Kemična vez: definicija, vrste, razvrstitev in značilnosti definicije

Koncept kemijske vezave na področju kemije kot znanosti ni pomemben. To je posledica dejstva, da se s svojo pomočjo lahko posamezni atomi združijo v molekule in tvorijo vse vrste snovi, ki pa so predmet kemijskih raziskav.

Z različnimi atomi in molekulami povezujemo pojav različnih vrst vezi med njimi. Za različne razrede molekul so značilne značilnosti porazdelitve elektronov in s tem njihove lastne vrste povezav.

Osnovni pojmi

Kemična vez imenovali sklop interakcij, ki vodijo v vezavo atomov s tvorbo stabilnih delcev bolj kompleksne strukture (molekule, ioni, radikali), kot tudi agregati (kristali, kozarci in drugo). Narava teh interakcij je električne narave in nastanejo, ko se valenčni elektroni porazdeli v približujočih atomih.

Valenca je sprejeta da imenujemo sposobnost atoma, da tvori določeno število vezi z drugimi atomi. V ionskih spojinah velja vrednost valence kot število elektronov, ki so poslani ali priključeni. V kovalentnih spojinah je enako številu skupnih elektronskih parov.

Z stopnja oksidacije razumemo kot pogojna ki bi lahko bila na atomu, če bi vse polarne kovalentne vezi imele ionski značaj.

Kličejo se kratke komunikacije število socializiranih elektronskih parov med obravnavanimi atomi.

Povezave, obravnavane v različnih oddelkih kemije, lahko razdelimo na dve vrsti kemičnih vezi: tiste, ki vodijo do nastajanja novih snovi (intramolekularnih), in tiste, ki nastanejo med molekulami (intermolekularno).

Glavne značilnosti komunikacije

Moč komunikacije ki jo imenujemo energija, potrebna za prekinitev vseh razpoložljivih vezi v molekuli. Prav tako je energija sproščena med tvorbo povezave.

Dolžina povezave ki se imenuje razdalja med sosednjimi jedri atomov v molekuli, v kateri so sile privlačnosti in odboj v ravnotežju.

Ti dve značilnosti kemične vezave atomov sta merilo njegove trdnosti: krajša je dolžina in večja je energija, močnejša je vez.

Valentni kot običajno je treba poklicati kot med predstavljenimi črtami, ki potekajo vzdolž smeri komuniciranja skozi atomska jedra.

Metode opisovanja odnosov

Najpogostejši sta dva pristopa, ki pojasnjujeta kemično vez, izposojeno iz kvantne mehanike:

Metoda molekularnih orbitalov. Molekulo vidi kot zbirko elektronov in atomskih jeder, pri čemer se vsak posamezni elektron premika na področju delovanja vseh drugih elektronov in jeder. Molekula ima orbitalno strukturo in vsi njegovi elektroni so razporejeni vzdolž teh orbit. Tudi ta metoda se imenuje MO LCAO, ki pomeni "molekularno orbitalno-linearno kombinacijo atomskih orbitalov".

Metoda valenčnih obveznic. Predstavlja molekulo s sistemom dveh osrednjih molekularnih orbitalov. V tem primeru vsak od njih ustreza enojni vezi med dvema sosednjima atomoma v molekuli. Metoda temelji na naslednjih določbah:

1. Kemično vez je tvorjen iz dveh elektronov, ki imajo nasprotne vrtine, ki se nahajajo med obravnavanima atoma. Oblikovani elektronski par je enak dvema atomoma.
2. Število vezi, ki jih tvorijo ta ali tisti atom, je enako številu nepariranih elektronov v tleh in vzbujanju.
3. Če elektronski pari ne sodelujejo pri oblikovanju komunikacije, jih imenujemo neločljivo.

Elektronegativnost

Določitev vrste kemične vezi v snovi lahko temelji na razliki v vrednosti elektronegativnosti njegovih atomskih sestavin. Z elektronegativnost razumeti sposobnost atomov, da se potegnejo sami elektronski pari (elektronski oblak), kar vodi k polarizaciji vezi.

Obstajajo različni načini določanja vrednosti elektronegativnosti kemičnih elementov. Vendar pa je najbolj uporabna lestvica, ki temelji na termodinamičnih podatkih, kar je L. L. Pauling že leta 1932 predlagal.

Bolj pomembno je razlika v elektronegativnosti atomov, bolj izrazita njegova ionnost. Nasprotno, enake ali zaprte vrednosti elektronegativnosti kažejo na kovalentno naravo vezi. Z drugimi besedami, mogoče ugotoviti, katere kemične vezi opazimo v molekuli, matematično. To naredite, izračunajte Delta-X - razlika elektronegativnosti atomov po formuli: Delta-X = | X₁-X₂|.

• Če je Delta-X> 1,7, potem je vez ionski.
• Če je 0,5l-Delta-Xle-1,7, potem je kovalentna vez polarna.
• Če je Delta-X = 0 ali blizu nje, potem se vez nanaša na kovalentno nepolarno.

Ionska vez

Ion je vez, ki se pojavi med ioni ali zaradi popolnega odvzema skupnega elektronskega para z enim od atomov. V teh snoveh ta vrsta kemične vezave izvajajo sile elektrostatične privlačnosti.

Ioni so nabiti delci, ki so nastali iz atomov zaradi dodajanja ali sproščanja elektronov. Če atom sprejme elektrone, dobi negativno energijo in postane anion. Če atom oddaljuje valenčne elektrone, postane pozitivno nabita delčnica, imenovana kation.

Značilno je za spojine, ki jih tvori interakcija atomov tipičnih kovin z atomi tipičnih nekovin. Jedro tega procesa je želja atomov, da pridobijo stabilne elektronske konfiguracije. Za tipične kovine in nekovine za to potrebujete samo 1-2 elektrona, kar jih zlahka naredijo.

Mehanizem ionske kemične vezave v molekuli se tradicionalno obravnava na primeru interakcije natrija in klora. Atomi alkalijske kovine zlahka oddajajo elektron, ki ga vleče atom halogena. Kot rezultat, je Na kation⁺ in anion Cl^-, ki se držijo skupaj z elektrostatično privlačnostjo.

Ni idealne ionske vezi. Tudi v takšnih spojinah, ki se pogosto imenujejo ionske spojine, ni končnega prehoda elektronov od atomov do atomov. Generirani elektronski par še vedno ostaja v splošni rabi. Zato govorimo o stopnji ionosti kovalentne vezi.

Za ionsko vez je značilna dve osnovni lastnosti, povezana med seboj:

• ne-smernost, tj. električno polje okoli iona ima obliko krogle;
• nenasičenje, t.j. število nasprotno napolnjenih ionov, ki jih je mogoče postaviti okoli iona, se določi glede na njihovo velikost.

Kovalentna kemična vez

Povezava, ki nastane ob prekrivanju elektronskih oblakov nekovinskih atomov, ki jo ustvari skupni elektronski par, imenujemo kovalentna vez. Število družabnih elektronskih parov določa množico vezi. Tako so atomi vodika vezani z enojno vezjo Hmiddot-middot-H in atomi kisika tvorijo dvojno vez O :: O.

Za njegovo oblikovanje sta dva mehanizma:

• Izmenjava - vsak atom je za nastanek skupnega para enega elektrona: Amiddot- + middot-B = A: B, medtem ko zunanji atomski orbitali sodelujejo v komunikaciji, na kateri se nahaja en elektron.
• Donor-akceptor - za oblikovanje vezi, eden od atomov (donator) zagotavlja par elektronov, drugi (sprejemnik) - brezplačno orbitalno mesto za postavitev: A +: B = A: B.

Metode prekrivanja elektronskih oblakov med tvorbo kovalentne kemijske vezi so prav tako različne.

1. Neposredna. Območje prekrivanja oblakov leži na črti imaginarne črte, ki povezuje jedra obravnavanih atomov. V tem primeru, sigma - povezava. Od vrste elektronskih oblakov, ki se prekrivajo, je vrsta kemične vezi, ki je odvisna od: s-s, s-p, p-p, s-d ali p-d sigma - povezava. V delcu (molekuli ali ionu) med dvema sosednjima atoma, samo enim sigma - povezava.
2. Stranski. Izvaja se na obeh straneh črte, ki povezuje jedra atomov. Tako je pi je vez in možne so tudi njegove sorte: p-p, p-d, d-d. Ločeno od sigma - povezava pi - vez ni nikoli oblikovan, lahko je v molekulah, ki vsebujejo večkratne (dvojne in trojne) vezi.

Lastnosti kovalentne vezi

Določajo kemijske in fizikalne lastnosti spojin. Glavne lastnosti katere koli kemične vezi v substancah so njena usmerjenost, polarnost in polarizabilnost ter nasičenost.

Direktivnost določajo se posebnosti molekulske strukture snovi in ​​geometrijska oblika njihovih molekul. Njegova bistvo leži v tem, da je mogoče najboljše prekrivanje elektronskih oblakov za določeno orientacijo v vesolju. Možnosti visokošolskega izobraževanja so že obravnavane sigma-- in pi - povezava.

Z nasičenost razumeti sposobnost atomov, da tvorijo določeno število kemičnih vezi v molekuli. Število kovalentnih vezi za vsak atom je omejeno s številom zunanjih orbitalov.

Polarnost povezava je odvisna od razlike v vrednosti elektronegativnosti atomov. Določa enotnost porazdelitve elektronov med atomskimi jedri. Kovalentna vez na tej funkciji je lahko polarna ali nopolarna.

• Če skupni elektronski par pripada enako vsakemu od atomov in se nahaja na isti razdalji od njihovih jeder, je kovalentna vez nepolarna.
• Če je skupni par elektronov premaknjen v jedro enega od atomov, se tvori kovalentna polarna kemična vez.

Polarizabilnost se izraža s premikom elektronov vez med delovanjem zunanjega električnega polja, ki lahko pripadajo drugemu delčku, sosednjima vezema v isti molekuli ali izvirajo iz zunanjih virov elektromagnetnih polj. Tako lahko kovalentna vez pod njihovim vplivom spremeni svojo polarnost.

Hibridizacija orbitalov se razume kot sprememba njihovih oblik v času kemične vezave. To je potrebno za doseganje najučinkovitejšega prekrivanja. Obstajajo naslednje vrste hibridizacije:

• sp³. En s- in tri p-orbitali tvorita štiri "hibridne" orbitale iste oblike. Zunaj je podoben tetraedru z kotom med osmi 109 °.
• sp². En s- in dva p-orbitala tvorita ravno trikotnik z kotom med osi 120 °.
• sp. Ena s- in ena p-orbita tvorita dva "hibridna" orbita s kotom med osi 180 °.

Kovinska vezava

Posebnost strukture kovinskih atomov je precej velik polmer in prisotnost majhnega števila elektronov v zunanjih orbitalih. Posledično je v takih kemijskih elementih povezava med jedrom in valenčnim elektronom relativno šibka in zlahka zlomljena.

Metal ta interakcija se imenuje interakcija med atomoma kovinskega atoma, ki se realizira s pomočjo delokaliziranih elektronov.

V kovinskih delcih lahko valenčni elektroni zapustijo zunanje orbite, saj na njih dejansko zasedajo proste položaje. Tako je lahko v istem času v različnih časih atom in ion. Elektroni, ki so se oddaljili od njih, prosto gibljejo skozi ves volumen kristalne rešetke in izvajajo kemično vez.

Ta vrsta vezi ima podobne vezi z ionskimi in kovalentnimi vezmi. Poleg ionskih je obstoj kovinske vezi obvezen tudi za ione. Toda, če je za realizacijo elektrostatične interakcije v prvem primeru potrebnih kationov in anionov, potem v drugem primeru vlogo negativno nabitih delcev igrajo elektroni. Če primerjamo kovinsko vez s kovalentno vezjo, potem sta za oblikovanje obeh potrebni skupni elektroni. Za razliko od polarne kemijske vezi pa niso med lokaliziranimi atomi, temveč pripadajo vsem kovinskim delcem v kristalni rešetki.

Kovinska vez je posledica posebnih lastnosti skoraj vseh kovin:

• plastičnost je prisotna zaradi možnosti premikanja slojev atomov v kristalni rešetki, ki jih drži elektronski plin;
• kovinski sijaj, ki je opazen zaradi refleksije svetlobnih žarkov iz elektronov (v prašnem stanju ni kristalne rešetke in s tem elektronov, ki se premikajo po njej);
• električna prevodnost, ki jo izvaja tok nabitih delcev, v tem primeru se majhni elektroni prosto gibljejo med velikimi kovinskimi ioni;
• toplotna prevodnost, je opaziti zaradi sposobnosti elektronov za prenos toplote.

Vodikova vez

Ta vrsta kemične vezi se včasih imenuje vmesno med kovalentnimi in intermolekularnimi interakcijami. Če vodika v povezavi z močno elektro elementov (kot fosfor, kisik, klor, dušik) je sposobna, da tvori dodatno vez, imenovan vodik.

Je veliko šibkejši od vseh vrst zgoraj navedenih vezi (energija ne več kot 40 kJ / mol), vendar je ni mogoče zanemariti. Zato vodikova vez na diagramu izgleda kot črtkana črta.

Videon vodikovih vezi je možen zaradi elektrostatične interakcije donatorja-akceptorja hkrati. Velika razlika v vrednostih elektronegativnosti povzroči nastanek presežne gostote elektronov na atomih O, N, F in drugih, pa tudi pomanjkanju na atomu vodika. Če med takimi atomi ni obstoječe kemične vezi, če so dovolj blizu, se privlačne sile aktivirajo. V tem primeru je proton akceptor elektronskega para, drugi atom pa je donator.

Simptomi vodikova vez med sosednjimi molekulami, kot so voda, karboksilne kisline, alkohole, amoniakom, ter v molekuli, kot salicilna kislina.

Prisotnost vodikove vezi med molekulami vode pojasnjuje številne njene edinstvene fizikalne lastnosti:

• Vrednosti njeno toplotno kapaciteto, dielektrično konstanto, vrelišče in tališče v skladu z izračuni mora biti znatno manjša od dejanske, zaradi sorodnosti molekul in potrebo porabljati energije za prekinitev intermolekularne vodikove vezi.
• Za razliko od drugih snovi, z zmanjšanjem temperature, se količina vode povečuje. To je posledica dejstva, da molekule zasedajo določen položaj v kristalni strukturi ledu in so med seboj ločene glede na dolžino vodikove vezi.

To razmerje igra posebno vlogo za žive organizme, saj njegova prisotnost v molekulah proteinov določa njihovo posebno strukturo in s tem lastnosti. Poleg tega so nukleinske kisline, ki sestavljajo dvojno vijačnico DNK, vezane tudi z vodikovimi vezmi.

Povezave v kristalih

Velika večina trdnih snovi ima kristalno mrežo - posebno medsebojno razporeditev delcev, ki jih tvorijo. V tem primeru opazimo tridimenzionalno periodičnost in na vozliščih najdemo atome, molekule ali ione, ki so povezani z namišljenimi črtami. Glede na naravo teh delcev in razmerja med njimi so vse kristalne strukture razdeljene na atomsko, molekularno, ionsko in kovinsko.

Na mestih ionske kristalne rešetke so kationi in anioni. Vsako od njih je obdano z natančno določenim številom ionov z nasprotnim nabojem. Tipičen primer je natrijev klorid (NaCl). Za njih so zelo visoke talilne točke in trdota pogosti, saj je za njihovo uničenje potrebno veliko energije.

Na vozlih molekularne kristalne rešetke so molekule snovi, ki jih tvori kovalentna vez (na primer, I₂). Povezani so med seboj s šibko van der Waalsovo interakcijo, zato je ta struktura zlahka uničena. Takšne spojine imajo nizko temperaturo vrelišča in tališča.

Atomsko kristalno mrežo sestavljajo atomi kemijskih elementov, ki imajo visoke vrednosti valence. Povezujejo jih močne kovalentne vezi, kar pomeni, da so snovi značilne visoke vrenja, taljenja in visoke trdote. Primer je diamant.

Tako imajo vse vrste obveznic, ki so na voljo v kemijskih snoveh, lastne posebnosti, ki pojasnjujejo intricate interakcije delcev v molekulah in snoveh. Lastnosti spojin so odvisne od njih. Določajo vse procese, ki se odvijajo v okolju.