مفهوم پیوند شیمیاییدر زمینه های مختلف شیمی به عنوان یک علم اهمیت چندانی ندارد. این به دلیل این واقعیت است که با کمک آن است که اتم های منفرد می توانند به مولکول ها ترکیب شوند و انواع مواد را تشکیل دهند که به نوبه خود موضوع تحقیقات شیمیایی هستند.

تنوع اتم ها و مولکول ها با پیدایش انواع مختلفی از پیوندها بین آنها مرتبط است. دسته‌های مختلف مولکول‌ها با ویژگی‌های توزیع الکترون خود و در نتیجه انواع پیوندهای خود مشخص می‌شوند.

مفاهیم اساسی

پیوند شیمیاییمجموعه‌ای از فعل و انفعالات نامیده می‌شود که منجر به پیوند اتم‌ها با تشکیل ذرات پایدار با ساختار پیچیده‌تر (مولکول‌ها، یون‌ها، رادیکال‌ها) و همچنین دانه‌ها (کریستال‌ها، شیشه‌ها و غیره) می‌شود. ماهیت این فعل و انفعالات ماهیتا الکتریکی است و در هنگام توزیع الکترون های ظرفیت در اتم های نزدیک به وجود می آیند.

والانس پذیرفته شدتوانایی یک اتم برای ایجاد تعداد معینی پیوند با اتم های دیگر را نام ببرید. در ترکیبات یونی، تعداد الکترون هایی که داده شده یا به دست می آیند به عنوان مقدار ظرفیت در نظر گرفته می شود. در ترکیبات کووالانسی برابر است با تعداد جفت الکترون های مشترک.

زیر درجه اکسیداسیون به عنوان یک شرط درک می شودباری که می تواند روی یک اتم باشد اگر همه پیوندهای کووالانسی قطبی ماهیت یونی داشته باشند.

تعدد یک اتصال نامیده می شودتعداد جفت الکترون های مشترک بین اتم های مورد بررسی.

پیوندهای مورد توجه در شاخه های مختلف شیمی را می توان به دو نوع پیوند شیمیایی تقسیم کرد: پیوندهایی که منجر به تشکیل مواد جدید می شوند (درون مولکولی). ، وآنهایی که بین مولکولها رخ می دهند (بین مولکولی).

ویژگی های اساسی ارتباط

انرژی ارتباطاتانرژی مورد نیاز برای شکستن تمام پیوندهای موجود در یک مولکول است. همچنین انرژی آزاد شده در طول تشکیل پیوند است.

طول پیوندفاصله بین هسته های همسایه اتم ها در یک مولکول است که در آن نیروهای جاذبه و دافعه متعادل می شوند.

این دو ویژگی پیوند شیمیایی بین اتم ها معیاری برای استحکام آن است: هر چه طول آن کوتاه تر و انرژی بیشتر باشد، پیوند قوی تر است.

زاویه پیوندمرسوم است که زاویه بین خطوط نشان داده شده را که در جهت ارتباط از هسته اتم ها عبور می کنند، نامیده می شود.

روش هایی برای توصیف اتصالات

رایج ترین دو رویکرد برای توضیح پیوندهای شیمیایی که از مکانیک کوانتومی به عاریت گرفته شده است:

روش اوربیتال مولکولی.او مولکول را مجموعه‌ای از الکترون‌ها و هسته‌های اتمی می‌داند که هر الکترون جداگانه در میدان عمل همه الکترون‌ها و هسته‌های دیگر حرکت می‌کند. این مولکول دارای ساختار مداری است و تمام الکترون های آن در این مدارها توزیع می شوند. این روش همچنین MO LCAO نامیده می شود که مخفف "ترکیب مولکولی مداری - خطی" است

روش باند ظرفیت.یک مولکول را به عنوان سیستمی از دو اوربیتال مولکولی مرکزی نشان می دهد. علاوه بر این، هر یک از آنها مربوط به یک پیوند بین دو اتم همسایه در مولکول است. این روش بر اساس مقررات زیر است:

1. تشکیل یک پیوند شیمیایی توسط یک جفت الکترون با اسپین های مخالف انجام می شود که بین دو اتم مورد نظر قرار دارند. جفت الکترونی تشکیل شده به طور مساوی متعلق به دو اتم است.
2. تعداد پیوندهای تشکیل شده توسط یک یا اتم دیگر برابر است با تعداد الکترون های جفت نشده در زمین و حالت های برانگیخته.
3. اگر جفت های الکترون در تشکیل یک پیوند شرکت نکنند، آنها را جفت تنها می نامند.

الکترونگاتیوی

نوع پیوند شیمیایی در مواد را می توان بر اساس تفاوت در مقادیر الکترونگاتیوی اتم های تشکیل دهنده آن تعیین کرد. زیر الکترونگاتیویتوانایی اتم ها برای جذب جفت های الکترون مشترک (ابر الکترونی) را که منجر به قطبش پیوند می شود را درک کنید.

وجود دارد راه های مختلفتعیین مقادیر الکترونگاتیوی عناصر شیمیایی. با این حال، بیشترین مورد استفاده، مقیاس مبتنی بر داده های ترمودینامیکی است که در سال 1932 توسط L. Pauling پیشنهاد شد.

هر چه اختلاف الکترونگاتیوی اتم ها بیشتر باشد، یونی بودن آن بیشتر است. برعکس، مقادیر الکترونگاتیوی برابر یا مشابه، ماهیت کووالانسی پیوند را نشان می دهد. به عبارت دیگر، می توان از نظر ریاضی تعیین کرد که چه پیوند شیمیایی در یک مولکول خاص مشاهده می شود. برای انجام این کار، باید ΔХ - تفاوت الکترونگاتیوی اتم ها را با استفاده از فرمول محاسبه کنید: ΔХ=|Х 1 -X 2 |.

• اگر ΔХ> 1.7،سپس پیوند یونی است.
• اگر 0.5≤ΔХ≤1.7،پس پیوند کووالانسی قطبی است.
• اگر ΔХ=0یا نزدیک به آن، سپس پیوند به عنوان غیرقطبی کووالانسی طبقه بندی می شود.

پیوند یونی

پیوند یونی پیوندی است که بین یون ها یا به دلیل خروج کامل یک جفت الکترون مشترک توسط یکی از اتم ها ظاهر می شود. در مواد، این نوع پیوند شیمیایی توسط نیروهای جاذبه الکترواستاتیکی انجام می شود.

یون ها ذرات باردار هستند که از اتم ها با به دست آوردن یا از دست دادن الکترون ها تشکیل می شوند. اگر اتم الکترون بپذیرد، بار منفی پیدا کرده و تبدیل به آنیون می شود. اگر یک اتم الکترون های ظرفیتی را رها کند، تبدیل به ذره ای با بار مثبت به نام کاتیون می شود.

این ویژگی ترکیباتی است که از برهمکنش اتم های فلزات معمولی با اتم های غیر فلزات معمولی تشکیل می شوند. دلیل اصلی این فرآیند تمایل اتم ها برای بدست آوردن تنظیمات الکترونیکی پایدار است. و برای این کار، فلزات و غیرفلزات معمولی باید فقط 1-2 الکترون بدهند یا بپذیرند، که به راحتی انجام می دهند.

مکانیسم تشکیل پیوند شیمیایی یونی در یک مولکول به طور سنتی با استفاده از مثال برهمکنش سدیم و کلر در نظر گرفته می شود. اتم های فلز قلیایی به راحتی الکترونی را که توسط یک اتم هالوژن کشیده می شود از دست می دهند. در نتیجه کاتیون Na + و آنیون کلر تشکیل می شوند که با جاذبه الکترواستاتیکی کنار هم نگه داشته می شوند.

هیچ پیوند یونی ایده آلی وجود ندارد. حتی در چنین ترکیباتی که اغلب به عنوان یونی طبقه بندی می شوند، انتقال نهایی الکترون ها از اتم به اتم اتفاق نمی افتد. جفت الکترون تشکیل شده هنوز در آن باقی می ماند استفاده مشترک. بنابراین، آنها در مورد درجه یونی بودن یک پیوند کووالانسی صحبت می کنند.

یک پیوند یونی با دو ویژگی اصلی مرتبط با یکدیگر مشخص می شود:

• غیر جهت دار بودن، یعنی میدان الکتریکیدر اطراف یون به شکل یک کره است.
• اشباع نشدن، یعنی تعداد یون هایی با بار مخالف که می توانند در اطراف هر یون قرار گیرند، با اندازه آنها تعیین می شود.

پیوند شیمیایی کووالانسی

پیوندی که از همپوشانی ابرهای الکترونی اتم‌های غیرفلز تشکیل می‌شود، یعنی توسط یک جفت الکترون مشترک انجام می‌شود، پیوند کووالانسی نامیده می‌شود. تعداد جفت الکترون های مشترک تعدد پیوند را تعیین می کند. بنابراین، اتم های هیدروژن توسط یک پیوند H··H به هم متصل می شوند و اتم های اکسیژن یک پیوند دوگانه O::O را تشکیل می دهند.

دو مکانیسم برای تشکیل آن وجود دارد:

• تبادل - هر اتم نشان دهنده یک الکترون برای تشکیل یک جفت مشترک است: A· + ·B = A:B، در حالی که اوربیتال های اتمی خارجی، که یک الکترون روی آن قرار دارد، در پیوند شرکت می کنند.
• دهنده-گیرنده - برای تشکیل یک پیوند، یکی از اتم ها (دهنده) یک جفت الکترون را فراهم می کند و دومی (گیرنده) یک اوربیتال آزاد برای قرار دادن آن فراهم می کند: A + : B = A: B.

روش های همپوشانی ابرهای الکترونی در طول تشکیل یک پیوند شیمیایی کووالانسی نیز متفاوت است.

1. مستقیم. ناحیه همپوشانی ابر روی یک خط فرضی مستقیم قرار دارد که هسته اتم های مورد نظر را به هم متصل می کند. در این حالت پیوند σ تشکیل می شود. نوع پیوند شیمیایی که در این مورد اتفاق می افتد بستگی به نوع ابرهای الکترونی دارد که روی هم قرار می گیرند: پیوندهای s-s، s-p، p-p، s-d یا p-d σ. در یک ذره (مولکول یا یون)، تنها یک پیوند σ بین دو اتم همسایه امکان پذیر است.
2. جانبی. در دو طرف خط اتصال هسته اتم ها انجام می شود. به این ترتیب پیوند π تشکیل می شود و انواع آن نیز ممکن است: p-p، p-d، d-d. پیوند π هرگز جدا از پیوند σ تشکیل نمی‌شود، می‌تواند در مولکول‌های حاوی پیوندهای متعدد (دو و سه‌گانه) رخ دهد.

خواص پیوندهای کووالانسی

آنها خواص شیمیایی و فیزیکی ترکیبات را تعیین می کنند. خواص اصلی هر پیوند شیمیایی در مواد جهت، قطبیت و قطبی پذیری و همچنین اشباع بودن آن است.

تمرکز کنیداتصالات توسط ویژگی های ساختار مولکولی مواد و شکل هندسی مولکول های آنها تعیین می شود. ماهیت آن این است که بهترین همپوشانی ابرهای الکترونی با جهت گیری خاصی در فضا امکان پذیر است. گزینه های تشکیل پیوند σ- و π قبلاً در بالا مورد بحث قرار گرفته است.

زیر اشباعتوانایی اتم ها برای تشکیل تعداد معینی پیوند شیمیایی در یک مولکول را درک کنید. تعداد پیوندهای کووالانسی برای هر اتم با تعداد اوربیتال های بیرونی محدود می شود.

قطبیتپیوند به تفاوت در مقادیر الکترونگاتیوی اتم ها بستگی دارد. یکنواختی توزیع الکترون ها بین هسته اتم ها به آن بستگی دارد. با توجه به این ویژگی، یک پیوند کووالانسی می تواند قطبی یا غیرقطبی باشد.

• اگر جفت الکترون مشترک به طور مساوی به هر یک از اتم ها تعلق داشته باشد و در فاصله یکسانی از هسته آنها قرار گیرد، پیوند کووالانسی غیرقطبی است.
• اگر یک جفت الکترون مشترک به سمت هسته یکی از اتم ها جابه جا شود، یک پیوند شیمیایی قطبی کووالانسی تشکیل می شود.

قطبی پذیریبا جابجایی الکترون های پیوند تحت تأثیر خارجی بیان می شود میدان الکتریکی، که ممکن است متعلق به ذره ای دیگر، پیوندهای همسایه در همان مولکول، یا از آن باشد منابع خارجیمیدان های الکترومغناطیسی بنابراین، یک پیوند کووالانسی تحت تأثیر آنها می تواند قطبیت آن را تغییر دهد.

هیبریداسیون اوربیتال ها به عنوان تغییر شکل آنها در طول یک پیوند شیمیایی درک می شود. این برای رسیدن به موثرترین همپوشانی ضروری است. انواع زیر هیبریداسیون وجود دارد:

• sp3. یک اوربیتال s و سه p چهار اوربیتال ترکیبی هم شکل را تشکیل می دهند. از نظر ظاهری شبیه یک چهار وجهی با زاویه بین محورهای 109 درجه است.
• sp2. یک اوربیتال s و دو اوربیتال p یک مثلث مسطح با زاویه بین محورهای 120 درجه تشکیل می دهند.
• sp. یک اوربیتال s و یک اوربیتال p دو اوربیتال ترکیبی با زاویه بین محورهایشان 180 درجه تشکیل می دهند.

ویژگی خاص ساختار اتم های فلزی شعاع نسبتاً بزرگ آنها و وجود تعداد کمی الکترون در اوربیتال های بیرونی است. در نتیجه، در چنین عناصر شیمیایی پیوند بین هسته و الکترون های ظرفیت نسبتا ضعیف است و به راحتی شکسته می شود.

فلزپیوند یک برهمکنش بین اتم‌های فلز و یون‌ها است که با کمک الکترون‌های غیرمکانی‌شده اتفاق می‌افتد.

در ذرات فلزی، الکترون های ظرفیت می توانند به راحتی اوربیتال های بیرونی را ترک کنند و همچنین موقعیت های خالی روی آنها را اشغال کنند. بنابراین، در لحظات مختلف زمانی یک ذره می تواند یک اتم و یک یون باشد. الکترون های جدا شده از آنها آزادانه در کل حجم شبکه کریستالی حرکت می کنند و یک پیوند شیمیایی ایجاد می کنند.

این نوع پیوند شباهت هایی با پیوندهای یونی و کووالانسی دارد. درست مانند پیوندهای یونی، پیوندهای فلزی برای وجود یون ها نیاز دارند. اما اگر در مورد اول برای انجام برهمکنش الکترواستاتیکی به کاتیون ها و آنیون ها نیاز باشد، در حالت دوم نقش ذرات با بار منفی توسط الکترون ها ایفا می شود. هنگامی که یک پیوند فلزی را با یک پیوند کووالانسی مقایسه می کنیم، هر دو برای تشکیل به الکترون های مشترک نیاز دارند. با این حال، بر خلاف پیوندهای شیمیایی قطبی، آنها بین دو اتم موضعی نیستند، بلکه متعلق به تمام ذرات فلزی در شبکه کریستالی هستند.

پیوند فلزی مسئول خواص ویژه تقریباً همه فلزات است:

• پلاستیسیته به دلیل امکان جابجایی لایه های اتم در یک شبکه کریستالی که توسط یک گاز الکترونی نگهداری می شود وجود دارد.
• درخشش فلزی که به دلیل انعکاس پرتوهای نور از الکترون ها مشاهده می شود (در حالت پودر هیچ شبکه کریستالی وجود ندارد و بنابراین الکترون ها از طریق آن حرکت می کنند).
• هدایت الکتریکی که توسط جریان ذرات باردار انجام می شود و در در این موردالکترون های کوچک آزادانه در میان یون های فلزی بزرگ حرکت می کنند.
• رسانایی حرارتی به دلیل توانایی الکترون ها در انتقال گرما مشاهده می شود.

این نوع پیوند شیمیایی گاهی اوقات واسطه بین برهمکنش های کووالانسی و بین مولکولی نامیده می شود. اگر یک اتم هیدروژن با یکی از عناصر به شدت الکترونگاتیو (مانند فسفر، اکسیژن، کلر، نیتروژن) پیوند داشته باشد، در این صورت قادر به تشکیل یک پیوند اضافی به نام پیوند هیدروژنی است.

این بسیار ضعیف تر از همه انواع پیوندهایی است که در بالا مورد بحث قرار گرفت (انرژی بیش از 40 کیلوژول بر مول)، اما نمی توان از آن غافل شد. به همین دلیل است که پیوند شیمیایی هیدروژنی به صورت یک خط نقطه چین در نمودار ظاهر می شود.

وقوع پیوند هیدروژنی به دلیل برهمکنش الکترواستاتیکی همزمان دهنده و گیرنده امکان پذیر است. تفاوت زیاد در مقادیر الکترونگاتیوی منجر به ظهور چگالی الکترون اضافی در اتم های O، N، F و سایر اتم ها و همچنین کمبود آن در اتم هیدروژن می شود. در صورتی که هیچ پیوند شیمیایی بین چنین اتمی وجود نداشته باشد، هنگامی که آنها به اندازه کافی نزدیک باشند، نیروهای جاذبه فعال می شوند. در این حالت پروتون پذیرنده جفت الکترون و اتم دوم دهنده است.

پیوندهای هیدروژنی می تواند هم بین مولکول های همسایه، به عنوان مثال، آب، اسیدهای کربوکسیلیک، الکل ها، آمونیاک و در داخل یک مولکول، به عنوان مثال، اسید سالیسیلیک ایجاد شود.

وجود پیوندهای هیدروژنی بین مولکول های آب تعدادی از منحصر به فرد آن را توضیح می دهد خواص فیزیکی:

• مقادیر ظرفیت گرمایی آن، ثابت دی الکتریک، نقاط جوش و ذوب، مطابق با محاسبات، باید به طور قابل توجهی کمتر از مقادیر واقعی باشد، که با انسجام مولکول ها و نیاز به صرف انرژی برای شکستن پیوندهای هیدروژنی بین مولکولی توضیح داده می شود.
• برخلاف سایر مواد، حجم آب با کاهش دما افزایش می یابد. این به این دلیل رخ می دهد که مولکول ها موقعیت خاصی را در ساختار بلوری یخ اشغال می کنند و با طول پیوند هیدروژنی از یکدیگر دور می شوند.

این ارتباط نقش ویژه ای را برای موجودات زنده ایفا می کند، زیرا وجود آن در مولکول های پروتئینی ساختار ویژه و در نتیجه خواص آنها را تعیین می کند. علاوه بر این، اسیدهای نوکلئیککه مارپیچ دوگانه DNA را تشکیل می‌دهند، با پیوندهای هیدروژنی نیز به هم متصل هستند.

پیوندها در کریستال ها

اکثریت قریب به اتفاق جامداتدارای یک شبکه کریستالی - آرایش متقابل خاصی از ذرات تشکیل دهنده آنها. در این حالت تناوب سه بعدی مشاهده می‌شود و اتم‌ها، مولکول‌ها یا یون‌ها در گره‌ها قرار می‌گیرند که با خطوط فرضی به هم متصل می‌شوند. بسته به ماهیت این ذرات و اتصالات بین آنها، تمام ساختارهای کریستالی به اتمی، مولکولی، یونی و فلزی تقسیم می شوند.

گره های شبکه کریستالی یونی حاوی کاتیون ها و آنیون ها هستند. علاوه بر این، هر یک از آنها توسط تعداد کاملاً مشخصی از یون ها با بار مخالف احاطه شده است. یک مثال معمولی کلرید سدیم (NaCl) است. آنها معمولاً نقطه ذوب و سختی بالایی دارند زیرا برای تجزیه به انرژی زیادی نیاز دارند.

در گره های شبکه کریستالی مولکولی مولکول هایی از مواد وجود دارد که توسط پیوندهای کووالانسی تشکیل شده اند (به عنوان مثال، I 2). آنها توسط یک تعامل ضعیف واندروالسی به یکدیگر متصل می شوند و بنابراین چنین ساختاری به راحتی تخریب می شود. چنین ترکیباتی نقطه جوش و ذوب پایینی دارند.

شبکه کریستالی اتمی توسط اتم های عناصر شیمیایی با ارزش ظرفیت بالا تشکیل می شود. آنها توسط پیوندهای کووالانسی قوی به هم متصل می شوند، به این معنی که مواد متفاوت هستند دمای بالاجوش، ذوب و سختی زیاد. یک نمونه الماس است.

بنابراین، انواع اتصالات موجود در مواد شیمیایی، ویژگی های خاص خود را دارند که ظرافت های برهمکنش ذرات در مولکول ها و مواد را توضیح می دهد. خواص ترکیبات به آنها بستگی دارد. آنها تمام فرآیندهای رخ داده در محیط را تعیین می کنند.

.

می دانید که اتم ها می توانند با یکدیگر ترکیب شوند و مواد ساده و پیچیده را تشکیل دهند. در این مورد، انواع مختلفپیوندهای شیمیایی: یونی، کووالانسی (غیر قطبی و قطبی)، فلزی و هیدروژنی.یکی از ضروری ترین خواص اتم های عناصر که تعیین می کند چه نوع پیوندی بین آنها - یونی یا کووالانسی - ایجاد می شود. این الکترونگاتیوی است، یعنی. توانایی اتم های یک ترکیب برای جذب الکترون.

ارزیابی کمی مشروط الکترونگاتیوی با مقیاس الکترونگاتیوی نسبی داده می شود.

در دوره ها، تمایل کلی برای افزایش الکترونگاتیوی عناصر و در گروه ها برای کاهش آنها وجود دارد. عناصر با توجه به الکترونگاتیوی خود در یک سری قرار می گیرند که بر اساس آن می توان الکترونگاتیوی عناصر واقع در دوره های مختلف را مقایسه کرد.

نوع پیوند شیمیایی بستگی به این دارد که تفاوت مقادیر الکترونگاتیوی اتم های اتصال عناصر چقدر است. هر چه اتم های عناصر تشکیل دهنده پیوند از نظر الکترونگاتیوی متفاوت باشند، پیوند شیمیایی قطبی تر است. ترسیم مرز دقیق بین انواع پیوندهای شیمیایی غیرممکن است. در اکثر ترکیبات، نوع پیوند شیمیایی میانی است. به عنوان مثال، یک پیوند شیمیایی کووالانسی بسیار قطبی نزدیک به یک پیوند یونی است. بسته به اینکه پیوند شیمیایی در کدام یک از موارد محدود کننده از نظر ماهیت نزدیکتر باشد، به عنوان پیوند قطبی یونی یا کووالانسی طبقه بندی می شود.

یک پیوند یونی از برهمکنش اتم هایی تشکیل می شود که از نظر الکترونگاتیوی به شدت با یکدیگر تفاوت دارند.به عنوان مثال، فلزات معمولی لیتیوم (Li)، سدیم (Na)، پتاسیم (K)، کلسیم (Ca)، استرانسیم (Sr)، باریم (Ba) پیوند یونی با غیر فلزات معمولی، عمدتا هالوژن تشکیل می دهند.

علاوه بر هالیدهای فلزات قلیایی، پیوندهای یونی در ترکیباتی مانند قلیایی ها و نمک ها نیز تشکیل می شود. به عنوان مثال، در هیدروکسید سدیم (NaOH) و سولفات سدیم (Na 2 SO 4) پیوندهای یونی فقط بین اتم های سدیم و اکسیژن وجود دارد (پیوندهای باقی مانده کووالانسی قطبی هستند).

وقتی اتم هایی با الکترونگاتیوی یکسان برهم کنش می کنند، مولکول هایی با پیوند غیرقطبی کووالانسی تشکیل می شوند.چنین ارتباطی در مولکول های مواد ساده زیر وجود دارد: H 2، F 2، Cl 2، O 2، N 2. پیوندهای شیمیایی در این گازها از طریق جفت الکترون های مشترک تشکیل می شوند. وقتی ابرهای الکترونی متناظر با یکدیگر همپوشانی دارند، به دلیل برهمکنش الکترون-هسته ای، که زمانی رخ می دهد که اتم ها به یکدیگر نزدیک می شوند.

هنگام ترکیب فرمول های الکترونیکی مواد، باید به خاطر داشت که هر جفت الکترون مشترک یک تصویر متعارف از افزایش چگالی الکترون ناشی از همپوشانی ابرهای الکترونی مربوطه است.

وقتی اتم‌ها برهم کنش می‌کنند، مقادیر الکترونگاتیوی آن‌ها متفاوت است، اما نه به شدت، جفت الکترون مشترک به اتم الکترونگاتیوی‌تر تغییر می‌کند.این رایج ترین نوع پیوند شیمیایی است که در ترکیبات معدنی و آلی یافت می شود.

پیوندهای کووالانسی نیز به طور کامل شامل آن دسته از پیوندهایی می شوند که توسط مکانیسم دهنده-پذیرنده، به عنوان مثال در یون های هیدرونیوم و آمونیوم، تشکیل می شوند.

اتصال فلزی.

پیوندی که در نتیجه برهمکنش الکترون های نسبتا آزاد با یون های فلزی ایجاد می شود پیوند فلزی نامیده می شود.این نوع پیوند مشخصه مواد ساده - فلزات است.

ماهیت فرآیند تشکیل پیوند فلزی به شرح زیر است: اتم های فلز به راحتی الکترون های ظرفیت را رها می کنند و به یون های دارای بار مثبت تبدیل می شوند. الکترون‌های نسبتاً آزاد که از اتم جدا شده‌اند، بین یون‌های فلزی مثبت حرکت می‌کنند. یک پیوند فلزی بین آنها ایجاد می شود، یعنی الکترون ها، یون های مثبت شبکه کریستالی فلزات را سیمان می کنند.

پیوند هیدروژنی

پیوندی که بین اتم های هیدروژن یک مولکول و اتم یک عنصر به شدت الکترونگاتیو تشکیل می شود.(O,N,F) مولکول دیگری پیوند هیدروژنی نامیده می شود.

ممکن است این سوال مطرح شود: چرا هیدروژن چنین پیوند شیمیایی خاصی را تشکیل می دهد؟

این با این واقعیت توضیح داده می شود که شعاع اتمی هیدروژن بسیار کوچک است. علاوه بر این، هنگامی که هیدروژن تک تک الکترون خود را جابجا می کند یا به طور کامل رها می کند، مقدار نسبتاً بالایی به دست می آورد بار مثبتبه همین دلیل هیدروژن یک مولکول با اتم های عناصر الکترونگاتیو که دارای بار منفی جزئی هستند که وارد ترکیب مولکول های دیگر می شود (HF, H 2 O, NH 3) برهم کنش می دهد.

بیایید به چند نمونه نگاه کنیم. معمولا ما ترکیب آب را به تصویر می کشیم فرمول شیمیایی H 2 O. با این حال، این کاملا دقیق نیست. درست تر است که ترکیب آب را با فرمول (H2O)n نشان دهیم، که در آن n = 2،3،4، و غیره است. .

پیوندهای هیدروژنی معمولاً با نقطه نشان داده می شوند. این پیوند بسیار ضعیف تر از پیوندهای یونی یا کووالانسی است، اما قوی تر از برهمکنش های بین مولکولی معمولی است.

وجود پیوندهای هیدروژنی افزایش حجم آب را با کاهش دما توضیح می دهد. این به این دلیل است که با کاهش دما، مولکول ها قوی تر می شوند و در نتیجه چگالی "بسته بندی" آنها کاهش می یابد.

هنگام مطالعه شیمی آلی، این سوال مطرح شد: چرا نقطه جوش الکل ها بسیار بالاتر از هیدروکربن های مربوطه است؟ این با این واقعیت توضیح داده می شود که پیوندهای هیدروژنی نیز بین مولکول های الکل تشکیل می شود.

افزایش نقطه جوش الکل ها نیز به دلیل بزرگ شدن مولکول های آنها اتفاق می افتد.

پیوند هیدروژنی نیز مشخصه بسیاری دیگر است ترکیبات آلی(فنول ها، اسیدهای کربوکسیلیک و غیره). از دروس شیمی آلی و زیست شناسی عمومی، می دانید که وجود پیوند هیدروژنی ساختار ثانویه پروتئین ها، ساختار مارپیچ دوگانه DNA، یعنی پدیده مکمل بودن را توضیح می دهد.

موضوعات کد کننده آزمون دولتی واحد: پیوند شیمیایی کووالانسی، انواع و مکانیسم های تشکیل آن. ویژگی های پیوندهای کووالانسی (قطبیت و انرژی پیوند). پیوند یونی اتصال فلزی. پیوند هیدروژنی

پیوندهای شیمیایی درون مولکولی

ابتدا، بیایید به پیوندهایی که بین ذرات درون مولکول ها ایجاد می شود نگاه کنیم. چنین اتصالاتی نامیده می شود درون مولکولی.

پیوند شیمیایی بین اتم های عناصر شیمیایی ماهیت الکترواستاتیکی دارد و به دلیل تشکیل می شود برهمکنش الکترون های خارجی ( ظرفیت )، به میزان کم یا زیاد توسط هسته های دارای بار مثبت نگهداری می شوداتم های پیوند خورده

مفهوم کلیدی اینجاست نگاتی الکتریکی. این است که نوع پیوند شیمیایی بین اتم ها و خواص این پیوند را تعیین می کند.

توانایی یک اتم برای جذب (نگه داشتن) است خارجی(ظرفیت) الکترون ها. الکترونگاتیوی با درجه جذب الکترون های بیرونی به هسته تعیین می شود و در درجه اول به شعاع اتم و بار هسته بستگی دارد.

تعیین الکترونگاتیوی به طور واضح دشوار است. L. Pauling جدولی از الکترونگاتیوی نسبی (بر اساس انرژی پیوند مولکولهای دو اتمی) تهیه کرد. الکترونگاتیوترین عنصر است فلوئوربا معنی 4 .

توجه به این نکته ضروری است که در منابع مختلف می توانید مقیاس ها و جداول متفاوتی از مقادیر الکترونگاتیوی را پیدا کنید. این نباید نگران باشد، زیرا تشکیل یک پیوند شیمیایی نقش مهمی دارد اتم ها، و تقریباً در هر سیستمی یکسان است.

اگر یکی از اتم های پیوند شیمیایی A:B الکترون ها را با شدت بیشتری جذب کند، آنگاه جفت الکترون به سمت آن حرکت می کند. هر چه بیشتر اختلاف الکترونگاتیویاتم ها، جفت الکترون بیشتر جابجا می شود.

اگر الکترونگاتیوی اتم های برهم کنش مساوی یا تقریباً برابر باشد: EO(A)≈EO(B)، سپس جفت الکترون مشترک به هیچ یک از اتم ها تغییر نمی کند: الف: ب. این ارتباط نامیده می شود کووالانسی غیرقطبی

اگر الکترونگاتیوی اتم های برهم کنش متفاوت باشد، اما نه زیاد (تفاوت در الکترونگاتیوی تقریباً از 0.4 تا 2 است: 0,4<ΔЭО<2 ، سپس جفت الکترون به یکی از اتم ها جابه جا می شود. این ارتباط نامیده می شود قطبی کووالانسی .

اگر الکترونگاتیوی اتم های برهم کنش به طور قابل توجهی متفاوت باشد (تفاوت در الکترونگاتیوی بیشتر از 2 است: ΔEO>2) سپس یکی از الکترون ها با تشکیل تقریباً به طور کامل به اتم دیگری منتقل می شود یون ها. این ارتباط نامیده می شود یونی.

انواع پایه پیوندهای شیمیایی - کووالانسی, یونیو فلزیارتباطات بیایید نگاهی دقیق تر به آنها بیندازیم.

پیوند شیمیایی کووالانسی

پیوند کووالانسی – این یک پیوند شیمیایی است ، شکل گرفته به دلیل تشکیل یک جفت الکترون مشترک A:B . علاوه بر این، دو اتم همپوشانیاوربیتال های اتمی یک پیوند کووالانسی از برهم کنش اتم ها با اختلاف الکترونگاتیوی کوچک (معمولاً بین دو نافلز) یا اتم های یک عنصر.

خواص اساسی پیوندهای کووالانسی

• تمرکز کنید,
• اشباع پذیری,
• قطبیت,
• قطبی پذیری.

این خواص پیوندی بر خواص شیمیایی و فیزیکی مواد تأثیر می گذارد.

جهت ارتباط ساختار شیمیایی و شکل مواد را مشخص می کند. زوایای بین دو پیوند را زوایای پیوند می گویند. برای مثال، در یک مولکول آب، زاویه پیوند H-O-H 104.45 o است، بنابراین مولکول آب قطبی است، و در یک مولکول متان، زاویه پیوند H-C-H 108 o 28' است.

اشباع پذیری توانایی اتم ها برای تشکیل تعداد محدودی پیوند شیمیایی کووالانسی است. به تعداد پیوندهایی که یک اتم می تواند تشکیل دهد گفته می شود.

قطبیتپیوند به دلیل توزیع نابرابر چگالی الکترون بین دو اتم با الکترونگاتیوی متفاوت رخ می دهد. پیوندهای کووالانسی به دو دسته قطبی و غیرقطبی تقسیم می شوند.

قطبی پذیری اتصالات هستند توانایی الکترون های پیوند برای جابجایی تحت تأثیر میدان الکتریکی خارجی(به ویژه میدان الکتریکی یک ذره دیگر). قطبش پذیری به تحرک الکترون بستگی دارد. هرچه الکترون از هسته دورتر باشد، تحرک بیشتری دارد و بر این اساس مولکول قطبی پذیرتر است.

پیوند شیمیایی غیرقطبی کووالانسی

2 نوع پیوند کووالانسی وجود دارد - قطبیو غیر قطبی .

مثال . بیایید ساختار مولکول هیدروژن H2 را در نظر بگیریم. هر اتم هیدروژن در سطح انرژی بیرونی خود حامل 1 الکترون جفت نشده است. برای نمایش یک اتم، از ساختار لوئیس استفاده می کنیم - این نموداری از ساختار سطح انرژی بیرونی یک اتم است، زمانی که الکترون ها با نقطه نشان داده می شوند. مدل‌های ساختار نقطه‌ای لوئیس هنگام کار با عناصر دوره دوم کاملاً مفید هستند.

اچ. + . H = H: H

بنابراین، یک مولکول هیدروژن یک جفت الکترون مشترک و یک پیوند شیمیایی H-H دارد. این جفت الکترون به هیچ یک از اتم های هیدروژن جابجا نمی شود، زیرا اتم های هیدروژن الکترونگاتیوی یکسانی دارند. این ارتباط نامیده می شود کووالانسی غیرقطبی .

پیوند کووالانسی غیرقطبی (متقارن). یک پیوند کووالانسی است که توسط اتم‌هایی با الکترونگاتیوی برابر (معمولاً همان نافلزات) و بنابراین با توزیع یکنواخت چگالی الکترون بین هسته‌های اتم‌ها تشکیل می‌شود.

گشتاور دوقطبی پیوندهای غیر قطبی 0 است.

نمونه ها: H 2 (H-H)، O 2 (O=O)، S 8.

پیوند شیمیایی قطبی کووالانسی

پیوند قطبی کووالانسی یک پیوند کووالانسی است که بین اتم هایی با الکترونگاتیوی متفاوت (معمولا انواع غیر فلزات) و مشخص می شود جابجاییجفت الکترون مشترک به اتم الکترونگاتیو تر (قطبی شدن).

چگالی الکترون به اتم الکترونگاتیو تر منتقل می شود - بنابراین، یک بار منفی جزئی (δ-) روی آن ظاهر می شود و یک بار مثبت جزئی (δ+، دلتا +) روی اتم کمتر الکترونگاتیو ظاهر می شود.

هر چه اختلاف الکترونگاتیوی اتم ها بیشتر باشد، بیشتر است قطبیتاتصالات و موارد دیگر لحظه دوقطبی . نیروهای جاذبه اضافی بین مولکول های همسایه و بارهای علامت مخالف عمل می کنند که افزایش می یابد قدرتارتباطات

قطبیت پیوند بر خواص فیزیکی و شیمیایی ترکیبات تأثیر می گذارد. مکانیسم واکنش و حتی واکنش پذیری پیوندهای همسایه به قطبیت پیوند بستگی دارد. قطبیت اتصال اغلب تعیین می کند قطبیت مولکولو بنابراین مستقیماً بر خواص فیزیکی مانند نقطه جوش و نقطه ذوب، حلالیت در حلال های قطبی تأثیر می گذارد.

مثال ها: HCl، CO 2، NH 3.

مکانیسم های تشکیل پیوند کووالانسی

پیوندهای شیمیایی کووالانسی می توانند با 2 مکانیسم ایجاد شوند:

1. مکانیسم مبادله تشکیل یک پیوند شیمیایی کووالانسی زمانی است که هر ذره یک الکترون جفت نشده برای تشکیل یک جفت الکترون مشترک فراهم می کند:

الف . + . B= A:B

2. تشکیل پیوند کووالانسی مکانیزمی است که در آن یکی از ذرات یک جفت الکترون تنها و ذره دیگر یک اوربیتال خالی برای این جفت الکترون فراهم می کند:

الف: + B= A:B

در این مورد، یکی از اتم ها یک جفت الکترون تنها ( اهدا کننده) و اتم دیگر یک مدار خالی برای آن جفت فراهم می کند ( پذیرنده). در نتیجه تشکیل هر دو پیوند، انرژی الکترون ها کاهش می یابد، یعنی. این برای اتم ها مفید است.

یک پیوند کووالانسی که توسط یک مکانیسم دهنده - گیرنده ایجاد می شود متفاوت نیستدر خواص از سایر پیوندهای کووالانسی که توسط مکانیسم تبادل ایجاد می شود. تشکیل پیوند کووالانسی توسط مکانیسم دهنده-گیرنده برای اتم هایی با تعداد زیادی الکترون در سطح انرژی خارجی (الکترون دهنده) یا برعکس، با تعداد بسیار کمی الکترون (پذیرنده های الکترون) معمول است. قابلیت های ظرفیت اتم ها با جزئیات بیشتر در بخش مربوطه مورد بحث قرار گرفته است.

یک پیوند کووالانسی توسط یک مکانیسم دهنده - گیرنده تشکیل می شود:

- در یک مولکول مونوکسید کربن CO(پیوند در مولکول سه گانه است، 2 پیوند توسط مکانیسم تبادل، یکی توسط مکانیسم دهنده - گیرنده ایجاد می شود): C≡O;

- V یون آمونیوم NH 4 +، در یون آمین های آلیبه عنوان مثال، در یون متیل آمونیوم CH 3 -NH 2 + ;

- V ترکیبات پیچیدهیک پیوند شیمیایی بین اتم مرکزی و گروه لیگاند، به عنوان مثال، در سدیم تتراهیدروکسوآلومینات سدیم پیوند بین یون های آلومینیوم و هیدروکسید.

- V اسید نیتریک و نمک های آن- نیترات ها: HNO 3، NaNO 3، در برخی از ترکیبات نیتروژن دیگر.

- در یک مولکول ازن O3.

ویژگی های اساسی پیوندهای کووالانسی

پیوندهای کووالانسی معمولاً بین اتم های غیرفلز تشکیل می شود. ویژگی های اصلی پیوند کووالانسی عبارتند از طول، انرژی، تعدد و جهت.

تعدد پیوند شیمیایی

تعدد پیوند شیمیایی - این تعداد جفت الکترون های مشترک بین دو اتم در یک ترکیب. تعدد یک پیوند را می توان به راحتی از روی مقادیر اتم هایی که مولکول را تشکیل می دهند تعیین کرد.

به عنوان مثال ، در مولکول هیدروژن H 2 تعدد پیوند 1 است، زیرا هر هیدروژن فقط 1 الکترون جفت نشده در سطح انرژی بیرونی خود دارد، بنابراین یک جفت الکترون مشترک تشکیل می شود.

در مولکول اکسیژن O2، تعدد پیوند 2 است، زیرا هر اتم در سطح انرژی بیرونی دارای 2 الکترون جفت نشده است: O=O.

در مولکول نیتروژن N2، تعدد پیوند 3 است، زیرا بین هر اتم 3 الکترون جفت نشده در سطح انرژی بیرونی وجود دارد و اتم ها 3 جفت الکترون مشترک N≡N را تشکیل می دهند.

طول پیوند کووالانسی

طول پیوند شیمیایی فاصله بین مراکز هسته اتم های تشکیل دهنده پیوند است. با روش های فیزیکی تجربی تعیین می شود. طول پیوند را می توان تقریباً با استفاده از قانون افزایشی تخمین زد که طبق آن طول پیوند در مولکول AB تقریباً برابر با نصف مجموع طول پیوند در مولکول های A 2 و B 2 است:

طول یک پیوند شیمیایی را می توان تقریباً تخمین زد توسط شعاع اتمیتشکیل یک پیوند، یا با تعدد ارتباطات، اگر شعاع اتم ها خیلی متفاوت نباشد.

با افزایش شعاع اتم های تشکیل دهنده پیوند، طول پیوند افزایش می یابد.

به عنوان مثال

با افزایش تعدد پیوندهای بین اتم ها (شعاع های اتمی آن ها تفاوتی ندارند یا فقط اندکی با هم تفاوت دارند)، طول پیوند کاهش می یابد.

به عنوان مثال . در سری‌های C–C، C=C، C≡C، طول پیوند کاهش می‌یابد.

انرژی ارتباطی

معیار قدرت یک پیوند شیمیایی، انرژی پیوند است. انرژی ارتباطی با انرژی مورد نیاز برای شکستن یک پیوند و حذف اتم های تشکیل دهنده آن پیوند در فاصله بی نهایت زیاد از یکدیگر تعیین می شود.

یک پیوند کووالانسی است بسیار بادوامانرژی آن از چند ده تا چند صد کیلوژول بر مول متغیر است. هر چه انرژی پیوند بیشتر باشد، استحکام پیوند بیشتر است و بالعکس.

استحکام یک پیوند شیمیایی به طول پیوند، قطبیت پیوند و تعدد پیوند بستگی دارد. هر چه یک پیوند شیمیایی طولانی تر باشد، شکستن آن آسان تر است و هر چه انرژی پیوند کمتر باشد، استحکام آن کمتر می شود. هرچه پیوند شیمیایی کوتاه تر باشد، قوی تر است و انرژی پیوند بیشتر است.

به عنوان مثال، در سری ترکیبات HF، HCl، HBr از چپ به راست، قدرت پیوند شیمیایی کاهش می یابد، زیرا طول اتصال افزایش می یابد.

پیوند شیمیایی یونی

پیوند یونی یک پیوند شیمیایی است که بر اساس جاذبه الکترواستاتیکی یونها.

یون هادر فرآیند پذیرش یا اهدای الکترون توسط اتم ها تشکیل می شوند. به عنوان مثال، اتم های تمام فلزات به طور ضعیفی الکترون ها را از سطح انرژی بیرونی نگه می دارند. بنابراین، اتم های فلزی با خواص ترمیمی- توانایی اهدای الکترون

مثال. اتم سدیم دارای 1 الکترون در سطح انرژی 3 است. اتم سدیم با رها کردن آسان آن، یون Na + بسیار پایدارتر را با پیکربندی الکترونی گاز نجیب نئون Ne تشکیل می‌دهد. یون سدیم حاوی 11 پروتون و تنها 10 الکترون است، بنابراین بار کل یون -10+11 = +1 است:

+11Na) 2 ) 8 ) 1 - 1e = +11 Na +) 2 ) 8

مثال. یک اتم کلر در سطح انرژی بیرونی خود حاوی 7 الکترون است. برای به دست آوردن پیکربندی یک اتم آرگون بی اثر پایدار Ar، کلر باید 1 الکترون به دست آورد. پس از افزودن یک الکترون، یک یون کلر پایدار متشکل از الکترون ها تشکیل می شود. بار کل یون -1 است:

+17Cl) 2 ) 8 ) 7 + 1e = +17 Cl — ) 2 ) 8 ) 8

لطفا توجه داشته باشید:

• خواص یون ها با خواص اتم ها متفاوت است!
• یون های پایدار نه تنها می توانند تشکیل شوند اتم ها، بلکه همچنین گروه های اتم. به عنوان مثال: یون آمونیوم NH 4 +، یون سولفات SO 4 2-، و غیره. پیوندهای شیمیایی تشکیل شده توسط چنین یون هایی نیز یونی در نظر گرفته می شوند.
• پیوندهای یونی معمولاً بین یکدیگر تشکیل می شوند فلزاتو غیر فلزات(گروه های غیر فلزی)؛

یون های حاصل به دلیل جاذبه الکتریکی جذب می شوند: Na + Cl -، Na 2 + SO 4 2-.

اجازه دهید به صورت بصری خلاصه کنیم تفاوت بین انواع پیوند کووالانسی و یونی:

اتصال فلزی ارتباطی است که به طور نسبی شکل می گیرد الکترون های آزادبین یون های فلزی، تشکیل یک شبکه کریستالی.

اتم های فلزات معمولا در سطح انرژی بیرونی قرار دارند یک تا سه الکترون. شعاع اتم های فلز، به عنوان یک قاعده، بزرگ است - بنابراین، اتم های فلز، بر خلاف غیر فلزات، الکترون های بیرونی خود را به راحتی از دست می دهند، یعنی. عوامل کاهنده قوی هستند.

با اهدای الکترون، اتم های فلز تبدیل می شوند یون های دارای بار مثبت . الکترون های جدا شده نسبتا آزاد هستند در حال حرکت هستندبین یون های فلزی با بار مثبت بین این ذرات یک اتصال بوجود می آید، زیرا الکترون های مشترک کاتیون های فلزی را که در لایه هایی کنار هم قرار گرفته اند نگه می دارند ، بنابراین ایجاد یک نسبتا قوی است شبکه کریستالی فلزی . در این حالت، الکترون ها به طور پیوسته به صورت آشفته حرکت می کنند، یعنی. اتم های خنثی جدید و کاتیون های جدید دائما ظاهر می شوند.

فعل و انفعالات بین مولکولی

به طور جداگانه، ارزش دارد که فعل و انفعالاتی را که بین مولکول های فردی در یک ماده ایجاد می شود در نظر بگیریم - فعل و انفعالات بین مولکولی . برهمکنش های بین مولکولی نوعی برهمکنش بین اتم های خنثی است که در آن هیچ پیوند کووالانسی جدیدی ظاهر نمی شود. نیروهای برهمکنش بین مولکول ها توسط ون دروالس در سال 1869 کشف شد و به نام او نامگذاری شد. نیروهای وان داروالس. نیروهای ون دروالس به دو دسته تقسیم می شوند جهت گیری, القاء و پراکنده . انرژی برهمکنش های بین مولکولی بسیار کمتر از انرژی پیوندهای شیمیایی است.

جهت گیری نیروهای جاذبه بین مولکول های قطبی (برهمکنش دوقطبی-دوقطبی) رخ می دهد. این نیروها بین مولکول های قطبی اتفاق می افتد. تعاملات استقرایی برهمکنش بین یک مولکول قطبی و یک مولکول غیر قطبی است. یک مولکول غیرقطبی به دلیل عمل یک مولکول قطبی قطبی می شود که باعث ایجاد جاذبه الکترواستاتیک اضافی می شود.

نوع خاصی از برهمکنش بین مولکولی پیوندهای هیدروژنی است. - اینها پیوندهای شیمیایی بین مولکولی (یا درون مولکولی) هستند که بین مولکول هایی که دارای پیوندهای کووالانسی بسیار قطبی هستند ایجاد می شوند - H-F، H-O یا H-N. اگر چنین پیوندهایی در یک مولکول وجود داشته باشد، بین مولکول ها وجود خواهد داشت نیروهای جذاب اضافی .

مکانیسم آموزش پیوند هیدروژنی تا حدی الکترواستاتیک و تا حدی گیرنده دهنده است. در این حالت دهنده جفت الکترون اتم یک عنصر شدیداً الکترونگاتیو (F, O, N) است و گیرنده اتم های هیدروژن متصل به این اتم ها است. پیوندهای هیدروژنی توسط تمرکز کنید در فضا و اشباع

پیوندهای هیدروژنی را می توان با نقطه نشان داد: H ··· O. هرچه الکترونگاتیوی اتم متصل به هیدروژن بیشتر باشد و اندازه آن کوچکتر باشد، پیوند هیدروژنی قوی تر است. در درجه اول برای اتصالات معمولی است فلوئور با هیدروژن ، و همچنین به اکسیژن و هیدروژن ، به میزان کمتر نیتروژن با هیدروژن .

پیوندهای هیدروژنی بین مواد زیر ایجاد می شود:

— هیدروژن فلوراید HF(گاز، محلول هیدروژن فلوراید در آب - اسید هیدروفلوئوریک)، آب H 2 O (بخار، یخ، آب مایع):

— محلول آمونیاک و آمین های آلی- بین مولکول های آمونیاک و آب؛

— ترکیبات آلی که در آنها پیوند O-H یا N-H وجود دارد: الکل ها، اسیدهای کربوکسیلیک، آمین ها، اسیدهای آمینه، فنل ها، آنیلین و مشتقات آن، پروتئین ها، محلول های کربوهیدرات ها - مونوساکاریدها و دی ساکاریدها.

پیوند هیدروژنی بر خواص فیزیکی و شیمیایی مواد تأثیر می گذارد. بنابراین، جاذبه اضافی بین مولکول ها، جوشاندن مواد را دشوار می کند. مواد دارای پیوند هیدروژنی افزایش غیر طبیعی در نقطه جوش را نشان می دهند.

به عنوان مثال به عنوان یک قاعده، با افزایش وزن مولکولی، افزایش در نقطه جوش مواد مشاهده می شود. با این حال، در تعدادی از مواد H 2 O-H 2 S-H 2 Se-H 2 Teما تغییر خطی در نقاط جوش مشاهده نمی کنیم.

یعنی در نقطه جوش آب به طور غیر طبیعی بالاست - همانطور که خط مستقیم به ما نشان می دهد کمتر از -61 درجه سانتیگراد نیست، اما بسیار بیشتر، +100 درجه سانتیگراد. این ناهنجاری با وجود پیوندهای هیدروژنی بین مولکول های آب توضیح داده می شود. بنابراین در شرایط عادی (0-20 درجه سانتیگراد) آب است مایعتوسط حالت فاز

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. در ترکیبات دوتایی (ترکیبات دو عنصر)، زمانی تشکیل می شود که اندازه اتم های پیوند خورده با یکدیگر تفاوت زیادی داشته باشد: برخی از اتم ها بزرگ هستند، برخی دیگر کوچک هستند - یعنی برخی از اتم ها به راحتی الکترون را ترک می کنند، در حالی که برخی دیگر تمایل به پذیرش دارند. آنها (معمولاً اینها اتمهای عناصری هستند که فلزات معمولی و اتمهای عناصر تشکیل دهنده غیرفلزهای معمولی را تشکیل می دهند). 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. شرط لازم 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) است.

بر اساس تعداد جفت الکترون های مشترک، پیوندهای کووالانسی به دو دسته تقسیم می شوند
• ساده (تک)- یک جفت الکترون،
• دو برابر کردن- 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 اتم های یکسان تشکیل می شود، یک پیوند قطبی - بین اتم های 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 هسته‌های اتم را به هم متصل می‌کند)، - پیوندی به دلیل همپوشانی جانبی (در دو طرف صفحه‌ای که هسته‌های اتمی در آن قرار دارند) تشکیل می‌شود.

پیوند کووالانسی جهت دار و اشباع پذیر و همچنین قطبی شدن 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 به عنوان مثال:
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 الکترون های ظرفیت همه اتم های یک کریستال فلزی ایجاد می شود. در نتیجه، یک ابر الکترونی واحد از کریستال تشکیل می شود که به راحتی تحت تأثیر ولتاژ الکتریکی حرکت می کند - از این رو رسانایی الکتریکی بالای فلزات.
پیوند فلزی زمانی تشکیل می‌شود که اتم‌های پیوند شده بزرگ باشند و در نتیجه تمایل به ترک الکترون دارند. مواد ساده با پیوند فلزی فلزات هستند (Na، Ba، Al، Cu، Au و غیره)، مواد پیچیده ترکیبات بین فلزی هستند (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 پپتیدها، اسیدهای نوکلئیک، پروتئین ها و غیره وجود دارد.

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 نظر قدر یکسان است، انرژی پیوندهای هیدروژنی یک مرتبه قدر کمتر است.

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

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 بین مواد آلی، مواد مولکولی غالب هستند، در 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 شده اند، که عبارتند از: H 2، O 2، N 2، Cl 2، Br 2، S 8، P 4 و سایر 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 آلی و بسیاری از مواد دیگر. این مواد استحکام بالایی ندارند، نقطه ذوب و جوش پایینی دارند، رسانای الکتریسیته نیستند و برخی 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 غیره) بلورهای بسیار قوی تشکیل می دهند (به استثنای گرافیت لایه ای)، در آب و سایر حلال ها نامحلول هستند، ذوب بالایی دارند و نقاط جوش، اکثر آنها جریان الکتریکی را هدایت نمی کنند (به جز گرافیت، که رسانای الکتریکی است، و نیمه هادی ها - سیلیکون، ژرمانیوم و غیره)

تمام 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 یونی که بلورهای آنها از یونهای 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 اتم هایی که یون های پیچیده را می سازند با پیوندهای کووالانسی به هم متصل می شوند.

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

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

در حالت جامد، تقریباً همه مواد از کریستال تشکیل شده اند. بر اساس نوع ساختار و نوع پیوند شیمیایی، کریستال ها («شبکه های کریستالی») به دو دسته تقسیم می شوند. اتمی(بلورهای مواد غیر مولکولی با پیوند کووالانسی)، یونی(بلورهای مواد یونی)، مولکولی(بلورهای مواد مولکولی با پیوند کووالانسی) و فلزی(بلورهای مواد با پیوند فلزی).

وظایف و آزمایشات با موضوع "موضوع 10. "پیوند شیمیایی. ساختار ماده."

• انواع پیوندهای شیمیایی - ساختار ماده درجه 8-9

  درس: 2 تکلیف: 9 تست: 1

• تکالیف: 9 تست: 1

پس از بررسی این موضوع، باید مفاهیم زیر را درک کنید: پیوند شیمیایی، پیوند بین مولکولی، پیوند یونی، پیوند کووالانسی، پیوند فلزی، پیوند هیدروژنی، پیوند ساده، پیوند دوگانه، پیوند سه گانه، پیوندهای چندگانه، پیوند غیرقطبی، پیوند قطبی. الکترونگاتیوی، قطبش پیوند، پیوند - و پیوند، هیبریداسیون اوربیتال های اتمی، انرژی اتصال.

شما باید طبقه بندی مواد را بر اساس نوع ساختار، نوع پیوند شیمیایی، وابستگی خواص مواد ساده و پیچیده به نوع پیوند شیمیایی و نوع "شبکه کریستالی" بدانید.

شما باید بتوانید: تعیین نوع پیوند شیمیایی در یک ماده، نوع هیبریداسیون، ترسیم نمودارهای تشکیل پیوند، استفاده از مفهوم الکترونگاتیوی، تعدادی الکترونگاتیوی. بدانید که چگونه الکترونگاتیوی در عناصر شیمیایی همان دوره تغییر می کند و یک گروه برای تعیین قطبیت پیوند کووالانسی.

بعد از اینکه مطمئن شدید همه چیزهایی را که نیاز دارید یاد گرفته اید، به تکمیل کارها بروید. برای شما آرزوی موفقیت داریم.

• O. S. Gabrielyan، G. G. Lysova. شیمی پایه یازدهم. M.، Bustard، 2002.
• G. E. Rudzitis، F. G. Feldman. شیمی پایه یازدهم. م.، آموزش و پرورش، 1380.

پوسته بیرونی همه عناصر به جز گازهای نجیب ناقص بوده و در فرآیند فعل و انفعالات شیمیایی کامل می شوند.

یک پیوند شیمیایی توسط الکترون های لایه های الکترونی بیرونی تشکیل می شود، اما به روش های مختلفی انجام می شود.

سه نوع اصلی پیوند شیمیایی وجود دارد:

پیوند کووالانسی و انواع آن: پیوند کووالانسی قطبی و غیر قطبی.

پیوند یونی؛

اتصال فلزی.

پیوند یونی

پیوند شیمیایی یونی پیوندی است که به دلیل جاذبه الکترواستاتیکی کاتیون ها به آنیون ها ایجاد می شود.

پیوند یونی بین اتم هایی که دارای مقادیر الکترونگاتیوی کاملاً متفاوت با یکدیگر هستند رخ می دهد، بنابراین جفت الکترون های تشکیل دهنده پیوند به شدت به سمت یکی از اتم ها سوگیری می کنند، به طوری که می توان آن را متعلق به اتم این عنصر در نظر گرفت.

الکترونگاتیوی توانایی اتم های عناصر شیمیایی برای جذب الکترون های خود و دیگران است.

ماهیت پیوند یونی، ساختار و خواص ترکیبات یونی از موضع نظریه الکترواستاتیک پیوندهای شیمیایی توضیح داده شده است.

تشکیل کاتیونها: M 0 - n e - = M n+

تشکیل آنیون ها: HeM 0 + n e - = HeM n-

به عنوان مثال: 2Na 0 + Cl 2 0 = 2Na + Cl -

هنگامی که سدیم فلزی در کلر می سوزد، در نتیجه یک واکنش ردوکس، کاتیون های عنصر سدیم به شدت الکترومثبت و آنیون های عنصر به شدت الکترونگاتیو کلر تشکیل می شوند.

نتیجه‌گیری: یک پیوند شیمیایی یونی بین اتم‌های فلز و غیرفلز تشکیل می‌شود که از نظر الکترونگاتیوی تفاوت زیادی دارند.

به عنوان مثال: CaF 2 KCl Na 2 O MgBr 2 و غیره.

پیوندهای کووالانسی غیرقطبی و قطبی

پیوند کووالانسی پیوند اتم ها با استفاده از جفت های الکترونی مشترک (مشترک بین آنها) است.

پیوند غیرقطبی کووالانسی

اجازه دهید با استفاده از مثال تشکیل یک مولکول هیدروژن از دو اتم هیدروژن، وقوع یک پیوند غیرقطبی کووالانسی را در نظر بگیریم. این فرآیند در حال حاضر یک واکنش شیمیایی معمولی است، زیرا از یک ماده (هیدروژن اتمی) ماده دیگری تشکیل می شود - هیدروژن مولکولی. یک نشانه بیرونی از "منافع" پر انرژی این فرآیند، انتشار مقدار زیادی گرما است.

لایه‌های الکترونی اتم‌های هیدروژن (با یک الکترون s برای هر اتم) در یک ابر الکترونی مشترک (اوربیتال مولکولی) ادغام می‌شوند، جایی که هر دو الکترون به هسته‌ها «خدمت» می‌کنند، صرف نظر از اینکه هسته «ما» باشد یا «خارجی». پوسته الکترونی جدید شبیه به پوسته الکترونی تکمیل شده گاز بی اثر هلیوم دو الکترون است: 1s 2.

در عمل از روش های ساده تری استفاده می شود. به عنوان مثال، شیمیدان آمریکایی جی لوئیس در سال 1916 پیشنهاد کرد که الکترون ها را با نقطه در کنار نمادهای عناصر نشان دهیم. یک نقطه نشان دهنده یک الکترون است. در این حالت، تشکیل یک مولکول هیدروژن از اتم ها به صورت زیر نوشته می شود:

اجازه دهید اتصال دو اتم کلر 17 Cl (بار هسته ای Z = 17) را به یک مولکول دو اتمی از نقطه نظر ساختار لایه های الکترونی کلر در نظر بگیریم.

سطح الکترونیکی بیرونی کلر حاوی s 2 + p 5 = 7 الکترون است. از آنجایی که الکترون های سطوح پایین تر در برهمکنش های شیمیایی شرکت نمی کنند، ما فقط الکترون های سطح سوم بیرونی را با نقطه نشان خواهیم داد. این الکترون های خارجی (7 قطعه) را می توان به صورت سه جفت الکترون و یک الکترون جفت نشده مرتب کرد.

پس از ترکیب الکترون های جفت نشده دو اتم در یک مولکول، یک جفت الکترون جدید به دست می آید:

در این حالت، هر یک از اتم های کلر خود را در محاصره یک OCTET الکترون می بیند. این را می توان با چرخش هر یک از اتم های کلر به راحتی مشاهده کرد.

پیوند کووالانسی فقط توسط یک جفت الکترون که بین اتم ها قرار دارد تشکیل می شود. به آن جفت تقسیم می گویند. به جفت الکترون‌های باقی‌مانده، جفت‌های تنها می‌گویند. آنها پوسته ها را پر می کنند و در صحافی شرکت نمی کنند.

اتم ها با به اشتراک گذاشتن الکترون های کافی برای به دست آوردن پیکربندی الکترونیکی مشابه پیکربندی الکترونیکی کامل اتم های عناصر نجیب، پیوندهای شیمیایی تشکیل می دهند.

بر اساس تئوری لوئیس و قانون هشت، ارتباط بین اتم‌ها می‌تواند نه لزوماً توسط یک، بلکه با دو یا حتی سه جفت تقسیم‌شده، در صورت لزوم توسط قانون هشت‌گانه انجام شود. به چنین پیوندهایی پیوندهای دوگانه و سه گانه می گویند.

برای مثال، تنها زمانی که دو جفت مشترک بین اتم‌ها قرار می‌گیرند، اکسیژن می‌تواند یک مولکول دو اتمی با یک هشت الکترون از هر اتم تشکیل دهد:

اتم های نیتروژن (2s 2 2p 3 در آخرین پوسته) نیز به یک مولکول دو اتمی متصل هستند، اما برای سازماندهی یک هشت الکترون باید سه جفت مشترک بین خود ترتیب دهند:

نتیجه‌گیری: یک پیوند غیرقطبی کووالانسی بین اتم‌هایی با الکترونگاتیوی یکسان، یعنی بین اتم‌های همان عنصر شیمیایی - یک نافلز، رخ می‌دهد.

به عنوان مثال: در مولکول های H 2 Cl 2 N 2 P 4 Br 2 یک پیوند غیر قطبی کووالانسی است.

پیوند کووالانسی

پیوند کووالانسی قطبی حد واسط بین پیوند کووالانسی خالص و پیوند یونی است. درست مانند یونی، فقط می تواند بین دو اتم از انواع مختلف ایجاد شود.

به عنوان مثال، تشکیل آب در واکنش بین اتم های هیدروژن (Z = 1) و اکسیژن (Z = 8) را در نظر بگیرید. برای انجام این کار، راحت است ابتدا فرمول های الکترونیکی پوسته های بیرونی هیدروژن (1s 1) و اکسیژن (...2s 2 2p 4) را یادداشت کنید.

به نظر می رسد که برای این کار باید دقیقاً دو اتم هیدروژن در هر اتم اکسیژن مصرف شود. با این حال، طبیعت به گونه ای است که خواص پذیرنده اتم اکسیژن بالاتر از اتم هیدروژن است (دلایل این امر کمی بعدا مورد بحث قرار خواهد گرفت). بنابراین، جفت الکترون های پیوندی در فرمول لوئیس برای آب اندکی به سمت هسته اتم اکسیژن جابه جا می شوند. پیوند در یک مولکول آب کووالانسی قطبی است و بارهای مثبت و منفی جزئی روی اتم ها ظاهر می شود.

نتیجه‌گیری: یک پیوند قطبی کووالانسی بین اتم‌هایی با الکترونگاتیوی متفاوت، یعنی بین اتم‌های عناصر شیمیایی مختلف - غیرفلزات رخ می‌دهد.

به عنوان مثال: در مولکول های HCl، H 2 S، NH 3، P 2 O 5، CH 4 - یک پیوند قطبی کووالانسی.

فرمول های ساختاری

در حال حاضر، رسم به تصویر کشیدن جفت الکترون (یعنی پیوندهای شیمیایی) بین اتم ها با خط تیره است. در این مورد، مولکول هایی که قبلاً برای ما آشنا هستند به این شکل هستند:

فرمول های دارای خط تیره بین اتم ها فرمول های ساختاری نامیده می شوند. جفت های تک الکترون اغلب در فرمول های ساختاری نشان داده نمی شوند.

فرمول های ساختاری برای به تصویر کشیدن مولکول ها بسیار خوب هستند: آنها به وضوح نشان می دهند که چگونه اتم ها به یکدیگر متصل می شوند، به چه ترتیبی، با چه پیوندهایی.

یک جفت پیوند الکترون در فرمول های لوئیس همان یک خط تیره در فرمول های ساختاری است.

پیوندهای دوگانه و سه گانه یک نام مشترک دارند - پیوندهای متعدد. همچنین گفته می شود که مولکول نیتروژن دارای مرتبه پیوند سه است. در یک مولکول اکسیژن، ترتیب پیوند دو است. ترتیب پیوند در مولکول های هیدروژن و کلر یکسان است. هیدروژن و کلر دیگر یک پیوند چندگانه ندارند، بلکه یک پیوند ساده دارند.

ترتیب پیوند تعداد جفت های مشترک مشترک بین دو اتم پیوند خورده است. ترتیب اتصال بالاتر از سه رخ نمی دهد.