Charakterystyka połączenia kowalencyjnego, właściwości, typy i przykłady



The wiązania kowalencyjne są rodzajem połączenia atomów, które tworzą molekuły poprzez współdzielenie par elektronów. Łącza te, które reprezentują dość stabilną równowagę między poszczególnymi gatunkami, pozwalają każdemu atomowi osiągnąć stabilność jego konfiguracji elektronicznej.

Linki te są tworzone w wersjach pojedynczej, podwójnej lub potrójnej i mają znaki polarne i niepolarne. Atomy mogą przyciągać inne gatunki, umożliwiając w ten sposób tworzenie związków chemicznych. To zjednoczenie może występować przy różnych siłach, generujących słabą lub silną atrakcję, lub charakterów jonowych lub poprzez wymianę elektronów.

Obligacje kowalencyjne są uważane za „silne” związki. W przeciwieństwie do innych wiązań silnych (wiązań jonowych), wiązania kowalencyjne występują zwykle w atomach niemetalicznych i w atomach o podobnych powinowactwach do elektronów (podobne elektroujemności), co powoduje, że wiązania kowalencyjne są słabe i wymagają mniej energii do rozbicia..

W tego typu łączu zazwyczaj stosuje się tak zwaną regułę oktetu do oszacowania ilości atomów, które mają być współdzielone: ​​zasada ta stwierdza, że ​​każdy atom w cząsteczce wymaga 8 elektronów walencyjnych, aby pozostały stabilne. Dzieląc się, muszą one osiągnąć utratę lub zysk elektronów między gatunkami.

Indeks

  • 1 Charakterystyka
    • 1.1 Niepolarne wiązanie kowalencyjne
    • 1.2 Polarne wiązanie kowalencyjne
  • 2 Właściwości
    • 2.1 Reguła bajtowa
    • 2.2 Rezonans
    • 2.3 Aromatyczność
  • 3 Rodzaje wiązań kowalencyjnych
    • 3.1 Prosty link
    • 3.2 Podwójne łącze
    • 3.3 Łącze potrójne
  • 4 Przykłady
  • 5 referencji

Funkcje

Na wiązania kowalencyjne wpływa elektroujemna właściwość każdego z atomów uczestniczących w oddziaływaniu par elektronów; kiedy masz atom o elektroujemności znacznie większej niż drugiego atomu w związku, powstanie polarne wiązanie kowalencyjne.

Jednakże, gdy oba atomy mają podobną właściwość elektroujemną, powstanie niepolarne wiązanie kowalencyjne. Dzieje się tak, ponieważ elektrony najbardziej elektroujemnych gatunków będą bardziej przywiązane do tego atomu niż w przypadku najmniej elektroujemnego.

Warto zauważyć, że żadne wiązanie kowalencyjne nie jest całkowicie równe, chyba że dwa zaangażowane atomy są identyczne (a zatem mają taką samą elektroujemność).

Rodzaj wiązania kowalencyjnego zależy od różnicy w elektroujemności między gatunkami, gdzie wartość między 0 a 0,4 prowadzi do wiązania niepolarnego, a różnica od 0,4 do 1,7 prowadzi do wiązania polarnego ( wiązania jonowe pojawiają się od 1,7).

Niepolarne wiązanie kowalencyjne

Niepolarne wiązanie kowalencyjne jest generowane, gdy elektrony są równo podzielone między atomami. Zwykle ma to miejsce, gdy dwa atomy mają podobne lub równe powinowactwo elektroniczne (te same gatunki). Im bardziej zbliżone są wartości powinowactwa elektronowego między zaangażowanymi atomami, tym silniejsza będzie uzyskana atrakcyjność.

Zwykle występuje to w cząsteczkach gazu, znanych również jako pierwiastki dwuatomowe. Niepolarne wiązania kowalencyjne działają z tą samą naturą co polarne (atom o wyższej elektroujemności będzie silniej przyciągał elektron lub elektrony drugiego atomu).

Jednak w cząsteczkach dwuatomowych elektroujemności są anulowane, ponieważ są równe i powodują zerowe obciążenie.

W biologii kluczowe są wiązania niepolarne: pomagają tworzyć wiązania tlenowe i peptydowe obserwowane w łańcuchach aminokwasów. Cząsteczki z dużą ilością wiązań niepolarnych są zwykle hydrofobowe.

Polarne wiązanie kowalencyjne

Polarne wiązanie kowalencyjne występuje, gdy występuje nierówny podział elektronów między dwoma gatunkami zaangażowanymi w związek. W tym przypadku jeden z dwóch atomów ma elektroujemność znacznie większą niż druga, iz tego powodu przyciągnie więcej elektronów ze związku.

Powstała cząsteczka będzie miała nieco dodatnią stronę (tę, która ma najniższą elektroujemność) i nieco ujemną stronę (z tym atomem o najwyższej elektroujemności). Będzie również miał potencjał elektrostatyczny, nadając związkowi zdolność słabego wiązania się z innymi związkami polarnymi.

Najbardziej powszechne wiązania polarne to wiązania wodoru z bardziej elektroujemnymi atomami, które tworzą związki takie jak woda (H2O).

Właściwości

W strukturach wiązań kowalencyjnych bierze się pod uwagę szereg właściwości biorących udział w badaniu tych związków i pomaga zrozumieć to zjawisko współdzielenia elektronów:

Reguła oktetu

Reguła oktetu została sformułowana przez amerykańskiego fizyka i chemika Gilberta Newtona Lewisa, chociaż byli naukowcy, którzy badali ją przed nim.

Jest to reguła, która odzwierciedla obserwację, że atomy reprezentatywnych pierwiastków zazwyczaj łączą się tak, że każdy atom dociera do ośmiu elektronów w swojej powłoce walencyjnej, co prowadzi do konfiguracji elektronicznej podobnej do gazów szlachetnych. Diagramy lub struktury Lewisa są używane do reprezentowania tych związków.

Istnieją wyjątki od tej reguły, na przykład dla gatunków z niepełną powłoką walencyjną (cząsteczki z siedmioma elektronami, takimi jak CH3, i reaktywne gatunki 6-elektronowe, takie jak BH3); zdarza się to również w atomach o bardzo niewielu elektronach, takich jak między innymi hel, wodór i lit.

Rezonans

Rezonans to narzędzie używane do reprezentowania struktur molekularnych i reprezentowania zdelokalizowanych elektronów, w których wiązań nie można wyrazić pojedynczą strukturą Lewisa.

W takich przypadkach elektrony muszą być reprezentowane przez kilka „składowych” struktur, zwanych strukturami rezonansowymi. Innymi słowy, rezonans to termin sugerujący użycie dwóch lub więcej struktur Lewisa do reprezentowania określonej cząsteczki.

Ta koncepcja jest całkowicie ludzka i nie ma ani jednej ani innej struktury cząsteczki w danym momencie, ale może istnieć w dowolnej wersji tego (lub w ogóle) w tym samym czasie.

Ponadto, składowe (lub rezonujące) struktury nie są izomerami: tylko pozycja elektronów może się różnić, ale nie jądra atomu.

Aromatyczność

Ta koncepcja jest używana do opisania cyklicznej i płaskiej cząsteczki z pierścieniem rezonansowych wiązań, które wykazują większą stabilność niż inne układy geometryczne o tej samej konfiguracji atomowej.

Cząsteczki aromatyczne są bardzo stabilne, ponieważ nie pękają łatwo lub zazwyczaj reagują z innymi substancjami. W benzenie, prototypie związku aromatycznego, pi sprzężone pi (π) powstają w dwóch różnych strukturach rezonansowych, które tworzą sześciokąt o wysokiej stabilności.

Link Sigma (σ)

Jest to najprostszy link, w którym spotykają się dwa orbitale „s”. Wiązania Sigma są prezentowane we wszystkich prostych wiązaniach kowalencyjnych i mogą również występować w orbitali „p”, podczas gdy te patrzą na siebie.

Link pi (π)

To połączenie znajduje się między dwoma równoległymi orbitale „p”. Są one połączone obok siebie (w przeciwieństwie do sigmy, która łączy się twarzą w twarz) i tworzą obszary gęstości elektronicznej powyżej i poniżej cząsteczki.

Podwójne i potrójne wiązania kowalencyjne obejmują jedno lub dwa wiązania pi, które nadają cząsteczce sztywną postać. Połączenia Pi są słabsze niż sigma, ponieważ nakładanie się jest mniejsze.

Rodzaje wiązań kowalencyjnych

Wiązania kowalencyjne między dwoma atomami mogą być utworzone przez parę elektronów, ale mogą być również utworzone przez dwie lub nawet trzy pary elektronów, więc będą one wyrażone jako wiązania pojedyncze, podwójne i potrójne, które są reprezentowane przez różne typy wiązań. węzły (linki sigma i pi) dla każdego.

Proste linki są najsłabsze, a potrójne najsilniejsze; dzieje się tak, ponieważ trójki to te z najkrótszą długością łącza (największa atrakcja) i najwyższą energią łącza (wymagają więcej energii do przerwania).

Prosty link

Jest to współdzielenie pojedynczej pary elektronów; to znaczy, każdy zaangażowany atom ma jeden elektron. To połączenie jest najsłabsze i obejmuje pojedyncze wiązanie sigma (σ). Jest on reprezentowany przez linię między atomami; na przykład w przypadku cząsteczki wodoru (H2):

H-H

Podwójne łącze

W tego typu wiązaniu dwie wspólne pary elektronów tworzą wiązania; to znaczy, cztery elektrony są dzielone. Łącze to obejmuje sigma (σ) i łącze pi (π) i jest reprezentowane przez dwa myślniki; na przykład w przypadku dwutlenku węgla (CO2):

O = C = O

Potrójny link

Wiązanie to, najsilniejsze, istniejące między wiązaniami kowalencyjnymi, występuje, gdy atomy dzielą sześć elektronów lub trzy pary, w sigma unii (σ) i dwa pi (π). Jest on reprezentowany przez trzy paski i może być obserwowany w cząsteczkach takich jak acetylen (C2H2):

H-C≡C-H

Wreszcie zaobserwowano poczwórne wiązania, ale są one rzadkie i ograniczają się głównie do związków metalicznych, takich jak octan chromu (II) i inne..

Przykłady

W przypadku prostych łączy najczęstszym przypadkiem jest wodór, co można zobaczyć poniżej:

Przypadek potrójnego wiązania to azot w podtlenku azotu (N2O), jak widać poniżej, z widocznymi linkami sigma i pi:

Referencje

  1. Chang, R. (2007). Chemia (Wyd. 9). McGraw-Hill.
  2. Chem Libretexts. (s.f.). Źródło: chem.libretexts.org
  3. Anne Marie Helmenstine, P. (s.f.). Pobrane z thinkco.com
  4. Lodish, H., Berk, A., Zipursky, S.L., Matsudaira, P., Baltimore, D., i Darnell, J. (2000). Molekularna biologia komórkowa. Nowy Jork: W. H. Freeman.
  5. Wikiwersytet (s.f.). Źródło z en.wikiversity.org