Atomlar neden moleküller oluşturmak için birbirleriyle birleşebilir? Tamamen farklı kimyasal elementlerin atomlarını içeren maddelerin olası varlığının nedeni nedir? Bunlar, modern fizik ve kimya biliminin temel kavramlarını etkileyen küresel sorunlardır. Atomların elektronik yapısı hakkında fikir sahibi olarak ve çoğu bileşik sınıfının temel temeli olan kovalent bağın özelliklerini bilerek bunlara cevap verebilirsiniz. Makalemizin amacı, çeşitli kimyasal bağ türlerinin oluşum mekanizmalarını ve moleküllerinde bunları içeren bileşiklerin özelliklerinin özelliklerini tanımaktır.
Atomun elektronik yapısı
Yapısal unsurları olan maddenin elektronötr parçacıkları, güneş sisteminin yapısını yansıtan bir yapıya sahiptir. Gezegenler merkez yıldızın - Güneş'in etrafında dönerken, atomdaki elektronlar da pozitif yüklü çekirdeğin etrafında hareket eder. Karakterize etmekKovalent bir bağda, son enerji seviyesinde bulunan ve çekirdekten en uzak olan elektronlar önemli olacaktır. Kendi atomlarının merkeziyle bağlantıları minimum olduğundan, diğer atomların çekirdekleri tarafından kolayca çekilebilirler. Bu, moleküllerin oluşumuna yol açan atomlar arası etkileşimlerin ortaya çıkması için çok önemlidir. Moleküler form neden gezegenimizdeki maddenin ana varoluş türüdür? Hadi öğrenelim.
Atomların temel özelliği
Elektriksel olarak nötr parçacıkların etkileşerek enerji kazanımı sağlama yeteneği, onların en önemli özelliğidir. Gerçekten de, normal koşullar altında, maddenin moleküler hali atomik halinden daha kararlıdır. Modern atom ve moleküler teorinin ana hükümleri, hem moleküllerin oluşum ilkelerini hem de bir kovalent bağın özelliklerini açıklar. Bir atomun dış enerji seviyesinin 1 ila 8 elektron içerebileceğini hatırlayın, ikinci durumda katman tamamlanacak, bu da çok kararlı olacağı anlamına geliyor. Soy gazların atomları böyle bir dış seviye yapıya sahiptir: D. I. Mendeleev sisteminde her periyodu tamamlayan argon, kripton, ksenon - inert elementler. Buradaki istisna, son seviyede 8 değil, sadece 2 elektronu olan helyumdur. Nedeni basit: İlk periyotta atomları tek bir elektron katmanına sahip sadece iki element var. Diğer tüm kimyasal elementler, son tamamlanmamış katmanda 1 ila 7 elektrona sahiptir. Birbirleriyle etkileşim sürecinde, atomlarsekizliye kadar elektronlarla doldurulmaya ve eylemsiz bir elementin atomunun konfigürasyonunu geri kazanmaya çalışın. Böyle bir duruma iki şekilde ulaşılabilir: kişinin kendisinin kaybıyla veya negatif yüklü yabancı parçacıkların kabul edilmesiyle. Bu etkileşim biçimleri, reaksiyona giren atomlar arasında bir iyonik veya kovalent bağın oluşup oluşmayacağının nasıl belirleneceğini açıklar.
Kararlı bir elektronik konfigürasyon oluşturma mekanizmaları
İki basit maddenin bileşiğin reaksiyonuna girdiğini düşünelim: metalik sodyum ve gaz halinde klor. Tuz sınıfının bir maddesi oluşur - sodyum klorür. İyonik tipte bir kimyasal bağa sahiptir. Neden ve nasıl ortaya çıktı? Başlangıç maddelerinin atomlarının yapısına tekrar dönelim. Sodyum, atomun büyük yarıçapı nedeniyle çekirdeğe zayıf bir şekilde bağlı olan son katmanda yalnızca bir elektrona sahiptir. Sodyum içeren tüm alkali metallerin iyonlaşma enerjisi düşüktür. Bu nedenle, dış seviyenin elektronu enerji seviyesinden ayrılır, klor atomunun çekirdeği tarafından çekilir ve boşluğunda kalır. Bu, Cl atomunun negatif yüklü bir iyon formuna geçişi için bir emsal oluşturur. Artık elektriksel olarak nötr parçacıklarla değil, yüklü sodyum katyonları ve klor anyonlarıyla uğraşıyoruz. Fizik yasalarına göre, aralarında elektrostatik çekim kuvvetleri ortaya çıkar ve bileşik iyonik bir kristal kafes oluşturur. Bizim tarafımızdan ele alınan iyonik tip bir kimyasal bağın oluşum mekanizması, bir kovalent bağın özelliklerini ve ana özelliklerini daha net bir şekilde netleştirmeye yardımcı olacaktır.
Paylaşılan elektron çiftleri
Elektronegatifliği çok farklı olan elementlerin atomları, yani metaller ve metal olmayanlar arasında bir iyonik bağ oluşursa, aynı veya farklı metalik olmayan elementlerin atomları etkileşime girdiğinde kovalent tip ortaya çıkar. İlk durumda, polar olmayan ve diğerinde kovalent bir bağın polar formu hakkında konuşmak gelenekseldir. Oluşumlarının mekanizması ortaktır: atomların her biri kısmen ortak kullanım için çiftler halinde birleştirilen elektronlar verir. Ancak elektron çiftlerinin atom çekirdeklerine göre uzaysal düzenlemesi farklı olacaktır. Bu temelde, kovalent bağ türleri ayırt edilir - polar olmayan ve polar. Çoğu zaman, metalik olmayan elementlerin atomlarından oluşan kimyasal bileşiklerde, zıt dönüşlere sahip, yani çekirdekleri etrafında zıt yönlerde dönen elektronlardan oluşan çiftler vardır. Negatif yüklü parçacıkların uzayda hareketi, sonuçta karşılıklı örtüşmeleriyle sonuçlanan elektron bulutlarının oluşumuna yol açtığından. Bu sürecin atomlar için sonuçları nelerdir ve neye yol açar?
Kovalent bir bağın fiziksel özellikleri
Etkileşen iki atomun merkezleri arasında yüksek yoğunluklu iki elektronlu bir bulut olduğu ortaya çıktı. Negatif yüklü bulutun kendisi ile atom çekirdekleri arasındaki elektrostatik çekim kuvvetleri artar. Enerjinin bir kısmı açığa çıkar ve atom merkezleri arasındaki mesafeler azalır. Örneğin, H2 molekülünün oluşumunun başlangıcında hidrojen atomlarının çekirdekleri arasındaki mesafe1,06 A, bulutların üst üste binmesi ve ortak bir elektron çiftinin oluşumundan sonra - 0,74 A. Yukarıdaki mekanizmaya göre oluşturulan bir kovalent bağın örnekleri, hem basit hem de karmaşık inorganik maddeler arasında bulunabilir. Başlıca ayırt edici özelliği, ortak elektron çiftlerinin varlığıdır. Sonuç olarak, örneğin hidrojen gibi atomlar arasında bir kovalent bağın ortaya çıkmasından sonra, bunların her biri inert helyumun elektronik konfigürasyonunu elde eder ve ortaya çıkan molekül kararlı bir yapıya sahiptir.
Bir molekülün uzamsal şekli
Kovalent bir bağın çok önemli bir başka fiziksel özelliği de yönlülüktür. Madde molekülünün uzaysal konfigürasyonuna bağlıdır. Örneğin, iki elektron küresel bir bulutla örtüştüğünde, molekülün görünümü doğrusaldır (hidrojen klorür veya hidrojen bromür). S- ve p-bulutlarının melezleştiği su moleküllerinin şekli açısaldır ve çok güçlü gaz halindeki nitrojen parçacıkları bir piramit gibi görünür.
Basit maddelerin yapısı - metal olmayanlar
Ne tür bir bağa kovalent dendiğini, hangi işaretlere sahip olduğunu öğrendikten sonra, şimdi çeşitleriyle ilgilenme zamanı. Aynı metal olmayan - klor, azot, oksijen, brom vb. atomları birbiriyle etkileşime girerse, karşılık gelen basit maddeler oluşur. Ortak elektron çiftleri, atomların merkezlerinden aynı uzaklıkta, kaymadan bulunur. Polar olmayan tipte bir kovalent bağa sahip bileşikler için, aşağıdaki özellikler doğaldır: düşük kaynama noktaları veerime, suda çözünmezlik, dielektrik özellikler. Ardından, hangi maddelerin ortak elektron çiftlerinde bir kaymanın meydana geldiği bir kovalent bağ ile karakterize edildiğini bulacağız.
Elektronegatiflik ve kimyasal bağ türüne etkisi
Belirli bir elementin kimyada başka bir elementin atomundan elektron çekme özelliğine elektronegatiflik denir. L. Pauling tarafından önerilen bu parametre için değer ölçeği, inorganik ve genel kimya ile ilgili tüm ders kitaplarında bulunabilir. En yüksek değeri - 4.1 eV - flor içerir, daha küçük olanı - diğer aktif metal olmayanlar ve en düşük gösterge alkali metaller için tipiktir. Elektronegatiflikleri farklı olan elementler birbirleriyle reaksiyona girerse, kaçınılmaz olarak daha aktif bir element, daha pasif bir elementin atomunun negatif yüklü parçacıklarını çekirdeğe çekecektir. Bu nedenle, bir kovalent bağın fiziksel özellikleri, doğrudan, elementlerin ortak kullanım için elektron bağışlama yeteneğine bağlıdır. Ortaya çıkan ortak çiftler artık çekirdeğe göre simetrik olarak yer almaz, ancak daha aktif elemente doğru kaydırılır.
Polar bağı olan bileşiklerin özellikleri
Moleküllerdeki ortak elektron çiftleri atom çekirdeğine göre asimetrik olan maddeler arasında hidrojen halojenürler, asitler, hidrojenli kalkojen bileşikleri ve asit oksitler bulunur. Bunlar sülfat ve nitrat asitleri, kükürt ve fosfor oksitleri, hidrojen sülfür vb.'dir. Örneğin, bir hidrojen klorür molekülü ortak bir elektron çifti içerir,hidrojen ve klorun eşleşmemiş elektronlarından oluşur. Daha elektronegatif bir element olan Cl atomunun merkezine daha yakın kaydırılır. Sulu çözeltilerde polar bağa sahip tüm maddeler iyonlara ayrışır ve bir elektrik akımı iletir. Örneklerini verdiğimiz polar kovalent bağa sahip bileşikler de basit metal olmayan maddelere göre daha yüksek erime ve kaynama noktalarına sahiptir.
Kimyasal bağları kırma yöntemleri
Organik kimyada, doymuş hidrokarbonların halojenlerle yer değiştirme reaksiyonları radikal bir mekanizmayı takip eder. Işıkta ve normal sıcaklıkta bir metan ve klor karışımı, klor moleküllerinin eşleşmemiş elektronlar taşıyan parçacıklara ayrılmaya başlayacağı şekilde reaksiyona girer. Başka bir deyişle, ortak elektron çiftinin yıkımı ve çok aktif -Cl radikallerinin oluşumu gözlenir. Metan moleküllerini karbon ve hidrojen atomları arasındaki kovalent bağı kıracak şekilde etkileyebilirler. Aktif bir parçacık –H oluşur ve karbon atomunun serbest değeri bir klor radikali alır ve reaksiyonun ilk ürünü klorometan olur. Moleküllerin bölünmesi için böyle bir mekanizmaya homolitik denir. Ortak elektron çifti tamamen atomlardan birinin mülkiyetine geçerse, sulu çözeltilerde meydana gelen reaksiyonların özelliği olan heterolitik bir mekanizmadan bahsederler. Bu durumda polar su molekülleri, çözünmüş bileşiğin kimyasal bağlarının yok olma hızını artıracaktır.
Çift ve üçlübağlantılar
Organik maddelerin ve bazı inorganik bileşiklerin büyük çoğunluğu moleküllerinde bir değil birkaç ortak elektron çifti içerir. Kovalent bağın çokluğu, atomlar arasındaki mesafeyi az altır ve bileşiklerin stabilitesini arttırır. Genellikle kimyasal olarak dirençli olarak adlandırılırlar. Örneğin, bir nitrojen molekülünde üç çift elektron vardır, bunlar yapısal formülde üç çizgi ile gösterilir ve gücünü belirler. Basit azot maddesi kimyasal olarak inerttir ve hidrojen, oksijen veya metaller gibi diğer bileşiklerle yalnızca ısıtıldığında veya yüksek basınçta ve ayrıca katalizörlerin varlığında reaksiyona girebilir.
Çift ve üçlü bağlar, doymamış dien hidrokarbonlar gibi organik bileşik sınıflarının yanı sıra etilen veya asetilen serisinin maddelerinin doğasında bulunur. Çoklu bağlar ana kimyasal özellikleri belirler: kırılma noktalarında meydana gelen ekleme ve polimerizasyon reaksiyonları.
Makalemizde kovalent bağın genel bir tanımını verdik ve ana çeşitlerini inceledik.
