Come i componenti di un costruttore, gli atomi sono collegati tra loro. E non importa quanto ci provi, puoi connettere solo un blocco con un singolo blocco. Parte per 4 celle, può contenere non più di quattro. Questo principio vale in chimica. La valenza degli atomi degli elementi è responsabile del numero di cellule libere.

Il risultato dell'interazione degli atomi è la produzione di sostanze. I tipi di legame chimico degli atomi dipendono dalla natura degli elementi costitutivi.

I metalli si distinguono per un numero ridotto di elettroni a livello esterno rispetto ai non metalli con un valore di elettronegatività inferiore. Ora il nostro compito è ricordare come avviene il cambiamento di EO nella tavola periodica o utilizzare la tabella "Elettronegatività relativa". Più è attivo il non metallo, più è alto, e questo indica che questo elemento, quando si forma un legame, prenderà elettroni.

Ci sono milioni di cose. Queste possono essere sostanze semplici: metalli ferro Fe, oro Au, mercurio Hg; zolfo non metallico S, fosforo P, azoto N 2. Così sono le sostanze complesse: H 2 S, Ca 3 (PO 4) 2, (C 6 H 10 O 5) n, molecole proteiche, ecc. La combinazione di elementi che compongono le sostanze determina quali tipi di legami esisteranno tra di loro .

legame covalente

Di tutti gli elementi, i non metalli sono in minoranza. Ma avendo alcune caratteristiche nella struttura e la possibilità di avere una valenza variabile, il numero di composti costruiti da questi elementi è impressionante.

Per avere un'idea di come sono collegati gli atomi, iniziamo con una molecola di idrogeno H 2 .

Diamo libero sfogo alla fantasia, immaginiamo ciò che non si vede. Diciamo che abbiamo raccolto due parti identiche che assomigliano a questa:

C'è solo una combinazione della loro connessione e tra loro ci sarà un collegamento comune. Passiamo dalla nostra immaginazione alle molecole. Immagina di avere due atomi di idrogeno davanti a noi e il nostro compito è combinarli in una molecola. Ruota mentalmente i dettagli in modo che si uniscano, devi metterli uno sopra l'altro, collegandoli in un certo punto. I punti accanto indicano quanti elettroni si trovano sullo strato esterno.

Fonte

Gli atomi di idrogeno, come parti, sono collegati da un legame, quindi la valenza in questo caso di ciascuno di essi sarà uguale a I. Ma lo stato di ossidazione sarà uguale a 0, poiché la sostanza è formata da un elemento con la stessa elettronegatività valore.

Considera come si forma una molecola del gas più comune sul nostro pianeta, l'azoto N 2.

L'azoto ha 3 elettroni spaiati. È come prendere due pezzi di una vista e metterli insieme.

Pertanto, l'azoto è trivalente e il grado

l'ossidazione rimane ancora uguale a 0. A causa della coppia di elettroni comune, l'azoto completa lo strato esterno 2s 2 2p 6 .

Un legame covalente in una molecola costituita da un tipo di atomi, vale a dire i non metalli, è chiamato non polare.

Durante la costruzione di una molecola, il numero di elettroni tende a essere completato. Considera come si forma la molecola di O 2. Ogni atomo manca di 2 elettroni e compensano questa carenza con una coppia di elettroni comune.

Prestiamo anche attenzione che lo stato di ossidazione è 0, perché gli atomi sono partner uguali e la loro valenza è II.

Un legame chimico covalente formato da diversi non metalli è chiamato polare.

Prendiamo due elementi non metallici Idrogeno e Cloro. Indichiamo le formule elettroniche dello strato esterno.

Dopo aver analizzato i valori, E(N)< Э(Cl), приходим к выводу, чтобы принять конфигурацию благородного газа, хлор будет притягивать на себя единственный электрон водорода.

Lo schema di un legame covalente formato da diversi elementi è scritto in questa forma.

È così importante notare che in questa situazione Cl e H non saranno partner uguali, poiché la densità elettronica totale è concentrata a Cl. L'idrogeno in una battaglia impari, cede 1 elettrone al cloro, che ne ha fino a 7. L'idrogeno acquisisce una carica positiva, il cloro - una negativa. Le valenze di H e Cl sono uguali a I. In quel momento, gli stati di ossidazione saranno H + Cl −.

Questo tipo di formazione di composti avviene tramite il meccanismo di scambio. Ciò significa che per ottenere una configurazione completa, più elettronegativi accettano elettroni, meno - donano, ma allo stesso tempo c'è una coppia di elettroni comune.

I non metalli formano non solo composti binari, ma è possibile che la composizione includa tre o più elementi. Ad esempio, una molecola di acido carbonico H 2 CO 3 è composta da 3 elementi. Come si collegano tra loro. L'elettronegatività aumenta nella serie EO (N)<ЭО (С) <ЭО(O). Определим степени окисления каждого элемента. Н + 2 С +4 О −2 3 . Это означает, что кислород будет притягивать на себя электроны углерода и водорода. Схематически это можно записать в следующем виде.

Per costruire una formula strutturale, scriviamo carbonio al centro. Ha 4 elettroni spaiati. Poiché ci sono 3 atomi di ossigeno, ognuno di essi può accettare 2 elettroni. Quindi, con calcoli non complicati, vediamo che 4 elettroni proverranno da C e uno da ogni N. Verifichiamo il nostro calcolo, tenendo conto della neutralità della molecola, consideriamo le cariche positive e negative.

H 2 + C +4 O 3 −2 (+1 ∙ 2) + (+4 ∙ 1) + (-2 ∙ 3) = 0

Esiste un altro meccanismo di legame covalente chiamato donatore-accettore.

Per comprendere questo principio, descriviamo la formazione di una molecola che ha un odore pungente e soffocante non del tutto gradevole, l'ammoniaca NH 3 .

Dei 5 elettroni a disposizione dell'atomo N, ne sono legati solo 3. La valenza dell'atomo N acquisisce il valore III. Allo stesso tempo, lo stato di ossidazione N −3 (avendo prelevato 3 elettroni da ciascun atomo di H, diventa negativo), l'idrogeno, al contrario, dopo aver compiuto un "atto nobile", rinunciando a un elettrone, acquisisce una carica positiva H + . Due elettroni non sono coinvolti in alcun modo, sono evidenziati in rosso. Sono in grado di stabilirsi in una cella libera dello ione H+. Questo posto sarà occupato da elettroni di azoto, che sono indicati in rosso. Il catione di ammonio è formato dal meccanismo donatore-accettore.

Gli elettroni "rossi" N precedentemente inutilizzati sono "popolati" nell'orbitale s vuoto appartenente al catione idrogeno. Lo ione ammonio ha 3 legami che si verificano secondo il meccanismo di scambio, nonché uno, secondo il meccanismo donatore-accettore. Ecco perché NH 3 interagisce facilmente con acidi e acqua.

Legame ionico

Il legame chimico ionico è un confine polare covalente. Differiscono in quanto per le sostanze in cui è localizzato un legame covalente è caratteristica l'esistenza di una coppia di elettroni articolari, mentre per un legame ionico è caratteristico un ritorno completo di elettroni. La conseguenza del rinculo è la formazione di particelle cariche - ioni.

I calcoli aiuteranno a determinare il tipo di relazione. Se la differenza tra i valori di elettronegatività è maggiore di 1,7, la sostanza è caratterizzata da un legame ionico. Se il valore è inferiore a 1,7, allora il legame polare intrinseco. Consideriamo due sostanze NaCl e CaC 2 . Entrambi sono formati da un metallo (Na e Ca) e da un non metallo (Cl e C). Tuttavia, in un caso il legame sarà ionico, nel secondo - polare covalente.

Il postulato della fisica dice che gli opposti si attraggono. Quelli. gli ioni positivi attraggono quelli negativi e viceversa.

Supponiamo che sia necessario ottenere una sostanza da atomi di potassio e fluoro. Ogni atomo tende ad assumere la configurazione del gas nobile. Ciò può essere ottenuto in due modi donando o accettando elettroni, formando così ioni con la configurazione desiderata.

È molto più facile per un atomo di potassio dare 1 elettrone che prendere 7 dal fluoro.Prendendo 1 elettrone, F ha un livello completo.

Come il potassio, che cedette facilmente il suo elettrone, il suo catione assunse la formula elettronica dell'argon.

Il calcio è un metallo bivalente, quindi sono necessari due atomi di fluoro per l'interazione, poiché è in grado di accettare un solo elettrone. Lo schema per la formazione di un legame ionico ha la forma.

Questo tipo di legame è localizzato in tutti i sali, tra il metallo e il residuo acido. Nell'esempio sopra per l'acido carbonico, il residuo acido sarà CO 3 2−, se al posto dell'idrogeno mettiamo atomi di sodio, lo schema di formazione del legame sarà simile a questo.

Va notato che esisterà un legame ionico tra Na e O e tra C e O uno polare covalente.

connessione metallica

I metalli esistono in diversi colori: nero (ferro), rosso (rame), giallo (oro), grigio (argento), fondono a diverse temperature. Tuttavia, tutti sono accomunati dalla presenza di brillantezza, durezza e conduttività elettrica.

Il legame metallico ha somiglianze con il covalente non polare. I metalli sono poveri di elettroni a livello esterno, quindi, quando si forma un legame, non sono in grado di attrarli a se stessi, sono caratterizzati da dazione. Poiché il raggio atomico nei metalli è grande, ciò rende facile la rottura degli elettroni, formando cationi.

Io 0 - ne = Io n+

Gli elettroni si spostano costantemente dall'atomo allo ione e viceversa. I cationi stessi possono essere paragonati agli iceberg circondati da particelle negative.

Schema di un legame metallico

legame idrogeno

Gli elementi non metallici dell'II periodo (N, O, F) hanno un alto valore di elettronegatività. Ciò influisce sulla capacità di formare un legame idrogeno tra l'H + polarizzato di una molecola e l'anione N 3-, O -2, F -. Un legame idrogeno può unire due molecole diverse. Ad esempio, se prendiamo due molecole d'acqua, sono collegate tra loro a causa degli atomi di H e O.

Il legame chimico dell'idrogeno è rappresentato ... ... da una linea tratteggiata. Collegandosi tra loro, le molecole giocano e trovano un ruolo importante negli organismi viventi. Il legame idrogeno costruisce la struttura secondaria della molecola di DNA.

Tipi di reticoli cristallini

Per ottenere una sostanza, e non solo un insieme di molecole, è necessario "impacchettare" le particelle in una sorta di struttura: un reticolo cristallino.

Immagina una figura geometrica di fronte a te: un cubo, ai vertici ci saranno particelle collegate in modo condizionale tra loro.

Esiste una relazione diretta tra la struttura dell'atomo e il tipo di reticolo cristallino.

Si noti che i composti con un legame covalente non polare sono formati da particelle molecolari che sono impacchettate in un reticolo cristallino molecolare. Molto spesso questi saranno composti a basso punto di ebollizione e volatili in base al regime di temperatura. Queste sono sostanze a te note come ossigeno O 2, cloro Cl 2, bromo Br 2.

Un legame chimico polare covalente è anche caratteristico dei composti molecolari. Ciò include sia i composti organici: saccarosio, alcoli, metano che inorganici: acidi, ammoniaca, ossidi non metallici. La loro esistenza avviene sia in forma liquida (H 2 O), solida (zolfo) che gassosa (CO 2).

Ai nodi del reticolo cristallino atomico ci sono singoli atomi, tra i quali c'è un legame covalente non polare. Il reticolo cristallino atomico è caratteristico del diamante. Al momento è la sostanza più dura. Questo tipo di legame è tipico di una sostanza che copre una parte significativa del nostro pianeta, è -SiO 2 (sabbia) e carborundum SiC, che ha proprietà simili al diamante.

Il legame ionico tra gli atomi forma un reticolo cristallino, ai cui nodi ci saranno cationi e anioni. Questa struttura combina un'intera classe di composti inorganici di sali, costituiti da cationi metallici e anioni del residuo acido. Le caratteristiche caratteristiche di queste sostanze saranno le alte temperature alle quali si sciolgono e bollono.

Il legame metallico ha un reticolo cristallino metallico. Nella sua struttura, si può tracciare un parallelo con il reticolo ionico. Atomi e ioni saranno posti ai nodi e tra di essi ci sarà un gas di elettroni, costituito da elettroni che migrano da un atomo all'altro.

Riassumendo queste informazioni, possiamo trarre una conclusione, conoscendo la composizione e la struttura, possiamo prevedere le proprietà e viceversa.

Argomenti del codificatore USE: Legame chimico covalente, sue varietà e meccanismi di formazione. Caratteristiche di un legame covalente (polarità ed energia di legame). Legame ionico. Collegamento in metallo. legame idrogeno

Legami chimici intramolecolari

Consideriamo prima i legami che sorgono tra le particelle all'interno delle molecole. Tali connessioni sono chiamate Intermolecolare.

legame chimico tra atomi di elementi chimici ha natura elettrostatica e si forma a causa di interazioni di elettroni esterni (di valenza)., in più o meno grado detenute da nuclei carichi positivamente atomi legati.

Il concetto chiave qui è ELETTRONEGNATIVA. È lei che determina il tipo di legame chimico tra gli atomi e le proprietà di questo legame.

è la capacità di un atomo di attrarre (tenere) esterno(valenza) elettroni. L'elettronegatività è determinata dal grado di attrazione degli elettroni esterni al nucleo e dipende principalmente dal raggio dell'atomo e dalla carica del nucleo.

L'elettronegatività è difficile da determinare in modo inequivocabile. L. Pauling ha compilato una tabella di elettronegatività relativa (basata sulle energie di legame delle molecole biatomiche). L'elemento più elettronegativo è fluoro con significato 4 .

È importante notare che in diverse fonti è possibile trovare diverse scale e tabelle di valori di elettronegatività. Questo non dovrebbe essere spaventato, poiché la formazione di un legame chimico gioca un ruolo atomi, ed è approssimativamente lo stesso in qualsiasi sistema.

Se uno degli atomi nel legame chimico A:B attrae gli elettroni più fortemente, la coppia di elettroni viene spostata verso di esso. Più differenza di elettronegatività atomi, più la coppia di elettroni viene spostata.

Se i valori di elettronegatività degli atomi interagenti sono uguali o approssimativamente uguali: EO(A)≈EO(V), quindi la coppia di elettroni condivisa non viene spostata su nessuno degli atomi: R: B. Si chiama tale connessione covalente non polare.

Se l'elettronegatività degli atomi interagenti differisce, ma non molto (la differenza di elettronegatività è approssimativamente da 0,4 a 2: 0,4<ΔЭО<2 ), quindi la coppia di elettroni viene spostata su uno degli atomi. Si chiama tale connessione polare covalente .

Se l'elettronegatività degli atomi interagenti differisce significativamente (la differenza di elettronegatività è maggiore di 2: ΔEO>2), quindi uno degli elettroni passa quasi completamente a un altro atomo, con la formazione ioni. Si chiama tale connessione ionico.

I principali tipi di legami chimici sono − covalente, ionico e metallico connessioni. Consideriamoli più in dettaglio.

legame chimico covalente

legame covalente – è un legame chimico formato da formazione di una coppia di elettroni comune A:B . In questo caso, due atomi sovrapposizione orbitali atomici. Un legame covalente è formato dall'interazione di atomi con una piccola differenza di elettronegatività (di norma, tra due non metalli) o atomi di un elemento.

Proprietà di base dei legami covalenti

• orientamento,
• saturabilità,
• polarità,
• polarizzabilità.

Queste proprietà di legame influenzano le proprietà chimiche e fisiche delle sostanze.

Direzione della comunicazione caratterizza la struttura chimica e la forma delle sostanze. Gli angoli tra due legami sono detti angoli di legame. Ad esempio, in una molecola d'acqua, l'angolo di legame H-O-H è 104,45 o, quindi la molecola d'acqua è polare, e nella molecola di metano, l'angolo di legame H-C-H è 108 o 28 ′.

Saturabilità è la capacità degli atomi di formare un numero limitato di legami chimici covalenti. Si chiama il numero di legami che un atomo può formare.

Polarità i legami sorgono a causa della distribuzione non uniforme della densità elettronica tra due atomi con diversa elettronegatività. I legami covalenti si dividono in polari e non polari.

Polarizzabilità le connessioni sono la capacità degli elettroni di legame di essere spostati da un campo elettrico esterno(in particolare, il campo elettrico di un'altra particella). La polarizzabilità dipende dalla mobilità degli elettroni. Più l'elettrone è lontano dal nucleo, più è mobile e, di conseguenza, la molecola è più polarizzabile.

Legame chimico covalente non polare

Esistono 2 tipi di legame covalente: POLARE e NON POLARE .

Esempio . Considera la struttura della molecola di idrogeno H 2 . Ogni atomo di idrogeno trasporta 1 elettrone spaiato nel suo livello di energia esterna. Per visualizzare un atomo, utilizziamo la struttura di Lewis: questo è un diagramma della struttura del livello di energia esterna di un atomo, quando gli elettroni sono indicati da punti. I modelli di struttura a punti di Lewis sono un buon aiuto quando si lavora con elementi del secondo periodo.

H. +. H=H:H

Pertanto, la molecola di idrogeno ha una coppia di elettroni comune e un legame chimico H–H. Questa coppia di elettroni non è spostata su nessuno degli atomi di idrogeno, perché l'elettronegatività degli atomi di idrogeno è la stessa. Si chiama tale connessione covalente non polare .

Legame covalente non polare (simmetrico). - questo è un legame covalente formato da atomi con uguale elettronegatività (di regola, gli stessi non metalli) e, quindi, con una distribuzione uniforme della densità elettronica tra i nuclei degli atomi.

Il momento di dipolo dei legami non polari è 0.

Esempi: H 2 (H-H), O 2 (O=O), S 8 .

Legame chimico polare covalente

legame polare covalente è un legame covalente che si verifica tra atomi con diversa elettronegatività (Generalmente, diversi non metalli) ed è caratterizzato Dislocamento coppia elettronica comune a un atomo più elettronegativo (polarizzazione).

La densità elettronica viene spostata su un atomo più elettronegativo, quindi su di esso si forma una carica negativa parziale (δ-) e una carica positiva parziale su un atomo meno elettronegativo (δ+, delta +).

Maggiore è la differenza nell'elettronegatività degli atomi, maggiore è polarità connessioni e altro ancora momento di dipolo . Tra le molecole vicine e le cariche opposte nel segno agiscono forze attrattive aggiuntive, che aumentano forza connessioni.

La polarità del legame influenza le proprietà fisiche e chimiche dei composti. I meccanismi di reazione e persino la reattività dei legami vicini dipendono dalla polarità del legame. La polarità di un legame spesso determina polarità della molecola e quindi influenza direttamente proprietà fisiche come punto di ebollizione e punto di fusione, solubilità in solventi polari.

Esempi: HCl, CO 2 , NH 3 .

Meccanismi per la formazione di un legame covalente

Un legame chimico covalente può verificarsi mediante 2 meccanismi:

1. meccanismo di scambio la formazione di un legame chimico covalente avviene quando ogni particella fornisce un elettrone spaiato per la formazione di una coppia di elettroni comune:

MA . + . B=A:B

2. La formazione di un legame covalente è un tale meccanismo in cui una delle particelle fornisce una coppia di elettroni non condivisa e l'altra particella fornisce un orbitale libero per questa coppia di elettroni:

MA: + B=A:B

In questo caso, uno degli atomi fornisce una coppia di elettroni non condivisa ( donatore), e l'altro atomo fornisce un orbitale libero per questa coppia ( accettore). Come risultato della formazione di un legame, l'energia di entrambi gli elettroni diminuisce, cioè questo è benefico per gli atomi.

Un legame covalente formato dal meccanismo donatore-accettore, non è diverso dalle proprietà di altri legami covalenti formati dal meccanismo di scambio. La formazione di un legame covalente da parte del meccanismo donatore-accettore è tipica per atomi con un gran numero di elettroni a livello di energia esterna (donatori di elettroni), o viceversa, con un numero molto piccolo di elettroni (accettori di elettroni). Le possibilità di valenza degli atomi sono considerate più in dettaglio nel corrispondente.

Un legame covalente è formato dal meccanismo donatore-accettore:

- in una molecola monossido di carbonio CO(il legame nella molecola è triplo, 2 legami sono formati dal meccanismo di scambio, uno dal meccanismo donatore-accettore): C≡O;

- in ione ammonio NH 4 +, in ioni ammine organiche, ad esempio, nello ione metilammonio CH 3 -NH 2 + ;

- in composti complessi, un legame chimico tra l'atomo centrale e gruppi di ligandi, ad esempio in sodio tetraidrossialluminato Na il legame tra alluminio e ioni idrossido;

- in acido nitrico e suoi sali- nitrati: HNO 3 , NaNO 3 , in alcuni altri composti azotati;

- in una molecola ozono O 3 .

Principali caratteristiche di un legame covalente

Un legame covalente, di regola, si forma tra gli atomi dei non metalli. Le caratteristiche principali di un legame covalente sono lunghezza, energia, molteplicità e direttività.

Molteplicità del legame chimico

Molteplicità del legame chimico - questo è il numero di coppie di elettroni condivisi tra due atomi in un composto. La molteplicità del legame può essere determinata abbastanza facilmente dal valore degli atomi che formano la molecola.

Per esempio , nella molecola di idrogeno H 2 la molteplicità del legame è 1, perché ogni idrogeno ha solo 1 elettrone spaiato nel livello di energia esterno, quindi si forma una coppia di elettroni comune.

Nella molecola di ossigeno O 2, la molteplicità del legame è 2, perché ogni atomo ha 2 elettroni spaiati nel suo livello di energia esterno: O=O.

Nella molecola di azoto N 2, la molteplicità del legame è 3, perché tra ogni atomo ci sono 3 elettroni spaiati nel livello di energia esterno e gli atomi formano 3 coppie di elettroni comuni N≡N.

Lunghezza del legame covalente

Lunghezza del legame chimico è la distanza tra i centri dei nuclei degli atomi che formano un legame. È determinato da metodi fisici sperimentali. La lunghezza del legame può essere stimata approssimativamente, secondo la regola dell'additività, secondo la quale la lunghezza del legame nella molecola AB è approssimativamente uguale alla metà della somma delle lunghezze del legame nelle molecole A 2 e B 2:

La lunghezza di un legame chimico può essere stimata approssimativamente lungo i raggi degli atomi, formando un legame, o dalla molteplicità della comunicazione se i raggi degli atomi non sono molto diversi.

Con un aumento dei raggi degli atomi che formano un legame, la lunghezza del legame aumenterà.

Per esempio

Con un aumento della molteplicità dei legami tra atomi (i cui raggi atomici non differiscono o differiscono leggermente), la lunghezza del legame diminuirà.

Per esempio . Nella serie: C–C, C=C, C≡C, la lunghezza del legame diminuisce.

Energia di legame

Una misura della forza di un legame chimico è l'energia del legame. Energia di legame è determinato dall'energia richiesta per rompere il legame e rimuovere gli atomi che formano questo legame a una distanza infinita l'uno dall'altro.

Il legame covalente è molto resistente. La sua energia varia da diverse decine a diverse centinaia di kJ/mol. Maggiore è l'energia di legame, maggiore è la forza di legame e viceversa.

La forza di un legame chimico dipende dalla lunghezza del legame, dalla polarità del legame e dalla molteplicità del legame. Più lungo è il legame chimico, più facile è rompersi e minore è l'energia del legame, minore è la sua forza. Più breve è il legame chimico, più forte è e maggiore è l'energia del legame.

Per esempio, nella serie dei composti HF, HCl, HBr da sinistra a destra la forza del legame chimico diminuisce, perché la lunghezza del legame aumenta.

Legame chimico ionico

Legame ionico è un legame chimico basato su attrazione elettrostatica di ioni.

ioni si formano nel processo di accettazione o cessione di elettroni da parte degli atomi. Ad esempio, gli atomi di tutti i metalli trattengono debolmente gli elettroni del livello di energia esterno. Pertanto, gli atomi di metallo sono caratterizzati proprietà ricostituenti la capacità di donare elettroni.

Esempio. L'atomo di sodio contiene 1 elettrone al 3° livello di energia. Dandolo via facilmente, l'atomo di sodio forma uno ione Na + molto più stabile, con la configurazione elettronica del nobile gas neon Ne. Lo ione sodio contiene 11 protoni e solo 10 elettroni, quindi la carica totale dello ione è -10+11 = +1:

+11N / a) 2 ) 8 ) 1 - 1e = +11 N / a +) 2 ) 8

Esempio. L'atomo di cloro ha 7 elettroni nel suo livello di energia esterna. Per acquisire la configurazione di un atomo di argon inerte stabile Ar, il cloro deve attaccare 1 elettrone. Dopo l'attacco di un elettrone, si forma uno ione cloro stabile, costituito da elettroni. La carica totale dello ione è -1:

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

Nota:

• Le proprietà degli ioni sono diverse dalle proprietà degli atomi!
• Gli ioni stabili possono formarsi non solo atomi, ma anche gruppi di atomi. Ad esempio: ione ammonio NH 4 +, ione solfato SO 4 2-, ecc. Anche i legami chimici formati da tali ioni sono considerati ionici;
• Di solito si formano legami ionici tra metalli e non metalli(gruppi di non metalli);

Gli ioni risultanti sono attratti dall'attrazione elettrica: Na + Cl -, Na 2 + SO 4 2-.

Generalizziamo visivamente differenza tra tipi di legame covalente e ionico:

legame chimico metallico

connessione metallica è la relazione che si forma relativamente elettroni liberi fra ioni metallici formando un reticolo cristallino.

Gli atomi dei metalli a livello di energia esterna di solito hanno da uno a tre elettroni. I raggi degli atomi di metallo, di regola, sono grandi, quindi gli atomi di metallo, a differenza dei non metalli, donano abbastanza facilmente elettroni esterni, ad es. sono forti agenti riducenti

Interazioni intermolecolari

Separatamente, vale la pena considerare le interazioni che si verificano tra le singole molecole in una sostanza - interazioni intermolecolari . Le interazioni intermolecolari sono un tipo di interazione tra atomi neutri in cui non compaiono nuovi legami covalenti. Le forze di interazione tra le molecole furono scoperte da van der Waals nel 1869 e portarono il suo nome. Forze di Van dar Waals. Le forze di Van der Waals sono divise in orientamento, induzione e dispersione . L'energia delle interazioni intermolecolari è molto inferiore all'energia di un legame chimico.

Forze di attrazione di orientamento sorgono tra molecole polari (interazione dipolo-dipolo). Queste forze sorgono tra le molecole polari. Interazioni induttive è l'interazione tra una molecola polare e una non polare. Una molecola non polare viene polarizzata a causa dell'azione di una molecola polare, che genera un'ulteriore attrazione elettrostatica.

Un tipo speciale di interazione intermolecolare sono i legami idrogeno. - si tratta di legami chimici intermolecolari (o intramolecolari) che sorgono tra molecole in cui sono presenti legami covalenti fortemente polari - H-F, H-O o H-N. Se ci sono tali legami nella molecola, allora ci saranno tra le molecole ulteriori forze di attrazione .

Meccanismo educativo Il legame idrogeno è in parte elettrostatico e in parte donatore-accettore. In questo caso, un atomo di un elemento fortemente elettronegativo (F, O, N) funge da donatore di coppia di elettroni e gli atomi di idrogeno collegati a questi atomi agiscono da accettore. I legami idrogeno sono caratterizzati orientamento nello spazio e saturazione.

Il legame idrogeno può essere indicato da punti: H ··· O. Maggiore è l'elettronegatività di un atomo collegato all'idrogeno e minore è la sua dimensione, più forte è il legame idrogeno. È principalmente caratteristico dei composti fluoro con idrogeno , così come a ossigeno con idrogeno , meno azoto con idrogeno .

I legami idrogeno si verificano tra le seguenti sostanze:

— acido fluoridrico HF(gas, soluzione di acido fluoridrico in acqua - acido fluoridrico), acqua H 2 O (vapore, ghiaccio, acqua liquida):

— soluzione di ammoniaca e ammine organiche- tra ammoniaca e molecole d'acqua;

— composti organici in cui si lega O-H o N-H: alcoli, acidi carbossilici, ammine, amminoacidi, fenoli, anilina e suoi derivati, proteine, soluzioni di carboidrati - monosaccaridi e disaccaridi.

Il legame idrogeno influisce sulle proprietà fisiche e chimiche delle sostanze. Pertanto, l'ulteriore attrazione tra le molecole rende difficile l'ebollizione delle sostanze. Le sostanze con legami idrogeno mostrano un aumento anomalo del punto di ebollizione.

Per esempio Di norma, con un aumento del peso molecolare, si osserva un aumento del punto di ebollizione delle sostanze. Tuttavia, in un certo numero di sostanze H 2 O-H 2 S-H 2 Se-H 2 Te non osserviamo una variazione lineare dei punti di ebollizione.

Vale a dire, a il punto di ebollizione dell'acqua è anormalmente alto - non meno di -61 o C, come mostra la retta, ma molto di più, +100 o C. Questa anomalia è spiegata dalla presenza di legami idrogeno tra le molecole d'acqua. Pertanto, in condizioni normali (0-20 o C), l'acqua lo è liquido per stato di fase.

legame chimico

Non ci sono singoli atomi in natura. Tutti loro sono nella composizione di composti semplici e complessi, dove la loro combinazione in molecole è assicurata dalla formazione di legami chimici tra loro.

La formazione di legami chimici tra atomi è un processo naturale e spontaneo, poiché in questo caso l'energia del sistema molecolare diminuisce, cioè l'energia del sistema molecolare è inferiore all'energia totale degli atomi isolati. Questa è la forza trainante dietro la formazione di un legame chimico.

La natura dei legami chimici è elettrostatica, perché Gli atomi sono un insieme di particelle cariche, tra le quali agiscono le forze di attrazione e repulsione, che entrano in equilibrio.

Gli elettroni spaiati situati negli orbitali atomici esterni (o coppie di elettroni già pronti) - elettroni di valenza - partecipano alla formazione di legami. Dicono che quando si formano i legami, le nubi di elettroni si sovrappongono, risultando in un'area tra i nuclei degli atomi in cui la probabilità di trovare elettroni di entrambi gli atomi è massimo.

legame chimico - questa è l'interazione degli atomi, effettuata dallo scambio di elettroni.

Quando si forma un legame chimico, gli atomi tendono ad acquisire un guscio esterno stabile di otto elettroni (o due elettroni - H, He), corrispondente alla struttura dell'atomo di gas inerte più vicino, cioè completa il tuo livello esterno.

Classificazione dei legami chimici.

1. Secondo il meccanismo di formazione del legame chimico.

un) scambio quando entrambi gli atomi che formano un legame forniscono elettroni spaiati per esso.

Ad esempio, la formazione di molecole di idrogeno H 2 e cloro Cl 2:

b) donatore-accettore , quando uno degli atomi fornisce una coppia pronta di elettroni (donatore) per formare un legame e il secondo atomo fornisce un orbitale libero vuoto.

Ad esempio, la formazione di uno ione ammonio (NH 4) + (particella carica):

2. Secondo il modo in cui gli orbitali degli elettroni si sovrappongono.

un) σ - collegamento (sigma), quando il massimo di sovrapposizione giace sulla linea che collega i centri degli atomi.

Per esempio,

H 2 σ (s-s)

Cl 2 σ(p-p)

HClσ(s-p)

b) π - connessioni (pi), se il massimo di sovrapposizione non giace sulla linea che collega i centri degli atomi.

3. Secondo il metodo per ottenere il guscio di elettroni completato.

Ogni atomo tende a completare il suo guscio elettronico esterno e possono esserci diversi modi per raggiungere tale stato.

È estremamente raro che le sostanze chimiche siano costituite da atomi individuali e non correlati di elementi chimici. In condizioni normali, solo un piccolo numero di gas chiamati gas nobili ha una tale struttura: elio, neon, argon, krypton, xeno e radon. Molto spesso, le sostanze chimiche non sono costituite da atomi disparati, ma dalle loro combinazioni in vari gruppi. Tali combinazioni di atomi possono includere diverse unità, centinaia, migliaia o anche più atomi. Viene chiamata la forza che mantiene questi atomi in tali raggruppamenti legame chimico.

In altre parole, possiamo dire che un legame chimico è un'interazione che assicura il legame dei singoli atomi in strutture più complesse (molecole, ioni, radicali, cristalli, ecc.).

Il motivo della formazione di un legame chimico è che l'energia di strutture più complesse è inferiore all'energia totale dei singoli atomi che la formano.

Quindi, in particolare, se una molecola XY si forma durante l'interazione degli atomi X e Y, ciò significa che l'energia interna delle molecole di questa sostanza è inferiore all'energia interna dei singoli atomi da cui si è formata:

E(XY)< E(X) + E(Y)

Per questo motivo, quando si formano legami chimici tra i singoli atomi, viene rilasciata energia.

Nella formazione di legami chimici, vengono chiamati gli elettroni dello strato di elettroni esterno con l'energia di legame più bassa con il nucleo valenza. Ad esempio, nel boro, questi sono elettroni del 2° livello di energia: 2 elettroni per 2 S- orbitali e 1 per 2 p-orbitali:

Quando si forma un legame chimico, ogni atomo tende ad ottenere una configurazione elettronica di atomi di gas nobili, cioè in modo che nel suo strato di elettroni esterno ci siano 8 elettroni (2 per elementi del primo periodo). Questo fenomeno è chiamato regola dell'ottetto.

È possibile che gli atomi raggiungano la configurazione elettronica di un gas nobile se inizialmente singoli atomi condividono alcuni dei loro elettroni di valenza con altri atomi. In questo caso si formano coppie di elettroni comuni.

A seconda del grado di socializzazione degli elettroni si possono distinguere legami covalenti, ionici e metallici.

legame covalente

Un legame covalente si verifica più spesso tra atomi di elementi non metallici. Se gli atomi dei non metalli che formano un legame covalente appartengono a diversi elementi chimici, tale legame è chiamato legame polare covalente. La ragione di questo nome risiede nel fatto che atomi di elementi diversi hanno anche una diversa capacità di attrarre a sé una coppia di elettroni comune. Ovviamente, questo porta a uno spostamento della coppia di elettroni comune verso uno degli atomi, a seguito del quale si forma su di esso una parziale carica negativa. A sua volta, sull'altro atomo si forma una carica positiva parziale. Ad esempio, in una molecola di acido cloridrico, la coppia di elettroni viene spostata dall'atomo di idrogeno all'atomo di cloro:

Esempi di sostanze con legame polare covalente:

СCl 4 , H 2 S, CO 2 , NH 3 , SiO 2 ecc.

Un legame covalente non polare si forma tra atomi non metallici dello stesso elemento chimico. Poiché gli atomi sono identici, la loro capacità di attirare elettroni condivisi è la stessa. A questo proposito, non si osserva alcuno spostamento della coppia di elettroni:

Il meccanismo di cui sopra per la formazione di un legame covalente, quando entrambi gli atomi forniscono elettroni per la formazione di coppie di elettroni comuni, è chiamato scambio.

Esiste anche un meccanismo donatore-accettore.

Quando un legame covalente è formato dal meccanismo donatore-accettore, si forma una coppia di elettroni comune a causa dell'orbitale pieno di un atomo (con due elettroni) e dell'orbitale vuoto di un altro atomo. Un atomo che fornisce una coppia di elettroni non condivisa è chiamato donatore e un atomo con un orbitale libero è chiamato accettore. I donatori di coppie di elettroni sono atomi che hanno elettroni accoppiati, ad esempio N, O, P, S.

Ad esempio, secondo il meccanismo donatore-accettore, il quarto legame covalente N-H si forma nel catione ammonio NH 4 +:

Oltre alla polarità, i legami covalenti sono caratterizzati anche dall'energia. L'energia di legame è l'energia minima richiesta per rompere un legame tra atomi.

L'energia di legame diminuisce con l'aumentare dei raggi degli atomi legati. Poiché sappiamo che i raggi atomici aumentano lungo i sottogruppi, possiamo, ad esempio, concludere che la forza del legame alogeno-idrogeno aumenta nella serie:

CIAO< HBr < HCl < HF

Inoltre, l'energia del legame dipende dalla sua molteplicità: maggiore è la molteplicità del legame, maggiore è la sua energia. La molteplicità del legame è il numero di coppie di elettroni comuni tra due atomi.

Legame ionico

Un legame ionico può essere considerato come il caso limite di un legame polare covalente. Se in un legame covalente-polare la coppia di elettroni comune viene parzialmente spostata su una delle coppie di atomi, in quello ionico viene quasi completamente "ceduta" a uno degli atomi. L'atomo che ha donato uno o più elettroni acquisisce una carica positiva e diventa catione, e l'atomo che ne ha prelevato gli elettroni acquisisce una carica negativa e diventa anione.

Pertanto, un legame ionico è un legame formato a causa dell'attrazione elettrostatica dei cationi sugli anioni.

La formazione di questo tipo di legame è caratteristica dell'interazione di atomi di metalli tipici e tipici non metalli.

Ad esempio, fluoruro di potassio. Un catione di potassio si ottiene come risultato del distacco di un elettrone da un atomo neutro e si forma uno ione fluoro attaccando un elettrone a un atomo di fluoro:

Tra gli ioni risultanti sorge una forza di attrazione elettrostatica, a seguito della quale si forma un composto ionico.

Durante la formazione di un legame chimico, gli elettroni dell'atomo di sodio sono passati all'atomo di cloro e si sono formati ioni con carica opposta, che hanno un livello di energia esterna completo.

È stato stabilito che gli elettroni non si staccano completamente dall'atomo di metallo, ma si spostano solo verso l'atomo di cloro, come in un legame covalente.

La maggior parte dei composti binari che contengono atomi di metallo sono ionici. Ad esempio ossidi, alogenuri, solfuri, nitruri.

Un legame ionico si verifica anche tra cationi semplici e anioni semplici (F -, Cl -, S 2-), nonché tra cationi semplici e anioni complessi (NO 3 -, SO 4 2-, PO 4 3-, OH -) . Pertanto, i composti ionici includono sali e basi (Na 2 SO 4, Cu (NO 3) 2, (NH 4) 2 SO 4), Ca (OH) 2, NaOH).

connessione metallica

Questo tipo di legame si forma nei metalli.

Gli atomi di tutti i metalli hanno elettroni sullo strato di elettroni esterno che hanno una bassa energia di legame con il nucleo atomico. Per la maggior parte dei metalli, la perdita di elettroni esterni è energeticamente favorevole.

A causa di un'interazione così debole con il nucleo, questi elettroni nei metalli sono molto mobili e il seguente processo si verifica continuamente in ciascun cristallo di metallo:

M 0 - ne - \u003d M n +, dove M 0 è un atomo di metallo neutro e M n + catione dello stesso metallo. La figura seguente mostra un'illustrazione dei processi in corso.

Cioè, gli elettroni "si precipitano" lungo il cristallo di metallo, staccandosi da un atomo di metallo, formando un catione da esso, unendosi a un altro catione, formando un atomo neutro. Questo fenomeno era chiamato "vento elettronico" e l'insieme di elettroni liberi nel cristallo di un atomo non metallico era chiamato "gas di elettroni". Questo tipo di interazione tra atomi di metallo è chiamato legame metallico.

legame idrogeno

Se un atomo di idrogeno in una sostanza è legato a un elemento con un'elevata elettronegatività (azoto, ossigeno o fluoro), la sostanza è caratterizzata dal fenomeno del legame idrogeno.

Poiché un atomo di idrogeno è legato a un atomo elettronegativo, si forma una carica positiva parziale sull'atomo di idrogeno e una carica negativa parziale si forma sull'atomo elettronegativo. A questo proposito, l'attrazione elettrostatica diventa possibile tra l'atomo di idrogeno parzialmente caricato positivamente di una molecola e l'atomo elettronegativo di un'altra. Ad esempio, il legame idrogeno si osserva per le molecole d'acqua:

È il legame idrogeno che spiega il punto di fusione anormalmente alto dell'acqua. Oltre all'acqua, si formano forti legami idrogeno anche in sostanze come acido fluoridrico, ammoniaca, acidi contenenti ossigeno, fenoli, alcoli, ammine.