پیوند شیمیایی کووالانسی انواع پیوند شیمیایی: پیوند کووالانسی

طرح کلی سخنرانی:

1. مفهوم پیوند کووالانسی.

2. الکترونگاتیوی.

3. پیوندهای کووالانسی قطبی و غیر قطبی.

یک پیوند کووالانسی به دلیل جفت های الکترونی مشترک که در پوسته اتم های پیوندی ظاهر می شوند، تشکیل می شود.

می تواند توسط اتم های همان عنصر تشکیل شود و سپس غیر قطبی است. به عنوان مثال، چنین پیوند کووالانسی در مولکول های گازهای تک عنصری H 2، O 2، N 2، Cl 2 و غیره وجود دارد.

یک پیوند کووالانسی می تواند توسط اتم های عناصر مختلف که از نظر خصوصیات شیمیایی مشابه هستند تشکیل شود و سپس قطبی است. به عنوان مثال، چنین پیوند کووالانسی در مولکول های H 2 O، NF 3، CO 2 وجود دارد.

معرفی مفهوم الکترونگاتیوی ضروری است.

الکترونگاتیوی توانایی اتم های یک عنصر شیمیایی برای جذب جفت الکترون های مشترکی است که در تشکیل یک پیوند شیمیایی نقش دارند.

سری الکترونگاتیوی

عناصر با الکترونگاتیوی بیشتر، الکترون های مشترک را از عناصر با الکترونگاتیوی کمتر می گیرند.

برای نشان دادن بصری یک پیوند کووالانسی، از نقاط در فرمول های شیمیایی استفاده می شود (هر نقطه مربوط به یک الکترون ظرفیت و یک خط مربوط به یک جفت الکترون مشترک است).

مثال.پیوندهای موجود در مولکول Cl 2 را می توان به صورت زیر نشان داد:

چنین فرمول هایی معادل هستند. پیوندهای کووالانسی جهت فضایی دارند. در نتیجه پیوند کووالانسی اتم ها، مولکول ها یا شبکه های کریستالی اتمی با آرایش هندسی کاملاً مشخص اتم ها تشکیل می شوند. هر ماده ساختار خاص خود را دارد.

از منظر نظریه بور، تشکیل پیوند کووالانسی با تمایل اتم ها برای تبدیل لایه بیرونی خود به یک اکتت توضیح داده می شود (هر دو اتم یک الکترون جفت نشده را برای تشکیل یک پیوند کووالانسی تشکیل می دهند). و هر دو الکترون به اشتراک گذاشته می شوند.
مثال. تشکیل یک مولکول کلر.

نقطه ها نشان دهنده الکترون ها هستند. هنگام ترتیب دادن، باید از این قانون پیروی کنید: الکترون ها در یک دنباله خاص قرار می گیرند - چپ، بالا، راست، پایین، هر بار، سپس یکی یکی، الکترون های جفت نشده را اضافه کنید و در تشکیل یک پیوند شرکت کنید.

یک جفت الکترون جدید که از دو الکترون جفت نشده به وجود می آید، در دو اتم کلر مشترک می شود. راه های مختلفی برای تشکیل پیوندهای کووالانسی با همپوشانی ابرهای الکترونی وجود دارد.

پیوند σ بسیار قوی تر از پیوند π است و پیوند π می تواند تنها با پیوند σ باشد، پیوندهای دوگانه و سه گانه تشکیل می شوند.

پیوندهای کووالانسی قطبی بین اتم هایی با الکترونگاتیوی متفاوت تشکیل می شود.

به دلیل جابجایی الکترون ها از هیدروژن به کلر، اتم کلر تا حدی منفی و اتم هیدروژن تا حدی مثبت بار می شود.

پیوند کووالانسی قطبی و غیر قطبی

اگر یک مولکول دو اتمی از اتم های یک عنصر تشکیل شده باشد، ابر الکترونی به طور متقارن در فضا نسبت به هسته های اتم توزیع می شود. چنین پیوند کووالانسی غیرقطبی نامیده می شود. اگر یک پیوند کووالانسی بین اتم های عناصر مختلف تشکیل شود، ابر الکترونی مشترک به سمت یکی از اتم ها جابه جا می شود. در این حالت پیوند کووالانسی قطبی است. الکترونگاتیوی برای ارزیابی توانایی یک اتم برای جذب یک جفت الکترون مشترک استفاده می شود.

در نتیجه تشکیل یک پیوند کووالانسی قطبی، اتم الکترونگاتیو بیشتر بار منفی جزئی و اتمی با الکترونگاتیوی کمتر بار مثبت جزئی پیدا می کند. این بارها معمولاً بارهای مؤثر اتم های موجود در مولکول نامیده می شوند. ممکن است مقدار کسری داشته باشند. به عنوان مثال، در یک مولکول HCl بار موثر 0.17e است (که e بار یک الکترون است. بار یک الکترون 1.602.10 -19 C است):

به سیستمی با دو بار مساوی از نظر قدر، اما از نظر علامت مخالف که در فاصله معینی از یکدیگر قرار دارند، دوقطبی الکتریکی می گویند. بدیهی است که یک مولکول قطبی یک دوقطبی میکروسکوپی است. اگرچه بار کل دوقطبی صفر است، اما در فضای اطراف آن میدان الکتریکی وجود دارد که قدرت آن متناسب با گشتاور دوقطبی m است:

در سیستم SI، گشتاور دوقطبی بر حسب سانتی متر اندازه گیری می شود، اما معمولاً برای مولکول های قطبی از Debye به عنوان واحد اندازه گیری استفاده می شود (این واحد به نام P. Debye نامگذاری شده است):

1 D = 3.33×10 -30 C×m

گشتاور دوقطبی به عنوان یک اندازه گیری کمی برای قطبیت یک مولکول عمل می کند. برای مولکول های چند اتمی، گشتاور دوقطبی مجموع بردار گشتاورهای دوقطبی پیوندهای شیمیایی است. بنابراین، اگر یک مولکول متقارن باشد، می تواند غیرقطبی باشد، حتی اگر هر یک از پیوندهای آن دارای یک گشتاور دوقطبی قابل توجه باشد. به عنوان مثال، در یک مولکول تخت BF 3 یا در یک مولکول خطی BeCl 2، مجموع گشتاورهای دوقطبی پیوندها صفر است:

به طور مشابه، مولکول های چهار وجهی CH 4 و CBr 4 دارای گشتاور دوقطبی صفر هستند. با این حال، نقض تقارن، به عنوان مثال در مولکول BF 2 Cl، باعث ایجاد یک گشتاور دوقطبی می شود که با صفر متفاوت است.

مورد محدود کننده یک پیوند قطبی کووالانسی یک پیوند یونی است. این توسط اتم هایی تشکیل می شود که الکترونگاتیوی آنها به طور قابل توجهی متفاوت است. هنگامی که یک پیوند یونی تشکیل می شود، انتقال تقریباً کامل جفت الکترون پیوندی به یکی از اتم ها اتفاق می افتد و یون های مثبت و منفی تشکیل می شوند که توسط نیروهای الکترواستاتیک به یکدیگر نزدیک می شوند. از آنجایی که جاذبه الکترواستاتیکی به یک یون معین، بدون توجه به جهت، روی هر یونی با علامت مخالف عمل می کند، یک پیوند یونی، بر خلاف پیوند کووالانسی، با عدم جهت گیریو غیر اشباع. مولکول هایی با برجسته ترین پیوندهای یونی از اتم های فلزات معمولی و غیر فلزات معمولی (NaCl، CsF و غیره) تشکیل می شوند. زمانی که اختلاف الکترونگاتیوی اتم ها زیاد باشد.

کم اهمیت ترین نقش در سطح شیمیایی سازمان جهان، نحوه اتصال ذرات ساختاری و اتصال به یکدیگر است. اکثریت قریب به اتفاق مواد ساده، یعنی نافلزات، دارای یک نوع پیوند غیرقطبی کووالانسی هستند، به استثنای فلزات به شکل خالص خود، که روش خاصی برای پیوند دارند، که از طریق اشتراک الکترون‌های آزاد در شبکه بلوری تحقق می‌یابد.

انواع و نمونه هایی که در زیر نشان داده خواهد شد، یا به طور دقیق تر، محلی سازی یا جابجایی جزئی این پیوندها به یکی از شرکت کنندگان اتصال دقیقاً با ویژگی الکترونگاتیوی یک عنصر خاص توضیح داده می شود. جابجایی به سمت اتمی رخ می دهد که برای آن قوی تر است.

پیوند غیرقطبی کووالانسی

"فرمول" یک پیوند غیرقطبی کووالانسی ساده است - دو اتم با طبیعت یکسان، الکترون های لایه ظرفیت خود را در یک جفت مشترک ترکیب می کنند. چنین جفتی تقسیم نامیده می شود زیرا به طور مساوی به هر دو شرکت کننده در صحافی تعلق دارد. به لطف اجتماعی شدن چگالی الکترون به شکل یک جفت الکترون است که اتم‌ها به حالت پایدارتری حرکت می‌کنند، زیرا سطح الکترونیکی بیرونی خود را تکمیل می‌کنند، و «هشت» (یا «دوگانه» در مورد ساده ماده هیدروژن H 2، دارای یک اوربیتال منفرد است که برای تکمیل آن به دو الکترون نیاز است) حالت سطح بیرونی است که همه اتم ها به آن تمایل دارند، زیرا پر شدن آن مطابق با حالت با حداقل انرژی است.

نمونه ای از پیوند کووالانسی غیرقطبی در مواد معدنی و هر چقدر هم که عجیب به نظر برسد، در شیمی آلی نیز وجود دارد. این نوع پیوند در همه مواد ساده - غیر فلزات، به جز گازهای نجیب ذاتی است، زیرا سطح ظرفیت یک اتم گاز بی اثر قبلاً تکمیل شده است و دارای یک هشت الکترون است، به این معنی که پیوند با یک مشابه باعث نمی شود. آن را حس می کند و حتی از نظر انرژی کمتر مفید است. در مواد آلی، غیرقطبی در مولکول‌های منفرد از یک ساختار خاص رخ می‌دهد و مشروط است.

پیوند قطبی کووالانسی

مثال پیوند کووالانسی غیرقطبی به چند مولکول از یک ماده ساده محدود می شود، در حالی که ترکیبات دوقطبی، که در آنها چگالی الکترون تا حدی به سمت عنصر الکترونگاتیو تر تغییر می کند، اکثریت قریب به اتفاق را تشکیل می دهند. هر ترکیبی از اتم ها با مقادیر الکترونگاتیوی متفاوت، یک پیوند قطبی ایجاد می کند. به طور خاص، پیوندهای موجود در مواد آلی، پیوندهای کووالانسی قطبی هستند. گاهی اوقات اکسیدهای یونی و معدنی نیز قطبی هستند و در نمک ها و اسیدها نوع پیوند یونی غالب است.

نوع یونی ترکیبات گاهی اوقات به عنوان یک مورد شدید از اتصال قطبی در نظر گرفته می شود. اگر الکترونگاتیوی یکی از عناصر به طور قابل توجهی بیشتر از عنصر دیگر باشد، جفت الکترون به طور کامل از مرکز پیوند به آن منتقل می شود. به این صورت است که جدا شدن به یون ها اتفاق می افتد. کسی که یک جفت الکترون را می گیرد به آنیون تبدیل می شود و بار منفی دریافت می کند و کسی که یک الکترون از دست می دهد به کاتیون تبدیل می شود و مثبت می شود.

نمونه هایی از مواد معدنی با نوع پیوند غیرقطبی کووالانسی

مواد با پیوند غیرقطبی کووالانسی، به عنوان مثال، همه مولکول های گاز دوتایی هستند: هیدروژن (H - H)، اکسیژن (O = O)، نیتروژن (در مولکول آن 2 اتم توسط یک پیوند سه گانه (N ≡ N) به هم متصل می شوند). مایعات و جامدات: کلر (Cl - Cl)، فلوئور (F - F)، برم (Br - Br)، ید (I - I). و همچنین مواد پیچیده ای متشکل از اتم های عناصر مختلف، اما با ارزش الکترونگاتیوی تقریبا یکسان، به عنوان مثال، هیدرید فسفر - PH 3.

آلی و غیرقطبی اتصال

کاملاً واضح است که همه چیز پیچیده است. این سوال مطرح می شود: چگونه می توان یک پیوند غیرقطبی در یک ماده پیچیده وجود داشت؟ اگر کمی منطقی به آن فکر کنید، پاسخ بسیار ساده است. اگر مقادیر الکترونگاتیوی عناصر پیوندی اندکی متفاوت باشد و ترکیبی را تشکیل ندهد، چنین پیوندی را می توان غیر قطبی در نظر گرفت. این دقیقاً وضعیت کربن و هیدروژن است: همه پیوندهای C - H در مواد آلی غیر قطبی در نظر گرفته می شوند.

نمونه ای از پیوند کووالانسی غیرقطبی ساده ترین مولکول متان است که از یک اتم کربن تشکیل شده است که با توجه به ظرفیت آن، توسط پیوندهای منفرد به چهار اتم هیدروژن مرتبط است. در واقع، مولکول یک دوقطبی نیست، زیرا به دلیل ساختار چهار وجهی آن، بارها در آن محلی سازی نشده است. چگالی الکترون به طور مساوی توزیع شده است.

نمونه ای از پیوند کووالانسی غیرقطبی در ترکیبات آلی پیچیده تر رخ می دهد. این به دلیل اثرات مزومریک، یعنی برداشت متوالی چگالی الکترون، که به سرعت در امتداد زنجیره کربن محو می شود، تحقق می یابد. بنابراین، در یک مولکول هگزا کلرواتان، پیوند C - C به دلیل خروج یکنواخت چگالی الکترون توسط شش اتم کلر غیرقطبی است.

انواع دیگر اتصالات

علاوه بر پیوندهای کووالانسی، که اتفاقاً می تواند از طریق مکانیسم دهنده-گیرنده نیز رخ دهد، پیوندهای یونی، فلزی و هیدروژنی نیز وجود دارد. مشخصات مختصری از دو ماقبل آخر در بالا ارائه شده است.

پیوند هیدروژنی یک برهمکنش الکترواستاتیک بین مولکولی است که اگر مولکول حاوی یک اتم هیدروژن و هر اتم دیگری که دارای جفت الکترون تک باشد مشاهده می شود. این نوع اتصال بسیار ضعیفتر از سایرین است، اما با توجه به اینکه تعداد زیادی از این پیوندها در ماده ایجاد می شود، سهم بسزایی در خواص ترکیب دارد.

پیوند کووالانسی(پیوند اتمی، پیوند همو قطبی) - یک پیوند شیمیایی که از همپوشانی (اجتماعی شدن) ابرهای الکترونی پارا ظرفیتی تشکیل می شود. ابرهای الکترونیکی (الکترون ها) که ارتباط را فراهم می کنند نامیده می شوند جفت الکترون مشترک.

خواص مشخصه یک پیوند کووالانسی - جهت، اشباع، قطبیت، قطبش پذیری - خواص شیمیایی و فیزیکی ترکیبات را تعیین می کند.

جهت اتصال توسط ساختار مولکولی ماده و شکل هندسی مولکول آن تعیین می شود. زوایای بین دو پیوند را زوایای پیوند می گویند.

اشباع پذیری توانایی اتم ها برای تشکیل تعداد محدودی پیوند کووالانسی است. تعداد پیوندهای تشکیل شده توسط یک اتم به تعداد اوربیتال های اتمی بیرونی آن محدود می شود.

قطبیت پیوند به دلیل توزیع ناهموار چگالی الکترون به دلیل تفاوت در الکترونگاتیوی اتم ها است. بر این اساس، پیوندهای کووالانسی به غیر قطبی و قطبی تقسیم می شوند (غیر قطبی - یک مولکول دو اتمی از اتم های یکسان (H 2، Cl 2، N 2) تشکیل شده است و ابرهای الکترونی هر اتم به طور متقارن نسبت به این اتم ها توزیع می شوند. قطبی - یک مولکول دو اتمی متشکل از اتم های عناصر شیمیایی مختلف است و ابر الکترونی عمومی به سمت یکی از اتم ها جابه جا می شود و در نتیجه عدم تقارن در توزیع بار الکتریکی در مولکول ایجاد می شود و یک گشتاور دوقطبی از مولکول ایجاد می کند.

قطبش پذیری یک پیوند در جابجایی الکترون های پیوند تحت تأثیر یک میدان الکتریکی خارجی، از جمله ذره واکنش دهنده دیگر بیان می شود. قطبش پذیری با تحرک الکترون تعیین می شود. قطبیت و قطبش پذیری پیوندهای کووالانسی، واکنش پذیری مولکول ها را نسبت به معرف های قطبی تعیین می کند.

ارتباطات آموزش و پرورش

یک پیوند کووالانسی توسط یک جفت الکترون مشترک بین دو اتم تشکیل می‌شود و این الکترون‌ها باید دو اوربیتال پایدار را اشغال کنند، یکی از هر اتم.

A + + B → A: B

در نتیجه اجتماعی شدن، الکترون ها یک سطح انرژی پر شده را تشکیل می دهند. اگر مجموع انرژی آنها در این سطح از حالت اولیه کمتر باشد (و تفاوت انرژی چیزی بیش از انرژی پیوند نخواهد بود) پیوند تشکیل می شود.

پر شدن اوربیتال های اتمی (در امتداد لبه ها) و مولکولی (در مرکز) در مولکول H 2 با الکترون. محور عمودی مربوط به سطح انرژی است، الکترون ها با فلش هایی نشان داده می شوند که اسپین های آنها را منعکس می کنند.

طبق نظریه اوربیتال های مولکولی، همپوشانی دو اوربیتال اتمی در ساده ترین حالت منجر به تشکیل دو اوربیتال مولکولی (MO) می شود: پیوند دادن MOو ضد اتصال (شل شدن) MO. الکترون های مشترک بر روی MO پیوند انرژی پایین تر قرار دارند.

انواع پیوند کووالانسی

سه نوع پیوند شیمیایی کووالانسی وجود دارد که در مکانیسم تشکیل آنها متفاوت است:

1. پیوند کووالانسی ساده. برای تشکیل آن، هر اتم یک الکترون جفت نشده فراهم می کند. هنگامی که یک پیوند کووالانسی ساده تشکیل می شود، بارهای رسمی اتم ها بدون تغییر باقی می مانند.

· اگر اتم هایی که یک پیوند کووالانسی ساده را تشکیل می دهند یکسان باشند، بارهای واقعی اتم های مولکول نیز یکسان است، زیرا اتم هایی که پیوند را تشکیل می دهند به طور مساوی دارای یک جفت الکترون مشترک هستند. این ارتباط نامیده می شود پیوند کووالانسی غیر قطبی. مواد ساده چنین ارتباطی دارند، به عنوان مثال: O 2، N 2، Cl 2. اما نه تنها نافلزات از همان نوع می توانند یک پیوند غیرقطبی کووالانسی تشکیل دهند. عناصر غیرفلزی که الکترونگاتیوی آنها از اهمیت یکسانی برخوردار است نیز می توانند یک پیوند غیرقطبی کووالانسی تشکیل دهند، به عنوان مثال، در مولکول PH 3 پیوند غیرقطبی کووالانسی است، زیرا EO هیدروژن برابر با EO فسفر است.

· اگر اتم ها متفاوت باشند، آنگاه درجه در اختیار داشتن یک جفت الکترون مشترک با تفاوت در الکترونگاتیوی اتم ها تعیین می شود. اتمی با الکترونگاتیوی بیشتر، یک جفت الکترون پیوندی را با شدت بیشتری به سمت خود جذب می کند و بار واقعی آن منفی می شود. اتمی با الکترونگاتیوی کمتر، بر این اساس، بار مثبتی به همان اندازه به دست می آورد. اگر ترکیبی بین دو نافلز مختلف تشکیل شود، چنین ترکیبی نامیده می شود پیوند قطبی کووالانسی.

2. پیوند دهنده و پذیرنده. برای تشکیل این نوع پیوند کووالانسی، هر دو الکترون توسط یکی از اتم ها تامین می شوند - اهدا کننده. دومین اتم که در تشکیل پیوند نقش دارند نامیده می شود پذیرنده. در مولکول حاصل، بار رسمی اهداکننده یک افزایش می یابد و بار رسمی گیرنده یک کاهش می یابد.

3. اتصال نیمه قطبی. می توان آن را به عنوان یک پیوند دهنده و گیرنده قطبی در نظر گرفت. این نوع پیوند کووالانسی بین یک اتم با یک جفت الکترون تنها (نیتروژن، فسفر، گوگرد، هالوژن و غیره) و یک اتم با دو الکترون جفت نشده (اکسیژن، گوگرد) تشکیل می شود. تشکیل یک پیوند نیمه قطبی در دو مرحله انجام می شود:

1. انتقال یک الکترون از اتمی با یک جفت الکترون تنها به اتمی با دو الکترون جفت نشده. در نتیجه، یک اتم با یک جفت الکترون تنها به یک کاتیون رادیکال (یک ذره با بار مثبت با یک الکترون جفت نشده) و یک اتم با دو الکترون جفت نشده به یک آنیون رادیکال (یک ذره با بار منفی با یک الکترون جفت نشده) تبدیل می‌شود. .

2. اشتراک الکترون های جفت نشده (مانند پیوند کووالانسی ساده).

هنگامی که یک پیوند نیمه قطبی تشکیل می شود، اتمی با یک جفت الکترون تنها یک بار بار رسمی خود را افزایش می دهد و اتمی با دو الکترون جفت نشده بار رسمی خود را یک بار کاهش می دهد.

پیوند σ و پیوند π

پیوندهای سیگما (σ)-، پی (π) توصیفی تقریبی از انواع پیوندهای کووالانسی در مولکول های ترکیبات مختلف است که با این واقعیت مشخص می شود که چگالی ابر الکترونی در امتداد محور اتصال حداکثر است. هسته اتم ها هنگامی که یک پیوند تشکیل می شود، به اصطلاح همپوشانی جانبی ابرهای الکترونی رخ می دهد، و چگالی ابر الکترونی حداکثر "بالا" و "زیر" صفحه پیوند σ است. به عنوان مثال، اتیلن، استیلن و بنزن را در نظر بگیرید.

در مولکول اتیلن C 2 H 4 یک پیوند دوگانه CH 2 = CH 2 وجود دارد، فرمول الکترونیکی آن: H:C::C:H. هسته تمام اتم های اتیلن در یک صفحه قرار دارند. سه ابر الکترونی هر اتم کربن سه پیوند کووالانسی با اتم های دیگر در همان صفحه (با زاویه بین آنها تقریباً 120 درجه) تشکیل می دهند. ابر چهارمین الکترون ظرفیتی اتم کربن در بالا و پایین صفحه مولکول قرار دارد. چنین ابرهای الکترونی هر دو اتم کربن که تا حدی در بالا و پایین صفحه مولکول همپوشانی دارند، پیوند دومی را بین اتم‌های کربن تشکیل می‌دهند. اولین پیوند کووالانسی قوی‌تر بین اتم‌های کربن، پیوند σ نامیده می‌شود. دومین پیوند کووالانسی کمتر قوی، پیوند - نامیده می شود.

در یک مولکول خطی استیلن

N-S≡S-N (N: S::: S: N)

پیوند σ بین اتم های کربن و هیدروژن، یک پیوند σ بین دو اتم کربن و دو پیوند σ بین اتم های کربن مشابه وجود دارد. دو پیوند در بالای حوزه عمل پیوند σ در دو صفحه عمود بر هم قرار دارند.

تمام شش اتم کربن مولکول بنزن حلقوی C 6 H 6 در یک صفحه قرار دارند. پیوند σ بین اتم های کربن در صفحه حلقه وجود دارد. هر اتم کربن پیوندهای یکسانی با اتم های هیدروژن دارد. برای ایجاد این پیوندها، اتم های کربن سه الکترون صرف می کنند. ابرهای الکترون چهارم ظرفیتی اتم‌های کربن، به شکل شکل‌های هشت، عمود بر صفحه مولکول بنزن قرار دارند. هر یک از این ابرها به طور مساوی با ابرهای الکترونی اتم های کربن همسایه همپوشانی دارند. در یک مولکول بنزن، نه سه پیوند جداگانه، بلکه یک سیستم تک الکترونیکی متشکل از شش الکترون تشکیل می‌شود که در همه اتم‌های کربن مشترک است. پیوندهای بین اتم های کربن در مولکول بنزن دقیقاً یکسان است.

نمونه هایی از مواد با پیوند کووالانسی

یک پیوند کووالانسی ساده اتم‌های موجود در مولکول‌های گازهای ساده (H 2، Cl 2، و غیره) و ترکیبات (H 2 O، NH 3، CH 4، CO 2، HCl و غیره) را به هم متصل می‌کند. ترکیبات با پیوند دهنده - گیرنده - آمونیوم NH 4 +، آنیون تترا فلوئوروبورات BF 4 - و غیره. ترکیبات با پیوند نیمه قطبی - اکسید نیتروژن N 2 O، O - -PCl 3 +.

بلورهای با پیوند کووالانسی دی الکتریک یا نیمه هادی هستند. نمونه‌های معمولی کریستال‌های اتمی (اتم‌هایی که در آن‌ها با پیوندهای کووالانسی (اتمی) به هم متصل هستند، الماس، ژرمانیوم و سیلیکون هستند.

تنها ماده ای که انسان با نمونه ای از پیوند کووالانسی بین فلز و کربن می شناسد، سیانوکوبالامین است که به عنوان ویتامین B12 شناخته می شود.

پیوند یونی- یک پیوند شیمیایی بسیار قوی بین اتم ها با اختلاف الکترونگاتیوی زیاد (> 1.5 در مقیاس پالینگ) که در آن جفت الکترون مشترک به طور کامل به اتمی با الکترونگاتیوی بیشتر منتقل می شود . به عنوان مثال ترکیب CsF است که در آن "درجه یونیته" 97٪ است. بیایید روش تشکیل با استفاده از کلرید سدیم را به عنوان مثال در نظر بگیریم. پیکربندی الکترونیکی اتم های سدیم و کلر را می توان به صورت زیر نشان داد: 11 Na 1s2 2s2 2p 6 3s1; 17 Cl 1s2 2s2 2p6 3s2 3р5. اینها اتمهایی با سطح انرژی ناقص هستند. بدیهی است که برای تکمیل آنها، برای یک اتم سدیم راحت تر است که یک الکترون را از به دست آوردن هفت الکترون رها کند، و برای یک اتم کلر، به دست آوردن یک الکترون راحت تر از رها کردن هفت الکترون است. در طی یک برهمکنش شیمیایی، اتم سدیم به طور کامل یک الکترون را از دست می دهد و اتم کلر آن را می پذیرد. به طور شماتیک، این را می توان به صورت زیر نوشت: Na. - l e -> یون سدیم Na+، پوسته هشت الکترونی پایدار 1s2 2s2 2p6 به دلیل سطح انرژی دوم. :Cl + 1е --> .Cl - یون کلر، پوسته هشت الکترونی پایدار. نیروهای جاذبه الکترواستاتیکی بین یون های Na+ و Cl- بوجود می آیند که منجر به تشکیل یک ترکیب می شود. پیوند یونی یک مورد شدید از قطبش یک پیوند کووالانسی قطبی است. بین یک فلز معمولی و غیر فلزی تشکیل شده است. در این حالت الکترون های فلز به طور کامل به غیر فلز منتقل می شوند. یون ها تشکیل می شوند.

اگر یک پیوند شیمیایی بین اتم هایی تشکیل شود که اختلاف الکترونگاتیوی بسیار زیادی دارند (EO > 1.7 طبق گفته Pauling)، آنگاه جفت الکترون مشترک به طور کامل به اتمی با EO بالاتر منتقل می شود. نتیجه این امر تشکیل ترکیبی از یون های دارای بار مخالف است:

یک جاذبه الکترواستاتیکی بین یون های حاصل اتفاق می افتد که به آن پیوند یونی می گویند. یا بهتر است بگوییم این ظاهر راحت است. در واقع، پیوند یونی بین اتم ها به شکل خالص آن در هیچ جا یا تقریباً هیچ جا تحقق نمی یابد، در واقع، پیوند تا حدی یونی و تا حدودی کووالانسی است. در عین حال، پیوند یون‌های مولکولی پیچیده را اغلب می‌توان کاملاً یونی در نظر گرفت. مهمترین تفاوت پیوندهای یونی با سایر انواع پیوندهای شیمیایی، عدم جهت و غیر اشباع بودن است. به همین دلیل است که کریستال های تشکیل شده در اثر پیوندهای یونی به سمت بسته بندی های متراکم مختلف یون های مربوطه جذب می شوند.

مشخصاتچنین ترکیباتی حلالیت خوبی در حلال های قطبی (آب، اسیدها و غیره) دارند. این به دلیل قطعات باردار مولکول رخ می دهد. در این حالت دوقطبی های حلال به سمت انتهای باردار مولکول جذب می شوند و در اثر حرکت براونی، مولکول ماده را تکه تکه می کنند و آنها را احاطه می کنند و از اتصال مجدد آنها جلوگیری می کنند. نتیجه یون هایی است که توسط دوقطبی های حلال احاطه شده اند.

وقتی چنین ترکیباتی حل می شوند، معمولا انرژی آزاد می شود، زیرا انرژی کل پیوندهای حلال-یونی تشکیل شده بیشتر از انرژی پیوند آنیون-کاتیون است. استثنائات بسیاری از نمک های اسید نیتریک (نیترات ها) هستند که هنگام حل شدن (محلول ها سرد) گرما را جذب می کنند. واقعیت اخیر بر اساس قوانینی که در شیمی فیزیک در نظر گرفته می شود توضیح داده شده است.

پیوند کووالانسی(از لاتین "co" با هم و "vales" دارای نیرو) به دلیل جفت الکترونی متعلق به هر دو اتم انجام می شود. بین اتم های غیر فلزی تشکیل شده است.

الکترونگاتیوی نافلزها بسیار زیاد است، به طوری که در طول برهمکنش شیمیایی دو اتم نافلز، انتقال کامل الکترون ها از یکی به دیگری (مانند مورد) غیرممکن است. در این مورد، برای تکمیل ادغام الکترون لازم است.

به عنوان مثال، بیایید تعامل اتم های هیدروژن و کلر را مورد بحث قرار دهیم:

H 1s 1 - یک الکترون

Cl 1s 2 2s 2 2 ص 6 3 s 2 3 p5 - هفت الکترون در سطح بیرونی

هر یک از دو اتم یک الکترون از دست داده است تا یک لایه بیرونی کامل از الکترون ها داشته باشد. و هر یک از اتم ها یک الکترون را «برای استفاده مشترک» اختصاص می دهد. بنابراین، قانون octet برآورده می شود. این به بهترین شکل با استفاده از فرمول های لوئیس نشان داده می شود:

تشکیل پیوند کووالانسی

الکترون های مشترک اکنون به هر دو اتم تعلق دارند. اتم هیدروژن دارای دو الکترون (الکترون خودش و الکترون مشترک اتم کلر) و اتم کلر دارای هشت الکترون است (الکترون خودش به علاوه الکترون مشترک اتم هیدروژن). این دو الکترون مشترک یک پیوند کووالانسی بین اتم های هیدروژن و کلر تشکیل می دهند. ذره ای که از پیوند دو اتم ایجاد می شود نامیده می شود مولکول

پیوند کووالانسی غیر قطبی

یک پیوند کووالانسی نیز می تواند بین دو تشکیل شود همساناتم ها مثلا:

این نمودار توضیح می دهد که چرا هیدروژن و کلر به عنوان مولکول های دو اتمی وجود دارند. به لطف جفت شدن و به اشتراک گذاری دو الکترون، می توان قاعده اکتت را برای هر دو اتم برآورده کرد.

علاوه بر پیوندهای منفرد، پیوند کووالانسی دو یا سه گانه می تواند تشکیل شود، به عنوان مثال، در مولکول های اکسیژن O 2 یا نیتروژن N 2. اتم های نیتروژن دارای پنج الکترون ظرفیت هستند، بنابراین برای تکمیل پوسته به سه الکترون دیگر نیاز است. این با به اشتراک گذاشتن سه جفت الکترون به دست می آید، همانطور که در زیر نشان داده شده است:

ترکیبات کووالانسی معمولاً گازها، مایعات یا جامدات نسبتاً کم ذوب هستند. یکی از استثناهای نادر الماس است که در دمای بالای 3500 درجه سانتیگراد ذوب می شود. این با ساختار الماس توضیح داده می شود، که شبکه ای پیوسته از اتم های کربن با پیوند کووالانسی است و نه مجموعه ای از مولکول های منفرد. در واقع، هر کریستال الماس، صرف نظر از اندازه آن، یک مولکول عظیم است.

پیوند کووالانسی زمانی اتفاق می افتد که الکترون های دو اتم غیرفلز با هم ترکیب شوند. ساختار حاصل را مولکول می نامند.

پیوند کووالانسی قطبی

در بیشتر موارد، دو اتم پیوند کووالانسی دارند ناهمسانالکترونگاتیوی و الکترون های مشترک به طور مساوی به دو اتم تعلق ندارند. بیشتر اوقات آنها به یک اتم نزدیکتر از اتم دیگر هستند. برای مثال، در یک مولکول کلرید هیدروژن، الکترون‌هایی که پیوند کووالانسی تشکیل می‌دهند به اتم کلر نزدیک‌تر هستند، زیرا الکترونگاتیوی آن بالاتر از هیدروژن است. با این حال، تفاوت در توانایی جذب الکترون به اندازه کافی بزرگ نیست تا انتقال کامل الکترون از اتم هیدروژن به اتم کلر انجام شود. بنابراین، پیوند بین اتم های هیدروژن و کلر را می توان به عنوان تلاقی بین یک پیوند یونی (انتقال کامل الکترون) و یک پیوند کووالانسی غیرقطبی (آرایش متقارن یک جفت الکترون بین دو اتم) در نظر گرفت. بار جزئی اتم ها با حرف یونانی δ نشان داده می شود. این ارتباط نامیده می شود کووالانسی قطبی پیوند می دهند و به مولکول هیدروژن کلرید گفته می شود که قطبی است، یعنی دارای یک انتهای بار مثبت (اتم هیدروژن) و یک انتهای بار منفی (اتم کلر) است.

جدول زیر انواع اصلی پیوندها و نمونه هایی از مواد را فهرست می کند:

مکانیسم تبادل و گیرنده دهنده تشکیل پیوند کووالانسی

1) مکانیسم تبادل. هر اتم یک الکترون جفت نشده را به یک جفت الکترون مشترک کمک می کند.

2) مکانیسم اهداکننده-پذیرنده. یک اتم (دهنده) یک جفت الکترون و اتم دیگر (پذیرنده) یک اوربیتال خالی برای آن جفت فراهم می کند.

پیوند شیمیایی کووالانسیبین اتم هایی با مقادیر الکترونگاتیوی مشابه یا مساوی رخ می دهد. فرض کنید که کلر و هیدروژن تمایل دارند الکترون ها را از بین ببرند و ساختار نزدیکترین گاز نجیب را به خود بگیرند، به این معنی که هیچ یک از آنها الکترون را به دیگری نمی دهد. آنها هنوز چگونه به هم متصل هستند؟ ساده است - آنها با یکدیگر به اشتراک می گذارند، یک جفت الکترون مشترک تشکیل می شود.

حال بیایید به ویژگی های متمایز پیوند کووالانسی نگاه کنیم.

برخلاف ترکیبات یونی، مولکول‌های ترکیبات کووالانسی توسط «نیروهای بین مولکولی» که بسیار ضعیف‌تر از پیوندهای شیمیایی هستند، کنار هم نگه داشته می‌شوند. در این راستا، پیوندهای کووالانسی مشخص می شوند اشباع پذیری- تشکیل تعداد محدودی از اتصالات.

مشخص است که اوربیتال های اتمی در فضا به روش خاصی جهت گیری می کنند، بنابراین، هنگامی که یک پیوند تشکیل می شود، همپوشانی ابرهای الکترونی در یک جهت خاص رخ می دهد. آن ها چنین خاصیتی از پیوند کووالانسی به عنوان تحقق می یابد جهت.

اگر یک پیوند کووالانسی در یک مولکول توسط اتم‌های یکسان یا اتم‌هایی با الکترونگاتیوی برابر تشکیل شود، چنین پیوندی قطبیت ندارد، یعنی چگالی الکترون به طور متقارن توزیع می‌شود. نامیده می شود پیوند کووالانسی غیر قطبی ( H2، Cl2، O2 ). اوراق قرضه می تواند یک، دو یا سه گانه باشد.

اگر الکترونگاتیوی اتم ها متفاوت باشد، پس از ترکیب آنها، چگالی الکترون به طور نابرابر بین اتم ها توزیع شده و تشکیل می شود. پیوند قطبی کووالانسی(HCl, H 2 O, CO) که تعدد آن نیز می تواند متفاوت باشد. هنگامی که این نوع پیوند تشکیل می شود، اتم الکترونگاتیوی بیشتر بار منفی جزئی پیدا می کند و اتمی با الکترونگاتیوی کمتر دارای بار مثبت جزئی (δ- و δ+) می شود. یک دوقطبی الکتریکی تشکیل می شود که در آن بارهای با علامت مخالف در فاصله معینی از یکدیگر قرار دارند. گشتاور دوقطبی به عنوان معیاری برای قطبیت پیوند استفاده می شود:

هر چه گشتاور دوقطبی بیشتر باشد، قطبیت ترکیب بیشتر است. اگر گشتاور دوقطبی صفر باشد، مولکول‌ها غیرقطبی خواهند بود.

در ارتباط با ویژگی های فوق می توان نتیجه گرفت که ترکیبات کووالانسی فرار بوده و نقطه ذوب و جوش پایینی دارند. جریان الکتریکی نمی تواند از این اتصالات عبور کند، از این رو آنها هادی ضعیف و عایق خوبی هستند. هنگامی که گرما اعمال می شود، بسیاری از ترکیبات با پیوندهای کووالانسی مشتعل می شوند. بیشتر اینها هیدروکربن ها و همچنین اکسیدها، سولفیدها، هالیدهای غیر فلزات و فلزات واسطه هستند.