشکیل مولکول CH 4، اجازه دهید ساختار مولکول های هیدریدهای عناصر گروه IV زیرگروه اصلی را در نظر بگیریم.

C 0 1s 2 2 ثانیه 2 پ 2

کووالانسی C0 = 2، کووالانسی C * = 4.

در کربن، چهار اوربیتال sp-hybrid، که در نتیجه توزیع مجدد چگالی الکترون بین s-AO و سه p-AO تشکیل شده‌اند، در تشکیل یک پیوند شیمیایی شرکت می‌کنند. شکل مولکول CH 4 یک چهار وجهی است، زاویه پیوند 109 درجه 28` است.

برنج. 21. مولکول CH 4 .sp 3 -هیبریداسیون.

استثنائات از قانون کلیمولکول های H 2 O و NH 3 هستند.

در یک مولکول آب، زاویه بین پیوندها 104.5 درجه است. برخلاف هیدریدهای سایر عناصر این گروه، آب دارای خواص ویژه ای است: قطبی و دیامغناطیس است. همه اینها با این واقعیت توضیح داده می شود که نوع پیوند در یک مولکول آب sp 3 است. یعنی چهارپایان در تشکیل یک پیوند شیمیایی نقش دارند - اوربیتال های ترکیبی. دو اوربیتال هر کدام حاوی یک الکترون هستند، این اوربیتال ها با هیدروژن برهم کنش دارند و دو اوربیتال دیگر حاوی یک جفت الکترون هستند. وجود این دو اوربیتال خواص منحصر به فرد آب را توضیح می دهد.

در مولکول آمونیاک، زاویه بین پیوندها تقریباً 107.3 o است، یعنی شکل مولکول آمونیاک چهار وجهی است، نوع پیوند sp 3 است. چهار اوربیتال هیبریدی sp 3 در تشکیل پیوند در یک مولکول نیتروژن شرکت می کنند. سه اوربیتال هر کدام حاوی یک الکترون هستند.

مکانیسم های تشکیل پیوند کووالانسی.

MBC به فرد اجازه می دهد تا سه مکانیسم تشکیل پیوند کووالانسی را تشخیص دهد: مبادله، گیرنده دهنده، و داده.

مکانیسم مبادله. این شامل مواردی از تشکیل یک پیوند شیمیایی است که هر یک از دو اتم پیوندی یک الکترون را برای اشتراک گذاری اختصاص می دهند، گویی در حال تبادل آنها هستند. برای اتصال هسته های دو اتم، الکترون ها باید در فضای بین هسته ها باشند. این ناحیه در مولکول، ناحیه اتصال (ناحیه ای که احتمال وجود یک جفت الکترون در مولکول وجود دارد) نامیده می شود. برای اینکه تبادل الکترون های جفت نشده بین اتم ها رخ دهد، اوربیتال های اتمی باید همپوشانی داشته باشند (شکل 10،11). این عمل مکانیسم تبادل برای تشکیل یک پیوند شیمیایی کووالانسی است. اوربیتال های اتمی تنها در صورتی می توانند همپوشانی داشته باشند که دارای ویژگی های تقارن یکسانی نسبت به محور بین هسته ای باشند (شکل 10، 11، 22).

برنج. 22. همپوشانی AO که منجر به تشکیل پیوند شیمیایی نمی شود.

مکانیسم های اهداکننده-پذیرنده و داده ای.

مکانیسم دهنده-گیرنده شامل انتقال یک جفت الکترون از یک اتم به یک اوربیتال اتمی خالی اتم دیگر است. به عنوان مثال، تشکیل یون - :

خالی p-AO در اتم بور در مولکول BF 3 یک جفت الکترون از یون فلوراید (دهنده) می پذیرد. در آنیون حاصل، چهار پیوند کووالانسی B-F از نظر طول و انرژی برابر هستند. در مولکول اصلی، هر سه پیوند B-F توسط مکانیسم تبادل تشکیل شدند.

اتم هایی که لایه بیرونی آنها فقط از الکترون های s یا p تشکیل شده است، می توانند دهنده یا گیرنده یک جفت الکترون باشند. اتم‌هایی که الکترون‌های ظرفیت آن‌ها بالای d-AO قرار دارند می‌توانند به‌طور همزمان هم به‌عنوان دهنده و هم گیرنده عمل کنند. برای تمایز بین این دو مکانیسم، مفاهیم مکانیسم دادی تشکیل پیوند معرفی شد.

ساده ترین مثال مکانیسم دادی، برهمکنش دو اتم کلر است.

دو اتم کلر در یک مولکول کلر یک پیوند کووالانسی را با مکانیزم تبادلی تشکیل می دهند و الکترون های 3p جفت نشده خود را با هم ترکیب می کنند. علاوه بر این، اتم Cl-1 یک جفت الکترون تنها 3р 5 - AO را به اتم Cl-2 به 3d-AO خالی منتقل می کند و اتم Cl-2 همان جفت الکترون را به 3d-AO خالی منتقل می کند. اتم Cl-1 هر اتم به طور همزمان وظایف گیرنده و دهنده را انجام می دهد. این مکانیسم داده ای است. عمل مکانیسم داده‌ای استحکام پیوند را افزایش می‌دهد، بنابراین مولکول کلر قوی‌تر از مولکول فلوئور است.

اتصالات پیچیده

طبق اصل مکانیسم اهداکننده-پذیرنده، یک کلاس عظیم از مجموعه ترکیبات شیمیایی- ترکیبات پیچیده

ترکیبات پیچیده ترکیباتی حاوی یون های پیچیده هستند که می توانند هم به صورت کریستالی و هم به صورت محلول وجود داشته باشند، از جمله یک یون مرکزی یا اتم مرتبط با یون های دارای بار منفی یا مولکول های خنثی. پیوندهای کووالانسی، توسط یک مکانیسم دهنده - پذیرنده تشکیل شده است.

ساختار ترکیبات پیچیده از نظر ورنر.

ترکیبات پیچیده از یک کره داخلی (یون پیچیده) و یک کره بیرونی تشکیل شده اند. ارتباط بین یون های کره داخلی از طریق مکانیسم دهنده-گیرنده اتفاق می افتد. گیرنده ها عوامل کمپلکس کننده نامیده می شوند. توانایی تشکیل کمپلکس با افزایش بار یون و کاهش اندازه آن افزایش می یابد.

اهداکنندگان جفت الکترون را لیگاند یا افزودنی می نامند. لیگاندها مولکول های خنثی یا یون های دارای بار منفی هستند. تعداد لیگاندها با تعداد هماهنگی عامل کمپلکس کننده تعیین می شود که معمولاً برابر با دو برابر ظرفیت یون کمپلکس است. لیگاندها می توانند تک دندانه یا چند دندانه باشند. چگالی یک لیگاند با تعداد مکان های هماهنگی که لیگاند در کره هماهنگی عامل کمپلکس کننده اشغال می کند تعیین می شود. به عنوان مثال، F - یک لیگاند تک دندانی است، S 2 O 3 2- یک لیگاند دو دندانه است. بار کره داخلی برابر است با جمع جبریبارهای یونهای تشکیل دهنده آن اگر کره درونی دارد بار منفی- این یک کمپلکس آنیونی است، اگر مثبت باشد - کاتیونی. کمپلکس های کاتیونی در روسی با نام یون کمپلکس کننده نامیده می شوند. در. ارتباط بین خارجی و حوزه های داخلی V اتصال پیچیده- یونی

مثال: K2 - تتراهیدروکسوزینکات پتاسیم، کمپلکس آنیونی.

2- - کره درونی

2K+ - کره بیرونی

Zn 2+ - عامل کمپلکس

OH - - لیگاندها

شماره هماهنگی – 4

ارتباط بین کره بیرونی و درونی یونی است:

K 2 = 2K + + 2- .

پیوند بین یون Zn 2+ و گروه های هیدروکسیل- کووالانسی که بر اساس مکانیسم دهنده-گیرنده تشکیل شده است: OH - - اهداکنندگان، Zn 2+ - پذیرنده.

Zn 0: … 3d 10 4s 2

Zn 2+ : … 3d 10 4s 0 p 0 d 0

انواع ترکیبات پیچیده:

1. ترکیبات آمونیاک لیگاندهای مولکول آمونیاک هستند.

Cl 2 - کلرید مس تترا آمین (II). ترکیبات آمونیاکی از اثر آمونیاک بر روی ترکیبات حاوی یک عامل کمپلکس کننده تولید می شوند.

2. ترکیبات هیدروکسو - OH - لیگاندها.

سدیم تترا هیدروکسی آلومینات سدیم. کمپلکس های هیدروکسو از اثر قلیایی اضافی بر روی هیدروکسیدهای فلزی به دست می آیند که خاصیت آمفوتریک دارند.

3. کمپلکس های آبی لیگاندهای مولکول های آب هستند.

Cl 3 - هگزا آکواکروم (III) کلرید. کمپلکس های آبی از واکنش نمک های بی آب با آب به دست می آیند.

4. کمپلکس های اسیدی - لیگاندهای آنیون های اسید - Cl - , F - , CN - , SO 3 2- , I – , NO 2 – , C 2 O 4 – و غیره.

K4 - هگزاسیانوفرات پتاسیم (II). تهیه شده از واکنش مقدار اضافی نمک حاوی لیگاند با نمک حاوی یک عامل کمپلکس کننده.

روش اوربیتال های مولکولی.

MBC شکل گیری و ساختار بسیاری از مولکول ها را به خوبی توضیح می دهد، اما این روش جهانی نیست. به عنوان مثال، روش پیوند ظرفیت توضیح رضایت بخشی برای وجود یون ارائه نمی دهد
اگرچه در پایان قرن نوزدهم وجود یک یون هیدروژن مولکولی نسبتاً قوی ایجاد شد.
: انرژی شکستن پیوند در اینجا 2.65 eV است. با این حال، هیچ جفت الکترونی نمی تواند در این مورد تشکیل شود، زیرا ترکیب یون است
فقط یک الکترون گنجانده شده است.

روش مداری مولکولی (MMO) به فرد اجازه می دهد تعدادی از تضادها را توضیح دهد که نمی توان با استفاده از روش پیوند ظرفیت توضیح داد.

مقررات اساسی MMO.

هنگامی که دو با هم تعامل دارند اوربیتال های اتمی، دو اوربیتال مولکولی تشکیل می شود. بر این اساس، هنگامی که اوربیتال های n اتمی برهم کنش می کنند، اوربیتال های مولکولی n تشکیل می شوند.

الکترون ها در یک مولکول به همان اندازهمتعلق به تمام هسته های مولکول است.

از دو اوربیتال مولکولی تشکیل شده، یکی از آنها انرژی کمتری نسبت به اوربیتال اصلی دارد. این اوربیتال مولکولی پیوند است، دیگری انرژی بالاتری نسبت به اصلی دارد، این اوربیتال مولکولی ضد پیوند.

MMO ها از نمودارهای انرژی استفاده می کنند که مقیاس پذیر نیستند.

هنگام پر کردن سطوح فرعی انرژی با الکترون، قوانین مشابه برای اوربیتال های اتمی استفاده می شود:

اصل حداقل انرژی، یعنی ابتدا سطوح فرعی با انرژی کمتر پر می شوند.

اصل پائولی: در هر زیرسطح انرژی نمی‌تواند بیش از دو الکترون با اسپین‌های ضد موازی وجود داشته باشد.

قانون هوند: پر شدن سطوح فرعی انرژی به گونه ای اتفاق می افتد که کل اسپین حداکثر باشد.

تعدد ارتباطات تعدد ارتباطاتدر MMO با فرمول تعیین می شود:

، هنگامی که K p = 0، هیچ پیوندی تشکیل نمی شود.

مثال ها.

1. آیا یک مولکول H2 وجود دارد؟

برنج. 23. طرح تشکیل مولکول هیدروژن H2.

نتیجه گیری: مولکول H2 وجود خواهد داشت، زیرا تعدد پیوند Kp> 0 است.

2. آیا مولکول He 2 می تواند وجود داشته باشد؟

برنج. 24. طرح تشکیل یک مولکول هلیوم He 2.

نتیجه گیری: مولکول He 2 وجود نخواهد داشت، زیرا تعدد پیوند Kp = 0 است.

3. آیا ذره H 2 + می تواند وجود داشته باشد؟

برنج. 25. طرح تشکیل ذره H 2 +.

ذره H 2 + می تواند وجود داشته باشد، زیرا تعدد پیوند Kp > 0 است.

4. آیا یک مولکول O2 وجود دارد؟

برنج. 26. طرح تشکیل مولکول O 2.

مولکول O 2 وجود دارد. از شکل 26 چنین بر می آید که مولکول اکسیژن دارای دو الکترون جفت نشده است. با توجه به این دو الکترون، مولکول اکسیژن پارامغناطیس است.

بنابراین، روش اوربیتال مولکولی توضیح می دهد خواص مغناطیسیمولکول ها.

برهمکنش بین مولکولی

تمام برهمکنش های بین مولکولی را می توان به دو گروه تقسیم کرد: جهانیو خاص. جهانی بدون استثنا در همه مولکول ها ظاهر می شود. این فعل و انفعالات اغلب نامیده می شوند اتصال یا نیروهای واندروالس. اگرچه این نیروها ضعیف هستند (انرژی از هشت کیلوژول بر مول تجاوز نمی کند)، اما دلیل انتقال بیشتر مواد از حالت گازی به حالت مایع، جذب گازها بر روی سطوح جامدات و سایر پدیده ها هستند. ماهیت این نیروها الکترواستاتیکی است.

نیروهای تعامل اصلی:

1). تعامل دوقطبی - دوقطبی (جهت گیری).بین مولکول های قطبی وجود دارد.

هرچه گشتاورهای دوقطبی بیشتر باشد، فاصله بین مولکول ها کمتر و هر چه دما کمتر باشد، برهمکنش جهتی بیشتر می شود. بنابراین، هر چه انرژی این فعل و انفعال بیشتر باشد، برای اینکه ماده بجوشد، باید دمای بالاتری را گرم کرد.

2). تعامل استقراییدر صورت تماس بین مولکول های قطبی و غیرقطبی در یک ماده رخ می دهد. یک دوقطبی در یک مولکول غیر قطبی در نتیجه برهمکنش با یک مولکول قطبی القا می شود.

Cl  + - Cl  - … Al  + Cl  - 3

انرژی این برهمکنش با افزایش قطبش پذیری مولکولی افزایش می یابد، یعنی توانایی مولکول ها برای تشکیل دوقطبی تحت تأثیر میدان الکتریکی. انرژی برهمکنش استقرایی به طور قابل توجهی است انرژی کمتربرهمکنش دوقطبی-دوقطبی

3). تعامل پراکندگی- این برهمکنش مولکول های غیر قطبی به دلیل دوقطبی های آنی است که به دلیل نوسانات چگالی الکترون در اتم ها به وجود می آیند.

در یک سری از مواد از یک نوع، برهمکنش پراکندگی با افزایش اندازه اتم‌های سازنده مولکول‌های این مواد افزایش می‌یابد.

4) نیروهای دافعهدر اثر برهمکنش ابرهای الکترونی مولکول ها ایجاد می شوند و با نزدیک شدن بیشتر ظاهر می شوند.

فعل و انفعالات بین مولکولی خاص شامل همه انواع برهمکنش های ماهیت دهنده-پذیرنده است، یعنی با انتقال الکترون ها از یک مولکول به مولکول دیگر مرتبط است. پیوند بین مولکولی تشکیل شده در این مورد دارای تمام ویژگی های یک پیوند کووالانسی است: اشباع و جهت.

پیوند شیمیایی که توسط هیدروژن پلاریزه مثبت موجود در گروه قطبییا مولکول و اتم الکترونگاتیو مولکول دیگر یا همان پیوند هیدروژنی نامیده می شود. به عنوان مثال، مولکول های آب را می توان به صورت زیر نشان داد:

خطوط جامد پیوندهای قطبی کووالانسی در داخل مولکول های آب بین اتم های هیدروژن و اکسیژن هستند. دلیل تشکیل پیوندهای هیدروژنی این است که اتم‌های هیدروژن عملاً فاقد پوسته الکترونی هستند: تنها الکترون‌های آن‌ها به اتم‌های اکسیژن مولکول‌هایشان جابه‌جا می‌شوند. این اجازه می دهد تا پروتون ها، بر خلاف کاتیون های دیگر، به هسته اتم های اکسیژن مولکول های همسایه بدون تجربه دافعه از لایه های الکترونی اتم های اکسیژن نزدیک شوند.

یک پیوند هیدروژنی با انرژی پیوند 10 تا 40 کیلوژول بر مول مشخص می شود. با این حال، این انرژی برای ایجاد کافی است ارتباط مولکول هاآن ها ترکیب آنها به دایمرها یا پلیمرها می رسد که در برخی موارد نه تنها در حالت مایع ماده وجود دارد، بلکه در هنگام تبدیل آن به بخار نیز حفظ می شود.

به عنوان مثال، هیدروژن فلوراید در فاز گاز به شکل یک دایمر وجود دارد.

در سختی مولکول های آلیهم پیوندهای هیدروژنی بین مولکولی و هم پیوندهای هیدروژنی درون مولکولی وجود دارد.

مولکول های دارای پیوند هیدروژنی درون مولکولی نمی توانند پیوند هیدروژنی بین مولکولی تشکیل دهند. بنابراین، موادی با چنین پیوندهایی پیوندی تشکیل نمی‌دهند، فرارتر هستند و نسبت به ایزومرهایشان که قادر به تشکیل پیوندهای هیدروژنی بین مولکولی هستند، ویسکوزیته، نقطه ذوب و جوش کمتری دارند.

پیوند شیمیایی

تمام فعل و انفعالاتی که منجر به ترکیب ذرات شیمیایی (اتم ها، مولکول ها، یون ها و غیره) به مواد می شود، به پیوندهای شیمیایی و پیوندهای بین مولکولی (برهم کنش های بین مولکولی) تقسیم می شوند.

پیوندهای شیمیایی- پیوند مستقیم بین اتم ها. پیوندهای یونی، کووالانسی و فلزی وجود دارد.

پیوندهای بین مولکولی- اتصالات بین مولکول ها اینها پیوندهای هیدروژنی، پیوندهای یون-دوقطبی (به دلیل تشکیل این پیوند، به عنوان مثال، تشکیل پوسته هیدراتاسیون یون ها رخ می دهد)، دوقطبی-دو قطبی (به دلیل تشکیل این پیوند، مولکول های مواد قطبی با هم ترکیب می شوند. به عنوان مثال در استون مایع) و غیره.

پیوند یونی- یک پیوند شیمیایی که به دلیل جاذبه الکترواستاتیکی یون های دارای بار مخالف ایجاد می شود. که در ترکیبات دوتایی(ترکیبات دو عنصر)، در صورتی تشکیل می شود که اندازه اتم های پیوند خورده بسیار متفاوت از یکدیگر باشد: برخی از اتم ها بزرگ هستند، برخی دیگر کوچک هستند - یعنی برخی از اتم ها به راحتی الکترون ها را رها می کنند، در حالی که برخی دیگر تمایل به پذیرش دارند. آنها (معمولاً اینها اتمهای عناصر تشکیل دهنده هستند فلزات معمولیو اتم های عناصر تشکیل دهنده نافلزات معمولی). الکترونگاتیوی چنین اتمی نیز بسیار متفاوت است.
پیوند یونی غیر جهت دار و غیر اشباع است.

پیوند کووالانسی- یک پیوند شیمیایی که به دلیل تشکیل یک جفت الکترون مشترک ایجاد می شود. یک پیوند کووالانسی بین اتم های کوچک با شعاع یکسان یا مشابه تشکیل می شود. پيش نياز- وجود الکترون های جفت نشده در هر دو اتم پیوندی (مکانیسم تبادل) یا یک جفت تنها در یک اتم و یک اوربیتال آزاد در اتم دیگر (مکانیسم دهنده-گیرنده):

آ)	H· + ·H H:H	H-H	H 2	(یک جفت الکترون مشترک؛ H تک ظرفیتی است).
ب)		NN	N 2	(سه جفت الکترون مشترک؛ N سه ظرفیتی است).
V)		H-F	HF	(یک جفت الکترون مشترک؛ H و F تک ظرفیتی هستند).
ز)			NH4+	(چهار زوج های مشترکالکترون ها N چهار ظرفیتی است)

ساده (تک)- یک جفت الکترون،
دو برابر- دو جفت الکترون،
سه برابر می شود- سه جفت الکترون

پیوندهای دوگانه و سه گانه را پیوندهای چندگانه می گویند.

با توجه به توزیع چگالی الکترون بین اتم های پیوند، یک پیوند کووالانسی به تقسیم می شود غیر قطبیو قطبی. یک پیوند غیر قطبی بین آنها تشکیل می شود اتم های یکسان، قطبی - بین مختلف.

الکترونگاتیوی- اندازه گیری توانایی یک اتم در یک ماده برای جذب جفت الکترون های مشترک.
جفت های الکترونی پیوندهای قطبی به سمت عناصر الکترونگاتیو بیشتر جابه جا می شوند. به خود جابجایی جفت های الکترون، قطبش پیوند می گویند. بارهای جزئی (اضافی) تشکیل شده در هنگام پلاریزاسیون + و - تعیین می شوند، به عنوان مثال: .

بر اساس ماهیت همپوشانی ابرهای الکترونی ("اوربیتال")، یک پیوند کووالانسی به پیوند - و - پیوند تقسیم می شود.
- یک پیوند به دلیل همپوشانی مستقیم ابرهای الکترونی (در امتداد خط مستقیم که هسته های اتم را به هم متصل می کند) تشکیل می شود، - یک پیوند به دلیل همپوشانی جانبی (در دو طرف صفحه ای که هسته های اتم در آن قرار دارند) تشکیل می شود.

یک پیوند کووالانسی جهت دار و اشباع پذیر و همچنین قابل قطبش است.
مدل هیبریداسیون برای توضیح و پیش بینی جهت متقابل پیوندهای کووالانسی استفاده می شود.

هیبریداسیون اوربیتال های اتمی و ابرهای الکترونی- هم ترازی فرضی اوربیتال های اتمی در انرژی، و شکل ابرهای الکترونی زمانی که یک اتم پیوندهای کووالانسی تشکیل می دهد.
سه نوع رایج هیبریداسیون عبارتند از: sp-, sp 2 و sp 3-هیبریداسیون مثلا:
spهیبریداسیون - در مولکول های C 2 H 2 ، BeH 2 ، CO 2 (ساختار خطی).
sp 2-هیبریداسیون - در مولکول های C 2 H 4، C 6 H 6، BF 3 (شکل مثلثی تخت)؛
sp 3-هیبریداسیون - در مولکول های CCl 4، SiH 4، CH 4 (شکل چهار وجهی). NH 3 (شکل هرمی)؛ H 2 O (شکل زاویه ای).

اتصال فلزی- یک پیوند شیمیایی که از اشتراک الکترون‌های ظرفیت همه اتم‌های یک کریستال فلزی ایجاد می‌شود. در نتیجه یک ابر الکترونی از کریستال تشکیل می شود که به راحتی تحت تأثیر آن حرکت می کند ولتاژ الکتریکی- از این رو رسانایی الکتریکی بالای فلزات.
پیوند فلزی زمانی تشکیل می‌شود که اتم‌هایی که به هم متصل می‌شوند بزرگ باشند و بنابراین تمایل به ترک الکترون دارند. مواد ساده با پیوند فلزی - فلزات (Na، Ba، Al، Cu، Au و غیره)، مواد پیچیده- ترکیبات بین فلزی (AlCr 2، Ca 2 Cu، Cu 5 Zn 8، و غیره).
پیوند فلزی جهت یا اشباع ندارد. همچنین در مذاب های فلزی حفظ می شود.

پیوند هیدروژنی- یک پیوند بین مولکولی که به دلیل پذیرش جزئی یک جفت الکترون از یک اتم بسیار الکترونگاتیو توسط یک اتم هیدروژن با بار جزئی مثبت زیاد تشکیل شده است. این در مواردی تشکیل می شود که یک مولکول حاوی یک اتم با یک جفت الکترون تنها و الکترونگاتیوی بالا (F, O, N) است و دیگری حاوی یک اتم هیدروژن است که توسط یک پیوند بسیار قطبی به یکی از این اتم ها متصل شده است. نمونه هایی از پیوندهای هیدروژنی بین مولکولی:

H—O—H OH 2، H—O—H NH 3، H—O—H F—H، H—F H—F.

پیوندهای هیدروژنی درون مولکولی در مولکول های پلی پپتیدی وجود دارد، اسیدهای نوکلئیک، پروتئین ها و غیره

معیار قدرت هر پیوند، انرژی پیوند است.
انرژی ارتباطی- انرژی لازم برای شکستن یک پیوند شیمیایی معین در 1 مول از یک ماده. واحد اندازه گیری 1 کیلوژول بر مول است.

انرژی پیوندهای یونی و کووالانسی از یک ردیف است، انرژی پیوندهای هیدروژنی یک مرتبه قدر کمتر است.

انرژی یک پیوند کووالانسی به اندازه اتم های پیوند (طول پیوند) و به تعدد پیوند بستگی دارد. هرچه اتم ها کوچکتر و تعدد پیوند بیشتر باشد، انرژی آن بیشتر می شود.

انرژی پیوند یونی به اندازه یونها و بارهای آنها بستگی دارد. هر چه یون ها کوچکتر و بار آنها بیشتر باشد، انرژی اتصال بیشتر است.

ساختار ماده

با توجه به نوع ساختار، تمام مواد به دو دسته تقسیم می شوند مولکولیو غیر مولکولی. در میان مواد آلیدر میان مواد معدنی، مواد غیر مولکولی غالب هستند.

بر اساس نوع پیوند شیمیایی، مواد به مواد دارای پیوند کووالانسی، مواد دارای پیوند یونی (مواد یونی) و مواد دارای پیوندهای فلزی (فلزات) تقسیم می شوند.

مواد با پیوند کووالانسی می توانند مولکولی یا غیر مولکولی باشند. این به طور قابل توجهی بر خواص فیزیکی آنها تأثیر می گذارد.

مواد مولکولی متشکل از مولکول هایی هستند که توسط پیوندهای بین مولکولی ضعیف به یکدیگر متصل می شوند که عبارتند از: H 2، O 2، N 2، Cl 2، Br 2، S 8، P 4 و موارد دیگر. مواد ساده; CO 2، SO 2، N 2 O 5، H 2 O، HCl، HF، NH 3، CH 4، C 2 H 5 OH، پلیمرهای آلیو بسیاری از مواد دیگر. این مواد ندارند استحکام بالا، دارند دمای پایینذوب و جوشیدن، انجام ندهید برقبرخی از آنها در آب یا حلال های دیگر محلول هستند.

مواد غیر مولکولی با پیوند کووالانسی یا مواد اتمی(الماس، گرافیت، Si، SiO 2، SiC و دیگران) کریستال های بسیار قوی تشکیل می دهند (گرافیت لایه ای یک استثنا است)، آنها در آب و سایر حلال ها نامحلول هستند، نقطه ذوب و جوش بالایی دارند، اکثر آنها جریان الکتریکی را هدایت نمی کنند. (به جز گرافیت که دارای رسانایی الکتریکی است و نیمه هادی ها - سیلیکون، ژرمانیوم و غیره)

همه مواد یونی به طور طبیعی غیر مولکولی هستند. اینها مواد جامد و نسوز، محلول ها و مذاب هایی هستند که جریان الکتریکی را هدایت می کنند. بسیاری از آنها در آب محلول هستند. لازم به ذکر است که در مواد یونیآه، که بلورهای آن از یون های پیچیده تشکیل شده است، پیوندهای کووالانسی نیز وجود دارد، به عنوان مثال: (Na +) 2 (SO 4 2-)، (K +) 3 (PO 4 3-)، (NH 4 +)( NO 3-) و غیره.

فلزات (مواد دارای پیوندهای فلزی)از نظر خواص فیزیکی بسیار متنوع هستند. در میان آنها مایع (Hg)، بسیار نرم (Na، K) و بسیار وجود دارد فلزات سخت(W, Nb).

مشخصه مشخصات فیزیکیفلزات عبارتند از رسانایی الکتریکی بالای آنها (بر خلاف نیمه هادی ها با افزایش دما کاهش می یابد)، ظرفیت گرمایی بالا و شکل پذیری (برای فلزات خالص).

در حالت جامد، تقریباً همه مواد از کریستال تشکیل شده اند. با توجه به نوع ساختار و نوع پیوند شیمیایی، کریستال ها (" شبکه های کریستالی") تقسیم بر اتمی(کریستال ها نه مواد مولکولیبا پیوند کووالانسی) یونی(بلورهای مواد یونی)، مولکولی(بلورهای مواد مولکولی با پیوند کووالانسی) و فلز(بلورهای مواد با پیوند فلزی).

وظایف و آزمایشات در مورد موضوع "موضوع 10. "پیوند شیمیایی. ساختار ماده."

انواع پیوندهای شیمیایی - ساختار ماده درجه 8-9
درس: 2 تکلیف: 9 تست: 1

هیچ تئوری یکپارچه ای در مورد پیوندهای شیمیایی وجود ندارد که به طور معمول به کووالانسی (یک نوع پیوند جهانی)، یونی (یک مورد خاص از پیوند کووالانسی)، فلزی و هیدروژنی تقسیم می شوند.

پیوند کووالانسی

تشکیل پیوند کووالانسی با سه مکانیسم امکان پذیر است: مبادله، دهنده-پذیرنده و داده ای (لوئیس).

مطابق با مکانیسم تبادلتشکیل یک پیوند کووالانسی به دلیل اشتراک جفت الکترون های مشترک اتفاق می افتد. در این حالت، هر اتم تمایل به به دست آوردن یک پوسته دارد گاز بی اثر، یعنی تکمیل خارجی سطح انرژی. تشکیل یک پیوند شیمیایی بر اساس نوع تبادل با استفاده از فرمول های لوئیس، که در آن هر الکترون ظرفیت اتم با نقطه نشان داده می شود، به تصویر کشیده شده است (شکل 1).

برنج. 1 تشکیل پیوند کووالانسی در مولکول HCl توسط مکانیسم تبادل

با توسعه نظریه ساختار اتمی و مکانیک کوانتومیتشکیل یک پیوند کووالانسی به صورت همپوشانی اوربیتال های الکترونیکی نشان داده می شود (شکل 2).

برنج. 2. تشکیل پیوند کووالانسی به دلیل همپوشانی ابرهای الکترونی

هرچه همپوشانی اوربیتال های اتمی بیشتر باشد، پیوند قوی تر است، طول کوتاه تراتصالات و بیشتر انرژی آن. یک پیوند کووالانسی می تواند با همپوشانی اوربیتال های مختلف تشکیل شود. در نتیجه همپوشانی اوربیتال های s-s، s-p، و همچنین d-d، p-p، اوربیتال های d-pتیغه های جانبی یک اتصال را تشکیل می دهند. پیوندی عمود بر خطی که هسته های 2 اتمی را به هم متصل می کند تشکیل می شود. پیوند یک و یک قادر به تشکیل یک پیوند کووالانسی چندگانه (دوگانه) است که مشخصه مواد آلی از کلاس آلکن ها، آلکادین ها و غیره است. پیوندهای یک و دو یک پیوند کووالانسی چندگانه (سه گانه) را تشکیل می دهند که مشخصه مواد آلی این کلاس است. از آلکین ها (استیلن ها).

تشکیل پیوند کووالانسی توسط مکانیسم دهنده-پذیرندهبیایید به مثال کاتیون آمونیوم نگاه کنیم:

NH 3 + H + = NH 4 +

7 N 1s 2 2s 2 2p 3

اتم نیتروژن دارای یک جفت الکترون آزاد است (الکترون هایی که در تشکیل پیوندهای شیمیایی درون مولکول دخالت ندارند)، و کاتیون هیدروژن دارای یک مدار آزاد است، بنابراین آنها به ترتیب دهنده و گیرنده الکترون هستند.

اجازه دهید مکانیسم دادی تشکیل پیوند کووالانسی را با استفاده از مثال یک مولکول کلر در نظر بگیریم.

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

اتم کلر هم دارای یک جفت آزاد الکترون و هم اوربیتال های خالی است، بنابراین، می تواند ویژگی های یک دهنده و یک گیرنده را نشان دهد. بنابراین، هنگامی که یک مولکول کلر تشکیل می شود، یک اتم کلر به عنوان دهنده و دیگری به عنوان گیرنده عمل می کند.

اصلی ویژگی های پیوند کووالانسیعبارتند از: اشباع (پیوندهای اشباع زمانی تشکیل می‌شوند که یک اتم به اندازه‌ای که قابلیت‌های ظرفیتش اجازه می‌دهد، الکترون‌ها را به خود بچسباند؛ پیوندهای غیراشباع زمانی تشکیل می‌شوند که تعداد الکترون‌های متصل کمتر از قابلیت‌های ظرفیت اتم باشد). جهت (این مقدار مربوط به هندسه مولکول و مفهوم " زاویه پیوند"- زاویه بین پیوندها).

پیوند یونی

هیچ ترکیبی با پیوند یونی خالص وجود ندارد، اگرچه این به عنوان یک حالت پیوند شیمیایی از اتم ها درک می شود که در آن یک محیط الکترونیکی پایدار اتم ایجاد می شود که چگالی کل الکترون به طور کامل به اتم یک عنصر الکترونگاتیو تر منتقل شود. پیوند یونی فقط بین اتم های عناصر الکترونگاتیو و الکترومثبت که در حالت یون های باردار مخالف - کاتیون ها و آنیون ها هستند امکان پذیر است.

تعریف

یونذرات باردار الکتریکی هستند که از حذف یا افزودن یک الکترون به یک اتم تشکیل می شوند.

هنگام انتقال یک الکترون، اتم های فلز و غیرفلز تمایل دارند که یک لایه الکترونی پایدار در اطراف هسته خود تشکیل دهند. یک اتم غیر فلزی پوسته ای از گاز بی اثر بعدی را در اطراف هسته خود ایجاد می کند و یک اتم فلزی پوسته ای از گاز بی اثر قبلی را ایجاد می کند (شکل 3).

برنج. 3. تشکیل پیوند یونی با استفاده از مثال یک مولکول کلرید سدیم

مولکول هایی که پیوندهای یونی در آنها به شکل خالص وجود دارد در حالت بخار ماده یافت می شوند. پیوند یونی بسیار قوی است و بنابراین مواد دارای این پیوند نقطه ذوب بالایی دارند. بر خلاف پیوندهای کووالانسی، پیوندهای یونی با جهت و اشباع مشخص نمی شوند، زیرا میدان الکتریکی ایجاد شده توسط یون ها به دلیل تقارن کروی روی همه یون ها به طور یکسان عمل می کند.

اتصال فلزی

پیوند فلزی فقط در فلزات تحقق می یابد - این برهمکنشی است که اتم های فلز را در یک شبکه نگه می دارد. فقط الکترون های ظرفیت اتم های فلزی که به کل حجم آن تعلق دارند در تشکیل یک پیوند شرکت می کنند. در فلزات، الکترون‌ها دائماً از اتم‌ها جدا می‌شوند و در کل جرم فلز حرکت می‌کنند. اتم های فلزی که از الکترون محروم هستند، به یون هایی با بار مثبت تبدیل می شوند که تمایل به پذیرش الکترون های متحرک دارند. این روند مداومدر داخل فلز یک گاز الکترون نامیده می شود که تمام اتم های فلز را محکم به هم متصل می کند (شکل 4).

پیوند فلزی قوی است، بنابراین مشخصه فلزات است حرارتذوب شدن، و حضور "گاز الکترون" به فلزات انعطاف پذیری و شکل پذیری می دهد.

پیوند هیدروژنی

پیوند هیدروژنی یک برهمکنش بین مولکولی خاص است، زیرا وقوع و قدرت آن بستگی دارد طبیعت شیمیاییمواد بین مولکول هایی تشکیل می شود که در آن اتم هیدروژن به اتمی با الکترونگاتیوی بالا (O, N, S) پیوند می خورد. وقوع پیوند هیدروژنی به دو دلیل بستگی دارد: اول اینکه اتم هیدروژن مرتبط با اتم الکترونگاتیو الکترون ندارد و به راحتی می تواند در ابرهای الکترونی اتم های دیگر گنجانده شود و دوم اینکه اوربیتال ظرفیتی s دارد. اتم هیدروژن قادر است یک جفت الکترون یک اتم الکترونگاتیو را بپذیرد و از طریق مکانیسم دهنده - گیرنده با آن پیوند ایجاد کند.

هر اتم تعداد مشخصی الکترون دارد.

ورود واکنش های شیمیایی، اتم ها الکترون اهدا می کنند، به دست می آورند یا به اشتراک می گذارند و به پایدارترین پیکربندی الکترونیکی دست می یابند. پیکربندی با کمترین انرژی (مانند اتم های گاز نجیب) پایدارترین است. این الگو "قاعده هشت" نامیده می شود (شکل 1).

برنج. 1.

این قانون برای همه صدق می کند انواع اتصالات. پیوندهای الکترونیکی بین اتم ها به آنها اجازه تشکیل می دهد سازه های پایدار، از ساده ترین کریستال ها تا بیومولکول های پیچیده که در نهایت سیستم های زنده را تشکیل می دهند. آنها از نظر متابولیسم مداوم با کریستال ها متفاوت هستند. در عین حال، بسیاری از واکنش های شیمیایی بر اساس مکانیسم ها پیش می روند انتقال الکترونیکیکه نقش مهمی در فرآیندهای انرژی در بدن دارند.

پیوند شیمیایی نیرویی است که دو یا چند اتم، یون، مولکول یا هر ترکیبی از اینها را در کنار هم نگه می دارد..

ماهیت پیوند شیمیایی جهانی است: این یک نیروی جاذبه الکترواستاتیکی بین الکترون های با بار منفی و هسته های با بار مثبت است که توسط پیکربندی الکترون های لایه بیرونی اتم ها تعیین می شود. توانایی اتم برای تشکیل پیوندهای شیمیایی نامیده می شود ظرفیت، یا حالت اکسیداسیون. مفهومی از الکترون های ظرفیت - الکترون هایی که پیوندهای شیمیایی تشکیل می دهند، یعنی در بالاترین اوربیتال های انرژی قرار دارند. به ترتیب، پوسته بیرونیاتمی حاوی این اوربیتال ها نامیده می شود پوسته ظرفیت. در حال حاضر، نشان دادن وجود پیوند شیمیایی کافی نیست، اما باید نوع آن را مشخص کرد: یونی، کووالانسی، دوقطبی-دوقطبی، فلزی.

اولین نوع اتصال استیونی ارتباط

مطابق با نظریه الکترونیکیظرفیت لوئیس و کوسل، اتم ها می توانند به دو روش به پیکربندی الکترونیکی پایدار دست یابند: اول، با از دست دادن الکترون ها، تبدیل شدن کاتیون هاثانیاً، به دست آوردن آنها، تبدیل شدن به آنیون ها. در نتیجه انتقال الکترون به دلیل نیروی جاذبه الکترواستاتیکی بین یون های دارای بار علامت مخالفیک پیوند شیمیایی تشکیل می شود که کوسل نام دارد. الکترووالانت"(اکنون نامیده می شود یونی).

در این مورد، آنیون ها و کاتیون ها یک پیکربندی الکترونیکی پایدار با بیرونی پر شده تشکیل می دهند پوسته الکترونیکی. پیوندهای یونی معمولی از کاتیون های گروه های T و II تشکیل می شوند جدول تناوبیو آنیون ها عناصر غیر فلزیگروه های VI و VII (به ترتیب 16 و 17 زیر گروه، کالکوژن هاو هالوژن ها). اتصالات ترکیبات یونیغیر اشباع و غیر جهت دار، بنابراین امکان برهمکنش الکترواستاتیکی با یون های دیگر را حفظ می کنند. در شکل شکل 2 و 3 نمونه هایی از پیوندهای یونی مربوط به مدل کوسل انتقال الکترون را نشان می دهد.

برنج. 2.

برنج. 3.پیوند یونی در یک مولکول نمک سفره(NaCl)

در اینجا مناسب است برخی از خواصی را که رفتار مواد در طبیعت را توضیح می دهد، به ویژه در نظر بگیریم اسیدهاو دلایل.

محلول های آبی همه این مواد الکترولیت هستند. آنها رنگ متفاوتی را تغییر می دهند شاخص ها. مکانیسم اثر شاخص ها توسط F.V. کشف شد. استوالد. او نشان داد که اندیکاتورها اسیدها یا بازهای ضعیفی هستند که رنگ آنها در حالت های تفکیک نشده و تفکیک شده متفاوت است.

بازها می توانند اسیدها را خنثی کنند. همه پایه ها در آب محلول نیستند (مثلاً برخی از آنها نامحلول هستند ترکیبات آلی، بدون - گروه های OH، به ویژه، تری اتیلامین N(C2H5)3); پایه های محلولتماس گرفت قلیایی ها.

محلول های آبی اسیدها تحت واکنش های مشخصه ای قرار می گیرند:

الف) با اکسیدهای فلزی - با تشکیل نمک و آب؛

ب) با فلزات - با تشکیل نمک و هیدروژن.

ج) با کربنات ها - با تشکیل نمک، CO 2 و ن 2 O.

خواص اسیدها و بازها توسط چندین نظریه توصیف شده است. مطابق با نظریه S.A. آرنیوس، اسید ماده ای است که برای تشکیل یون تجزیه می شود ن+ ، در حالی که پایه یون ها را تشکیل می دهد او- . این نظریه وجود را در نظر نمی گیرد پایه های آلیکه گروه هیدروکسیل ندارند.

مطابق با پروتونبر اساس نظریه برونستد و لوری، اسید ماده ای است حاوی مولکول ها یا یون هایی که پروتون ها را اهدا می کنند. اهدا کنندگانپروتون ها) و یک باز ماده ای متشکل از مولکول ها یا یون هایی است که پروتون ها را می پذیرند. پذیرندگانپروتون ها). توجه داشته باشید که در محلول های آبی، یون های هیدروژن به صورت هیدراته، یعنی به صورت یون هیدرونیوم وجود دارند. H3O+ . این تئوری واکنش هایی را نه تنها با آب و یون های هیدروکسید، بلکه واکنش هایی را که در غیاب یک حلال یا با یک حلال غیر آبی انجام می شود، توصیف می کند.

مثلا در واکنش بین آمونیاک N.H. 3 (پایه ضعیف) و هیدروژن کلرید در فاز گاز، کلرید آمونیوم جامد تشکیل می شود و در مخلوط تعادلی دو ماده همیشه 4 ذره وجود دارد که دو ذره آن اسید و دوتای دیگر باز هستند:

این مخلوط تعادلی از دو جفت اسیدها و بازهای مزدوج تشکیل شده است:

1)N.H. 4+ و N.H. 3

2) HClو Cl ‑

در اینجا، در هر جفت مزدوج، اسید و باز یک پروتون با هم تفاوت دارند. هر اسید یک باز مزدوج دارد. اسید قویمربوط به یک باز مزدوج ضعیف و یک اسید ضعیف مربوط به یک باز مزدوج قوی است.

نظریه Brønsted-Lowry به توضیح نقش منحصر به فرد آب در حیات زیست کره کمک می کند. آب، بسته به ماده ای که با آن تعامل دارد، می تواند خواص اسید یا باز را نشان دهد. به عنوان مثال، در واکنش با محلول آبی استیک اسیدآب یک باز است و با محلول های آبی آمونیاک یک اسید است.

1) CH 3 COOH + H2O ↔ H3O + + CH 3 COO- . در اینجا، یک مولکول اسید استیک یک پروتون را به یک مولکول آب اهدا می کند.

2) NH 3 + H2O ↔ NH 4 + + او- . در اینجا یک مولکول آمونیاک یک پروتون از مولکول آب می پذیرد.

بنابراین، آب می تواند دو جفت مزدوج را تشکیل دهد:

1) H2O(اسید) و او- (پایه مزدوج)

2) H 3 O+ (اسید) و H2O(پایه مزدوج).

در حالت اول آب یک پروتون اهدا می کند و در حالت دوم آن را می پذیرد.

این خاصیت نامیده می شود آمفی پروتونیسم. موادی که می توانند به عنوان اسید و باز واکنش نشان دهند نامیده می شوند آمفوتریک. چنین موادی اغلب در طبیعت زنده یافت می شوند. به عنوان مثال، اسیدهای آمینه می توانند با اسیدها و بازها نمک تشکیل دهند. بنابراین، پپتیدها به راحتی با یون های فلزی موجود ترکیبات هماهنگی را تشکیل می دهند.

بدین ترتیب، خاصیت مشخصهپیوند یونی - حرکت کامل دو الکترون پیوند دهنده به یکی از هسته ها. این بدان معنی است که بین یون ها منطقه ای وجود دارد که چگالی الکترون تقریباً صفر است.

نوع دوم اتصال استکووالانسی ارتباط

اتم ها می توانند پایدار تشکیل شوند تنظیمات الکترونیکیبا به اشتراک گذاشتن الکترون ها

چنین پیوندی زمانی تشکیل می شود که یک جفت الکترون در یک زمان به اشتراک گذاشته شود از همهاتم در این حالت، الکترون های پیوند مشترک به طور مساوی بین اتم ها توزیع می شوند. نمونه هایی از پیوندهای کووالانسی عبارتند از هم هسته ایدو اتمی مولکول های H 2 , ن 2 , اف 2. همین نوع اتصال در آلوتروپ ها یافت می شود O 2 و ازن O 3 و برای یک مولکول چند اتمی اس 8 و همچنین مولکول های هترونهسته ایهیدروژن کلرید HCl, دی اکسید کربن CO 2، متان CH 4، اتانول با 2 ن 5 اوهگزا فلوراید گوگرد SF 6، استیلن با 2 ن 2. همه این مولکول ها الکترون های مشابهی دارند و پیوندهای آنها اشباع شده و به همان طریق هدایت می شوند (شکل 4).

برای زیست شناسان مهم است که دو برابر و اوراق قرضه سه گانهشعاع کووالانسی اتم ها در مقایسه با یک پیوند واحد کاهش می یابد.

برنج. 4.پیوند کووالانسی در یک مولکول Cl 2.

یونی و انواع کووالانسیاتصالات دو مورد محدود کننده مجموعه هستند انواع موجودپیوندهای شیمیایی و در عمل بیشتر پیوندها میانی هستند.

اتصالات دو عنصر واقع در انتهای مخالف یک یا دوره های مختلفسیستم های مندلیف عمدتاً پیوندهای یونی را تشکیل می دهند. همانطور که عناصر در یک دوره به هم نزدیکتر می شوند، ماهیت یونی ترکیبات آنها کاهش می یابد و ویژگی کووالانسی افزایش می یابد. به عنوان مثال، هالیدها و اکسیدهای عناصر در سمت چپ جدول تناوبیپیوندهای عمدتاً یونی تشکیل می دهند ( NaCl، AgBr، BaSO 4، CaCO 3، KNO 3، CaO، NaOHو همان ترکیبات عناصر سمت راست جدول کووالانسی هستند ( H 2 O، CO 2، NH 3، NO 2، CH 4، فنل C6H5OH، گلوکز C 6 H 12 O 6، اتانول C 2 H 5 OH).

پیوند کووالانسی به نوبه خود یک اصلاح دیگر دارد.

در یون‌های چند اتمی و در مولکول‌های بیولوژیکی پیچیده، هر دو الکترون فقط می‌توانند از آن بیرون بیایند یکیاتم نامیده می شود اهدا کنندهجفت الکترون اتمی که این جفت الکترون را با یک دهنده تقسیم می کند نامیده می شود پذیرندهجفت الکترون این نوع پیوند کووالانسی نامیده می شود هماهنگی (اهداکننده-پذیرنده, یاداتیو) ارتباط(شکل 5). این نوع پیوند برای زیست شناسی و پزشکی بسیار مهم است، زیرا شیمی عناصر d که برای متابولیسم مهم هستند عمدتاً توسط پیوندهای هماهنگی توصیف می شود.

شکل. 5.

به عنوان یک قاعده، در یک ترکیب پیچیده، اتم فلز به عنوان پذیرنده یک جفت الکترون عمل می کند. برعکس، در پیوندهای یونی و کووالانسی اتم فلز دهنده الکترون است.

ماهیت پیوند کووالانسی و انواع آن - پیوند هماهنگی - را می توان با کمک نظریه دیگری درباره اسیدها و بازها که توسط GN ارائه شده است، روشن کرد. لوئیس. او تا حدودی مفهوم معنایی اصطلاحات «اسید» و «باز» را طبق نظریه برونستد-لوری گسترش داد. نظریه لوئیس ماهیت تشکیل یون های پیچیده و مشارکت مواد در واکنش های جانشینی هسته دوست، یعنی در تشکیل CS را توضیح می دهد.

به گفته لوئیس، اسید ماده ای است که قادر به تشکیل پیوند کووالانسی با پذیرش یک جفت الکترون از یک باز است. پایه لوئیس ماده ای است که دارای تک است جفت الکترونیکی، که با اهدای الکترون، پیوند کووالانسی با اسید لوئیس ایجاد می کند.

یعنی تئوری لوئیس دامنه واکنش‌های اسید-باز را به واکنش‌هایی که پروتون‌ها اصلاً در آن‌ها شرکت نمی‌کنند نیز گسترش می‌دهد. علاوه بر این، طبق این نظریه، خود پروتون نیز یک اسید است، زیرا قادر به پذیرش یک جفت الکترون است.

بنابراین طبق این نظریه کاتیونها اسیدهای لوئیس و آنیونها بازهای لوئیس هستند. یک مثال می تواند واکنش های زیر باشد:

در بالا ذکر شد که تقسیم مواد به یونی و کووالانسی نسبی است، زیرا انتقال کامل یک الکترون از اتم های فلز به اتم های پذیرنده در مولکول های کووالانسیاتفاق نمی افتد. در ترکیبات دارای پیوند یونی، هر یون در میدان الکتریکی یون‌های دارای علامت مخالف قرار دارد، بنابراین آنها متقابلاً قطبی شده‌اند و پوسته‌های آنها تغییر شکل می‌دهند.

قطبی پذیریمشخص ساختار الکترونیکی، بار و اندازه یون. برای آنیون ها بیشتر از کاتیون ها است. بالاترین قطبش پذیری در بین کاتیون ها در کاتیون ها است شارژ بیشترو اندازه های کوچکتر، برای مثال، Hg 2+، Cd 2+، Pb 2+، Al 3+، Tl 3+. دارای اثر قطبی قوی است ن+ . از آنجایی که تأثیر پلاریزاسیون یونی دو طرفه است، به طور قابل توجهی خواص ترکیبات تشکیل شده را تغییر می دهد.

نوع سوم اتصال استدوقطبی-دوقطبی ارتباط

علاوه بر انواع ارتباطات ذکر شده، دوقطبی-دوقطبی نیز وجود دارد بین مولکولیفعل و انفعالات نیز نامیده می شود واندروالس .

قدرت این برهمکنش ها به ماهیت مولکول ها بستگی دارد.

سه نوع برهمکنش وجود دارد: دوقطبی دائمی - دوقطبی دائمی ( دوقطبی-دوقطبیجاذبه)؛ دوقطبی دائمی - دوقطبی القا شده ( القاءجاذبه)؛ دوقطبی آنی - دوقطبی القایی ( پراکندهجاذبه یا نیروهای لندن. برنج. 6).

برنج. 6.

فقط مولکول هایی با پیوند کووالانسی قطبی دارای گشتاور دوقطبی-دوقطبی ( HCl، NH 3، SO 2، H 2 O، C 6 H 5 Cl، و استحکام باند 1-2 است دبایا(1D = 3.338 × 10-30 کولن متر - C × m).

در بیوشیمی، نوع دیگری از اتصال وجود دارد - هیدروژن اتصال، که یک مورد محدود کننده است دوقطبی-دوقطبیجاذبه این پیوند از جاذبه بین یک اتم هیدروژن و یک اتم الکترونگاتیو کوچک، اغلب اکسیژن، فلوئور و نیتروژن تشکیل می شود. با اتم های بزرگی که الکترونگاتیوی مشابه دارند (مانند کلر و گوگرد)، پیوند هیدروژنی بسیار ضعیف تر است. اتم هیدروژن با یک ویژگی مهم متمایز می شود: هنگامی که الکترون های پیوندی کنار می روند، هسته آن - پروتون - در معرض دید قرار می گیرد و دیگر توسط الکترون ها محافظت نمی شود.

بنابراین، اتم به یک دوقطبی بزرگ تبدیل می شود.

یک پیوند هیدروژنی، بر خلاف پیوند واندروالسی، نه تنها در طول فعل و انفعالات بین مولکولی، بلکه در یک مولکول نیز تشکیل می شود. درون مولکولیپیوند هیدروژنی. پیوند های هیدروژنیبازی در بیوشیمی نقش مهمبه عنوان مثال، برای تثبیت ساختار پروتئین ها به شکل یک مارپیچ یا تشکیل مارپیچ دوتایی DNA (شکل 7).

شکل 7.

پیوندهای هیدروژن و واندروالس بسیار ضعیف تر از پیوندهای یونی، کووالانسی و هماهنگی هستند. انرژی پیوندهای بین مولکولی در جدول نشان داده شده است. 1.

میز 1.انرژی نیروهای بین مولکولی

توجه داشته باشید: درجه برهمکنش های بین مولکولی توسط آنتالپی ذوب و تبخیر (جوش) منعکس می شود. ترکیبات یونی برای جداسازی یونها به انرژی بیشتری نسبت به جداسازی مولکولها نیاز دارند. آنتالپی ذوب ترکیبات یونی بسیار بیشتر از ترکیبات مولکولی است.

نوع چهارم اتصال استاتصال فلزی

سرانجام، نوع دیگری از پیوندهای بین مولکولی وجود دارد - فلز: اتصال یون های مثبت یک شبکه فلزی با الکترون های آزاد. این نوع اتصال در اشیاء بیولوژیکی رخ نمی دهد.

از جانب بررسی اجمالیانواع پیوندها، یک جزئیات مشخص می شود: یک پارامتر مهم اتم یا یون فلز - دهنده الکترون، و همچنین اتم - گیرنده الکترون آن است. اندازه.

بدون پرداختن به جزئیات، توجه می کنیم که شعاع کووالانسی اتم ها، شعاع یونیفلزات و شعاع واندروالس مولکول های برهم کنش با افزایش آنها افزایش می یابد شماره سریالدر گروه های جدول تناوبی در این مورد، مقادیر شعاع یونی کوچکترین و شعاعهای واندروالس بزرگترین هستند. به عنوان یک قاعده، هنگام حرکت به سمت پایین گروه، شعاع همه عناصر، هم کووالانسی و هم واندروالس افزایش می یابد.

بیشترین اهمیت را برای زیست شناسان و پزشکان دارند هماهنگی(اهدا کننده - پذیرنده) پیوندهای در نظر گرفته شده توسط شیمی هماهنگی.

بیوانارگانیک پزشکی گ.ک. باراشکوف

هر اتم تعداد مشخصی الکترون دارد.

اتم‌ها هنگام وارد شدن به واکنش‌های شیمیایی، الکترون می‌دهند، به دست می‌آورند یا به اشتراک می‌گذارند و به پایدارترین پیکربندی الکترونیکی دست می‌یابند. پیکربندی با کمترین انرژی (مانند اتم های گاز نجیب) پایدارترین است. این الگو "قاعده هشت" نامیده می شود (شکل 1).

برنج. 1.

این قانون برای همه صدق می کند انواع اتصالات. اتصالات الکترونیکی بین اتم‌ها به آنها اجازه می‌دهد تا ساختارهای پایداری، از ساده‌ترین کریستال‌ها تا بیومولکول‌های پیچیده که در نهایت سیستم‌های زنده را تشکیل می‌دهند، تشکیل دهند. آنها از نظر متابولیسم مداوم با کریستال ها متفاوت هستند. در عین حال، بسیاری از واکنش های شیمیایی بر اساس مکانیسم ها پیش می روند انتقال الکترونیکیکه نقش مهمی در فرآیندهای انرژی در بدن دارند.

پیوند شیمیایی نیرویی است که دو یا چند اتم، یون، مولکول یا هر ترکیبی از اینها را در کنار هم نگه می دارد..

ماهیت پیوند شیمیایی جهانی است: این یک نیروی جاذبه الکترواستاتیکی بین الکترون های با بار منفی و هسته های با بار مثبت است که توسط پیکربندی الکترون های لایه بیرونی اتم ها تعیین می شود. توانایی اتم برای تشکیل پیوندهای شیمیایی نامیده می شود ظرفیت، یا حالت اکسیداسیون. مفهومی از الکترون های ظرفیت- الکترون هایی که پیوندهای شیمیایی تشکیل می دهند، یعنی در بالاترین اوربیتال های انرژی قرار دارند. بر این اساس، پوسته بیرونی اتم حاوی این اوربیتال ها نامیده می شود پوسته ظرفیت. در حال حاضر، نشان دادن وجود پیوند شیمیایی کافی نیست، اما باید نوع آن را مشخص کرد: یونی، کووالانسی، دوقطبی-دوقطبی، فلزی.

اولین نوع اتصال استیونی ارتباط

بر اساس تئوری ظرفیت الکترونیکی لوئیس و کوسل، اتم ها می توانند از دو طریق به پیکربندی الکترونیکی پایدار دست یابند: اول، با از دست دادن الکترون ها، تبدیل شدن کاتیون هاثانیاً، به دست آوردن آنها، تبدیل شدن به آنیون ها. در نتیجه انتقال الکترون، به دلیل نیروی جاذبه الکترواستاتیکی بین یون‌ها با بارهایی با علائم مخالف، یک پیوند شیمیایی تشکیل می‌شود که کوسل نام دارد. الکترووالانت"(اکنون نامیده می شود یونی).

در این مورد، آنیون ها و کاتیون ها یک پیکربندی الکترونیکی پایدار با یک پوسته الکترونی بیرونی پر شده تشکیل می دهند. پیوندهای یونی معمولی از کاتیون های گروه های T و II جدول تناوبی و آنیون های عناصر غیرفلزی گروه های VI و VII (به ترتیب 16 و 17 زیر گروه، کالکوژن هاو هالوژن ها). پیوندهای ترکیبات یونی غیر اشباع و غیر جهت دار هستند، بنابراین امکان برهمکنش الکترواستاتیکی با یون های دیگر را حفظ می کنند. در شکل شکل 2 و 3 نمونه هایی از پیوندهای یونی مربوط به مدل کوسل انتقال الکترون را نشان می دهد.

برنج. 2.

برنج. 3.پیوند یونی در یک مولکول نمک خوراکی (NaCl)

بازها می توانند اسیدها را خنثی کنند. همه بازها در آب محلول نیستند (به عنوان مثال، برخی از ترکیبات آلی که حاوی گروه های OH نیستند نامحلول هستند، به ویژه، تری اتیلامین N(C2H5)3); بازهای محلول نامیده می شوند قلیایی ها.

محلول های آبی اسیدها تحت واکنش های مشخصه ای قرار می گیرند:

الف) با اکسیدهای فلزی - با تشکیل نمک و آب؛

ب) با فلزات - با تشکیل نمک و هیدروژن.

ج) با کربنات ها - با تشکیل نمک، CO 2 و ن 2 O.

خواص اسیدها و بازها توسط چندین نظریه توصیف شده است. مطابق با نظریه S.A. آرنیوس، اسید ماده ای است که برای تشکیل یون تجزیه می شود ن+ ، در حالی که پایه یون ها را تشکیل می دهد او- . این نظریه وجود بازهای آلی که گروه هیدروکسیل ندارند را در نظر نمی گیرد.

مثلا در واکنش بین آمونیاک N.H. 3 (باز ضعیف) و کلرید هیدروژن در فاز گاز، کلرید آمونیوم جامد تشکیل می شود و در مخلوط تعادلی دو ماده همیشه 4 ذره وجود دارد که دو ذره آن اسید و دو ذره دیگر باز هستند:

این مخلوط تعادلی از دو جفت اسیدها و بازهای مزدوج تشکیل شده است:

1)N.H. 4+ و N.H. 3

2) HClو Cl ‑

در اینجا، در هر جفت مزدوج، اسید و باز یک پروتون با هم تفاوت دارند. هر اسید یک باز مزدوج دارد. اسید قوی باز مزدوج ضعیفی دارد و اسید ضعیف باز مزدوج قوی دارد.

نظریه Brønsted-Lowry به توضیح نقش منحصر به فرد آب در حیات زیست کره کمک می کند. آب، بسته به ماده ای که با آن تعامل دارد، می تواند خواص اسید یا باز را نشان دهد. به عنوان مثال، در واکنش با محلول های آبی اسید استیک، آب یک باز و در واکنش با محلول های آبی آمونیاک، یک اسید است.

1) CH 3 COOH + H2O ↔ H3O + + CH 3 COO- . در اینجا، یک مولکول اسید استیک یک پروتون را به یک مولکول آب اهدا می کند.

2) NH 3 + H2O ↔ NH 4 + + او- . در اینجا یک مولکول آمونیاک یک پروتون از مولکول آب می پذیرد.

بنابراین، آب می تواند دو جفت مزدوج را تشکیل دهد:

1) H2O(اسید) و او- (پایه مزدوج)

2) H 3 O+ (اسید) و H2O(پایه مزدوج).

در حالت اول آب یک پروتون اهدا می کند و در حالت دوم آن را می پذیرد.

بنابراین، یکی از ویژگی های یک پیوند یونی حرکت کامل الکترون های پیوند به یکی از هسته ها است. این بدان معنی است که بین یون ها منطقه ای وجود دارد که چگالی الکترون تقریباً صفر است.

نوع دوم اتصال استکووالانسی ارتباط

اتم ها می توانند با به اشتراک گذاشتن الکترون ها، پیکربندی های الکترونیکی پایداری را تشکیل دهند.

چنین پیوندی زمانی تشکیل می شود که یک جفت الکترون در یک زمان به اشتراک گذاشته شود از همهاتم در این حالت، الکترون های پیوند مشترک به طور مساوی بین اتم ها توزیع می شوند. نمونه هایی از پیوندهای کووالانسی عبارتند از هم هسته ایدو اتمی مولکول های H 2 , ن 2 , اف 2. همین نوع اتصال در آلوتروپ ها یافت می شود O 2 و ازن O 3 و برای یک مولکول چند اتمی اس 8 و همچنین مولکول های هترونهسته ایهیدروژن کلرید HCl، دی اکسید کربن CO 2، متان CH 4، اتانول با 2 ن 5 اوهگزا فلوراید گوگرد SF 6، استیلن با 2 ن 2. همه این مولکول ها الکترون های مشابهی دارند و پیوندهای آنها اشباع شده و به همان طریق هدایت می شوند (شکل 4).

برای زیست شناسان مهم است که پیوندهای دوگانه و سه گانه شعاع اتمی کووالانسی را در مقایسه با یک پیوند منفرد کاهش دهند.

برنج. 4.پیوند کووالانسی در یک مولکول Cl 2.

انواع پیوندهای یونی و کووالانسی دو مورد شدید از بسیاری از انواع پیوندهای شیمیایی موجود هستند و در عمل بیشتر پیوندها میانی هستند.

ترکیبات دو عنصر که در انتهای مخالف دوره های مشابه یا متفاوت سیستم تناوبی قرار دارند، عمدتاً پیوندهای یونی را تشکیل می دهند. همانطور که عناصر در یک دوره به هم نزدیکتر می شوند، ماهیت یونی ترکیبات آنها کاهش می یابد و ویژگی کووالانسی افزایش می یابد. به عنوان مثال، هالیدها و اکسیدهای عناصر در سمت چپ جدول تناوبی پیوندهای یونی را تشکیل می دهند. NaCl، AgBr، BaSO 4، CaCO 3، KNO 3، CaO، NaOHو همان ترکیبات عناصر سمت راست جدول کووالانسی هستند ( H 2 O، CO 2، NH 3، NO 2، CH 4، فنل C6H5OH، گلوکز C 6 H 12 O 6، اتانول C 2 H 5 OH).

پیوند کووالانسی به نوبه خود یک اصلاح دیگر دارد.

شکل. 5.

به گفته لوئیس، اسید ماده ای است که قادر به تشکیل پیوند کووالانسی با پذیرش یک جفت الکترون از یک باز است. باز لوئیس ماده ای است که دارای یک جفت الکترون تک است که با اهدای الکترون، پیوند کووالانسی با اسید لوئیس ایجاد می کند.

در بالا ذکر شد که تقسیم مواد به یونی و کووالانسی نسبی است، زیرا انتقال کامل الکترون از اتم‌های فلز به اتم‌های گیرنده در مولکول‌های کووالانسی اتفاق نمی‌افتد. در ترکیبات دارای پیوند یونی، هر یون در میدان الکتریکی یون‌های دارای علامت مخالف قرار دارد، بنابراین آنها متقابلاً قطبی شده‌اند و پوسته‌های آنها تغییر شکل می‌دهند.

قطبی پذیریتوسط ساختار الکترونیکی، بار و اندازه یون تعیین می شود. برای آنیون ها بیشتر از کاتیون ها است. بالاترین قطبش پذیری در بین کاتیون ها برای کاتیون های با بار بیشتر و اندازه کوچکتر است، به عنوان مثال، Hg 2+، Cd 2+، Pb 2+، Al 3+، Tl 3+. دارای اثر قطبی قوی است ن+ . از آنجایی که تأثیر پلاریزاسیون یونی دو طرفه است، به طور قابل توجهی خواص ترکیبات تشکیل شده را تغییر می دهد.

نوع سوم اتصال استدوقطبی-دوقطبی ارتباط

قدرت این برهمکنش ها به ماهیت مولکول ها بستگی دارد.

برنج. 6.

بنابراین، اتم به یک دوقطبی بزرگ تبدیل می شود.

یک پیوند هیدروژنی، بر خلاف پیوند واندروالسی، نه تنها در طول فعل و انفعالات بین مولکولی، بلکه در یک مولکول نیز تشکیل می شود. درون مولکولیپیوند هیدروژنی. پیوندهای هیدروژنی نقش مهمی در بیوشیمی ایفا می کنند، به عنوان مثال، برای تثبیت ساختار پروتئین ها به شکل یک مارپیچ a، یا برای تشکیل یک مارپیچ دوگانه از DNA (شکل 7).

شکل 7.

میز 1.انرژی نیروهای بین مولکولی

نوع چهارم اتصال استاتصال فلزی

از بررسی مختصر انواع پیوندها، یک جزئیات روشن می شود: یک پارامتر مهم اتم یا یون فلز - دهنده الکترون، و همچنین اتم - گیرنده الکترون، آن است. اندازه.

بدون پرداختن به جزئیات، توجه می کنیم که شعاع کووالانسی اتم ها، شعاع یونی فلزات و شعاع واندروالس مولکول های برهم کنش با افزایش عدد اتمی آنها در گروه های سیستم تناوبی افزایش می یابد. در این مورد، مقادیر شعاع یونی کوچکترین و شعاعهای واندروالس بزرگترین هستند. به عنوان یک قاعده، هنگام حرکت به سمت پایین گروه، شعاع همه عناصر، هم کووالانسی و هم واندروالس افزایش می یابد.

بیوانارگانیک پزشکی گ.ک. باراشکوف

تایپ کنید