Legătura chimică: definiția, tipurile, clasificarea și caracteristicile definiției

Conceptul de legare chimică nu are o importanță mică în diferite domenii ale chimiei ca știință. Acest lucru se datorează faptului că, cu ajutorul lui, atomii individuali sunt capabili să se combine în molecule, formând tot felul de substanțe, care, la rândul lor, fac obiectul cercetării chimice.

Cu varietatea de atomi și molecule, apariția diferitelor tipuri de legături între ele este asociată. Pentru diferite clase de molecule, există trăsături caracteristice ale distribuției electronilor și, prin urmare, propriile tipuri de conexiuni.

Concepte de bază

Legarea chimică Acesta este setul de interacțiuni care conduc la legarea atomilor pentru a forma particule stabile structuri mai complexe (molecule, ioni și radicali) și agregate (cristale, pahare și altele). Natura acestor interacțiuni are o natură electrică și ele apar atunci când electronii de valență sunt distribuite în atomii apropiați.

Valența este acceptată pentru a numi capacitatea unui atom de a forma un anumit număr de legături cu alți atomi. În compușii ionici, valoarea valenței este considerată a fi numărul de electroni trimiși sau atașați. În compușii covalenți, acesta este egal cu numărul de perechi de electroni obișnuite.

dedesubt gradul de oxidare este înțeles ca fiind condiționat o sarcină care ar putea fi pe un atom dacă toate legăturile covalente polare au un caracter ionic.

Comunicările rapide sunt chemați numărul de perechi de electroni socializați între atomii în cauză.

Conexiunile considerate în diferite secțiuni ale chimiei pot fi împărțite în două tipuri de legături chimice: cele care duc la formarea de noi substanțe (intramoleculare), și cele care apar între molecule (intermoleculare).

Principalele caracteristici ale comunicării

Puterea comunicării numita energie care este necesara pentru a sparge toate legaturile disponibile in molecula. Este, de asemenea, energia eliberată în timpul formării conexiunii.

Lungimea conexiunii numită distanța dintre nucleele adiacente de atomi dintr-o moleculă, sub care forțele de atracție și repulsie sunt echilibrate.

Aceste două caracteristici ale legăturii chimice a atomilor sunt o măsură a rezistenței sale: cu cât lungimea este mai scurtă și cu atât energia este mai mare, cu atât este mai puternică legătura.

Un unghi valent este obișnuit să numim unghiul dintre liniile reprezentate care trec de-a lungul direcției de comunicare prin nucleele atomice.

Metode pentru descrierea relațiilor

Cele mai frecvente sunt două abordări pentru explicarea legăturii chimice, împrumutate din mecanica cuantică:

Metoda de orbitale moleculare. El privește molecula ca o colecție de electroni și nuclee atomice, fiecare electron individual se mișcă în câmpul de acțiune al tuturor celorlalte electroni și nuclee. Molecula are o structură orbitală și toți electronii ei sunt distribuiți de-a lungul acestor orbite. De asemenea, această metodă se numește MO LCAO, care reprezintă "combinația moleculară orbitală - liniară a orbitalilor atomici".

Metoda de legături de valență. Reprezintă o moleculă printr-un sistem de două orbitale moleculare centrale. În acest caz, fiecare dintre ele corespunde unei singure legături între doi atomi adiacenți din moleculă. Metoda se bazează pe următoarele dispoziții:

1. Legătura chimică este formată dintr-o pereche de electroni care au spini opuși, care sunt localizați între cei doi atomi luați în considerare. Perechea de electroni formată aparține în mod egal celor două atomi.
2. Numărul de legături formate de acest sau acel atom este egal cu numărul de electroni nepartiți în sol și starea excitat.
3. Dacă perechile electronice nu participă la formarea comunicării, ele sunt numite neparticipate.

electronegativitate

Se determină tipul legăturii chimice în substanțele se poate baza pe diferența în valorile electronegativitate ale atomilor sale constitutive. dedesubt electronegativitate să înțeleagă capacitatea atomilor de a trage pe ei înșiși perechi electronice comune (nor electronic), ceea ce duce la o polarizare a legăturii.

Există diverse modalități de determinare a valorilor electronegativității elementelor chimice. Cu toate acestea, cel mai utilizat este scara pe baza datelor termodinamice, care a fost propusă în 1932 de către L. Pauling.

Cu cât este mai semnificativă diferența dintre electronegativitatea atomilor, cu atât mai pronunțată este ionicitatea. Dimpotrivă, valorile egale sau apropiate ale electronegativității indică natura covalentă a legăturii. Cu alte cuvinte, este posibil să se determine ce legătura chimică este observată într-o moleculă, matematic. Pentru a face acest lucru, calculați Delta-X - diferența de electronegativitate a atomilor prin formula: Delta-X = | X₁-X₂|.

• În cazul în care Delta-X> 1,7, atunci legătura este ionică.
• În cazul în care 0,5le-Delta-DHle-1,7, atunci legătura covalentă este polară.
• În cazul în care Delta-X = 0 sau aproape de aceasta, atunci legătura se referă la cea nepolară covalentă.

Legarea ionilor

Un ion este o legătură care apare între ioni sau datorită retragerii complete a unei perechi electronice comune de către unul dintre atomi. În substanțe acest tip de legare chimică se realizează prin forțe de atracție electrostatică.

Ionii sunt încărcați cu particule formate din atomi ca urmare a adăugării sau eliberării de electroni. Dacă un atom are electroni, el dobândește o sarcină negativă și devine un anion. Dacă atomul dă departe electronii de valență, devine o particulă încărcată pozitiv, numită cation.

Este tipic pentru compușii formați prin interacțiunea atomilor de metale tipice cu atomii de non-metale tipice. Miezul acestui proces este dorința atomilor de a obține configurații electronice stabile. Și pentru metalele tipice și nemetalice pentru acest lucru, trebuie să dați sau să luați doar 1-2 electroni, pe care le fac cu ușurință.

Mecanismul de legare chimică ionică într-o moleculă este în mod tradițional luat în considerare pe exemplul interacțiunii dintre sodiu și clor. Atomii unui metal alcalin dau cu ușurință un electron tras de un atom de halogen. Ca rezultat, o Na cation⁺ și anionul Cl^-, care sunt ținute împreună prin atracție electrostatică.

Nu există nici o legătură ideală ideală. Chiar și în astfel de compuși, adesea denumiți compuși ionici, nu există o tranziție finală a electronilor de la atom la atom. Perechea de electroni generată rămâne în uz comun. Prin urmare, se vorbește despre gradul de ionicitate al legăturii covalente.

Legătura ionică este caracterizată de două proprietăți de bază legate unul de celălalt:

• non-direcționalitate, adică câmpul electric din jurul ionului are forma unei sfere;
• nesaturare, adică numărul de ioni încărcați opuși care pot fi plasați în jurul unui ion este determinat de dimensiunea lor.

Legătura chimică covalentă

Conexiunea formată atunci când se suprapun norii de electroni de atomi nemetalici, adică realizată de o pereche electronică comună, se numește o legătură covalentă. Numărul perechilor de electroni socializați determină multiplicitatea legăturii. Astfel, atomii de hidrogen sunt legați printr-o singură legătură de Hmiddot-middot-H, iar atomii de oxigen formează o legătură dublă de O :: O.

Există două mecanisme pentru formarea sa:

• Schimb - fiecare atom este pentru formarea unei perechi comune de un electron: Amiddot- + middot-B = A: B, în timp ce orbitele atomice externe participă la comunicare, pe care se află un electron.
• Donor-acceptor - pentru lipirea unui atom (donor) oferă o pereche de electroni, iar al doilea (acceptor) - liber orbital pentru amplasarea sa: A + B = A: B.

Metodele de suprapunere a nori de electroni în timpul formării unei legături chimice covalente sunt de asemenea diferite.

1. Direct. Regiunea de suprapunere a norului se află pe linia unei linii imaginare care leagă nucleele atomilor luați în considerare. În acest caz, sigma - conexiune. Tipul de nori de electroni expuse suprapunere depinde de forma legăturii chimice care apare, astfel: s-s, s-p, p-p, s-d sau p-d sigma - conexiune. Într-o particulă (moleculă sau ion) între doi atomi învecinați, numai una sigma - conexiune.
2. Laterale. Se desfășoară pe ambele părți ale liniei care leagă nucleele de atomi. Așa este pi este o legătură, iar soiurile sale sunt de asemenea posibile: p-p, p-d, d-d. Separat de la sigma - conexiune pi - legătura nu este niciodată formată, ea poate fi în molecule care conțin legături multiple (duble și triple).

Proprietăți de legătură covalentă

Ele determină caracteristicile chimice și fizice ale compușilor. Principalele proprietăți ale oricărei legături chimice în substanțe sunt directivitatea, polaritatea și polarizabilitatea, precum și saturația.

tendință se determină caracteristicile specifice ale structurii moleculare a substanțelor și forma geometrică a moleculelor lor. Esența sa constă în faptul că cea mai bună suprapunere de nori de electroni este posibilă pentru o anumită orientare în spațiu. Opțiunile de învățământ superior au fost deja luate în considerare sigma ... și pi - conexiune.

dedesubt saturability să înțeleagă capacitatea atomilor de a forma un anumit număr de legături chimice într-o moleculă. Numărul de legături covalente pentru fiecare atom este limitat de numărul de orbite externe.

polaritate conexiunea depinde de diferența dintre valorile electronegativității atomilor. Aceasta determină uniformitatea distribuției electronilor între nucleele atomice. Legătura covalentă a acestei caracteristici poate fi polară sau nepolară.

• Dacă perechea electronilor obișnuiți aparține în mod egal fiecăruia dintre atomi și este localizată la aceeași distanță de nucleele lor, atunci legătura covalentă este nepolară.
• Dacă perechea totală de electroni este deplasată la miezul unuia dintre atomi, se formează o legătură chimică polară covalentă.

polarizabilitatea exprimat conexiunea electroni deplasare sub acțiunea unui câmp electric extern, care poate să aparțină o altă particulă, legăturile învecinate din aceeași moleculă, sau provin din surse externe de câmpuri electromagnetice. Astfel, legătura covalentă sub influența lor își poate schimba polaritatea.

Hibridizarea orbitalilor este înțeleasă ca o schimbare a formelor lor în timpul legării chimice. Acest lucru este necesar pentru a obține cea mai eficientă suprapunere. Există următoarele tipuri de hibridizare:

• sp³. Un s- și trei p-orbitale formează patru orbite "hibride" de aceeași formă. În exterior seamănă cu un tetraedru cu un unghi între axele de 109 °.
• sp². Un s- și două p-orbitale formează un triunghi plat cu un unghi între axele de 120 °.
• sp. Un s- și un p-orbital formează două orbite "hibride" cu un unghi între axele lor 180 °.

Îmbinarea metalică

O particularitate a structurii atomilor de metal este o rază destul de mare și prezența unui număr mic de electroni în orbite externe. Ca o consecință, în astfel de elemente chimice, legătura dintre miez și electronii de valență este relativ slabă și ușor de rupt.

metal această interacțiune se numește interacțiunea dintre atomii de metal-atomi, care se realizează prin intermediul electronilor delocalizați.

În particulele de metal, electronii de valență pot părăsi cu ușurință orbitele externe, deși ocupă poziții vacante pe ele. Astfel, la momente diferite, aceeași particulă poate fi un atom și un ion. Electronii care se detașează de ei se mișcă liber prin întregul volum al rețelei cristaline și realizează o legătură chimică.

Acest tip de legătura are asemănări cu legăturile ionice și covalente. Ca și pentru ioni, existența unei legături metalice necesită ioni. Dar dacă pentru realizarea interacțiunii electrostatice în primul caz sunt necesare cationi și anioni, atunci în al doilea caz rolul particulelor încărcate negativ este jucat de electroni. Dacă comparăm legătura metalică cu legătura covalentă, atunci pentru formarea ambelor sunt necesare electroni obișnuiți. Totuși, spre deosebire de o legătură chimică polară, ele nu sunt localizate între doi atomi, ci aparțin tuturor particulelor de metal din rețeaua cristalină.

Legătura metalică se datorează proprietăților speciale ale aproape tuturor metalelor:

• plasticitatea este prezentă datorită posibilității de deplasare a straturilor de atomi din rețeaua cristalină deținută de gazul de electroni;
• strălucirea metalului, care se observă din cauza reflectării razelor de lumină de la electroni (în starea de pulbere nu există nici o latură de cristal și, prin urmare, electroni care se deplasează de-a lungul acesteia);
• conductivitatea electrică, care este efectuată de un flux de particule încărcate, și în acest caz, electronii mici se mișcă liber între ionii metalici mari;
• conductivitatea termică, este observată datorită capacității electronilor de a transfera căldură.

Legătură hidrogen

Acest tip de legătura chimică este uneori numit intermediar între interacțiunile covalente și intermoleculare. Dacă un atom de hidrogen are o legătură cu unul dintre elementele puternic electronegative (cum ar fi fosforul, oxigenul, clorul, azotul), atunci este capabil să formeze o legătură suplimentară, numită legătura de hidrogen.

Este mult mai slab decât toate tipurile de legături discutate mai sus (energie nu mai mare de 40 kJ / mol), dar nu poate fi neglijată. De aceea legătura cu hidrogen din diagramă arată ca o linie întreruptă.

Apariția unei legături de hidrogen este posibilă datorită interacțiunii electrostatice donor-acceptor simultan. O mare diferență în valorile electronegativității conduce la apariția unei densități de electron în exces pe atomii O, N, F și alții, precum și la lipsa ei de atomul de hidrogen. În cazul în care nu există o legătură chimică existentă între astfel de atomi, dacă sunt suficient de aproape, forțele de atracție sunt activate. În acest caz, protonul este un acceptor al unei perechi de electroni, iar al doilea atom este un donator.

Legătura de hidrogen poate apărea atât între moleculele învecinate, de exemplu apa, acizii carboxilici, alcoolii, amoniacul și într-o moleculă, de exemplu, acidul salicilic.

Prezența unei legături de hidrogen între moleculele de apă explică o serie de proprietăți fizice unice:

• Valorile capacității sale de căldură, constanta dielectrică, punct de fierbere și punctul de topire, în conformitate cu calculele trebuie să fie considerabil mai mică decât reală, datorită moleculelor înrudire și necesitatea de a cheltui energie pentru a rupe legăturile de hidrogen intermoleculare.
• Spre deosebire de alte substanțe, cu o scădere a temperaturii, volumul de apă crește. Aceasta se datorează faptului că moleculele ocupă o poziție definită în structura cristalină a gheții și sunt separate una de alta prin lungimea legăturii de hidrogen.

Această relație joacă un rol deosebit pentru organismele vii, deoarece prezența sa în moleculele de proteine ​​determină structura lor specială și, prin urmare, proprietățile. În plus, acizii nucleici, care constituie o dublă helix de ADN, sunt de asemenea legați de legăturile de hidrogen.

Conexiuni în cristale

Majoritatea covârșitoare a solidelor are o latură cristalină - un aranjament reciproc special al particulelor care le formează. În acest caz, se observă periodicitatea tridimensională, iar la noduri se află atomi, molecule sau ioni, care sunt conectate prin linii imaginare. În funcție de natura acestor particule și de relațiile dintre ele, toate structurile cristalului sunt împărțite în atomi, molecule, ionice și metalice.

La situsurile rețelei cristaline ionice sunt cationii și anionii. Și fiecare dintre ele este înconjurat de un număr strict definit de ioni, cu o singură încărcătură opusă. Un exemplu tipic este clorura de sodiu (NaCl). Pentru ei, punctele ridicate de topire și duritatea sunt frecvente, deoarece este nevoie de multă energie pentru a le distruge.

La nodurile rețelei cristaline moleculare sunt molecule de substanțe formate printr-o legătură covalentă (de exemplu, I₂). Ele sunt legate unul de celălalt printr-o interacțiune slabă cu van der Waals și, prin urmare, această structură este ușor distrusă. Astfel de compuși au puncte de fierbere scăzute și puncte de topire.

Grilele cristaline atomice sunt formate din atomi de elemente chimice cu valori ridicate ale valenței. Ele sunt legate de legături covalente puternice, ceea ce înseamnă că substanțele se caracterizează prin înaltă temperatură de fierbere, topire și duritate ridicată. Un exemplu este un diamant.

Astfel, toate tipurile de legături disponibile în substanțele chimice au propriile lor particularități, care explică complexitatea interacțiunii particulelor în molecule și substanțe. Proprietățile compușilor depind de ele. Ele determină toate procesele care au loc în mediul înconjurător.