مشخص است که پوسته های الکترونی حاوی هشت الکترون بیرونی هستند که دو تای آنها روی آن قرار دارند s-اوربیتال ها، و شش - روشن آر-اوربیتال ها، دارند افزایش ثباتمطابقت دارند گازهای بی اثر : نئون، آرگون، کریپتون، زنون، رادون (آنها را در جدول تناوبی بیابید). اتم هلیوم که فقط دو الکترون دارد، پایدارتر است. اتم های همه عناصر دیگر تمایل دارند پیکربندی الکترونیکی خود را به پیکربندی الکترونیکی نزدیکترین گاز بی اثر نزدیک کنند. این را می توان به دو روش انجام داد - با اهدا یا اضافه کردن الکترون از سطح بیرونی.

برای یک اتم سدیم که فقط یک الکترون جفت نشده دارد، سود بیشتری دارد که آن را رها کند، در نتیجه اتم بار دریافت می کند (یون می شود) و پیکربندی الکترونیکی نئون گاز بی اثر را به دست می آورد.

اتم کلر فقط یک الکترون به پیکربندی نزدیکترین گاز بی اثر ندارد، بنابراین برای بدست آوردن یک الکترون تلاش می کند.

هر عنصر، به میزان بیشتر یا کمتر، توانایی جذب الکترون را دارد که از نظر عددی با مقدار مشخص می شود الکترونگاتیوی. بر این اساس، هر چه الکترونگاتیوی یک عنصر بیشتر باشد، الکترون‌ها را قوی‌تر جذب می‌کند و خاصیت اکسید کنندگی آن بیشتر است.

تمایل اتم ها برای به دست آوردن یک لایه الکترونی پایدار دلیل تشکیل مولکول ها را توضیح می دهد.

تعریف

پیوند شیمیایی- این برهمکنش اتم ها است که پایداری یک مولکول شیمیایی یا کریستال را به عنوان یک کل تعیین می کند.

انواع پیوندهای شیمیایی

4 نوع اصلی پیوند شیمیایی وجود دارد:

برهمکنش دو اتم با مقادیر الکترونگاتیوی یکسان را در نظر بگیرید، برای مثال دو اتم کلر. هر کدام از آنها هفت الکترون ظرفیت دارد. آنها یک الکترون کمتر از پیکربندی الکترونی نزدیکترین گاز بی اثر هستند.

کنار هم قرار دادن دو اتم در فاصله معینی منجر به تشکیل یک جفت الکترون مشترک می شود که به طور همزمان به هر دو اتم تعلق دارد. این جفت مشترک نشان دهنده یک پیوند شیمیایی است. در مورد مولکول هیدروژن نیز همین اتفاق می افتد. هیدروژن فقط یک الکترون جفت نشده دارد و یک الکترون کمتر از پیکربندی نزدیکترین گاز بی اثر (هلیوم) است. بنابراین، هنگامی که دو اتم هیدروژن به یکدیگر نزدیک می شوند، یک جفت الکترون مشترک را تشکیل می دهند.

تعریف

پیوند بین اتم های غیر فلزی که هنگام برهمکنش الکترون ها برای تشکیل جفت الکترون های مشترک ایجاد می شود، نامیده می شود. کووالانسی

اگر اتم های برهم کنش دارای مقادیر الکترونگاتیوی مساوی باشند، جفت الکترون مشترک به طور مساوی به هر دو اتم تعلق دارد، یعنی بر روی مسافت مساویاز هر دو اتم این پیوند کووالانسی نامیده می شود غیر قطبی.

تعریف

پیوند غیرقطبی کووالانسی- پیوند شیمیایی بین اتم های غیر فلزی با مقادیر الکترونگاتیوی مساوی یا مشابه. در این حالت جفت الکترون مشترک به طور مساوی به هر دو اتم تعلق دارد و تغییری در چگالی الکترون مشاهده نمی شود.

پیوندهای غیرقطبی کووالانسی در مواد غیرفلزی ساده رخ می‌دهند: $\mathrm(O)_2, \mathrm(N)_2, \mathrm(Cl)_2, \mathrm(P)_4, \mathrm(O)_3$. هنگام برهمکنش اتم هایی که دارند معانی مختلفالکترونگاتیوی، مانند هیدروژن و کلر، جفت الکترون مشترک به سمت اتم با الکترونگاتیوی بالاتر، یعنی به سمت کلر منتقل می شود. اتم کلر بار منفی جزئی و اتم هیدروژن بار مثبت جزئی پیدا می کند. این نمونه ای از پیوند کووالانسی قطبی است.

تعریف

پیوندی که توسط عناصر غیرفلزی با الکترونگاتیوی متفاوت ایجاد می شود نامیده می شود قطبی کووالانسیدر این حالت، چگالی الکترون به سمت عنصر الکترونگاتیو تر تغییر می کند.

مولکولی که در آن مراکز بارهای مثبت و منفی از هم جدا می شوند نامیده می شود دوقطبی. پیوند قطبی بین اتم هایی با الکترونگاتیوی متفاوت اما نه چندان متفاوت، به عنوان مثال بین نافلزات مختلف، رخ می دهد. نمونه‌هایی از ترکیبات با پیوندهای کووالانسی قطبی، ترکیبات نافلزات با یکدیگر و همچنین یون‌های مختلف حاوی اتم‌های غیرفلز $(\mathrm(NO)_3–, \mathrm(CH)_3\mathrm(COO)–)$ هستند. به خصوص ترکیبات قطبی کووالانسی زیادی در میان مواد آلی وجود دارد.

اگر اختلاف الکترونگاتیوی عناصر زیاد باشد، نه تنها یک جابجایی در چگالی الکترون اتفاق می افتد، بلکه انتقال کامل یک الکترون از یک اتم به اتم دیگر اتفاق می افتد. بیایید این را با استفاده از مثال سدیم فلوراید NaF در نظر بگیریم. همانطور که قبلا دیدیم، اتم سدیم مشتاق است که یک الکترون را رها کند و اتم فلوئور آماده پذیرش آن است. این به راحتی در طول برهمکنش آنها که با انتقال الکترون همراه است، انجام می شود.

در این حالت، اتم سدیم الکترون خود را به طور کامل به اتم فلوئور منتقل می کند: سدیم یک الکترون از دست می دهد و دارای بار مثبت می شود و کلر یک الکترون به دست می آورد و دارای بار منفی می شود.

تعریف

اتم ها و گروه هایی از اتم ها که حامل بار هستند نامیده می شوند یون ها

در مولکول حاصل - کلرید سدیم $Na^+F^-$ - پیوند به دلیل جاذبه الکترواستاتیکی یونهای دارای بار مخالف ایجاد می شود. این ارتباط نامیده می شود یونی. بین فلزات معمولی و غیر فلزات، یعنی بین اتم‌هایی با مقادیر الکترونگاتیوی بسیار متفاوت تحقق می‌یابد.

تعریف

پیوند یونیبه دلیل نیروهای جاذبه الکترواستاتیکی بین یون های باردار مخالف - کاتیون ها و آنیون ها ایجاد می شود.

نوع دیگری از اتصال وجود دارد - فلز، مشخصه مواد ساده - فلزات. مشخصه آن جذب اتم های فلزی نیمه یونیزه و الکترون های ظرفیتی است که یک ابر الکترونی منفرد ("گاز الکترون") را تشکیل می دهند. الکترون های ظرفیت در فلزات غیرمحلی هستند و به طور همزمان به تمام اتم های فلز تعلق دارند و آزادانه در سراسر کریستال حرکت می کنند. بنابراین، اتصال چند مرکزی است. در فلزات واسطه، پیوند فلزی تا حدودی ماهیت کووالانسی دارد، زیرا با همپوشانی اوربیتال های d لایه بیرونی که تا حدی با الکترون ها پر شده است، تکمیل می شود. فلزات شبکه های کریستالی فلزی را تشکیل می دهند. در مبحث "پیوند فلزی و ویژگی های آن" به تفصیل توضیح داده شده است.

فعل و انفعالات بین مولکولی

نمونه ای از برهمکنش بین مولکولی قوی

است هیدروژناین ارتباط،بین اتم هیدروژن یک مولکول و اتمی با الکترونگاتیوی بالا ($\mathrm(F)$, $\mathrm(O)$, $\mathrm(Cl)$, $\mathrm(N)$ تشکیل شده است. نمونه ای از پیوند هیدروژنی برهمکنش مولکول های آب $\mathrm(O)_2\mathrm(O)…\mathrm(OH)_2$، آمونیاک و مولکول های آب $\mathrm(H)_3\mathrm(N)… \mathrm(OH) _2$، متانول و آب $\mathrm(CH)_3\mathrm(OH)…\mathrm(OH)_2$، و همچنین بخشهای مختلفمولکول های پروتئین، پلی ساکاریدها، اسیدهای نوکلئیک.

مثال دیگری از برهمکنش بین مولکولی است نیروهای واندروالسکه در حین قطبش مولکول ها و تشکیل دوقطبی به وجود می آیند. آنها باعث ایجاد پیوند بین لایه های اتم در بلورهای لایه ای (مانند ساختار گرافیت) می شوند.

ویژگی های پیوند شیمیایی

پیوند شیمیایی مشخص می شود طول، انرژی، جهتو اشباع(هر اتم توانایی تشکیل تعداد محدودی پیوند را دارد). تعدد پیوند برابر است با تعداد جفت الکترون های مشترک. شکل مولکول ها بر اساس نوع ابرهای الکترونی درگیر در تشکیل پیوند و همچنین وجود یا عدم وجود جفت الکترون های تنها تعیین می شود. بنابراین، برای مثال، مولکول $\mathrm(CO)_2$ خطی است (هیچ جفت الکترون تکی وجود ندارد) و $\mathrm(H)_2\mathrm(O)$ و $\mathrm(SO)_2$ هستند جفت گوشه (جفت جفت تنها وجود دارد). اگر اتم های برهم کنش دارای مقادیر الکترونگاتیوی بسیار متفاوتی باشند، جفت الکترون مشترک تقریباً به طور کامل به سمت اتم هایی با بالاترین الکترونگاتیوی منتقل می شود. بنابراین یک پیوند یونی را می توان به عنوان یک مورد شدید از پیوند کووالانسی قطبی در نظر گرفت، زمانی که یک الکترون تقریباً به طور کامل از یک اتم به اتم دیگر منتقل می شود. در واقعیت، جابجایی کامل هرگز اتفاق نمی افتد، یعنی هیچ ماده مطلقا یونی وجود ندارد. به عنوان مثال، در $\mathrm(NaCl)$ بارهای واقعی روی اتم ها +0.92 و 0.92- هستند، نه +1 و -1.

پیوند یونی در ترکیبات فلزات معمولی با غیر فلزات و باقیمانده‌های اسیدی، یعنی در اکسیدهای فلزی ($\mathrm(CaO)$, $\mathrm(Al)_2\mathrm(O)_3$)، بازی‌های قلیایی ($\mathrm(NaOH) رخ می‌دهد. ) )$, $\mathrm(Ca(OH))_2$) و نمک ($\mathrm(NaCl)$, $\mathrm(K)_2\mathrm(S)$, $\mathrm(K)_2\mathrm (SO)_4$, $\mathrm(NH)_4\mathrm(Cl)$, $\mathrm(CH)_3\mathrm(NH)_3^+$, $\mathrm(Cl^–)$).

مکانیسم های تشکیل پیوند شیمیایی

پیوند شیمیایی کووالانسی، انواع و مکانیسم های تشکیل آن. ویژگی های پیوندهای کووالانسی (قطبیت و انرژی پیوند). پیوند یونی. اتصال فلزی. پیوند هیدروژنی

دکترین پیوندهای شیمیایی اساس تمام شیمی نظری را تشکیل می دهد.

پیوند شیمیایی به عنوان برهمکنش اتم ها که آنها را به مولکول ها، یون ها، رادیکال ها و کریستال ها متصل می کند، درک می شود.

چهار نوع پیوند شیمیایی وجود دارد: یونی، کووالانسی، فلزی و هیدروژنی.

تقسیم پیوندهای شیمیایی به انواع مشروط است، زیرا همه آنها با وحدت خاصی مشخص می شوند.

یک پیوند یونی را می توان به عنوان یک مورد شدید از یک پیوند کووالانسی قطبی در نظر گرفت.

پیوند فلزی برهمکنش کووالانسی اتم ها را با استفاده از الکترون های مشترک و جاذبه الکترواستاتیکی بین این الکترون ها و یون های فلزی ترکیب می کند.

مواد اغلب فاقد موارد محدود کننده پیوند شیمیایی (یا پیوند شیمیایی خالص) هستند.

به عنوان مثال، لیتیوم فلوراید $LiF$ به عنوان یک ترکیب یونی طبقه بندی می شود. در واقع، پیوند موجود در آن 80% دلار یونی و 20% دلار کووالانسی است. بنابراین، بدیهی است که صحبت در مورد درجه قطبیت (یونیته) یک پیوند شیمیایی صحیح تر است.

در سری هالیدهای هیدروژن $HF—HCl—HBr—HI—HAt$ درجه قطبیت پیوند کاهش می یابد، زیرا تفاوت در مقادیر الکترونگاتیوی اتم های هالوژن و هیدروژن کاهش می یابد و در هیدروژن استاتین پیوند تقریباً غیرقطبی می شود. $(EO(H) = 2.1؛ EO(At) = 2.2)$.

انواع مختلفی از پیوندها را می توان در مواد مشابه یافت، به عنوان مثال:

1. در بازها: بین اتم های اکسیژن و هیدروژن در گروه های هیدروکسو پیوند کووالانسی قطبی و بین فلز و گروه هیدروکسو یونی است.
2. در نمک های اسیدهای حاوی اکسیژن: بین اتم غیر فلزی و اکسیژن باقی مانده اسیدی - قطبی کووالانسی و بین فلز و باقی مانده اسیدی - یونی.
3. در آمونیوم، نمک های متیل آمونیوم و غیره: بین اتم های نیتروژن و هیدروژن - قطبی کووالانسی، و بین یون های آمونیوم یا متیل آمونیوم و باقی مانده اسید - یونی.
4. در پراکسیدهای فلزی (مثلاً $Na_2O_2$)، پیوند بین اتم‌های اکسیژن غیرقطبی کووالانسی و بین فلز و اکسیژن یونی و غیره است.

انواع مختلف اتصالات می توانند به یکدیگر تبدیل شوند:

- در تفکیک الکترولیتیدر آب ترکیبات کووالانسی، پیوند قطبی کووالانسی یونی می شود.

- هنگامی که فلزات تبخیر می شوند، پیوند فلزی به یک پیوند کووالانسی غیرقطبی و غیره تبدیل می شود.

دلیل وحدت انواع و انواع پیوندهای شیمیایی ماهیت شیمیایی یکسان آنها - برهمکنش الکترون-هسته ای است. تشکیل یک پیوند شیمیایی در هر صورت نتیجه برهمکنش الکترون-هسته ای اتم ها است که با آزاد شدن انرژی همراه است.

روش های تشکیل پیوندهای کووالانسی ویژگی های پیوند کووالانسی: طول و انرژی پیوند

پیوند شیمیایی کووالانسی پیوندی است که بین اتم ها از طریق تشکیل جفت های الکترون مشترک ایجاد می شود.

مکانیسم شکل گیری چنین پیوندی می تواند مبادله یا دهنده-پذیرنده باشد.

من. مکانیسم مبادلهزمانی عمل می کند که اتم ها با ترکیب الکترون های جفت نشده جفت های الکترون مشترک را تشکیل می دهند.

1) $H_2$ - هیدروژن:

این پیوند به دلیل تشکیل یک جفت الکترون مشترک توسط $s$-الکترون های اتم های هیدروژن (همپوشانی $s$-اوربیتال) بوجود می آید:

2) $HCl$ - کلرید هیدروژن:

این پیوند به دلیل تشکیل یک جفت الکترون مشترک از الکترون‌های $s-$ و $p-$ (اوربیتال‌های $s-p-$) ایجاد می‌شود:

3) $Cl_2$: در یک مولکول کلر، یک پیوند کووالانسی به دلیل عدم جفت شدن الکترون‌های $p-$ (بر روی اوربیتال‌های $p-p-$) تشکیل می‌شود:

4) $N_2$: در یک مولکول نیتروژن سه جفت الکترون مشترک بین اتم ها تشکیل می شود:

II. مکانیسم اهداکننده-پذیرندهاجازه دهید تشکیل یک پیوند کووالانسی را با استفاده از مثال یون آمونیوم $NH_4^+$ در نظر بگیریم.

دهنده دارای یک جفت الکترون است، گیرنده دارای یک اوربیتال خالی است که این جفت می تواند آن را اشغال کند. در یون آمونیوم، هر چهار پیوند با اتم های هیدروژن کووالانسی هستند: سه پیوند به دلیل ایجاد جفت های الکترون مشترک توسط اتم نیتروژن و اتم های هیدروژن با توجه به مکانیسم تبادل، یکی - از طریق مکانیسم دهنده-گیرنده تشکیل شد.

پیوندهای کووالانسی را می توان از طریق نحوه همپوشانی اوربیتال های الکترونی و همچنین با جابجایی آنها به سمت یکی از اتم های پیوندی طبقه بندی کرد.

پیوندهای شیمیایی که در نتیجه همپوشانی اوربیتال های الکترونی در امتداد یک خط پیوند ایجاد می شوند $σ$ نامیده می شوند. اوراق قرضه (اوراق قرضه سیگما). پیوند سیگما بسیار قوی است.

اوربیتال های $p-$ می توانند در دو ناحیه همپوشانی داشته باشند و به دلیل همپوشانی جانبی یک پیوند کووالانسی تشکیل دهند:

پیوندهای شیمیایی که در نتیجه همپوشانی "جانبی" اوربیتال های الکترونی در خارج از خط ارتباطی ایجاد می شوند. در دو منطقه $π$ نامیده می شود -باند (پی-باند).

توسط درجه جابجاییجفت الکترون به اشتراک گذاشته شده به یکی از اتم هایی که آنها پیوند می دهند، یک پیوند کووالانسی می تواند باشد قطبیو غیر قطبی

پیوند شیمیایی کووالانسی که بین اتم‌هایی با الکترونگاتیوی یکسان ایجاد می‌شود نامیده می‌شود غیر قطبیجفت الکترون ها به هیچ یک از اتم ها منتقل نمی شوند، زیرا اتم ها دارای همان EO هستند - خاصیت جذب الکترون های ظرفیت از اتم های دیگر. مثلا:

آن ها مولکول های مواد غیر فلزی ساده از طریق پیوندهای کووالانسی غیر قطبی تشکیل می شوند. پیوند شیمیایی کووالانسی بین اتم های عناصری که الکترونگاتیوی آنها متفاوت است نامیده می شود قطبی

طول و انرژی پیوندهای کووالانسی

مشخصه خواص پیوند کووالانسی- طول و انرژی آن. طول پیوندفاصله بین هسته اتم ها است. هر چه طول یک پیوند شیمیایی کوتاه تر باشد، قوی تر است. با این حال، معیاری برای قدرت اتصال است انرژی اتصال، که با مقدار انرژی مورد نیاز برای شکستن یک پیوند تعیین می شود. معمولاً بر حسب kJ/mol اندازه گیری می شود. بنابراین، طبق داده‌های تجربی، طول پیوند مولکول‌های $H_2، Cl_2$ و $N_2$ به ترتیب 0.074$، 0.198$ و 0.109$ نانومتر و انرژی‌های پیوند به ترتیب 436، 242$ و 946$ کیلوژول بر مول هستند.

یون ها پیوند یونی

بیایید تصور کنیم که دو اتم به هم می رسند: یک اتم از فلز گروه I و یک اتم غیر فلز از گروه VII. یک اتم فلزی دارای یک الکترون در سطح انرژی بیرونی خود است، در حالی که یک اتم غیر فلزی فقط یک الکترون ندارد تا سطح بیرونی آن کامل شود.

اتم اول به راحتی الکترون دومی را که از هسته دور است و ضعیف با آن مرتبط است می دهد و اتم دوم آن را می دهد. مکان رایگاندر بیرون شما سطح الکترونیکی.

سپس اتم که از یکی از بارهای منفی خود محروم است به ذره ای با بار مثبت تبدیل می شود و دومی به دلیل الکترون حاصل به ذره ای با بار منفی تبدیل می شود. چنین ذرات نامیده می شود یون ها

پیوند شیمیایی که بین یون ها ایجاد می شود یونی نامیده می شود.

اجازه دهید شکل گیری این پیوند را با استفاده از مثال ترکیب معروف کلرید سدیم در نظر بگیریم. نمک):

فرآیند تبدیل اتم ها به یون در نمودار نشان داده شده است:

این تبدیل اتم ها به یون همیشه در طول برهمکنش اتم های فلزات معمولی و غیر فلزات معمولی رخ می دهد.

بیایید الگوریتم (توالی) استدلال را هنگام ثبت تشکیل پیوند یونی، به عنوان مثال، بین اتم های کلسیم و کلر در نظر بگیریم:

اعدادی که تعداد اتم ها یا مولکول ها را نشان می دهند نامیده می شوند ضرایبو اعدادی که تعداد اتم ها یا یون های یک مولکول را نشان می دهند نامیده می شوند شاخص ها

اتصال فلزی

بیایید با نحوه تعامل اتم های عناصر فلزی با یکدیگر آشنا شویم. فلزات معمولاً به شکل اتم های جدا شده وجود ندارند، بلکه به شکل یک قطعه، شمش یا محصول فلزی. چه چیزی اتم های فلز را در یک حجم نگه می دارد؟

اتم های اکثر فلزات در سطح خارجی حاوی نیستند عدد بزرگالکترون ها - 1، 2، 3 دلار. این الکترون ها به راحتی از بین می روند و اتم ها به یون های مثبت تبدیل می شوند. الکترون های جدا شده از یک یون به یون دیگر حرکت می کنند و آنها را به یک کل واحد متصل می کنند. این الکترون ها با اتصال به یون ها به طور موقت اتم تشکیل می دهند، سپس دوباره شکسته می شوند و با یون دیگری و غیره ترکیب می شوند. در نتیجه، در حجم فلز، اتم ها پیوسته به یون تبدیل می شوند و بالعکس.

پیوند فلزات بین یون ها از طریق الکترون های مشترک فلزی نامیده می شود.

شکل به صورت شماتیک ساختار یک قطعه فلز سدیم را نشان می دهد.

در این حالت تعداد کمی از الکترون های مشترک تعداد زیادی یون و اتم را به هم متصل می کنند.

یک پیوند فلزی شباهت هایی با پیوند کووالانسی دارد، زیرا مبتنی بر اشتراک الکترون های خارجی است. با این حال، با پیوند کووالانسی، الکترون‌های جفت نشده بیرونی تنها دو اتم همسایه به اشتراک گذاشته می‌شوند، در حالی که با پیوند فلزی، همه اتم‌ها در اشتراک این الکترون‌ها شرکت می‌کنند. به همین دلیل است که کریستال های با پیوند کووالانسی شکننده هستند، اما با پیوند فلزی، به طور معمول، انعطاف پذیر، رسانای الکتریکی و درخشندگی فلزی هستند.

اتصال فلزی مشخصه هر دو است فلزات خالصو برای مخلوطی از فلزات مختلف - آلیاژها در حالت جامد و مایع.

پیوند هیدروژنی

پیوند شیمیایی بین اتم‌های هیدروژن پلاریزه شده مثبت یک مولکول (یا بخشی از آن) و اتم‌های قطبی شده منفی عناصر به شدت الکترونگاتیو دارای جفت الکترون تک ($F, O, N$ و معمولاً کمتر $S$ و $Cl$) یک مولکول دیگر. (یا قسمت آن) هیدروژن نامیده می شود.

مکانیسم تشکیل پیوند هیدروژنی تا حدی الکترواستاتیک و تا حدی گیرنده دهنده است.

نمونه هایی از پیوند هیدروژنی بین مولکولی:

در صورت وجود چنین اتصالی، حتی مواد کم مولکولی نیز در شرایط عادی می توانند مایع (الکل، آب) یا گازهایی به راحتی مایع شوند (آمونیاک، هیدروژن فلوراید).

مواد دارای پیوند هیدروژنی دارای شبکه کریستالی مولکولی هستند.

مواد ساختار مولکولی و غیر مولکولی. نوع شبکه کریستالی. وابستگی خواص مواد به ترکیب و ساختار آنها

ساختار مولکولی و غیر مولکولی مواد

این اتم ها یا مولکول ها نیستند که وارد فعل و انفعالات شیمیایی می شوند، بلکه مواد هستند. در شرایط معین، یک ماده می تواند در یکی از سه حالت انباشتگی باشد: جامد، مایع یا گاز. خواص یک ماده همچنین به ماهیت پیوند شیمیایی بین ذرات تشکیل دهنده آن - مولکول ها، اتم ها یا یون ها بستگی دارد. بر اساس نوع پیوند، مواد با ساختار مولکولی و غیر مولکولی متمایز می شوند.

موادی که از مولکول تشکیل شده اند نامیده می شوند مواد مولکولی. پیوندهای بین مولکول ها در چنین موادی بسیار ضعیف است، بسیار ضعیف تر از بین اتم های داخل مولکول، و حتی در دمای نسبتاً پایین شکسته می شوند - این ماده به مایع و سپس به گاز تبدیل می شود (تععید ید). نقطه ذوب و جوش مواد متشکل از مولکول ها با افزایش وزن مولکولی افزایش می یابد.

مواد مولکولی شامل موادی با ساختار اتمی ($C, Si, Li, Na, K, Cu, Fe, W$) هستند که در میان آنها فلزات و غیر فلزات وجود دارد.

در نظر بگیریم مشخصات فیزیکیفلزات قلیایی استحکام پیوند نسبتاً کم بین اتم ها باعث پایین آمدن آن می شود قدرت مکانیکی: فلزات قلیایی نرم هستند و به راحتی با چاقو بریده می شوند.

اندازه اتمی بزرگ منجر به چگالی کم فلزات قلیایی می شود: لیتیوم، سدیم و پتاسیم حتی سبک تر از آب هستند. در گروه فلزات قلیایی، نقطه جوش و ذوب با افزایش عدد اتمی عنصر کاهش می یابد، زیرا اندازه اتم ها افزایش می یابد و پیوندها ضعیف می شوند.

به مواد غیر مولکولیساختارها شامل ترکیبات یونی هستند. اکثر ترکیبات فلزات با نافلزات دارای این ساختار هستند: همه نمکها ($NaCl، K_2SO_4$)، برخی از هیدریدها ($LiH$) و اکسیدها ($CaO، MgO، FeO$)، بازها ($NaOH، KOH$). مواد یونی (غیر مولکولی) دارند دمای بالاذوب شدن و جوشیدن

شبکه های کریستالی

همانطور که مشخص است ماده می تواند در سه حالت وجود داشته باشد حالت های تجمع: گاز، مایع و جامد.

مواد جامد: بی شکل و کریستالی.

بیایید در نظر بگیریم که چگونه ویژگی های پیوندهای شیمیایی بر خواص جامدات تأثیر می گذارد. جامدات به تقسیم می شوند کریستالیو بی شکل

مواد آمورف نقطه ذوب واضحی ندارند، به تدریج نرم می شوند و به حالت سیال تبدیل می شوند. به عنوان مثال، پلاستیکین و رزین های مختلف در حالت آمورف هستند.

مواد کریستالی مشخص می شوند مکان صحیحذراتی که از آنها تشکیل شده اند: اتم ها، مولکول ها و یون ها - در نقاط کاملاً مشخص در فضا. هنگامی که این نقاط توسط خطوط مستقیم به هم متصل می شوند، یک چارچوب فضایی تشکیل می شود که به آن شبکه کریستالی می گویند. نقاطی که ذرات کریستال در آنها قرار دارند گره های شبکه نامیده می شوند.

بسته به نوع ذرات واقع در گره های شبکه کریستالی و ماهیت اتصال بین آنها، چهار نوع شبکه کریستالی متمایز می شود: یونی، اتمی، مولکولیو فلز.

شبکه های کریستالی یونی.

یونیشبکه های کریستالی نامیده می شوند که در گره های آن یون ها وجود دارد. آنها توسط موادی با پیوندهای یونی تشکیل می شوند که می توانند هر دو یون ساده $Na^(+)، Cl^(-)$، و $SO_4^(2-)، OH^-$ را به هم متصل کنند. در نتیجه نمک ها و برخی از اکسیدها و هیدروکسیدهای فلزات دارای شبکه بلوری یونی هستند. به عنوان مثال، یک کریستال کلرید سدیم از یون های متناوب مثبت $Na^+$ و $Cl^-$ منفی تشکیل شده است که یک شبکه مکعبی شکل را تشکیل می دهد. پیوندهای بین یون ها در چنین کریستالی بسیار پایدار است. بنابراین، مواد با شبکه یونی با سختی و استحکام نسبتاً بالا مشخص می شوند، آنها نسوز و غیر فرار هستند.

شبکه های کریستالی اتمی.

اتمیشبکه های کریستالی نامیده می شوند که در گره های آنها اتم های جداگانه وجود دارد. در چنین شبکه هایی، اتم ها توسط پیوندهای کووالانسی بسیار قوی به یکدیگر متصل می شوند. نمونه ای از مواد با این نوع شبکه های کریستالی الماس است که یکی از تغییرات آلوتروپیک کربن است.

اکثر مواد با شبکه کریستالی اتمی نقطه ذوب بسیار بالایی دارند (مثلاً برای الماس بالای 3500 درجه سانتیگراد است)، آنها قوی و سخت هستند و عملاً نامحلول هستند.

شبکه های کریستالی مولکولی

مولکولیشبکه های کریستالی نامیده می شوند که در گره های آن مولکول ها قرار دارند. پیوندهای شیمیایی در این مولکول ها می توانند هم قطبی ($HCl, H_2O$) و هم غیر قطبی ($N_2, O_2$) باشند. علیرغم این واقعیت که اتم های درون مولکول ها با پیوندهای کووالانسی بسیار قوی به هم متصل هستند، نیروهای جاذبه بین مولکولی ضعیف بین خود مولکول ها عمل می کنند. بنابراین، مواد با شبکه کریستالی مولکولی سختی پایین، نقطه ذوب پایین و فرار هستند. محکم ترین ترکیبات آلیدارای شبکه های کریستالی مولکولی (نفتالین، گلوکز، شکر).

شبکه های کریستالی فلزی.

مواد با پیوندهای فلزی دارای شبکه کریستالی فلزی هستند. در محل چنین شبکه‌هایی اتم‌ها و یون‌ها وجود دارند (اعم از اتم‌ها یا یون‌ها که اتم‌های فلزی به راحتی به آنها تبدیل می‌شوند و الکترون‌های بیرونی خود را می‌دهند. استفاده مشترک"). این ساختار داخلیفلزات خواص فیزیکی مشخصه آنها را تعیین می کند: چکش خواری، شکل پذیری، هدایت الکتریکی و حرارتی، درخشندگی فلزی مشخص.

پیوند شیمیایی یونی پیوندی است که بین اتم ها ایجاد می شود عناصر شیمیایی(یون های دارای بار مثبت یا منفی). بنابراین پیوند یونی چیست و چگونه تشکیل می شود؟

مشخصات کلی پیوندهای شیمیایی یونی

یون ها ذراتی هستند که دارای بار هستند که اتم ها در فرآیند دادن یا پذیرش الکترون به آن تبدیل می شوند. آنها به شدت جذب یکدیگر می شوند و به همین دلیل است که مواد دارای این نوع پیوند نقطه جوش و ذوب بالایی دارند.

برنج. 1. یون ها.

پیوند یونی یک پیوند شیمیایی بین یون‌های متفاوت به دلیل جاذبه الکترواستاتیکی است. می توان آن را مورد محدود کننده پیوند کووالانسی در نظر گرفت، زمانی که تفاوت در الکترونگاتیوی اتم های پیوند شده آنقدر زیاد است که جداسازی کامل بارها رخ می دهد.

برنج. 2. پیوند شیمیایی یونی.

به طور کلی اعتقاد بر این است که اگر EO > 1.7 باشد، اوراق قرضه الکترونیکی می شود.

هر چه عناصر در جدول تناوبی به تفکیک دوره از یکدیگر دورتر باشند، تفاوت در مقدار الکترونگاتیوی بیشتر است. این پیوند مشخصه فلزات و غیر فلزات است، به ویژه آنهایی که در دورترین گروه ها قرار دارند، به عنوان مثال، I و VII.

به عنوان مثال: نمک خوراکی، سدیم کلرید NaCl:

برنج. 3. نمودار پیوند شیمیایی یونی کلرید سدیم.

پیوند یونی در کریستال ها قوی و طولانی است، اما اشباع نشده و جهت دار نیست. پیوند یونی فقط برای مواد پیچیده مانند نمک ها، قلیاها و برخی اکسیدهای فلزی مشخص است. در حالت گازی، چنین موادی به شکل مولکول های یونی وجود دارند.

پیوندهای شیمیایی یونی بین فلزات معمولی و نافلزات تشکیل می شود. الکترون ها لزوما از فلز به غیرفلز منتقل می شوند و یون ها را تشکیل می دهند. نتیجه یک جاذبه الکترواستاتیکی به نام پیوند یونی است.

در واقع پیوند کاملاً یونی ایجاد نمی شود. پیوند یونی که اصطلاحاً پیوند یونی نامیده می شود ماهیتاً تا حدی یونی و بخشی کووالانسی است. با این حال، پیوند یون های مولکولی پیچیده را می توان یونی در نظر گرفت.

نمونه هایی از تشکیل پیوند یونی

چندین مثال از تشکیل پیوند یونی وجود دارد:

• تعامل بین کلسیم و فلوراید

Ca 0 (اتم) -2e=Ca2 + (یون)

- آزاد کردن دو الکترون برای کلسیم آسان تر از به دست آوردن الکترون های از دست رفته است.

F 0 (اتم)+1е= F- (یون)

- برعکس، فلوئور پذیرش یک الکترون آسان تر از رها کردن هفت الکترون است.

بیایید حداقل مضرب مشترک بین بارهای یون های حاصل را پیدا کنیم. برابر 2 است. اجازه دهید تعداد اتم های فلوئور را که دو الکترون از یک اتم کلسیم می پذیرند تعیین کنیم: 2: 1 = 2. 4.

بیایید فرمول پیوند شیمیایی یونی را ایجاد کنیم:

Ca 0 +2F 0 → Ca 2 +F-2.

• تعامل سدیم و اکسیژن

پیوند شیمیایی، انواع، خواص آن به همراه آن یکی از پایه های علمی جالبی به نام شیمی است. در این مقاله تمام جنبه های پیوندهای شیمیایی، اهمیت آنها در علم را تجزیه و تحلیل خواهیم کرد، مثال هایی را ارائه می دهیم و موارد دیگر.

پیوند شیمیایی چیست

در شیمی، پیوند شیمیایی به عنوان چسبندگی متقابل اتم ها در یک مولکول و در نتیجه نیروی جاذبه ای که بین آنها وجود دارد، درک می شود. به لطف پیوندهای شیمیایی است که شکل گیری انواع مختلفی دارد ترکیبات شیمیایی، این ماهیت پیوند شیمیایی است.

انواع پیوندهای شیمیایی

مکانیسم تشکیل پیوند شیمیایی به شدت به نوع یا نوع آن بستگی دارد، انواع اصلی پیوندهای شیمیایی زیر متفاوت است:

• پیوند شیمیایی کووالانسی (که به نوبه خود می تواند قطبی یا غیر قطبی باشد)
• پیوند یونی
• ارتباط
• پیوند شیمیایی

مثل مردم.

در مورد، مقاله جداگانه ای در وب سایت ما به آن اختصاص داده شده است و می توانید جزئیات بیشتری را در پیوند بخوانید. در مرحله بعد، سایر انواع اصلی پیوندهای شیمیایی را با جزئیات بیشتری بررسی خواهیم کرد.

پیوند شیمیایی یونی

تشکیل یک پیوند شیمیایی یونی به دلیل جاذبه الکتریکی متقابل دو یون با بارهای متفاوت اتفاق می افتد. یون ها در چنین پیوندهای شیمیایی معمولاً ساده هستند و از یک اتم ماده تشکیل شده اند.

طرح پیوند شیمیایی یونی.

ویژگی مشخصه نوع یونیویژگی شیمیایی یک پیوند، عدم اشباع آن و در نتیجه بیشترین میزان است مقادیر مختلفیون های با بار مخالف نمونه ای از پیوند شیمیایی یونی، ترکیب فلوراید سزیم CsF است که در آن سطح "یونیته" تقریباً 97٪ است.

پیوند شیمیایی هیدروژنی

خیلی قبل از ظهور نظریه مدرنپیوندهای شیمیایی در آن فرم مدرندانشمندان و شیمیدانان متوجه شده اند که ترکیبات هیدروژنی با غیر فلزات دارای خواص شگفت انگیز مختلفی هستند. فرض کنید، نقطه جوش آب و همراه با هیدروژن فلوراید بسیار بالاتر از حد ممکن است. نمونه آمادهپیوند شیمیایی هیدروژنی

تصویر نموداری از تشکیل پیوند شیمیایی هیدروژنی را نشان می دهد.

ماهیت و خواص یک پیوند شیمیایی هیدروژن با توانایی اتم هیدروژن H برای تشکیل پیوند شیمیایی دیگر تعیین می شود، از این رو نام این پیوند است. دلیل تشکیل چنین اتصالی خواص نیروهای الکترواستاتیکی است. به عنوان مثال، کل ابر الکترونی موجود در مولکول هیدروژن فلوراید به قدری به سمت فلوئور منتقل می شود که فضای اطراف اتم این ماده از انرژی منفی اشباع می شود. میدان الکتریکی. در اطراف یک اتم هیدروژن، به ویژه اتم که از تنها الکترون خود محروم است، همه چیز دقیقاً برعکس است، میدان الکترونیکی آن بسیار ضعیف‌تر است و در نتیجه، چنین است بار مثبت. و بارهای مثبت و منفی همانطور که می دانید جذب می شوند و به همین روش ساده پیوند هیدروژنی بوجود می آید.

پیوند شیمیایی فلزات

کدام پیوند شیمیایی فلزات مشخص است؟ این مواد نوع پیوند شیمیایی خود را دارند - اتم های همه فلزات به هیچ وجه چیده نشده اند، اما به روش خاصی ترتیب آرایش آنها را شبکه بلوری می گویند. الکترون‌های اتم‌های مختلف یک ابر الکترونی مشترک را تشکیل می‌دهند و به‌طور ضعیفی با یکدیگر برهمکنش می‌کنند.

این چیزی است که یک پیوند شیمیایی فلزی به نظر می رسد.

نمونه ای از پیوند شیمیایی فلزی می تواند هر فلزی باشد: سدیم، آهن، روی و غیره.

نحوه تعیین نوع پیوند شیمیایی

بسته به موادی که در آن شرکت می کنند، اگر یک فلز و یک غیرفلز وجود داشته باشد، پیوند یونی است، اگر دو فلز وجود داشته باشد، فلزی است، اگر دو غیرفلز باشد، پس کووالانسی است.

خواص پیوندهای شیمیایی

برای مقایسه متفاوت واکنش های شیمیاییمختلف استفاده می شود ویژگی های کمی، مانند:

• طول،
• انرژی،
• قطبیت،
• ترتیب اتصالات

بیایید با جزئیات بیشتری به آنها نگاه کنیم.

طول پیوند فاصله تعادل بین هسته اتم هایی است که توسط یک پیوند شیمیایی به هم متصل شده اند. معمولا به صورت تجربی اندازه گیری می شود.

انرژی یک پیوند شیمیایی استحکام آن را تعیین می کند. که در در این موردانرژی به نیروی مورد نیاز برای شکستن پیوند شیمیایی و جداسازی اتم ها اشاره دارد.

قطبیت یک پیوند شیمیایی نشان می دهد که چگالی الکترون چقدر به سمت یکی از اتم ها جابه جا می شود. توانایی اتم ها برای تغییر چگالی الکترون به سمت خود یا صحبت کردن به زبان ساده«کشیدن پتو روی خود» در شیمی الکترونگاتیوی نامیده می شود.

اتم های اکثر عناصر به طور جداگانه وجود ندارند، زیرا می توانند با یکدیگر تعامل داشته باشند. این برهمکنش ذرات پیچیده تری تولید می کند.

ماهیت پیوند شیمیایی عمل نیروهای الکترواستاتیکی است که نیروهای برهمکنش بین بارهای الکتریکی هستند. الکترون ها و هسته های اتم چنین بارهایی دارند.

الکترون‌هایی که در سطوح الکترونیکی بیرونی (الکترون‌های ظرفیت) قرار دارند، که در دورترین فاصله از هسته قرار دارند، با آن ضعیف‌ترین برهمکنش دارند و بنابراین می‌توانند از هسته جدا شوند. آنها مسئول پیوند اتم ها به یکدیگر هستند.

انواع برهمکنش ها در شیمی

انواع پیوندهای شیمیایی را می توان در جدول زیر ارائه کرد:

ویژگی های پیوند یونی

واکنش شیمیایی که به دلیل جاذبه یونیداشتن بارهای مختلف یونی نامیده می شود. این در صورتی اتفاق می‌افتد که اتم‌هایی که به هم پیوند می‌خورند تفاوت قابل‌توجهی در الکترونگاتیوی داشته باشند (یعنی توانایی جذب الکترون‌ها) و جفت الکترون به عنصر الکترونگاتیوتر برود. نتیجه این انتقال الکترون ها از یک اتم به اتم دیگر، تشکیل ذرات باردار - یون ها است. جاذبه ای بین آنها به وجود می آید.

آنها کمترین شاخص های الکترونگاتیوی را دارند فلزات معمولیو بزرگترین آنها غیر فلزات معمولی هستند. بنابراین یون ها از برهمکنش بین فلزات معمولی و نافلزات معمولی تشکیل می شوند.

اتم‌های فلزات به یون‌های با بار مثبت (کاتیون‌ها) تبدیل می‌شوند و الکترون‌ها را به سطوح الکترونی بیرونی خود می‌دهند و نافلزات الکترون‌ها را می‌پذیرند و به دارای بار منفییون ها (آنیون ها).

اتم ها به حالت انرژی پایدارتر حرکت می کنند و پیکربندی های الکترونیکی خود را تکمیل می کنند.

پیوند یونی غیر جهت دار و غیر اشباع است، زیرا برهمکنش الکترواستاتیکی در همه جهات رخ می دهد، بر این اساس یون می تواند یون ها را جذب کند. علامت مخالفدر تمام جهات

آرایش یون ها به گونه ای است که در اطراف هر یک تعداد معینی یون با بار مخالف وجود دارد. مفهوم "مولکول" برای ترکیبات یونی معنی ندارد.

نمونه هایی از آموزش و پرورش

تشکیل پیوند در کلرید سدیم (nacl) به دلیل انتقال الکترون از اتم Na به اتم کلر برای تشکیل یون های مربوطه است:

Na 0 - 1 e = Na + (کاتیون)

Cl 0 + 1 e = Cl - (آنیون)

در کلرید سدیم، شش آنیون کلرید در اطراف کاتیون های سدیم و شش یون سدیم در اطراف هر یون کلرید وجود دارد.

هنگامی که برهمکنش بین اتم ها در سولفید باریم ایجاد می شود، فرآیندهای زیر رخ می دهد:

Ba 0 - 2 e = Ba 2+

S 0 + 2 e = S 2-

Ba دو الکترون خود را به گوگرد اهدا می کند و در نتیجه آنیون های گوگرد S 2- و کاتیون های باریم Ba 2 + تشکیل می شود.

پیوند شیمیایی فلز

تعداد الکترون ها در سطوح انرژی بیرونی فلزات کم است و به راحتی از هسته جدا می شوند. در نتیجه این جدا شدن، یون های فلزی و الکترون های آزاد تشکیل می شوند. این الکترون ها «گاز الکترون» نامیده می شوند. الکترون‌ها آزادانه در سراسر حجم فلز حرکت می‌کنند و دائماً از اتم‌ها متصل و جدا می‌شوند.

ساختار ماده فلزی به شرح زیر است: شبکه کریستالی اسکلت ماده است و الکترون ها می توانند آزادانه بین گره های آن حرکت کنند.

نمونه های زیر را می توان بیان کرد:

Mg - 2е<->Mg 2+

Cs-e<->Cs+

Ca - 2e<->Ca2+

Fe-3e<->Fe 3+

کووالانسی: قطبی و غیر قطبی

رایج ترین نوع برهمکنش شیمیایی پیوند کووالانسی است. مقادیر الکترونگاتیوی عناصری که برهمکنش دارند به شدت متفاوت نیست، بنابراین، فقط یک جفت الکترون معمولی به یک اتم الکترونگاتیو تر تغییر می کند.

فعل و انفعالات کووالانسی می تواند توسط یک مکانیسم تبادل یا یک مکانیسم دهنده-گیرنده تشکیل شود.

مکانیسم تبادل در صورتی محقق می شود که هر یک از اتم ها دارای الکترون های جفت نشده در سطوح الکترونیکی بیرونی باشند و همپوشانی اوربیتال های اتمی منجر به ظهور یک جفت الکترون شود که قبلاً به هر دو اتم تعلق دارد. هنگامی که یکی از اتم ها دارای یک جفت الکترون در سطح الکترونیکی بیرونی است و دیگری دارای یک اوربیتال آزاد است، آنگاه هنگامی که اوربیتال های اتمی روی هم قرار می گیرند، جفت الکترون به اشتراک گذاشته می شود و بر اساس مکانیسم دهنده-گیرنده برهم کنش می کند.

کووالانسی ها بر اساس تعدد به موارد زیر تقسیم می شوند:

• ساده یا مجرد؛
• دو برابر؛
• سه برابر می شود.

دوتایی ها اشتراک دو جفت الکترون را به طور همزمان تضمین می کنند و سه جفت - سه.

با توجه به توزیع چگالی الکترون (قطب) بین اتم های پیوندی، یک پیوند کووالانسی به موارد زیر تقسیم می شود:

• غیر قطبی؛
• قطبی

یک پیوند غیرقطبی توسط اتم های یکسان و یک پیوند قطبی توسط الکترونگاتیوی متفاوت تشکیل می شود.

برهمکنش اتم هایی با الکترونگاتیوی مشابه را پیوند غیرقطبی می گویند. جفت الکترون های مشترک در چنین مولکولی به هیچ یک از اتم ها جذب نمی شود، بلکه به یک اندازه به هر دو تعلق دارد.

برهمکنش عناصر متفاوت در الکترونگاتیوی منجر به تشکیل پیوندهای قطبی می شود. در این نوع برهمکنش، جفت‌های الکترون مشترک به عنصر الکترونگاتیوتر جذب می‌شوند، اما به طور کامل به آن منتقل نمی‌شوند (یعنی تشکیل یون‌ها اتفاق نمی‌افتد). در نتیجه این تغییر در چگالی الکترون، بارهای جزئی روی اتم ها ظاهر می شود: هرچه الکترونگاتیو بیشتر دارای بار منفی باشد و الکترونگاتیو کمتر دارای بار مثبت است.

خواص و ویژگی های کووالانسی

ویژگی های اصلی پیوند کووالانسی:

• طول با فاصله بین هسته های اتم های متقابل تعیین می شود.
• قطبیت با جابجایی ابر الکترونی به سمت یکی از اتم ها تعیین می شود.
• جهت دار بودن خاصیت تشکیل پیوندهایی است که در فضا و بر این اساس مولکول هایی که اشکال هندسی خاصی دارند تشکیل می دهد.
• اشباع با توانایی تشکیل تعداد محدودی پیوند تعیین می شود.
• قطبش پذیری با توانایی تغییر قطبیت تحت تأثیر میدان الکتریکی خارجی تعیین می شود.
• انرژی لازم برای شکستن یک پیوند استحکام آن را تعیین می کند.

نمونه ای از برهم کنش غیر قطبی کووالانسی می تواند مولکول های هیدروژن (H2)، کلر (Cl2)، اکسیژن (O2)، نیتروژن (N2) و بسیاری دیگر باشد.

H· + ·H → مولکول H-Hیک پیوند غیر قطبی دارد،

O: + :O → O=O مولکول غیرقطبی دوتایی دارد،

Ṅ: + Ṅ: → N≡N مولکول سه گانه غیرقطبی است.

نمونه هایی از پیوندهای کووالانسی عناصر شیمیایی شامل مولکول های دی اکسید کربن (CO2) و مونوکسید کربن (CO)، سولفید هیدروژن (H2S)، اسید کلریدریک (HCL)، آب (H2O)، متان (CH4)، اکسید گوگرد (SO2) و بسیاری دیگر .

در مولکول CO2، رابطه بین اتم های کربن و اکسیژن قطبی کووالانسی است، زیرا هیدروژن الکترونگاتیو تر، چگالی الکترون را جذب می کند. اکسیژن دارای دو الکترون جفت نشده در لایه بیرونی خود است، در حالی که کربن می تواند چهار الکترون ظرفیتی را برای تشکیل برهمکنش فراهم کند. در نتیجه پیوندهای دوگانه تشکیل می شود و مولکول به این شکل است: O=C=O.

برای تعیین نوع پیوند در یک مولکول خاص، کافی است اتم های تشکیل دهنده آن را در نظر بگیریم. مواد فلزی ساده یک پیوند فلزی، فلزات با نافلزات یک پیوند یونی، مواد غیرفلزی ساده یک پیوند ناقطبی کووالانسی، و مولکول‌های متشکل از نافلزات مختلف از طریق پیوند کووالانسی قطبی تشکیل می‌دهند.