Химична дефиниция на връзката, характеристики, как се формират, видове

на химическа връзка това е силата, която успява да запази атомите, които образуват материята, заедно. Всеки вид материя има характерна химична връзка, която се състои от участие на един или повече електрони. Така силите, които свързват атомите в газовете, са различни, например от метали.

Всички елементи на периодичната таблица (с изключение на хелий и леки благородни газове) могат да образуват химически връзки помежду си. Въпреки това, естеството на тях се променя в зависимост от това какви елементи идват от електроните, които ги образуват. Съществен параметър за обяснение на типа на връзките е електроотрицателността.

Разликата в електронегативността (ΔЕ) между два атома определя не само вида на химичната връзка, но и физикохимичните свойства на съединението. Солите се характеризират с йонни връзки (високи ΔЕ) и много от органичните съединения, като витамин В₁₂ (отгоре изображение), ковалентни връзки (ниско ΔE).

В горната молекулна структура, всяка от линиите представлява ковалентна връзка. Клиновете показват, че връзката излиза от равнината (към четеца), а тези, които са подчертани от равнината (далеч от читателя). Отбележете, че има двойни връзки (=) и кобалтов атом координирана с пет азотни атома и странична верига R.

Но защо се образуват такива химически връзки? Отговорът се крие в енергийната стабилност на участващите атоми и електрони. Тази стабилност трябва да балансира електростатичните отблъсквания, наблюдавани между електронните облаци и ядрата, и привличането, упражнявано от ядро ​​върху електроните на съседния атом..

индекс

• 1 Определение на химичната връзка
• 2 Характеристики
• 3 Как се формират
  • 3.1 Хомонуклеарни съединения А-А
  • 3.2 Хетероядрени съединения А-В
• 4 вида
  • 4.1 - Ковалентна връзка
  • 4.2 - Йонна връзка
  • 4.3 Метална връзка
• 5 Примери
• 6 Значение на химичната връзка
• 7 Препратки

Определение на химичната връзка

Много автори са дали определения на химичната връзка. От тях най-важен е физикохимичният G. N. Lewis, който определя химическата връзка като участие на двойка електрони между два атома. Ако атомите А · и · В могат да осигурят един-единствен електрон, тогава ще се формира проста връзка А: В или А-В между тях.

Преди формирането на връзката и двете А и В се разделят на неопределено разстояние, но при свързването сега има сила, която ги държи заедно в двуатомното съединение АВ и разстояние (или дължина) на връзката.

функции

Какви характеристики притежава тази сила, която държи атомите заедно? Те зависят повече от типа на връзката между А и В, отколкото от техните електронни структури. Например, връзката A-B е насочена. Какво искаш да кажеш? Силата, упражнявана от обединението на двойката електрони, може да бъде представена на една ос (като че ли е цилиндър).

По същия начин, тази връзка изисква енергия за прекъсване. Това количество енергия може да бъде изразено в единици от kJ / mol или кал / мол. След като достатъчно количество енергия е приложено към съединението АВ (например чрез топлина), то ще се дисоциира в първоначалните атоми A · и · B.

Колкото по-стабилна е връзката, толкова по-голямо количество енергия се изисква за отделяне на присъединените атоми.

От друга страна, ако връзката в съединение АВ е йонна, А⁺B^-, тогава това ще бъде ненасочена сила. Защо? Защото A⁺ упражнява привлекателна сила върху B^- (и обратно), което зависи повече от разстоянието, което отделя двата йона в пространството, отколкото от относителното им разположение.

Това поле на привличане и отблъскване събира други йони, за да образуват така наречената кристална решетка (горен образ: катион А).⁺ е заобиколен от четири аниона B^-, и тези четири катиона A⁺ и така нататък).

Как се формират

Хомонуклеарни съединения А-А

За двойка електрони, които образуват връзка, има много аспекти, които трябва да се разглеждат първо. Ядрата, да кажем тези на А, имат протони и следователно са положителни. Когато два атома на А са далеч един от друг, т.е. на голямо междуядрено разстояние (най-отгоре изображение), те не изпитват никакво привличане..

Докато приближават двата атома на А, техните ядра привличат електронния облак от съседния атом (пурпурен кръг). Това е привлекателната сила (А над съседния лилав кръг). Въпреки това, двете ядра на А се отблъскват като са положителни и тази сила увеличава потенциалната енергия на връзката (вертикална ос).

Налице е междуядрено разстояние, в което потенциалната енергия достига минимум; това означава, че както силата на привличане, така и отблъскващата сила са балансирани (двата атома на А в долната част на изображението).

Ако това разстояние се намали след тази точка, връзката ще накара двете ядра да се отблъснат много силно, дестабилизирайки съединение А-А.

Така че за да се образува връзката трябва да има енергийно адекватно междуядрено разстояние; а освен това атомните орбитали трябва да се припокриват правилно, така че електроните да са свързани.

Хетероядрени съединения А-В

Какво ще стане, ако вместо два атома на А се присъедини едно от А и друго на В? В този случай горната графика би се променила, защото един от атомите ще има повече протони от другия, а електронните облаци ще бъдат различни.

Когато A-B връзката се образува на правилното междуядрено разстояние, двойката електрони ще се открие главно в близост до най-електроотрицателния атом. Това се случва с всички хетероядрени химични съединения, които съставляват по-голямата част от тези, които са известни (и ще бъдат известни).

Макар да не се споменава в дълбочина, съществуват многобройни променливи, които пряко влияят върху начина, по който се доближават атомите и се образуват химически връзки; някои са термодинамични (дали реакцията е спонтанна?), електронна (колко пълна или празна са орбиталите на атомите) и друга кинетика.

тип

Връзките представят редица характеристики, които ги отличават един от друг. Някои от тях могат да бъдат оформени в три основни класификации: ковалентни, йонни или метални.

Въпреки че има съединения, чиито връзки принадлежат към един тип, много от тях всъщност се състоят от смес от символи от всеки един. Този факт се дължи на разликата в електронегативността между атомите, които образуват връзките. По този начин, някои съединения могат да бъдат ковалентни, но да съдържат в техните връзки определен йонен характер.

Също така, видът на връзката, структурата и молекулната маса са ключови фактори, които определят макроскопичните свойства на материала (яркост, твърдост, разтворимост, точка на топене и др.).

-Ковалентна връзка

Ковалентните връзки са тези, които са обяснени досега. В тях две орбитали (един електрон във всяка) трябва да се припокриват с отделените ядра на подходящо междуядрено разстояние.

Според теорията на молекулярната орбитала (ТОМ), ако припокриването на орбиталите е фронтално, ще се образува сигма σ връзка (която също се нарича проста или проста връзка). Докато ако орбиталите се формират от странични и перпендикулярни припокривания по отношение на междуядрената ос, ще бъдат налице π (двойни и тройни) връзки:

Проста връзка

Връзката σ, както може да се види на изображението, се формира по междунуклеарната ос. Въпреки че не е показано, А и В могат да имат други връзки, и следователно, техните собствени химически среди (различни части на молекулната структура). Този тип връзка се характеризира със своята въртяща сила (зелен цилиндър) и като най-силна от всички.

Например, простата връзка на водородната молекула може да се върти по междуядрената ос (H-H). По същия начин хипотетичната CA-AB молекула може да го направи.

Връзките C-A, A-A и A-B се въртят; но ако С или В са атоми или група от обемни атоми, въртенето A-A е стерично възпрепятствано (тъй като С и В ще се сринат).

Обикновените връзки се намират в почти всички молекули. Техните атоми могат да имат всякаква химична хибридизация, докато припокриването на техните орбитали е фронтално. Да се ​​върнем към структурата на витамин В₁₂, всеки един ред (-) показва единична връзка (например, връзките -CONH₂).

Двойна връзка

Двойната връзка изисква атомите да имат (обикновено) sp хибридизация². Чистата р-връзка, перпендикулярна на трите sp хибридни орбитали², образува двойната връзка, която е показана като сивкав лист.

Имайте предвид, че едновременно връзката (зелен цилиндър) и двойната връзка (сив лист) съществуват едновременно. Въпреки това, за разлика от простите връзки, двойките нямат еднаква свобода на въртене около междуядрената ос. Това е така, защото, за да се върти, връзката (или листа) трябва да бъде счупена; процес, който се нуждае от енергия.

Също така, връзката А = В е по-реактивна от А-В. Дължината на тази е по-малка и атомите А и В са на по-малко междуядрено разстояние; следователно има по-голямо отблъскване между двете ядра. Прекъсването на двете връзки, единични и двойни, изисква повече енергия, отколкото е необходимо, за да се разделят атомите в молекулата А-Б.

В структурата на витамин В₁₂ могат да се наблюдават няколко двойни връзки: С = О, Р = О, и в ароматните пръстени.

Тройна връзка

Тройната връзка е дори по-къса от двойната връзка и нейното въртене е по-енергично нарушено. В него се формират две перпендикулярни π връзки (сиви и лилави листа), както и проста връзка.

Обикновено, химичната хибридизация на атомите на А и В трябва да бъде sp: две sp орбитали, разделени с 180 °, и две чисти р-орбитали, перпендикулярни на първата. Имайте предвид, че тройна връзка наподобява палитра, но без ротационна сила. Тази връзка може просто да бъде представена като A≡B (N≡N, N-азотна молекула₂).

От всички ковалентни връзки, това е най-реактивната; но в същото време, тази, която се нуждае от повече енергия за пълното разделяне на атомите си (· A: +: B ·). Ако витамин В₁₂ имаше тройна връзка в молекулярната си структура, фармакологичният му ефект би се променил драстично.

В тройните връзки участват шест електрона; в двойки, четири електрона; и в прости или прости, две.

Образуването на една или повече от тези ковалентни връзки зависи от електронната наличност на атомите; колко електрони се нуждаят от орбиталите си, за да придобият валентен октет.

Неполярна връзка

Една ковалентна връзка се състои от равномерно разпределение на двойка електрони между два атома. Но това е напълно вярно само в случаите, когато и двата атома имат еднакви електронегативности; това е една и съща тенденция за привличане на електронна плътност на околната среда в едно съединение.

Неполярните връзки се характеризират с разлика в нулева електронегативност (ΔE≈0). Това се случва в две ситуации: в хомонуклеарно съединение (А₂), или ако химическата среда от двете страни на връзката е еквивалентна (Н₃C-CH₃, молекула етан).

Примери за неполярни връзки се виждат в следните съединения:

-Водород (H-H)

-Кислород (O = O)

-Азот (N≡N)

-Флуор (F-F)

-Хлор (Cl-Cl)

-Ацетилен (HC'CH)

Полярни връзки

Когато има изразена разлика в електронегативността ΔЕ между двата атома, по оста на връзката се образува диполен момент: A^δ+-B^δ-. В случая на хетероядреното съединение АВ, В е най-електроотрицателния атом и следователно има най-голямата електронна плътност δ-; а А - най-малко електронегативният дефицит на натоварване δ+.

За да се появят полярните връзки, трябва да се свържат два атома с различни електронегативади; и по този начин, образуват хетероядрени съединения. A-B наподобява магнит: има положителен полюс и отрицателен полюс. Това му позволява да взаимодейства с други молекули чрез дипол-диполни сили, сред които са водородните връзки.

Водата има две полярни ковалентни връзки, H-O-H, и нейната молекулярна геометрия е ъглова, което увеличава неговия диполен момент. Ако геометрията му е линейна, океаните ще се изпарят и водата ще има по-ниска точка на кипене.

Фактът, че едно съединение има полярни връзки, не означава, че е полярна. Например, тетрахлорметан, CCl₄, има четири C-Cl полярни връзки, но чрез тетраедричното им подреждане диполовият момент завършва с векторно отменяне.

Датиращи или координационни връзки

Когато един атом даде двойка електрони, за да образуват ковалентна връзка с друг атом, тогава ние говорим за dative или координационна връзка. Например, като имаме В: наличната двойка електрони и А (или А⁺), електронно вакантно място, връзката В: А.

В структурата на витамин В₁₂ пет азотните атома са свързани с металния център на Co с този тип ковалентна връзка. Тези азоти дават двойката си свободни електрони на катиона Со³⁺, координиране на метала с тях (Co³⁺: N-)

Друг пример може да бъде намерен в протонирането на амонячна молекула за образуване на амоняк:

Н₃N: + Н⁺ => NH₄⁺

Забележете, че и в двата случая атомът азот допринася за електроните; следователно ковалентната dative или координационна връзка възниква, когато един атом допринася за двойката електрони.

По същия начин, водната молекула може да бъде протонирана, за да се трансформира в хидрониевия (или оксониев) катион:

Н₂О + Н⁺ => H₃О⁺

За разлика от амониевия катион, хидрониумът все още има свободна двойка електрони (Н₃О:⁺); обаче е много трудно да се приеме друг протон за образуване на нестабилен дихидроген хидроний, Н₄О²⁺.

-Йонна връзка

Изображението показва бял хълм на сол. Солите се характеризират с наличието на кристални структури, т.е. симетрични и подредени; високи точки на топене и кипене, високи електропроводимости при топене или разтваряне, а също и техните йони са силно свързани с електростатични взаимодействия.

Тези взаимодействия съставляват така наречената йонна връзка. Във второто изображение е показан катион А⁺ заобиколен от четири аниона B^-, но това е 2D представяне. В три измерения, А⁺ трябва да имат други аниони B^- напред и зад равнината, образувайки различни структури.

Така че, A⁺ може да има шест, осем или дори дванадесет съседи. Броят на съседите, заобикалящи един йон в кристала, е известен като координационен номер (N.C). За всеки N.С е свързан тип кристална подредба, която от своя страна представлява твърда фаза на солта.

Симетричните и фасетирани кристали, наблюдавани в солите, се дължат на равновесието, установено от взаимодействията на привличането (А⁺ B^-) и отблъскване (A⁺ А⁺, B^- B^-) електростатично.

обучение

Но защо А + и Б^-, или Na⁺ и Cl^-, не образуват Na-Cl ковалентни връзки? Тъй като хлорният атом е много по-електроотрицателен от натриевия метал, който също се характеризира с много лесно отдаване на електроните си. Когато тези елементи се открият, те реагират екзотермично, за да произведат трапезна сол:

2Na (s) + Cl₂(g) => 2NaCl (s)

Два натриеви атома дават уникалния си валентен електрон (Na ·) на двуатомната молекула на Cl₂, за да се образуват Cl аниони^-.

Взаимодействията между натриевите катиони и хлоридните аниони, въпреки че представляват по-слаба връзка от ковалентните, са способни да ги поддържат силно свързани в твърдото вещество; и този факт се отразява във високата точка на топене на солта (801 ° С).

Метална връзка

Последният от видовете химическо свързване е метален. Това може да се намери на всякакъв метал или сплав. Характеризира се с това, че е специален и различен от другите, тъй като електроните не преминават от един атом към друг, но пътуват, като море, кристала на металите..

По този начин металните атоми, за да кажем медта, смесват своите валентни орбитали един с друг, за да образуват проводими ленти; при което електроните (s, p, d или f) преминават около атомите и ги държат здраво свързани.

В зависимост от броя на електроните, които преминават през металния кристал, орбиталите, предвидени за лентите, и опаковката на техните атоми, металът може да бъде мек (като алкални метали), твърд, светъл или добър проводник на електроенергия и топлина.

Силата, която държи заедно атомите на металите, като тези, които съставляват малкия човек в образа и лаптопа му, е по-добра от тази на солите..

Това може да бъде проверено експериментално, тъй като кристалите на солите могат да се разделят на няколко половини преди механична сила; докато метална част (съставена от много малки кристали) е деформирана.

Примери

Следните четири съединения обхващат видовете химични връзки, обяснени:

-Натриев флуорид, NaF (Na⁺F^-): йонни.

-Натрий, Na: метален.

-Флуор, F₂ (F-F): неполярен ковалентен, тъй като между двата атома има ΔE, тъй като те са идентични, тъй като са идентични..

-Водороден флуорид, HF (H-F): полярен ковалентен, тъй като в това съединение флуорът е по-електроотрицателен от водород.

Има съединения като витамин В₁₂, който притежава както полярни, така и йонни ковалентни връзки (в отрицателния заряд на неговата фосфатна група -PO₄^--). В някои сложни структури, като метални клъстери, всички тези видове връзки могат да съществуват едновременно.

Материята предлага примери за химични връзки във всичките й проявления. От камъка в дъното на езерото и водата, която го заобикаля, до жабите, които крещят по краищата му.

Докато връзките могат да бъдат прости, броят и пространственото подреждане на атомите в молекулярната структура отварят пътя към богато разнообразие от съединения.

Значение на химичната връзка

Какво е значението на химичната връзка? Неизчисляемият брой последствия, които биха отприщили липсата на химическа връзка, подчертава огромното му значение за природата:

-Без него цветовете не биха съществували, защото електроните им не биха абсорбирали електромагнитното излъчване. Частиците прах и лед, налични в атмосферата, ще изчезнат и следователно синият цвят на небето ще стане тъмен.

-Въглеродът не може да образува безкрайните си вериги, от които се получават трилиони органични и биологични съединения.

-Протеините дори не могат да бъдат дефинирани в съставните им аминокиселини. Захарът и мазнините ще изчезнат, както и всички въглеродни съединения в живите организми.

-Земята щеше да избяга от атмосферата, защото при липсата на химически връзки в газовете й нямаше да има сила да ги държи заедно. Също така няма да има и най-малкото междумолекулно взаимодействие между тях.

-Планините може да изчезнат, защото техните скали и минерали, макар и тежки, не биха могли да съдържат техните атоми, опаковани в техните кристални или аморфни структури..

-Светът би бил образуван от отделни атоми, които не могат да образуват твърди или течни вещества. Това също би довело до изчезването на всяка трансформация на материята; няма да има химическа реакция. Само плавни газове навсякъде.

препратки

1. Хари Б. Грей. (1965). Електрони и химическо свързване. W. A. BENJAMIN, INC. Р 36-39.
2. Уитън, Дейвис, Пек и Стенли. Химия. (8-мо изд.). CENGAGE Learning, стр. 233, 251, 278, 279.
3. Корабен Р. (2016). Химично свързване. Изтеглено от: hyperphysics.phy-astr.gsu.edu
4. Видове химически облигации. (3 октомври 2006 г.). Взето от: dwb4.unl.edu
5. Формиране на химични връзки: ролята на електроните. [PDF]. Изтеглено от: cod.edu
6. Фондация CK-12. (Н.О.). Образуване на енергия и ковалентна връзка. Изтеглено от: chem.libretexts.org
7. Quimitube. (2012 г.). Ковалентна връзка координирана или дативна. Изтеглено от: quimitube.com