Nuo materijos savybių tyrimų pradžios mokslininkai intuicija suvokė jėgos, galinčios užmegzti ryšius tarp skirtingų rūšių, egzistavimą. "Dalelės traukia viena kitą jėgomis" Taip pasakė Izaokas Niutonas, o po daugelio metų, išradęs garsųjį voltainį elementą, Jönsas Jakobas Berzelius sukūrė cheminių junginių proceso teoriją.
Dėl įvairių mokslininkų atliktų tyrimų pažangos šiandien esame tikri, kad cheminiai elementai, kaip ir žmonės, jie sąveikauja tarpusavyje, ir iš šio veiksmo atsiranda naujos struktūros, susiliejimai, junginiai ir daugybė transformacijų.
Tokios sąveikos rezultatas priklauso nuo to, kiekvieno atomo individualios savybėsTai apribos susidarančios jungties tipą, junginio stabilumą ir daugelį jo fizinių bei cheminių savybių. Kad molekulėje susidarytų jungtis, turi susidaryti specifinė jungtis. nepolinis kovalentinis ryšysSusijusios rūšys turi būti labai panašios elektronegatyvumo požiūriu.
Sąlygos, lemiančios ryšių susidarymą
Nors galima manyti, kad šie junginių susidarymo procesai, sukuriant ryšius, vyksta savaime ir visais įmanomais atvejais, tiesa ta, kad atomų sąjunga Tai įvyksta tik tada, kai aplinkinės proceso sąlygos yra palankios. Tokie veiksniai kaip temperatūra ir slėgis Jie riboja reakcijos atsiradimą ir taip pat keičia susidariusio junginio rezultatą arba savybes.
Kitas svarbus aspektas yra medžiagų koncentracijaTai lemia komponento, kuris susidarys jungimo proceso metu, kiekį ir tipą. Daugelyje reakcijų net ir minimalus reagentų santykio pokytis gali sukelti skirtingų produktų susidarymą arba visiškai užkirsti kelią reakcijai.
The individualios dalelių savybėsJų elektronegatyvumas, atominis spindulys ir elektroninė konfigūracija lemia jų junginio kiekį ir rūšis; jie taip pat lemia nuorodos tipas kuris vystysis. Turime prisiminti, kad pagal Linus Pauling pasiūlytą skalę susidariusio ryšio tipas priklausys nuo rūšių elektronegatyvumo skirtumo:
- Joninis: Elektronegatyvumo skirtumas didesnis arba lygus 1,7Tai rodo, kad tokio tipo ryšys būdingas rūšims, turinčioms labai skirtingą elektronegatyvumą, todėl kuo labiau elektronegatyvus atomas Jis stipriai traukia valentingumo elektronai, generuojantys teigiamus ir neigiamus jonus, kuriuos kartu laiko elektrostatinės jėgos.
- Poliarinis kovalentinis: Skirtumas tarp 1,7 ir 0,5 maždaug. Paprastai jis susidaro tarp elementų didelis elektronegatyvumas (daugiausia nemetalų) ir taip atsitinka, kad susidaręs junginys yra a rezultatas nelygus skyrius elektronų. Vienas iš atomų šiek tiek labiau traukia elektronų debesį, sukurdamas tam tikro poliškumo ryšį.
- Nepolinis kovalentinis ryšys: Tai atsitinka, kai užfiksuotas skirtumas yra mažesnis arba lygus 0,4–0,5 (nors daugeliu atvejų jis praktiškai lygus nuliui). Šioje situacijoje elektronai pasiskirsto daug labiau subalansuotai.
Šie elektronegatyvumo skirtumo kriterijai leidžia numatyti jungties poliškumąVisų pirma, vertės nuo 0 iki maždaug 0,4 atitinka nepoliniai kovalentiniai ryšiai, kuriame elektronų debesis beveik tolygiai pasiskirsto tarp dviejų sujungtų atomų.
Kas yra nepolinis kovalentinis ryšys?
Un cheminis ryšys Tai jėga, kuri jungia du atomus. Tai jų tarpusavio sąveika, suteikianti jiems didesnį energetinį stabilumą. Kai keli atomai susijungia jungtimis, jie sudaro molekulės arba kristalinės gardelės, kurios yra visos žinomos materijos pagrindas.
Struktūriniu požiūriu atomas sudarytas iš branduolys (protonai ir neutronai) ir debesis elektronai kurie juda. Šie elektronai, ypač tie, kurie yra valentinis apvalkalasTai yra elementai, kurie dalyvauja jungtyse. Izoliuotas atomas paprastai nėra labai stabilus, todėl jis linkęs sąveikauti su kitais atomais siekiant stabilesnių elektroninių konfigūracijų, dažnai panašių į tauriųjų dujų.
Kaip gerai žinoma, atomų branduolys yra teigiamai įkrautas, todėl natūrali dviejų cheminių medžiagų tendencija būtų atstumti viena kitą. Tačiau taip yra elektronų debesis kuris skrieja aplink branduolį, todėl gali susidaryti cheminiai ryšiai, nes jis gali Dalintis o perkėlimas tarp skirtingų atomų.
Kad susidarytų jungtis, cheminė medžiaga turi atitikti bendrą sąlygą: Vieno iš jų išoriniame apvalkale turi trūkti elektronų, o kitas turi turėti elektronų, kuriais galėtų dalytis.Ši traukos situacija tarp teigiamų branduolių ir bendro elektronų debesies leidžia branduolių tarpusavio stūmos jėgą kompensuoti elektronų ir branduolio traukos jėga, stabilizuojant sistemą.
Nepolinis kovalentinis ryšysKovalentinis ryšys, dar vadinamas grynu arba nepoline kovalentiniu ryšiu, yra dviejų atomų, turinčių vieną ar daugiau elektronų porų, jungtis tokiu būdu, kad praktiškai lygusTai reiškia, kad jungtį sudarantys elektronai praleidžia maždaug tiek pat laiko prie vieno atomo, kiek prie kito, be jokio reikšmingo krūvių atsiskyrimo.
Šio tipo ryšys atsiranda tarp dviejų identiški atomai (to paties elemento) arba tarp dviejų skirtingų atomų, bet turinčių skirtingą elektronegatyvumą labai panašusKalbant apie elektronegatyvumo skirtumą, kovalentinis ryšys laikomas nepoline, kai šis skirtumas yra tarp 0 ir 0,4–0,5Žemiau šių verčių elektronų debesies pasiskirstymas yra pakankamai simetriškas, todėl nėra aiškiai apibrėžtų polių.
Dėl šio tipo jungties susidariusios molekulės neturi grynojo krūvio ir dažnai yra simetriškas savo struktūroje, dėl kurios bendras dipolio momentas yra lygus nuliui. Tai nėra gausiausias jungties tipas visuose junginiuose, tačiau jis yra esminis, pavyzdžiui, daugelio dujų diatominėse molekulėse ir daugelyje organinių junginių.
Nepolinių kovalentinių jungčių tipai pagal bendrus elektronus
Nepoliniame kovalentiniame ryšyje atomai gali dalytis viena, dvi arba trys poros elektronų. Priklausomai nuo to, kiek porų yra bendros, išskiriami keli tipai:
- Paprasta nuoroda: yra dalijamasi viena pora elektronų tarp dviejų atomų. Taip yra su H-H ryšiu vandenilio molekulėje (H2).
- Dviguba nuoroda: yra bendrinami dos pares elektronų. Pavyzdys yra C=C jungtis etileno molekulėje (C2H4), kur bendri elektronai beveik tolygiai pasiskirsto tarp abiejų anglies atomų.
- Triguba jungtis: yra bendrinami trys poros elektronų. Tipiškas pavyzdys yra N≡N jungtis azoto molekulėje (N2), kuris, nepaisant didelio stiprumo, dėl elektronegatyvumų lygybės išlieka nepolinis kovalentinis ryšys.
Visais šiais atvejais lemiamas veiksnys yra ne tik bendrų porų skaičius, bet ir elektronegatyvumo lygybė arba panašumas dalyvaujančių atomų, o tai užtikrina pažymėtų polių nebuvimą.
Nepolinių kovalentinių jungčių pavyzdžiai
Yra daugybė nepolinių kovalentinių jungčių pavyzdžių, tiek molekulėse, sudarytose iš identiškų atomų, tiek tose, kurias sudaro skirtingi atomai su panašiu elektronegatyvumu. Kai kurie tipiškiausi atvejai yra šie:
- Ryšiai tarp identiškų atomų: kai tarp dviejų atomų susidaro jungtis tas pats elementasElektronegatyvumo skirtumas yra lygus nuliui. Elektronų debesis pasiskirsto po lygiai tarp abiejų. Klasikiniai pavyzdžiai yra vandenilis (H₂) ir vandenilis (H₂).2), azoto (N2), deguonis (O2), fluoras (F2), bromas (Br2) ir kitos nemetalinių elementų diatominės molekulės.
- Vandenilio molekulė (H2): Du vandenilio atomai dalijasi vienu valentingumo elektronu ir sudaro vieną kovalentinį ryšį. Kadangi abu atomai yra identiški, elektronegatyvumo skirtumas lygus nuliui, todėl ryšys aiškiai yra nepoliarinis.
- Fluoro molekulė (F2Nors fluoras yra labiausiai elektroneigiamas elementas periodinėje lentelėje, kai vienas fluoro atomas jungiasi su kitu, nė vienas negali pritraukti elektronų debesies stipriau nei kitas. Elektronegatyvumas yra toks pat, o jungtis yra nepolinė kovalentinė.
- Ozono molekulė (O3Šioje molekulėje centrinis deguonies atomas yra sujungtas su dviem kitais deguonies atomais kovalentiniais ryšiais. OO ryšiai, atskirai, yra nepolinis kovalentinis nes jie atsiranda tarp atomų, turinčių vienodą elektronegatyvumą, nors visa molekulė turi sudėtingesnę struktūrą ir tam tikrus rezonansinius efektus.
- Azoto molekulė (N2): kiekvienas azoto atomas dalijasi trimis nesuporuotais valentingumo elektronais su kitu, sudarydamas triguba jungtisElektronegatyvumo skirtumas lygus nuliui, todėl N≡N jungtis yra nepolinė kovalentinė ir itin stipri.
- CH jungtys metane (CH4Metanas yra įdomus atvejis, nes jo C-H jungtys susidaro tarp skirtingų elementų atomų. Elektronegatyvumo skirtumas tarp anglies ir vandenilio yra artimas 0,4Ši vertė yra ties riba tarp nepolinio ir silpnai polinio ryšio. Daugeliu atvejų tai laikoma nepolinio kovalentinio ryšio arba bent jau labai mažo poliškumo ryšio pavyzdžiu. Be to, tetraedrinė geometrija Metano savybės lemia, kad net jei kiekvienas ryšys turi nedidelį poliškumą, dipolio momentai vienas kitą panaikina ir visa molekulė tampa nepolinė.
- Etileno molekulė (C2H4): etilenas turi keturias CH jungtis ir vieną C=C dviguba jungtisTiek CH jungtys (labai mažo poliškumo), tiek C=C jungtis yra nepolinės kovalentinės jungtys krūvio pasiskirstymo požiūriu. Visa molekulė pasižymi simetrija, kuri sustiprina jos nepolinį pobūdį.
- Anglies sulfidas (CS2): šiame junginyje anglies atomas yra linijiniu būdu sujungtas su dviem sieros atomais per dvigubos jungtys C=S. Anglies ir sieros elektronegatyvumo skirtumas nėra labai didelis, todėl jungtys yra silpnai polinės. Be to, tiesinė geometrija lemia, kad bet kokie galimi dipoliniai momentai vienas kitą panaikina, todėl susidaro nepolinė molekulė.
Visuose šiuose pavyzdžiuose elektronegatyvumai yra lygūs arba skirtumas yra mažesnis už 0,4 - 0,5, o tai garantuoja beveik tolygų bendro elektroninio debesies paskirstymą.
Junginių su nepoliniais kovalentiniais ryšiais charakteristikos
Junginiai, susidarę daugiausia nepoliniais kovalentiniais ryšiais, pasižymi savybėmis, kurios juos skiria nuo joninių junginių arba junginių, turinčių stiprius polinius kovalentinius ryšius. Tarp svarbiausių jų savybių yra šios:
- Jie turi žemą lydymosi ir virimo temperatūrą palyginti su joniniais arba metaliniais junginiais. Daugelis šio tipo medžiagų kambario temperatūroje yra dujinės arba skystos būsenos, pavyzdžiui, vandenilis (H₂).2), azotas (N2) arba bromo (Br2).
- Jie prastai praleidžia šilumąnes jiems trūksta laisvųjų elektronų arba mobiliųjų jonų, kurie galėtų efektyviai pernešti šiluminę energiją per struktūrą.
- Sūnus netirpsta vandenyje esant skirtingoms temperatūroms arba pasižymi labai mažu tirpumu. Paprastai junginiai nepolinis Jie geriau tirpsta nepoliniuose tirpikliuose (pvz., tam tikruose angliavandeniliuose), o vanduo yra stipriai polinis tirpiklis.
- Sūnus prasti elektros laidininkaiKadangi jo molekulės yra elektriškai neutralios ir ištirpusios nesiskiria į jonus, be to, nėra mobilių krūvininkų, elektros srovė nėra lengvai perduodama.
- Molekulės paprastai yra simetriškas atskaitos plokštumos arba ašies atžvilgiu, dėl ko galimų ryšio dipolio momentų vektoriaus suma yra lygi nuliui. Ši simetrija yra labai svarbi, kad junginys apskritai elgtųsi kaip nepolinė medžiaga.
- Pateikti santykinai mažos jungimosi energijos Palyginti su kai kuriais joniniais ryšiais arba plačiais kovalentiniais tinklais (pvz., deimantais), tai reiškia, kad apskritai reikia mažiau energijos, norint nutraukti atskirą nepolinį kovalentinį ryšį, nei norint nutraukti stiprų joninį ryšį.
- Jie gali formuotis kietos medžiagos, skysčiai arba dujos kambario temperatūroje, priklausomai nuo tarpmolekulinių jėgų stiprumo (Londono dispersijos jėgų, indukuoto dipolio ir kt.) ir molekulių dydžio. Pavyzdžiui, azotas (N2) yra dujos, bromas (Br2) yra skystas ir organiniai junginiai, tokie kaip naftalenas (C10H8) yra molekulinės kietosios medžiagos.
Šios savybės kartu paaiškina, kodėl daugelis junginių su nepoliniais kovalentiniais ryšiais naudojami kaip organiniai tirpikliai, kuro arba izoliacinių medžiagų, tiek elektros, tiek šilumos.
Jungties molekulėje rūšies nustatymo procedūra
Jei norite tiksliau nustatyti, ar molekulėje esančio ryšio tipas yra nepolinis kovalentinis tipasGalite atlikti paprastą procedūrą, pagrįstą elementų elektronegatyvumu:
- Pirmiausia nustatykite, kokie elementai sudaro molekulę ir kokia jų prigimtis: ar jie yra metalaiPaprastai jie yra periodinės lentelės kairėje pusėje ir centre; jei jie yra jokių metalų, randami dešinėje pusėje (daugelyje tyrimų schemų įskaitant vandenilį).
- Prieš atlikdami skaičiavimą, galite jį jau turėti rezultato samprataPagal apibrėžimą, jei esate dviejų nemetalinių elementų akivaizdoje, susidarys junginys. kovalentinis ryšysIšliks klausimas, ar jis bus poliarinis, ar nepoliarinis.
- Raskite elektronegatyvumas kiekvienam periodinės lentelės elementui (paprastai naudojant Paulingo skalės vertes). Užrašykite reikšmę, atitinkančią kiekvieną jungtyje dalyvaujantį atomą.
- Padaryti paprastas atimties metodas tarp elektronegatyvumo verčių (paprastai didesnė vertė minus mažesnė vertė). Rezultatas jums duos elektronegatyvumo skirtumas tarp abiejų atomų.
- Palyginkite gautą vertę su atskaitos intervalais: jei skirtumas yra didesnis arba lygus 1,7, jungtis bus daugiausia joninė; jei ji yra tarp 0,5 ir 1,7, yra laikomas polinis kovalentinisIr jei taip yra mažesnis arba lygus 0,4–0,5, Tai apie a nepolinis kovalentinis ryšys arba labai mažo poliškumo.
Be šios kiekybinės analizės, svarbu atsižvelgti ir į tai, molekulės geometrijaMolekulė gali turėti keletą polinių jungčių ir vis tiek būti globaliai nepolinis jei erdvinis jungčių išsidėstymas lemia, kad dipoliniai momentai vienas kitą panaikina. Tipiškas pavyzdys yra anglies dioksidas (CO₂).2), kurioje C=O jungtys yra polinės, bet tiesinė geometrija bendrą dipolio momentą daro nulį.
Suprasti jungties poliškumas ir molekulinis poliškumas Chemijoje labai svarbu numatyti tokias savybes kaip tirpumas, lydymosi ir virimo temperatūros, reaktyvumas ir medžiagų elgesys skirtingose terpėse.
Išsamus tyrimas nepoliniai kovalentiniai ryšiai Tai leidžia mums suprasti, kodėl tiek daug kasdienių medžiagų (atmosferos dujų, degalų, plastikų ir kitų organinių molekulių) pasižymi labai skirtingomis fizikinėmis savybėmis nei joninės druskos ar metalai, nepaisant to, kad jas sudaro kelių tipų atomai, kurie jungiasi įvairiais būdais.