พันธะโควาเลนต์เกิดขึ้นจากปฏิกิริยาระหว่างอโลหะ อะตอมของอโลหะมีอิเล็กโทรเนกาติวีตี้สูงและมีแนวโน้มที่จะเติมเต็มชั้นอิเล็กตรอนด้านนอกด้วยอิเล็กตรอนแปลกปลอม อะตอมสองอะตอมดังกล่าวสามารถเข้าสู่สถานะเสถียรได้หากพวกมันรวมอิเล็กตรอนเข้าด้วยกัน .

ให้เราพิจารณาการก่อตัวของพันธะโควาเลนต์ใน เรียบง่าย สาร

1.การก่อตัวของโมเลกุลไฮโดรเจน

ทุกอะตอม ไฮโดรเจน มีอิเล็กตรอนหนึ่งตัว หากต้องการเปลี่ยนไปสู่สถานะเสถียร จะต้องมีอิเล็กตรอนเพิ่มอีก 1 ตัว

เมื่ออะตอมสองอะตอมเข้ามาใกล้ เมฆอิเล็กตรอนจะทับซ้อนกัน คู่อิเล็กตรอนที่ใช้ร่วมกันจะเกิดขึ้นซึ่งเชื่อมโยงอะตอมไฮโดรเจนเข้ากับโมเลกุล

ช่องว่างระหว่างนิวเคลียสทั้งสองใช้อิเล็กตรอนร่วมกันมากกว่าที่อื่น เป็นพื้นที่ที่มี ความหนาแน่นของอิเล็กตรอนเพิ่มขึ้นและประจุลบ นิวเคลียสที่มีประจุบวกจะถูกดึงดูดเข้าไปและเกิดโมเลกุลขึ้นมา

ในกรณีนี้ แต่ละอะตอมจะได้รับระดับนอกของอิเล็กตรอนสองตัวที่สมบูรณ์และเข้าสู่สถานะเสถียร

พันธะโควาเลนต์เนื่องจากการก่อตัวของคู่อิเล็กตรอนที่ใช้ร่วมกันหนึ่งคู่เรียกว่าพันธะเดี่ยว

คู่อิเล็กตรอนที่ใช้ร่วมกัน (พันธะโควาเลนต์) เกิดขึ้นเนื่องจาก อิเล็กตรอนที่ไม่มีคู่, ซึ่งอยู่ที่ระดับพลังงานภายนอกของอะตอมที่มีปฏิสัมพันธ์กัน

ไฮโดรเจนมีอิเล็กตรอนที่ไม่มีการจับคู่หนึ่งตัว สำหรับองค์ประกอบอื่นๆ หมายเลขของพวกเขาคือ 8 - หมายเลขกลุ่ม

อโลหะ ปกเกล้าเจ้าอยู่หัวและหมู่ (ฮาโลเจน) จะมีอิเล็กตรอนคู่หนึ่งตัวอยู่บนชั้นนอก

ในอโลหะ วีกหมู่ (ออกซิเจน, ซัลเฟอร์) มีอิเล็กตรอนสองตัวดังกล่าว

ในอโลหะ วีและหมู่ (ไนโตรเจน, ฟอสฟอรัส) มีอิเล็กตรอน 3 ตัวที่ไม่จับคู่กัน

2.การก่อตัวของโมเลกุลฟลูออรีน

อะตอม ฟลูออไรด์ มีอิเล็กตรอนอยู่เจ็ดตัวในระดับชั้นนอก หกอันเป็นคู่และอันที่เจ็ดไม่มีคู่

เมื่ออะตอมมารวมกัน จะเกิดคู่อิเล็กตรอนร่วมหนึ่งคู่ กล่าวคือ พันธะโควาเลนต์หนึ่งพันธะเกิดขึ้น แต่ละอะตอมจะได้รับชั้นนอกสุดแปดอิเล็กตรอนที่สมบูรณ์ พันธะในโมเลกุลฟลูออรีนก็เป็นพันธะเดี่ยวเช่นกัน พันธะเดี่ยวเดียวกันนั้นมีอยู่ในโมเลกุล คลอรีน โบรมีน และไอโอดีน .

หากอะตอมมีอิเล็กตรอนที่ไม่จับคู่หลายตัว ก็จะเกิดคู่ร่วมสองหรือสามคู่ขึ้น

3.การก่อตัวของโมเลกุลออกซิเจน

ที่อะตอม ออกซิเจนที่ระดับด้านนอกจะมีอิเล็กตรอนสองตัวที่ไม่มีการจับคู่

เมื่ออะตอมสองอะตอมมีปฏิสัมพันธ์กัน ออกซิเจน คู่อิเล็กตรอนทั่วไปสองคู่เกิดขึ้น แต่ละอะตอมจะเติมอิเล็กตรอนได้ถึงแปดตัวในระดับชั้นนอก โมเลกุลออกซิเจนมีพันธะคู่

พันธะโควาเลนต์เกิดขึ้นเนื่องจากการแบ่งปันอิเล็กตรอนของอะตอมทั้งสองที่มีส่วนร่วมในการโต้ตอบ อิเลคโตรเนกาติวีตี้ของอโลหะสูงพอที่จะไม่มีการถ่ายโอนอิเล็กตรอนเกิดขึ้น

อิเล็กตรอนในออร์บิทัลของอิเล็กตรอนที่ทับซ้อนกันจะถูกแบ่งใช้ร่วมกัน สิ่งนี้จะสร้างสถานการณ์ที่มีการเติมระดับอิเล็กทรอนิกส์ด้านนอกของอะตอม นั่นคือ เปลือกนอกขนาด 8 หรือ 2 อิเล็กตรอนเกิดขึ้น

สถานะที่เปลือกอิเล็กตรอนเต็มไปหมดนั้นมีพลังงานต่ำที่สุดและมีเสถียรภาพสูงสุดตามไปด้วย

มีสองกลไกของการก่อตัว:

1. ผู้บริจาคผู้รับ;
2. แลกเปลี่ยน.

ในกรณีแรก อะตอมตัวหนึ่งให้อิเล็กตรอนคู่หนึ่ง และอะตอมตัวที่สองให้ออร์บิทัลอิสระของอิเล็กตรอน

ในวินาทีที่อิเล็กตรอนหนึ่งตัวจากผู้เข้าร่วมแต่ละคนในการโต้ตอบจะเข้าสู่คู่สามัญ

ขึ้นอยู่กับว่าเป็นประเภทไหน- อะตอมหรือโมเลกุล สารประกอบที่มีพันธะชนิดเดียวกันอาจแตกต่างกันอย่างมีนัยสำคัญในลักษณะทางเคมีกายภาพ

สารโมเลกุลส่วนใหญ่มักเป็นก๊าซ ของเหลว หรือของแข็งที่มีจุดหลอมเหลวและจุดเดือดต่ำ ไม่นำไฟฟ้า และมีความแข็งแรงต่ำ เหล่านี้รวมถึง: ไฮโดรเจน (H 2), ออกซิเจน (O 2), ไนโตรเจน (N 2), คลอรีน (Cl 2), โบรมีน (Br 2), ขนมเปียกปูนกำมะถัน (S 8), ฟอสฟอรัสขาว (P 4) และสารง่ายๆอื่น ๆ ; คาร์บอนไดออกไซด์ (CO 2), ซัลเฟอร์ไดออกไซด์ (SO 2), ไนโตรเจนออกไซด์ V (N 2 O 5), น้ำ (H 2 O), ไฮโดรเจนคลอไรด์ (HCl), ไฮโดรเจนฟลูออไรด์ (HF), แอมโมเนีย (NH 3), มีเทน (CH 4), เอทิลแอลกอฮอล์ (C 2 H 5 OH), โพลีเมอร์อินทรีย์ และอื่นๆ

สารอะตอมมีอยู่ในรูปของผลึกที่ทนทาน มีจุดเดือดและจุดหลอมเหลวสูง ไม่ละลายในน้ำและตัวทำละลายอื่นๆ และหลายชนิดไม่นำกระแสไฟฟ้า ตัวอย่างคือเพชรซึ่งมีความแข็งแกร่งเป็นพิเศษ สิ่งนี้อธิบายได้จากข้อเท็จจริงที่ว่าเพชรเป็นผลึกที่ประกอบด้วยอะตอมของคาร์บอนที่เชื่อมต่อกันด้วยพันธะโควาเลนต์ ไม่มีโมเลกุลเดี่ยวๆ ในเพชร นอกจากนี้ สารต่างๆ เช่น กราไฟท์ ซิลิคอน (Si) ซิลิคอนไดออกไซด์ (SiO 2) ซิลิคอนคาร์ไบด์ (SiC) และอื่นๆ ก็มีโครงสร้างอะตอมเช่นกัน

พันธะโควาเลนต์ไม่เพียงแต่เป็นพันธะเดี่ยวได้ (เช่นในโมเลกุลคลอรีน Cl2) แต่ยังเป็นสองเท่าเหมือนในโมเลกุลออกซิเจน O2 หรือสามเท่า เช่น ในโมเลกุลไนโตรเจน N2 ในเวลาเดียวกันสามอันมีพลังงานมากกว่าและทนทานกว่าสองเท่าและเดี่ยว

พันธะโควาเลนต์สามารถเป็นได้เกิดขึ้นระหว่างสองอะตอมของธาตุเดียวกัน (ไม่มีขั้ว) และระหว่างอะตอมของธาตุเคมีต่างกัน (มีขั้ว)

การระบุสูตรของสารประกอบที่มีพันธะโควาเลนต์มีขั้วไม่ใช่เรื่องยากหากคุณเปรียบเทียบค่าอิเลคโตรเนกาติวีตี้ของอะตอมที่ประกอบเป็นโมเลกุล ไม่มีความแตกต่างในอิเลคโตรเนกาติวีตี้ที่จะกำหนดภาวะไม่มีขั้ว หากมีความแตกต่างโมเลกุลก็จะมีขั้ว

อย่าพลาด: กลไกการศึกษา ตัวอย่างเฉพาะ

พันธะเคมีโควาเลนต์ไม่มีขั้ว

ลักษณะของสารเชิงเดี่ยวที่ไม่ใช่โลหะ- อิเล็กตรอนอยู่ในอะตอมเท่ากัน และไม่มีการเปลี่ยนแปลงความหนาแน่นของอิเล็กตรอน

ตัวอย่างได้แก่โมเลกุลต่อไปนี้:

H2, O2, O3, N2, F2, Cl2

ข้อยกเว้นคือก๊าซเฉื่อย- ระดับพลังงานภายนอกของพวกมันถูกเติมเต็มอย่างสมบูรณ์และการก่อตัวของโมเลกุลนั้นไม่เอื้ออำนวยต่อพลังงานและดังนั้นจึงมีอยู่ในรูปของอะตอมแต่ละตัว

นอกจากนี้ ตัวอย่างของสารที่มีพันธะโควาเลนต์ไม่มีขั้วก็เช่น PH3 แม้ว่าสารจะประกอบด้วยองค์ประกอบต่างกัน แต่ค่าอิเลคโตรเนกาติวิตีขององค์ประกอบก็ไม่ได้แตกต่างกันจริงๆ ซึ่งหมายความว่าคู่อิเล็กตรอนจะไม่เปลี่ยนตำแหน่ง

พันธะเคมีขั้วโลกโควาเลนต์

เมื่อพิจารณาถึงพันธะขั้วโลกโควาเลนต์ สามารถยกตัวอย่างได้มากมาย: HCl, H2O, H2S, NH3, CH4, CO2, SO3, CCl4, SiO2, CO

เกิดขึ้นระหว่างอะตอมที่ไม่ใช่โลหะที่มีความอิเล็กโตรเนกาติวีตี้ต่างกัน ในกรณีนี้ นิวเคลียสขององค์ประกอบที่มีค่าอิเล็กโตรเนกาติวีตี้มากกว่าจะดึงดูดอิเล็กตรอนที่มีการแบ่งปันเข้ามาใกล้ตัวมันเองมากขึ้น

แผนผังการก่อตัวของพันธะโควาเลนต์มีขั้ว

อาจกลายเป็นเรื่องธรรมดาทั้งนี้ขึ้นอยู่กับกลไกของการก่อตัว อิเล็กตรอนของอะตอมหนึ่งหรือทั้งสองอะตอม.

ภาพแสดงปฏิกิริยาระหว่างโมเลกุลของกรดไฮโดรคลอริกอย่างชัดเจน

อิเล็กตรอนคู่หนึ่งเป็นของทั้งอะตอมหนึ่งและอะตอมที่สอง ทั้งสองอะตอม ดังนั้นระดับภายนอกจึงถูกเติมเต็ม แต่ยิ่งคลอรีนที่มีอิเลคโตรเนกาติตีมากเท่าไรก็จะดึงดูดอิเล็กตรอนคู่หนึ่งเข้ามาใกล้ตัวมันมากขึ้นเล็กน้อย (ในขณะที่ยังคงมีการแบ่งปันกัน) ความแตกต่างของอิเลคโตรเนกาติวีตี้ไม่มากพอสำหรับอิเล็กตรอนคู่หนึ่งที่จะไปยังอะตอมใดอะตอมหนึ่งโดยสมบูรณ์ เป็นผลให้ประจุลบบางส่วนปรากฏบนคลอรีนและประจุบวกบางส่วนปรากฏบนไฮโดรเจน โมเลกุล HCl เป็นโมเลกุลที่มีขั้ว

คุณสมบัติทางเคมีฟิสิกส์ของพันธะ

การเชื่อมต่อสามารถกำหนดลักษณะโดยคุณสมบัติต่อไปนี้: ทิศทาง ขั้ว ความสามารถในการโพลาไรซ์ และความอิ่มตัว

อะตอมขององค์ประกอบส่วนใหญ่ไม่มีอยู่แยกกัน เนื่องจากสามารถโต้ตอบซึ่งกันและกันได้ ปฏิกิริยานี้ทำให้เกิดอนุภาคที่ซับซ้อนมากขึ้น

ธรรมชาติของพันธะเคมีคือการกระทำของแรงไฟฟ้าสถิตซึ่งเป็นแรงปฏิกิริยาระหว่างประจุไฟฟ้า อิเล็กตรอนและนิวเคลียสของอะตอมมีประจุเช่นนี้

อิเล็กตรอนที่อยู่ในระดับอิเล็กทรอนิกส์ชั้นนอก (วาเลนซ์อิเล็กตรอน) อยู่ห่างจากนิวเคลียสมากที่สุด มีปฏิสัมพันธ์กับนิวเคลียสที่อ่อนแอที่สุด ดังนั้นจึงสามารถแยกตัวออกจากนิวเคลียสได้ พวกมันมีหน้าที่รับผิดชอบในการเชื่อมอะตอมเข้าด้วยกัน

ประเภทของปฏิกิริยาเคมี

ประเภทของพันธะเคมีสามารถแสดงได้ในตารางต่อไปนี้:

ลักษณะของพันธะไอออนิก

ปฏิกิริยาเคมีที่เกิดขึ้นเนื่องจาก แรงดึงดูดของไอออนมีประจุต่างกันเรียกว่าไอออนิก สิ่งนี้จะเกิดขึ้นหากอะตอมที่ถูกพันธะมีความแตกต่างกันอย่างมีนัยสำคัญทางอิเล็กโตรเนกาติวีตี้ (นั่นคือความสามารถในการดึงดูดอิเล็กตรอน) และคู่อิเล็กตรอนไปที่องค์ประกอบอิเล็กโทรเนกาติวิตีมากกว่า ผลลัพธ์ของการถ่ายโอนอิเล็กตรอนจากอะตอมหนึ่งไปยังอีกอะตอมหนึ่งคือการก่อตัวของอนุภาคที่มีประจุ - ไอออน แรงดึงดูดเกิดขึ้นระหว่างพวกเขา

พวกมันมีดัชนีอิเลคโตรเนกาติวีตี้ต่ำที่สุด โลหะทั่วไปและที่ใหญ่ที่สุดคืออโลหะทั่วไป ไอออนจึงเกิดขึ้นจากปฏิกิริยาระหว่างโลหะทั่วไปกับอโลหะทั่วไป

อะตอมของโลหะกลายเป็นไอออนที่มีประจุบวก (แคตไอออน) โดยบริจาคอิเล็กตรอนให้กับระดับอิเล็กตรอนด้านนอก และอโลหะจะรับอิเล็กตรอน จึงกลายเป็น มีประจุลบไอออน (แอนไอออน)

อะตอมจะเคลื่อนเข้าสู่สถานะพลังงานที่เสถียรมากขึ้น โดยเสร็จสิ้นการกำหนดค่าทางอิเล็กทรอนิกส์

พันธะไอออนิกไม่มีทิศทางและไม่อิ่มตัว เนื่องจากปฏิกิริยาไฟฟ้าสถิตเกิดขึ้นในทุกทิศทาง ดังนั้น ไอออนจึงสามารถดึงดูดไอออนที่มีเครื่องหมายตรงกันข้ามในทุกทิศทาง

การจัดเรียงไอออนมีลักษณะโดยรอบๆ แต่ละไอออนจะมีไอออนที่มีประจุตรงข้ามกันจำนวนหนึ่ง แนวคิดเรื่อง "โมเลกุล" สำหรับสารประกอบไอออนิก ไม่สมเหตุสมผลเลย.

ตัวอย่างการศึกษา

การก่อตัวของพันธะในโซเดียมคลอไรด์ (nacl) เกิดจากการถ่ายโอนอิเล็กตรอนจากอะตอม Na ไปยังอะตอม Cl เพื่อสร้างไอออนที่สอดคล้องกัน:

นา 0 - 1 อี = นา + (ไอออนบวก)

Cl 0 + 1 e = Cl - (แอนไอออน)

ในโซเดียมคลอไรด์ มีไอออนคลอรีนหกไอออนรอบๆ ไอออนบวกของโซเดียม และไอออนโซเดียมหกไอออนรอบๆ คลอไรด์ไอออนแต่ละตัว

เมื่อปฏิสัมพันธ์เกิดขึ้นระหว่างอะตอมในแบเรียมซัลไฟด์ กระบวนการต่อไปนี้จะเกิดขึ้น:

บา 0 - 2 อี = บา 2+

ส 0 + 2 อี = ส 2-

Ba บริจาคอิเล็กตรอนสองตัวให้กับกำมะถัน ส่งผลให้เกิดไอออนของซัลเฟอร์แอนไอออน S 2- และแบเรียมไอออนบวก Ba 2+

พันธะเคมีของโลหะ

จำนวนอิเล็กตรอนในระดับพลังงานภายนอกของโลหะมีน้อย พวกมันจะถูกแยกออกจากนิวเคลียสได้ง่าย จากการปลดออกนี้จะเกิดไอออนของโลหะและอิเล็กตรอนอิสระ อิเล็กตรอนเหล่านี้เรียกว่า "ก๊าซอิเล็กตรอน" อิเล็กตรอนเคลื่อนที่อย่างอิสระตลอดปริมาตรของโลหะ และถูกพันธะและแยกออกจากอะตอมอย่างต่อเนื่อง

โครงสร้างของสสารโลหะมีดังนี้: ตาข่ายคริสตัลเป็นโครงกระดูกของสารและอิเล็กตรอนสามารถเคลื่อนที่ระหว่างโหนดต่างๆ ได้อย่างอิสระ

สามารถยกตัวอย่างต่อไปนี้:

มก. - 2е<->มก. 2+

ซีเอส-อี<->ซีเอส+

แคลิฟอร์เนีย - 2e<->Ca2+

Fe-3e<->เฟ 3+

โควาเลนต์: มีขั้วและไม่มีขั้ว

ปฏิกิริยาทางเคมีประเภทที่พบบ่อยที่สุดคือพันธะโควาเลนต์ ค่าอิเลคโตรเนกาติวีตี้ขององค์ประกอบที่มีปฏิสัมพันธ์กันไม่แตกต่างกันมากนัก ดังนั้นจึงมีเพียงการเปลี่ยนแปลงของคู่อิเล็กตรอนทั่วไปไปเป็นอะตอมที่มีอิเล็กโตรเนกาติวิตี้มากขึ้นเท่านั้น

อันตรกิริยาของโควาเลนต์สามารถเกิดขึ้นได้จากกลไกการแลกเปลี่ยนหรือกลไกของผู้บริจาค-ผู้รับ

กลไกการแลกเปลี่ยนจะเกิดขึ้นได้หากแต่ละอะตอมมีอิเล็กตรอนที่ไม่ตรงกันในระดับอิเล็กทรอนิกส์ด้านนอก และการทับซ้อนกันของออร์บิทัลของอะตอมจะทำให้เกิดการปรากฏตัวของอิเล็กตรอนคู่ที่เป็นของอะตอมทั้งสองอยู่แล้ว เมื่ออะตอมตัวหนึ่งมีอิเล็กตรอนคู่หนึ่งอยู่ที่ระดับอิเล็กทรอนิกส์ด้านนอก และอีกอะตอมหนึ่งมีออร์บิทัลอิสระ จากนั้นเมื่อออร์บิทัลของอะตอมทับซ้อนกัน คู่อิเล็กตรอนจะถูกแบ่งปันและโต้ตอบกันตามกลไกของผู้บริจาคและตัวรับ

โควาเลนต์แบ่งตามหลายหลากเป็น:

• เรียบง่ายหรือเดี่ยว
• สองเท่า;
• สามเท่า

คู่ช่วยให้มั่นใจได้ว่ามีการแบ่งปันอิเล็กตรอนสองคู่ในคราวเดียวและสามคู่ - สามคู่

ตามการกระจายตัวของความหนาแน่นของอิเล็กตรอน (ขั้ว) ระหว่างอะตอมที่ถูกพันธะ พันธะโควาเลนต์แบ่งออกเป็น:

• ไม่ใช่ขั้ว;
• ขั้วโลก

พันธะไม่มีขั้วเกิดขึ้นจากอะตอมที่เหมือนกัน และพันธะขั้วเกิดขึ้นจากอิเล็กโทรเนกาติวีตี้ต่างกัน

ปฏิสัมพันธ์ของอะตอมที่มีอิเลคโตรเนกาติวีตี้คล้ายกันเรียกว่าพันธะไม่มีขั้ว อิเล็กตรอนคู่ร่วมในโมเลกุลดังกล่าวไม่ได้ถูกดึงดูดไปยังอะตอมใดอะตอมหนึ่ง แต่จะเท่ากันกับทั้งสองอะตอม

ปฏิสัมพันธ์ขององค์ประกอบที่มีอิเลคโตรเนกาติวีตี้ต่างกันทำให้เกิดพันธะขั้วโลก ในการโต้ตอบประเภทนี้ คู่อิเล็กตรอนที่ใช้ร่วมกันจะถูกดึงดูดไปยังองค์ประกอบที่มีอิเล็กโตรเนกาติตีมากกว่า แต่จะไม่ถูกถ่ายโอนไปยังองค์ประกอบนั้นอย่างสมบูรณ์ (นั่นคือ การก่อตัวของไอออนจะไม่เกิดขึ้น) จากผลของการเปลี่ยนแปลงความหนาแน่นของอิเล็กตรอน ประจุบางส่วนจึงปรากฏบนอะตอม โดยประจุไฟฟ้าที่มากกว่าจะมีประจุลบ และประจุไฟฟ้าที่น้อยกว่าจะมีประจุบวก

คุณสมบัติและลักษณะของโควาเลนซี

ลักษณะสำคัญของพันธะโควาเลนต์:

• ความยาวถูกกำหนดโดยระยะห่างระหว่างนิวเคลียสของอะตอมที่มีปฏิสัมพันธ์
• ขั้วถูกกำหนดโดยการกระจัดของเมฆอิเล็กตรอนไปยังอะตอมตัวใดตัวหนึ่ง
• ทิศทางเป็นคุณสมบัติของการสร้างพันธะในอวกาศและดังนั้นโมเลกุลที่มีรูปทรงเรขาคณิตบางอย่าง
• ความอิ่มตัวถูกกำหนดโดยความสามารถในการสร้างพันธะในจำนวนที่จำกัด
• ความสามารถในการโพลาไรซ์ถูกกำหนดโดยความสามารถในการเปลี่ยนขั้วภายใต้อิทธิพลของสนามไฟฟ้าภายนอก
• พลังงานที่จำเป็นในการทำลายพันธะจะเป็นตัวกำหนดความแข็งแกร่งของมัน

ตัวอย่างของปฏิกิริยาโควาเลนต์ที่ไม่มีขั้วอาจเป็นโมเลกุลของไฮโดรเจน (H2) คลอรีน (Cl2) ออกซิเจน (O2) ไนโตรเจน (N2) และอื่นๆ อีกมากมาย

H· + ·H → H-H โมเลกุลมีพันธะไม่มีขั้วเพียงพันธะเดียว

O: + :O → O=O โมเลกุลมีขั้วคู่

Ṅ: + Ṅ: → N≡N โมเลกุลไม่มีขั้วสามเท่า

ตัวอย่างของพันธะโควาเลนต์ขององค์ประกอบทางเคมี ได้แก่ โมเลกุลของคาร์บอนไดออกไซด์ (CO2) และคาร์บอนมอนอกไซด์ (CO) ไฮโดรเจนซัลไฟด์ (H2S) กรดไฮโดรคลอริก (HCL) น้ำ (H2O) มีเทน (CH4) ซัลเฟอร์ออกไซด์ (SO2) และ อื่น ๆ อีกมากมาย

ในโมเลกุล CO2 ความสัมพันธ์ระหว่างอะตอมของคาร์บอนและออกซิเจนนั้นมีขั้วโควาเลนต์ เนื่องจากไฮโดรเจนที่มีอิเลคโตรเนกาติตีมากกว่าจะดึงดูดความหนาแน่นของอิเล็กตรอน ออกซิเจนมีอิเล็กตรอนสองตัวที่ไม่ได้จับคู่อยู่ในเปลือกนอก ในขณะที่คาร์บอนสามารถให้เวเลนซ์อิเล็กตรอนได้สี่ตัวเพื่อสร้างอันตรกิริยากัน เป็นผลให้เกิดพันธะคู่ขึ้นและโมเลกุลมีลักษณะดังนี้: O=C=O

เพื่อกำหนดประเภทของพันธะในโมเลกุลใดโมเลกุลหนึ่ง ก็เพียงพอที่จะพิจารณาอะตอมที่เป็นส่วนประกอบ สารโลหะอย่างง่ายก่อพันธะโลหะ โลหะที่มีอโลหะก่อพันธะไอออนิก สารอโลหะอย่างง่ายก่อพันธะโควาเลนต์ไม่มีขั้ว และโมเลกุลที่ประกอบด้วยอโลหะต่างกันก่อตัวผ่านพันธะโควาเลนต์มีขั้ว

การก่อตัวของสารประกอบเคมีเกิดจากการเกิดพันธะเคมีระหว่างอะตอมในโมเลกุลและผลึก

พันธะเคมีคือการยึดเกาะกันของอะตอมในโมเลกุลและโครงตาข่ายคริสตัลอันเป็นผลมาจากการกระทำของแรงดึงดูดไฟฟ้าระหว่างอะตอม

พันธะโควาเลนต์

พันธะโควาเลนต์เกิดขึ้นเนื่องจากคู่อิเล็กตรอนที่ใช้ร่วมกันซึ่งเกิดขึ้นในเปลือกของอะตอมที่ถูกพันธะ ก็สามารถเกิดขึ้นได้จากอะตอมของธาตุชนิดเดียวกันแล้วนั่นเอง ไม่ใช่ขั้ว; ตัวอย่างเช่นพันธะโควาเลนต์นั้นมีอยู่ในโมเลกุลของก๊าซองค์ประกอบเดี่ยว H2, O2, N2, Cl2 เป็นต้น

พันธะโควาเลนต์สามารถเกิดขึ้นได้จากอะตอมของธาตุต่าง ๆ ที่มีลักษณะทางเคมีคล้ายคลึงกันนั่นเองค่ะ ขั้วโลก; ตัวอย่างเช่นพันธะโควาเลนต์นั้นมีอยู่ในโมเลกุล H2O, NF3, CO2 พันธะโควาเลนต์เกิดขึ้นระหว่างอะตอมของธาตุ

ลักษณะเชิงปริมาณของพันธะเคมี พลังงานแห่งการสื่อสาร ความยาวลิงค์. ขั้วของพันธะเคมี มุมบอนด์ ประจุที่มีประสิทธิผลต่ออะตอมในโมเลกุล โมเมนต์ไดโพลของพันธะเคมี โมเมนต์ไดโพลของโมเลกุลโพลีอะตอมมิก ปัจจัยที่กำหนดขนาดของโมเมนต์ไดโพลของโมเลกุลโพลีอะตอมมิก

ลักษณะของพันธะโควาเลนต์ . ลักษณะเชิงปริมาณที่สำคัญของพันธะโควาเลนต์คือพลังงานพันธะ ความยาว และโมเมนต์ไดโพล

พลังงานการสื่อสาร- พลังงานที่ปล่อยออกมาระหว่างการก่อตัวหรือจำเป็นสำหรับการแยกอะตอมที่มีพันธะสองอะตอมออกจากกัน พลังงานพันธะบ่งบอกถึงความแข็งแกร่งของมัน

ความยาวลิงค์- ระยะห่างระหว่างศูนย์กลางของอะตอมที่ถูกพันธะ ยิ่งความยาวสั้นเท่าใด พันธะเคมีก็จะยิ่งแข็งแรงเท่านั้น

โมเมนต์ไดโพลของการมีเพศสัมพันธ์(m) คือปริมาณเวกเตอร์ที่แสดงลักษณะขั้วของการเชื่อมต่อ

ความยาวของเวกเตอร์เท่ากับผลคูณของความยาวพันธะ l และประจุประสิทธิผล q ซึ่งอะตอมจะได้รับเมื่อความหนาแน่นของอิเล็กตรอนเปลี่ยนไป: | ม | = ล X คิว เวกเตอร์โมเมนต์ไดโพลถูกส่งจากประจุบวกไปยังประจุลบ โดยการบวกเวกเตอร์ของโมเมนต์ไดโพลของพันธะทั้งหมด จะได้โมเมนต์ไดโพลของโมเลกุล

ลักษณะของพันธบัตรได้รับผลกระทบจากความหลากหลาย:

พลังงานยึดเหนี่ยวจะเพิ่มขึ้นเป็นอนุกรม

ความยาวของการเชื่อมต่อจะเพิ่มขึ้นในลำดับย้อนกลับ

พลังงานการสื่อสาร(สำหรับสถานะที่กำหนดของระบบ) - ความแตกต่างระหว่างพลังงานของสถานะซึ่งส่วนต่าง ๆ ของระบบอยู่ห่างจากกันอย่างไม่มีที่สิ้นสุด และอยู่ในสถานะพักการใช้งานกับพลังงานทั้งหมดของสถานะที่ถูกผูกไว้ของระบบ ระบบ: ,

โดยที่ E คือพลังงานยึดเหนี่ยวของส่วนประกอบในระบบของส่วนประกอบ N (อนุภาค) Ei คือพลังงานรวมของส่วนประกอบ i-th ในสถานะไม่ผูกมัด (อนุภาคที่อยู่นิ่งซึ่งอยู่ไกลอย่างไม่มีที่สิ้นสุด) และ E คือพลังงานทั้งหมดขององค์ประกอบที่ถูกผูกไว้ ระบบ. สำหรับระบบที่ประกอบด้วยอนุภาคที่อยู่นิ่งซึ่งอยู่ห่างไกลอย่างไม่มีที่สิ้นสุด พลังงานยึดเหนี่ยวมักจะถือว่ามีค่าเท่ากับศูนย์ กล่าวคือ เมื่อเกิดสถานะที่ถูกผูกไว้ พลังงานจะถูกปล่อยออกมา พลังงานยึดเหนี่ยวเท่ากับงานขั้นต่ำที่ต้องใช้เพื่อสลายระบบให้เป็นอนุภาคที่เป็นส่วนประกอบ

มันบ่งบอกถึงความเสถียรของระบบ: ยิ่งพลังงานยึดเหนี่ยวสูงเท่าไร ระบบก็จะยิ่งมีเสถียรภาพมากขึ้นเท่านั้น สำหรับเวเลนซ์อิเล็กตรอน (อิเล็กตรอนของเปลือกอิเล็กตรอนชั้นนอก) ของอะตอมที่เป็นกลางในสถานะพื้น พลังงานที่ยึดเหนี่ยวจะเกิดขึ้นพร้อมกับพลังงานไอออไนเซชัน สำหรับไอออนลบ - ที่มีสัมพรรคภาพอิเล็กตรอน พลังงานพันธะเคมีของโมเลกุลไดอะตอมมิกสอดคล้องกับพลังงานของการแยกตัวด้วยความร้อน ซึ่งมีค่าประมาณหลายร้อยกิโลจูล/โมล พลังงานยึดเหนี่ยวของแฮดรอนในนิวเคลียสของอะตอมถูกกำหนดโดยปฏิกิริยารุนแรงเป็นหลัก สำหรับนิวเคลียสเบาจะอยู่ที่ประมาณ 0.8 MeV ต่อนิวคลีออน

ความยาวพันธะเคมี— ระยะห่างระหว่างนิวเคลียสของอะตอมที่มีพันธะเคมี ความยาวของพันธะเคมีเป็นปริมาณทางกายภาพที่สำคัญซึ่งกำหนดมิติทางเรขาคณิตของพันธะเคมีและขอบเขตในอวกาศ มีการใช้วิธีการต่างๆ เพื่อกำหนดความยาวของพันธะเคมี การเลี้ยวเบนของอิเล็กตรอนแบบแก๊ส คลื่นไมโครเวฟสเปกโทรสโกปี สเปกตรัมรามัน และสเปกตรัม IR ที่มีความละเอียดสูง ใช้ในการประมาณความยาวพันธะเคมีของโมเลกุลที่แยกเดี่ยวในเฟสไอ (ก๊าซ) เชื่อกันว่าความยาวของพันธะเคมีเป็นปริมาณสารเติมแต่งที่กำหนดโดยผลรวมของรัศมีโควาเลนต์ของอะตอมที่ประกอบเป็นพันธะเคมี

ขั้วของพันธะเคมี- ลักษณะของพันธะเคมีซึ่งแสดงการเปลี่ยนแปลงในการกระจายตัวของความหนาแน่นของอิเล็กตรอนในอวกาศรอบนิวเคลียสเมื่อเปรียบเทียบกับการกระจายตัวของความหนาแน่นของอิเล็กตรอนในอะตอมที่เป็นกลางซึ่งก่อให้เกิดพันธะนี้ เป็นไปได้ที่จะหาปริมาณขั้วของพันธะในโมเลกุล ความยากของการประเมินเชิงปริมาณที่แม่นยำคือขั้วของพันธะขึ้นอยู่กับปัจจัยหลายประการ ได้แก่ ขนาดของอะตอมและไอออนของโมเลกุลที่เชื่อมต่อกัน จากจำนวนและลักษณะของการเชื่อมต่อที่อะตอมที่เชื่อมต่อกันมีอยู่แล้วก่อนที่จะเกิดปฏิกิริยาโต้ตอบ ประเภทของโครงสร้างและแม้แต่ลักษณะของข้อบกพร่องในโครงผลึก การคำนวณประเภทนี้ทำได้หลายวิธี ซึ่งโดยทั่วไปแล้วจะให้ผลลัพธ์ (ค่า) ที่เหมือนกันโดยประมาณ

ตัวอย่างเช่น สำหรับ HCl ได้รับการพิสูจน์แล้วว่าแต่ละอะตอมในโมเลกุลนี้มีประจุเท่ากับ 0.17 ของประจุของอิเล็กตรอนทั้งหมด บนอะตอมไฮโดรเจนคือ +0.17 และบนอะตอมคลอรีน -0.17 สิ่งที่เรียกว่าประจุประสิทธิผลบนอะตอมมักถูกใช้เป็นการวัดเชิงปริมาณของขั้วของพันธะ ประจุที่มีประสิทธิผลหมายถึงความแตกต่างระหว่างประจุของอิเล็กตรอนที่อยู่ในพื้นที่บางส่วนของพื้นที่ใกล้นิวเคลียสและประจุของนิวเคลียส อย่างไรก็ตาม การวัดนี้มีความหมายแบบมีเงื่อนไขและโดยประมาณเท่านั้น (สัมพันธ์) เนื่องจากเป็นไปไม่ได้ที่จะระบุบริเวณในโมเลกุลที่เกี่ยวข้องกับอะตอมแต่ละอะตอมโดยเฉพาะและในกรณีของพันธะหลายพันธะกับพันธะจำเพาะนั้นเป็นไปไม่ได้

มุมบอนด์- มุมที่เกิดจากทิศทางของพันธะเคมี (โควาเลนต์) ที่เล็ดลอดออกมาจากอะตอมเดียว ความรู้เรื่องมุมพันธะเป็นสิ่งจำเป็นในการกำหนดเรขาคณิตของโมเลกุล มุมของพันธะขึ้นอยู่กับทั้งลักษณะเฉพาะของอะตอมที่ติดอยู่และการผสมข้ามพันธุ์ของวงโคจรอะตอมของอะตอมกลาง สำหรับโมเลกุลอย่างง่าย มุมพันธะสามารถคำนวณได้โดยใช้วิธีเคมีควอนตัม เช่นเดียวกับพารามิเตอร์ทางเรขาคณิตอื่นๆ ของโมเลกุล พวกมันถูกกำหนดโดยการทดลองจากค่าของโมเมนต์ความเฉื่อยของโมเลกุลที่ได้รับโดยการวิเคราะห์สเปกตรัมการหมุนของพวกมัน มุมพันธะของโมเลกุลที่ซับซ้อนถูกกำหนดโดยวิธีการวิเคราะห์โครงสร้างการเลี้ยวเบน

ประจุที่มีประสิทธิผลของอะตอม แสดงลักษณะความแตกต่างระหว่างจำนวนอิเล็กตรอนที่เป็นของอะตอมที่กำหนดในสารเคมี con. และจำนวนอิเล็กตรอนอิสระ อะตอม. สำหรับการประเมินของ E. z. ก. พวกเขาใช้แบบจำลองที่แสดงปริมาณที่กำหนดจากการทดลองเป็นฟังก์ชันของประจุที่ไม่สามารถโพลาไรซ์แบบจุดซึ่งแปลเป็นภาษาท้องถิ่นบนอะตอม ตัวอย่างเช่น โมเมนต์ไดโพลของโมเลกุลไดอะตอมมิกถือเป็นผลคูณของค่าอิเล็กตรอน ก. ไปจนถึงระยะห่างระหว่างอะตอม ภายในกรอบของโมเดลดังกล่าว E. z. ก. สามารถคำนวณได้โดยใช้ข้อมูลออปติคอล หรือเอ็กซ์เรย์สเปกโทรสโกปี

โมเมนต์ไดโพลของโมเลกุล

พันธะโควาเลนต์ในอุดมคติมีอยู่ในอนุภาคที่ประกอบด้วยอะตอมที่เหมือนกันเท่านั้น (H2, N2 ฯลฯ) หากพันธะเกิดขึ้นระหว่างอะตอมที่แตกต่างกัน ความหนาแน่นของอิเล็กตรอนจะเปลี่ยนไปที่นิวเคลียสของอะตอมตัวใดตัวหนึ่ง นั่นคือ โพลาไรเซชันของพันธะจะเกิดขึ้น ขั้วของพันธะมีลักษณะเฉพาะคือโมเมนต์ไดโพล

โมเมนต์ไดโพลของโมเลกุลเท่ากับผลรวมเวกเตอร์ของโมเมนต์ไดโพลของพันธะเคมี หากพันธะขั้วโลกถูกจัดเรียงอย่างสมมาตรในโมเลกุล ประจุบวกและประจุลบจะหักล้างกัน และโมเลกุลโดยรวมจะไม่มีขั้ว สิ่งนี้เกิดขึ้นกับโมเลกุลของคาร์บอนไดออกไซด์ โมเลกุลโพลีอะตอมมิกที่มีการจัดเรียงพันธะขั้วโลกไม่สมมาตรโดยทั่วไปมักมีขั้ว สิ่งนี้ใช้โดยเฉพาะกับโมเลกุลของน้ำ

โมเมนต์ไดโพลที่เกิดขึ้นของโมเลกุลอาจได้รับผลกระทบจากอิเล็กตรอนคู่เดียว ดังนั้นโมเลกุลของ NH3 และ NF3 จึงมีรูปทรงจัตุรมุข (โดยคำนึงถึงอิเล็กตรอนคู่เดียว) องศาของความเป็นไอออนของพันธะไนโตรเจน-ไฮโดรเจน และไนโตรเจน-ฟลูออรีนคือ 15 และ 19% ตามลำดับ และความยาวของพันธะคือ 101 และ 137 pm ตามลำดับ จากข้อมูลนี้ เราสามารถสรุปได้ว่า NF3 มีโมเมนต์ไดโพลที่ใหญ่กว่า อย่างไรก็ตาม การทดลองแสดงให้เห็นสิ่งที่ตรงกันข้าม เพื่อให้ทำนายโมเมนต์ไดโพลได้แม่นยำมากขึ้น ควรคำนึงถึงทิศทางของโมเมนต์ไดโพลคู่โดดเดี่ยว (รูปที่ 29)

แนวคิดเรื่องการผสมข้ามพันธุ์ของออร์บิทัลของอะตอมและโครงสร้างเชิงพื้นที่ของโมเลกุลและไอออน คุณสมบัติของการกระจายความหนาแน่นของอิเล็กตรอนของออร์บิทัลลูกผสม ประเภทหลักของการผสมพันธุ์: sp, sp2, sp3, dsp2, sp3d, sp3d2 การผสมพันธุ์ที่เกี่ยวข้องกับคู่อิเล็กตรอนเดี่ยว

การผสมพันธุ์ของออร์บิทัลอะตอม

เพื่ออธิบายโครงสร้างของโมเลกุลบางชนิด วิธี BC ใช้แบบจำลองการผสมเทียมของวงโคจรของอะตอม (AO) สำหรับองค์ประกอบบางอย่าง (เบริลเลียม โบรอน คาร์บอน) ทั้งอิเล็กตรอนและพีอิเล็กตรอนมีส่วนร่วมในการก่อตัวของพันธะโควาเลนต์ อิเล็กตรอนเหล่านี้ตั้งอยู่บน AO ซึ่งมีรูปร่างและพลังงานต่างกัน อย่างไรก็ตามสิ่งนี้ การเชื่อมต่อที่เกิดขึ้นจากการมีส่วนร่วมกลับกลายเป็นว่ามีคุณค่าเท่ากันและตั้งอยู่อย่างสมมาตร

ตัวอย่างเช่น ในโมเลกุล BeC12, BC13 และ CC14 มุมพันธะ C1-E-C1 คือ 180, 120 และ 109.28 o ค่าและพลังงานของความยาวพันธะ E-C1 จะเท่ากันสำหรับแต่ละโมเลกุลเหล่านี้ หลักการของการผสมข้ามวงโคจรคือ AO ดั้งเดิมที่มีรูปร่างและพลังงานต่างกัน เมื่อผสมกัน จะให้วงโคจรใหม่ที่มีรูปร่างและพลังงานเท่ากัน ประเภทของการผสมข้ามพันธุ์ของอะตอมกลางจะกำหนดรูปทรงเรขาคณิตของโมเลกุลหรือไอออนที่เกิดขึ้นจากอะตอมนั้น

ให้เราพิจารณาโครงสร้างของโมเลกุลจากมุมมองของการผสมข้ามพันธุ์ของออร์บิทัลของอะตอม

รูปร่างเชิงพื้นที่ของโมเลกุล.

สูตรของลูอิสบอกอะไรมากมายเกี่ยวกับโครงสร้างอิเล็กทรอนิกส์และความเสถียรของโมเลกุล แต่จนถึงขณะนี้สูตรเหล่านี้ไม่สามารถพูดอะไรเกี่ยวกับโครงสร้างเชิงพื้นที่ได้ ในทฤษฎีพันธะเคมี มีวิธีที่ดีสองวิธีในการอธิบายและทำนายเรขาคณิตของโมเลกุล พวกเขาเห็นด้วยกับแต่ละอื่น ๆ เป็นอย่างดี แนวทางแรกเรียกว่าทฤษฎีเวเลนซ์อิเล็กตรอนคู่ผลักกัน (VEP) แม้ว่าชื่อจะ "น่ากลัว" แต่สาระสำคัญของแนวทางนี้เรียบง่ายและชัดเจนมาก พันธะเคมีและคู่อิเล็กตรอนเดี่ยวในโมเลกุลมีแนวโน้มที่จะอยู่ห่างจากกันมากที่สุดเท่าที่จะเป็นไปได้ ให้เราอธิบายด้วยตัวอย่างที่เฉพาะเจาะจง มีพันธะ Be-Cl สองพันธะในโมเลกุล BeCl2 รูปร่างของโมเลกุลนี้ควรอยู่ในตำแหน่งที่พันธะทั้งสองนี้และอะตอมของคลอรีนที่ปลายทั้งสองอยู่ห่างจากกันมากที่สุด:

สิ่งนี้เป็นไปได้เฉพาะกับรูปแบบเชิงเส้นของโมเลกุล เมื่อมุมระหว่างพันธะ (มุม ClBeCl) คือ 180°

อีกตัวอย่างหนึ่ง: โมเลกุล BF3 มีพันธะ B-F 3 ตัว พวกมันอยู่ห่างจากกันมากที่สุดและโมเลกุลมีรูปร่างเป็นรูปสามเหลี่ยมแบน โดยที่มุมทั้งหมดระหว่างพันธะ (มุม FBF) มีค่าเท่ากับ 120 o:

การผสมพันธุ์ของออร์บิทัลของอะตอม

การผสมพันธุ์ไม่เพียงเกี่ยวข้องกับพันธะอิเล็กตรอนเท่านั้น แต่ยังรวมถึง คู่อิเล็กตรอนโดดเดี่ยว - ตัวอย่างเช่น โมเลกุลของน้ำประกอบด้วยพันธะเคมีโควาเลนต์ 2 พันธะระหว่างอะตอมออกซิเจนและไฮโดรเจน 2 อะตอม (รูปที่ 21)

นอกจากอิเล็กตรอนสองคู่ที่ใช้ร่วมกันกับอะตอมไฮโดรเจนแล้ว อะตอมออกซิเจนยังมีอิเล็กตรอนด้านนอกอีกสองคู่ที่ไม่มีส่วนร่วมในการสร้างพันธะ ( คู่อิเล็กตรอนโดดเดี่ยว) อิเล็กตรอนทั้งสี่คู่ครอบครองพื้นที่เฉพาะในอวกาศรอบอะตอมออกซิเจน เนื่องจากอิเล็กตรอนผลักกัน เมฆอิเล็กตรอนจึงอยู่ห่างจากกันมากที่สุด ในกรณีนี้ เนื่องจากผลของการผสมพันธุ์ รูปร่างของออร์บิทัลของอะตอมจึงเปลี่ยนไป พวกมันจะยาวขึ้นและมุ่งตรงไปยังจุดยอดของจัตุรมุข ดังนั้นโมเลกุลของน้ำจึงมีรูปร่างเป็นมุม และมุมระหว่างพันธะออกซิเจน-ไฮโดรเจนคือ 104.5 o

รูปร่างของโมเลกุลและไอออนประเภท AB2, AB3, AB4, AB5, AB6 d-AO เกี่ยวข้องกับการก่อตัวของพันธะ σ ในโมเลกุลสี่เหลี่ยมจัตุรัสแบน ในโมเลกุลแปดด้าน และในโมเลกุลที่สร้างขึ้นในรูปแบบของปิรามิดแบบตรีโกณมิติ อิทธิพลของการผลักกันของคู่อิเล็กตรอนต่อการกำหนดค่าเชิงพื้นที่ของโมเลกุล (แนวคิดของการมีส่วนร่วมของคู่อิเล็กตรอนเดี่ยวของ KNEP)

รูปร่างของโมเลกุลและไอออนประเภท AB2, AB3, AB4, AB5, AB6- การผสมข้ามพันธุ์ AO แต่ละประเภทสอดคล้องกับรูปทรงเรขาคณิตที่กำหนดไว้อย่างเคร่งครัด ซึ่งได้รับการยืนยันจากการทดลอง พื้นฐานของมันถูกสร้างขึ้นโดยพันธะ σ ที่เกิดจากออร์บิทัลลูกผสม; คู่อิเล็กตรอนที่ถูกแยกส่วน (ในกรณีของพันธะหลายพันธะ) จะเคลื่อนที่ในสนามไฟฟ้าสถิต (ตารางที่ 5.3) sp การผสมพันธุ์- การผสมพันธุ์ประเภทนี้เกิดขึ้นเมื่ออะตอมสร้างพันธะสองตัวเนื่องจากอิเล็กตรอนที่อยู่ในออร์บิทัล s และ p และมีพลังงานใกล้เคียงกัน การผสมพันธุ์ประเภทนี้เป็นลักษณะของโมเลกุลประเภท AB2 (รูปที่ 5.4) ตัวอย่างของโมเลกุลและไอออนดังกล่าวแสดงไว้ในตาราง 5.3 (รูปที่ 5.4)

ตารางที่ 5.3

รูปทรงเรขาคณิตของโมเลกุล

E - คู่อิเล็กตรอนโดดเดี่ยว

โครงสร้างของโมเลกุล BeCl2 อะตอมของเบริลเลียมในสถานะปกติจะมีเอสอิเล็กตรอนสองตัวที่จับคู่กันในชั้นนอก จากการกระตุ้น อิเล็กตรอนตัวหนึ่งจะเข้าสู่สถานะ p - อิเล็กตรอนสองตัวที่ไม่ได้จับคู่ปรากฏขึ้น ซึ่งมีรูปร่างและพลังงานของวงโคจรต่างกัน เมื่อเกิดพันธะเคมี พวกมันจะถูกแปลงเป็นวงโคจร sp-hybrid ที่เหมือนกัน 2 วง โดยทำมุม 180 องศาซึ่งกันและกัน

Be 2s2 Be 2s1 2p1 - สถานะของอะตอมที่ตื่นเต้น

ข้าว. 5.4. การจัดเรียงเชิงพื้นที่ของเมฆ sp-hybrid

ปฏิสัมพันธ์ระหว่างโมเลกุลประเภทหลัก สารมีสถานะควบแน่น ปัจจัยที่กำหนดพลังงานของปฏิกิริยาระหว่างโมเลกุล พันธะไฮโดรเจน ลักษณะของพันธะไฮโดรเจน ลักษณะเชิงปริมาณของพันธะไฮโดรเจน พันธะไฮโดรเจนระหว่างและภายในโมเลกุล

ปฏิสัมพันธ์ระหว่างโมเลกุล- ปฏิสัมพันธ์ โมเลกุลระหว่างกันโดยไม่ทำให้เกิดการแตกหรือเกิดสารเคมีใหม่ การเชื่อมต่อ เอ็มวี กำหนดความแตกต่างระหว่างก๊าซจริงและก๊าซในอุดมคติ การมีอยู่ของของเหลวและโมล คริสตัล จาก M.v. ขึ้นอยู่กับพหูพจน์ โครงสร้าง สเปกตรัม อุณหพลศาสตร์ และนักบุญอื่นๆ การเกิดขึ้นของแนวคิดของ M.v. มีความเกี่ยวข้องกับชื่อของ Van der Waals ซึ่งในปี พ.ศ. 2416 ได้เสนอระดับสถานะที่คำนึงถึงแมกนีเซียมของสสารเพื่ออธิบายคุณสมบัติของก๊าซและของเหลวจริง ดังนั้นพลังของ M.v. มักเรียกว่าฟาน เดอร์ วาลส์

พื้นฐานของศตวรรษที่ M.ก่อให้เกิดปฏิสัมพันธ์ระหว่างพลังคูลอมบ์ ระหว่างอิเล็กตรอนและนิวเคลียสของโมเลกุลหนึ่งกับนิวเคลียสและอิเล็กตรอนของอีกโมเลกุลหนึ่ง ในคุณสมบัติที่กำหนดโดยการทดลองของสารนั้นจะมีปฏิสัมพันธ์โดยเฉลี่ยซึ่งขึ้นอยู่กับระยะห่าง R ระหว่างโมเลกุลการวางแนวร่วมกันโครงสร้างและคุณสมบัติทางกายภาพ ลักษณะเฉพาะ (โมเมนต์ไดโพล ความสามารถในการโพลาไรซ์ ฯลฯ) ที่ R ขนาดใหญ่ซึ่งเกินขนาดเชิงเส้นของโมเลกุลอย่างมีนัยสำคัญซึ่งเป็นผลมาจากการที่เปลือกอิเล็กตรอนของโมเลกุลไม่ทับซ้อนกันกองกำลังของ M.V. สามารถแบ่งออกได้เป็นสามประเภทอย่างสมเหตุสมผล - ไฟฟ้าสถิต, โพลาไรเซชัน (เหนี่ยวนำ) และกระจายตัว แรงไฟฟ้าสถิตบางครั้งเรียกว่าแรงแบบตะวันออก แต่สิ่งนี้ไม่ถูกต้อง เนื่องจากการวางแนวร่วมกันของโมเลกุลสามารถกำหนดได้ด้วยโพลาไรเซชัน แรงหากโมเลกุลเป็นแบบแอนไอโซโทรปิก

ที่ระยะห่างระหว่างโมเลกุลเล็กน้อย (R ~ l) ให้แยกแยะระหว่างโมเลกุลแต่ละประเภท สามารถประมาณได้เท่านั้นและนอกเหนือจากประเภทที่มีชื่อสามประเภทแล้วยังมีอีกสองประเภทที่มีความโดดเด่นซึ่งเกี่ยวข้องกับการทับซ้อนกันของเปลือกอิเล็กทรอนิกส์ - การแลกเปลี่ยนปฏิสัมพันธ์และการโต้ตอบเนื่องจากการถ่ายโอนประจุอิเล็กตรอน แม้จะมีแบบแผนบางอย่าง แต่การแบ่งแยกในแต่ละกรณีทำให้สามารถอธิบายธรรมชาติของศตวรรษที่ M. ได้ และคำนวณพลังงานของมัน

โครงสร้างของสสารในสถานะควบแน่น

ขึ้นอยู่กับระยะห่างระหว่างอนุภาคที่ประกอบเป็นสาร และธรรมชาติและพลังงานของอันตรกิริยาระหว่างอนุภาคเหล่านั้น สารสามารถอยู่ในสถานะการรวมกลุ่มหนึ่งในสามสถานะ ได้แก่ ของแข็ง ของเหลว และก๊าซ

ที่อุณหภูมิต่ำเพียงพอ สารจะอยู่ในสถานะของแข็ง ระยะห่างระหว่างอนุภาคของสารที่เป็นผลึกนั้นขึ้นอยู่กับขนาดของอนุภาคเอง พลังงานศักย์เฉลี่ยของอนุภาคมีค่ามากกว่าพลังงานจลน์เฉลี่ย การเคลื่อนที่ของอนุภาคที่ประกอบเป็นผลึกนั้นมีจำกัดมาก แรงที่กระทำระหว่างอนุภาคทำให้พวกมันอยู่ในตำแหน่งสมดุลที่ใกล้เคียงกัน สิ่งนี้อธิบายถึงการมีอยู่ของวัตถุที่เป็นผลึกซึ่งมีรูปร่างและปริมาตรเป็นของตัวเอง และมีความต้านทานแรงเฉือนสูง

เมื่อหลอมละลาย ของแข็งจะกลายเป็นของเหลว ในโครงสร้าง สารของเหลวแตกต่างจากสารที่เป็นผลึกตรงที่อนุภาคบางชนิดไม่ได้อยู่ห่างจากกันเหมือนในผลึก ดังนั้น โมเลกุลบางตัวจะอยู่ห่างจากกันในระยะทางที่กว้างใหญ่ พลังงานจลน์เฉลี่ยของอนุภาคสำหรับสารในสถานะของเหลวมีค่าเท่ากับพลังงานศักย์เฉลี่ยโดยประมาณ

สถานะของแข็งและของเหลวมักรวมกันภายใต้สถานะควบแน่นทั่วไป

ประเภทของอันตรกิริยาระหว่างโมเลกุล พันธะไฮโดรเจนภายในโมเลกุลเรียกว่าพันธบัตรในรูปแบบที่ไม่เกิดการปรับโครงสร้างของเปลือกอิเล็กทรอนิกส์ ปฏิสัมพันธ์ระหว่างโมเลกุล - ปฏิกิริยาระหว่างโมเลกุลประเภทหลัก ได้แก่ แรงแวนเดอร์วาลส์ พันธะไฮโดรเจน และปฏิกิริยาระหว่างผู้บริจาคกับผู้รับ

เมื่อโมเลกุลมารวมกัน แรงดึงดูดจะปรากฏขึ้น ซึ่งทำให้เกิดการควบแน่นของสสาร (ของเหลว ของแข็งที่มีโครงผลึกโมเลกุล) แรงที่ส่งเสริมแรงดึงดูดของโมเลกุลเรียกว่าแรงแวนเดอร์วาลส์

มีลักษณะเป็นสามประเภท ปฏิสัมพันธ์ระหว่างโมเลกุล :

ก) ปฏิสัมพันธ์เชิงทิศทางซึ่งแสดงออกมาระหว่างโมเลกุลเชิงขั้วซึ่งมีแนวโน้มที่จะครอบครองตำแหน่งที่ไดโพลของพวกมันจะเผชิญหน้ากันด้วยขั้วตรงข้าม และโมเมนต์เวกเตอร์ของไดโพลเหล่านี้จะถูกวางตัวตามแนวเส้นตรงเดียวกัน (เรียกอีกอย่างหนึ่งว่า ปฏิสัมพันธ์ระหว่างไดโพล-ไดโพล );

b) การเหนี่ยวนำซึ่งเกิดขึ้นระหว่างไดโพลเหนี่ยวนำสาเหตุของการก่อตัวของซึ่งเป็นโพลาไรเซชันร่วมกันของอะตอมของโมเลกุลทั้งสองที่เข้าใกล้

c) การกระจายตัวซึ่งเกิดขึ้นอันเป็นผลมาจากปฏิสัมพันธ์ของไมโครไดโพลที่เกิดขึ้นเนื่องจากการกระจัดของประจุบวกและลบในโมเลกุลทันทีระหว่างการเคลื่อนที่ของอิเล็กตรอนและการสั่นสะเทือนของนิวเคลียส

แรงกระจายกระทำระหว่างอนุภาคใดๆ ปฏิกิริยาระหว่างทิศทางและการเหนี่ยวนำจะไม่เกิดขึ้นกับอนุภาคของสารหลายชนิด เช่น He, Ar, H2, N2, CH4 สำหรับโมเลกุล NH3 อันตรกิริยาของการกระจายคิดเป็น 50% อันตรกิริยาการวางตัวคิดเป็น 44.6% และอันตรกิริยาการเหนี่ยวนำคิดเป็น 5.4% พลังงานขั้วโลกของแรงดึงดูดของฟาน เดอร์ วาลส์มีลักษณะเฉพาะด้วยค่าที่ต่ำ ดังนั้น สำหรับน้ำแข็งจะมีค่าเท่ากับ 11 กิโลจูล/โมล กล่าวคือ พลังงานพันธะโควาเลนต์ H-O 2.4% (456 กิโลจูล/โมล) แรงดึงดูดของ Vander Waals คือปฏิกิริยาทางกายภาพ

พันธะไฮโดรเจนเป็นพันธะเคมีกายภาพระหว่างไฮโดรเจนของโมเลกุลหนึ่งกับองค์ประกอบ EO ของอีกโมเลกุลหนึ่ง การก่อตัวของพันธะไฮโดรเจนอธิบายได้จากข้อเท็จจริงที่ว่าในโมเลกุลหรือกลุ่มที่มีขั้ว อะตอมไฮโดรเจนที่มีโพลาไรซ์มีคุณสมบัติพิเศษ: การไม่มีเปลือกอิเล็กตรอนภายใน การเปลี่ยนแปลงที่สำคัญของคู่อิเล็กตรอนไปเป็นอะตอมที่มี EO สูงและมีขนาดเล็กมาก ดังนั้นไฮโดรเจนจึงสามารถเจาะลึกเข้าไปในเปลือกอิเล็กตรอนของอะตอมที่มีขั้วลบที่อยู่ใกล้เคียงได้ ตามข้อมูลสเปกตรัมที่แสดง ปฏิสัมพันธ์ระหว่างผู้บริจาคและผู้รับของอะตอม EO ในฐานะผู้บริจาค และอะตอมไฮโดรเจนในฐานะผู้รับ ยังมีบทบาทสำคัญในการก่อตัวของพันธะไฮโดรเจนอีกด้วย พันธะไฮโดรเจนสามารถทำได้ ระหว่างโมเลกุล หรือ ภายในโมเลกุล

พันธะไฮโดรเจนสามารถเกิดขึ้นได้ทั้งระหว่างโมเลกุลที่แตกต่างกันและภายในโมเลกุลหากโมเลกุลนี้มีกลุ่มที่มีความสามารถของผู้บริจาคและผู้ยอมรับ ดังนั้นจึงเป็นพันธะไฮโดรเจนภายในโมเลกุลที่มีบทบาทสำคัญในการก่อตัวของโซ่เปปไทด์ซึ่งกำหนดโครงสร้างของโปรตีน ตัวอย่างที่มีชื่อเสียงที่สุดประการหนึ่งเกี่ยวกับอิทธิพลของพันธะไฮโดรเจนภายในโมเลกุลต่อโครงสร้างคือกรดดีออกซีไรโบนิวคลีอิก (DNA) โมเลกุล DNA ถูกพับเป็นเกลียวคู่ เกลียวคู่ทั้งสองเส้นนี้เชื่อมโยงถึงกันด้วยพันธะไฮโดรเจน พันธะไฮโดรเจนมีลักษณะเป็นสื่อกลางระหว่างวาเลนซ์และปฏิกิริยาระหว่างโมเลกุล มีความเกี่ยวข้องกับคุณสมบัติเฉพาะของอะตอมไฮโดรเจนที่มีโพลาไรซ์ ขนาดที่เล็ก และการไม่มีชั้นอิเล็กทรอนิกส์

พันธะไฮโดรเจนระหว่างโมเลกุลและภายในโมเลกุล

พันธะไฮโดรเจนพบได้ในสารประกอบเคมีหลายชนิด ตามกฎแล้วพวกมันเกิดขึ้นระหว่างอะตอมของฟลูออรีนไนโตรเจนและออกซิเจน (องค์ประกอบที่มีอิเลคโตรเนกาติตีมากที่สุด) น้อยกว่า - โดยมีส่วนร่วมของอะตอมของคลอรีน, ซัลเฟอร์และอโลหะอื่น ๆ พันธะไฮโดรเจนที่รุนแรงเกิดขึ้นในสารของเหลว เช่น น้ำ ไฮโดรเจนฟลูออไรด์ กรดอนินทรีย์ที่มีออกซิเจน กรดคาร์บอกซิลิก ฟีนอล แอลกอฮอล์ แอมโมเนีย และเอมีน ในระหว่างการตกผลึก พันธะไฮโดรเจนในสารเหล่านี้มักจะถูกเก็บรักษาไว้ ดังนั้นโครงสร้างผลึกจึงอยู่ในรูปของโซ่ (เมทานอล) ชั้นสองมิติแบน (กรดบอริก) หรือโครงข่ายสามมิติเชิงพื้นที่ (น้ำแข็ง)

ถ้าพันธะไฮโดรเจนรวมส่วนของโมเลกุลหนึ่งเข้าด้วยกัน เราก็จะพูดถึง ภายในโมเลกุล พันธะไฮโดรเจน โดยเฉพาะอย่างยิ่งสำหรับสารประกอบอินทรีย์หลายชนิด (รูปที่ 42) หากพันธะไฮโดรเจนเกิดขึ้นระหว่างอะตอมไฮโดรเจนของโมเลกุลหนึ่งกับอะตอมที่ไม่ใช่โลหะของอีกโมเลกุลหนึ่ง (พันธะไฮโดรเจนระหว่างโมเลกุล) จากนั้นโมเลกุลจะเกิดเป็นคู่, โซ่, วงแหวนที่ค่อนข้างแข็งแกร่ง ดังนั้นกรดฟอร์มิกจึงมีอยู่ในรูปของไดเมอร์ทั้งในสถานะของเหลวและก๊าซ:

และก๊าซไฮโดรเจนฟลูออไรด์ประกอบด้วยโมเลกุลโพลีเมอร์ที่มีอนุภาค HF มากถึงสี่อนุภาค พันธะที่แข็งแกร่งระหว่างโมเลกุลสามารถพบได้ในน้ำ แอมโมเนียเหลว และแอลกอฮอล์ คาร์โบไฮเดรต โปรตีน และกรดนิวคลีอิกทั้งหมดมีอะตอมของออกซิเจนและไนโตรเจนที่จำเป็นสำหรับการสร้างพันธะไฮโดรเจน ตัวอย่างเช่น เป็นที่ทราบกันว่ากลูโคส ฟรุกโตส และซูโครสละลายในน้ำได้สูง บทบาทสำคัญในเรื่องนี้แสดงโดยพันธะไฮโดรเจนที่เกิดขึ้นในสารละลายระหว่างโมเลกุลของน้ำกับกลุ่มคาร์โบไฮเดรต OH จำนวนมาก

กฎหมายเป็นระยะ การกำหนดกฎหมายเป็นระยะสมัยใหม่ ตารางธาตุขององค์ประกอบทางเคมีเป็นภาพกราฟิกของกฎหมายธาตุ ตารางธาตุเวอร์ชันทันสมัย คุณสมบัติของการเติมออร์บิทัลของอะตอมด้วยอิเล็กตรอนและการก่อตัวของคาบ s-, p-, d-, f- องค์ประกอบและการจัดเรียงในตารางธาตุ กลุ่ม, ช่วงเวลา กลุ่มย่อยหลักและรอง ขอบเขตของระบบคาบ

การค้นพบกฎเป็นระยะ

กฎพื้นฐานของเคมี - กฎธาตุถูกค้นพบโดย D.I. Mendeleev ในปี 1869 เป็นช่วงเวลาที่อะตอมถูกพิจารณาว่าแบ่งแยกไม่ได้ และไม่มีใครรู้เกี่ยวกับโครงสร้างภายในของมัน พื้นฐานของกฎหมายเป็นระยะ D.I. เมนเดเลเยฟได้วางมวลอะตอม (เดิมคือน้ำหนักอะตอม) และคุณสมบัติทางเคมีของธาตุต่างๆ

โดยจัดธาตุ 63 ธาตุที่รู้จักในขณะนั้นเพื่อเพิ่มมวลอะตอม D.I. Mendeleev ได้รับชุดองค์ประกอบทางเคมีตามธรรมชาติ (โดยธรรมชาติ) ซึ่งเขาค้นพบความสามารถในการทำซ้ำของคุณสมบัติทางเคมีเป็นระยะ

ตัวอย่างเช่น คุณสมบัติของโลหะลิเธียม Li ทั่วไปถูกทำซ้ำในองค์ประกอบโซเดียม Na และโพแทสเซียม K คุณสมบัติของฟลูออรีน F ที่ไม่ใช่โลหะทั่วไปถูกทำซ้ำในองค์ประกอบคลอรีน Cl, โบรมีน Br, ไอโอดีน I

องค์ประกอบบางอย่างมี D.I. Mendeleev ไม่ได้ค้นพบสารอะนาล็อกทางเคมี (เช่น อลูมิเนียม Al และซิลิคอน Si) เนื่องจากในขณะนั้นยังไม่ทราบสารอะนาล็อกดังกล่าว สำหรับพวกเขา เขาทิ้งช่องว่างไว้ในอนุกรมธรรมชาติและทำนายคุณสมบัติทางเคมีของพวกมันตามการทำซ้ำเป็นระยะ หลังจากการค้นพบองค์ประกอบที่เกี่ยวข้อง (อะนาล็อกของอลูมิเนียม - แกลเลียม Ga, อะนาล็อกของซิลิคอน - เจอร์เมเนียม Ge ฯลฯ ) การคาดการณ์ของ D.I. Mendeleev ได้รับการยืนยันอย่างสมบูรณ์

หัวข้อของตัวประมวลผลการตรวจสอบ Unified State: พันธะเคมีโควาเลนต์ พันธุ์และกลไกการก่อตัว ลักษณะของพันธะโควาเลนต์ (ขั้วและพลังงานพันธะ) พันธะไอออนิก การเชื่อมต่อโลหะ พันธะไฮโดรเจน

พันธะเคมีภายในโมเลกุล

ก่อนอื่น เรามาดูพันธะที่เกิดขึ้นระหว่างอนุภาคภายในโมเลกุลกันก่อน การเชื่อมต่อดังกล่าวเรียกว่า ภายในโมเลกุล.

พันธะเคมี ระหว่างอะตอมขององค์ประกอบทางเคมีมีลักษณะเป็นไฟฟ้าสถิตและเกิดขึ้นเนื่องจาก ปฏิสัมพันธ์ของอิเล็กตรอนภายนอก (วาเลนซ์)มากหรือน้อยเพียงใด ถูกยึดโดยนิวเคลียสที่มีประจุบวกอะตอมที่ถูกพันธะ

แนวคิดหลักที่นี่คือ ไฟฟ้า. นี่คือสิ่งที่กำหนดประเภทของพันธะเคมีระหว่างอะตอมและคุณสมบัติของพันธะนี้

คือความสามารถของอะตอมในการดึงดูด (ค้าง) ภายนอก(วาเลนซ์) อิเล็กตรอน- อิเลคโตรเนกาติวีตี้ถูกกำหนดโดยระดับแรงดึงดูดของอิเล็กตรอนชั้นนอกที่มีต่อนิวเคลียส และขึ้นอยู่กับรัศมีของอะตอมและประจุของนิวเคลียสเป็นหลัก

อิเลคโตรเนกาติวีตี้เป็นเรื่องยากที่จะระบุได้อย่างชัดเจน L. Pauling รวบรวมตารางอิเลคโตรเนกาติวิตีสัมพัทธ์ (ขึ้นอยู่กับพลังงานพันธะของโมเลกุลไดอะตอมมิก) องค์ประกอบที่มีอิเล็กโทรเนกาติตีมากที่สุดคือ ฟลูออรีนด้วยความหมาย 4 .

สิ่งสำคัญคือต้องทราบว่าในแหล่งต่างๆ คุณสามารถค้นหาสเกลและตารางค่าอิเลคโตรเนกาติวีตี้ที่แตกต่างกันได้ สิ่งนี้ไม่ควรตื่นตระหนกเนื่องจากการก่อตัวของพันธะเคมีมีบทบาท อะตอม และมีค่าเท่ากันในทุกระบบ

หากอะตอมหนึ่งในพันธะเคมี A:B ดึงดูดอิเล็กตรอนแรงกว่า คู่อิเล็กตรอนจะเคลื่อนที่เข้าหาอะตอมนั้น ยิ่งมาก. ความแตกต่างของอิเลคโตรเนกาติวีตี้อะตอม ยิ่งคู่อิเล็กตรอนเคลื่อนที่มากขึ้น

หากอิเลคโตรเนกาติวิตีของอะตอมที่มีปฏิสัมพันธ์เท่ากันหรือเท่ากันโดยประมาณ: อีโอ(เอ) µ อีโอ(บี)ดังนั้นคู่อิเล็กตรอนทั่วไปจะไม่เลื่อนไปที่อะตอมใดๆ: ตอบ: บี- การเชื่อมต่อนี้เรียกว่า โควาเลนต์ไม่มีขั้ว

หากอิเล็กโตรเนกาติวีตี้ของอะตอมที่มีปฏิสัมพันธ์แตกต่างกัน แต่ไม่มาก (ความแตกต่างของอิเล็กโทรเนกาติวีตี้จะอยู่ที่ประมาณ 0.4 ถึง 2: 0,4<ΔЭО<2 ) จากนั้นคู่อิเล็กตรอนจะถูกแทนที่ด้วยอะตอมตัวใดตัวหนึ่ง การเชื่อมต่อนี้เรียกว่า ขั้วโลกโควาเลนต์ .

หากอิเล็กโตรเนกาติวีตี้ของอะตอมที่มีปฏิสัมพันธ์แตกต่างกันอย่างมีนัยสำคัญ (ความแตกต่างของอิเล็กโทรเนกาติวีตี้มากกว่า 2: ΔEO>2) จากนั้นอิเล็กตรอนตัวหนึ่งจะถูกถ่ายโอนไปยังอะตอมอื่นเกือบทั้งหมดโดยมีการก่อตัว ไอออน- การเชื่อมต่อนี้เรียกว่า อิออน.

พันธะเคมีประเภทพื้นฐาน − โควาเลนต์, อิออนและ โลหะการสื่อสาร มาดูพวกเขากันดีกว่า

พันธะเคมีโควาเลนต์

พันธะโควาเลนต์ – มันคือพันธะเคมี , เกิดขึ้นเนื่องจาก การเกิดคู่อิเล็กตรอนร่วม A:B - ยิ่งกว่านั้นอีกสองอะตอม ทับซ้อนกันออร์บิทัลของอะตอม พันธะโควาเลนต์เกิดขึ้นจากอันตรกิริยาของอะตอมโดยมีค่าอิเลคโตรเนกาติวีตี้ต่างกันเล็กน้อย (โดยปกติ ระหว่างสองอโลหะ) หรืออะตอมของธาตุหนึ่ง

คุณสมบัติพื้นฐานของพันธะโควาเลนต์

• จุดสนใจ,
• ความอิ่มตัว,
• ขั้ว,
• ความสามารถในการโพลาไรซ์.

คุณสมบัติการยึดเกาะเหล่านี้มีอิทธิพลต่อคุณสมบัติทางเคมีและทางกายภาพของสาร

ทิศทางการสื่อสาร แสดงลักษณะโครงสร้างทางเคมีและรูปแบบของสาร มุมระหว่างพันธะทั้งสองเรียกว่ามุมพันธะ ตัวอย่างเช่น ในโมเลกุลของน้ำ มุมพันธะ H-O-H คือ 104.45 o ดังนั้นโมเลกุลของน้ำจึงมีขั้ว และในโมเลกุลมีเทน มุมพันธะ H-C-H คือ 108 o 28′

ความอิ่มตัว คือความสามารถของอะตอมในการสร้างพันธะเคมีโควาเลนต์จำนวนจำกัด เรียกว่าจำนวนพันธะที่อะตอมสามารถสร้างได้

ขั้วพันธะเกิดขึ้นเนื่องจากการกระจายความหนาแน่นของอิเล็กตรอนไม่เท่ากันระหว่างอะตอมสองอะตอมที่มีอิเลคโตรเนกาติวีตี้ต่างกัน พันธะโควาเลนต์แบ่งออกเป็นแบบมีขั้วและไม่มีขั้ว

ความสามารถในการโพลาไรซ์ การเชื่อมต่ออยู่ ความสามารถของพันธะอิเล็กตรอนในการเปลี่ยนแปลงภายใต้อิทธิพลของสนามไฟฟ้าภายนอก(โดยเฉพาะสนามไฟฟ้าของอนุภาคอื่น) ความสามารถในการโพลาไรซ์ขึ้นอยู่กับการเคลื่อนที่ของอิเล็กตรอน ยิ่งอิเล็กตรอนอยู่ห่างจากนิวเคลียสมากเท่าไรก็ยิ่งเคลื่อนที่ได้มากขึ้นเท่านั้น และด้วยเหตุนี้โมเลกุลจึงสามารถแบ่งขั้วได้มากขึ้น

พันธะเคมีโควาเลนต์ไม่มีขั้ว

พันธะโควาเลนต์มี 2 ประเภทคือ ขั้วโลกและ ไม่ใช่ขั้ว .

ตัวอย่าง . ลองพิจารณาโครงสร้างของโมเลกุลไฮโดรเจน H2 กัน อะตอมไฮโดรเจนแต่ละอะตอมในระดับพลังงานภายนอกจะมีอิเล็กตรอนที่ไม่มีการจับคู่ 1 ตัว ในการแสดงอะตอม เราใช้โครงสร้างลูอิส ซึ่งเป็นแผนภาพแสดงโครงสร้างของระดับพลังงานภายนอกของอะตอม เมื่ออิเล็กตรอนถูกระบุด้วยจุด แบบจำลองโครงสร้างจุดลิวอิสมีประโยชน์มากเมื่อทำงานกับองค์ประกอบของคาบที่สอง

ชม. - ช = ช:ช

ดังนั้นโมเลกุลไฮโดรเจนจึงมีคู่อิเล็กตรอนร่วมกันหนึ่งคู่และมีพันธะเคมี H-H หนึ่งพันธะ คู่อิเล็กตรอนนี้ไม่ได้เลื่อนไปยังอะตอมไฮโดรเจนใดๆ เนื่องจาก อะตอมไฮโดรเจนมีอิเล็กโตรเนกาติวีตี้เท่ากัน การเชื่อมต่อนี้เรียกว่า โควาเลนต์ไม่มีขั้ว .

พันธะโควาเลนต์ไม่มีขั้ว (สมมาตร) เป็นพันธะโควาเลนต์ที่เกิดจากอะตอมที่มีอิเลคโตรเนกาติวีตี้เท่ากัน (โดยปกติจะเป็นอโลหะชนิดเดียวกัน) และด้วยเหตุนี้จึงมีการกระจายความหนาแน่นของอิเล็กตรอนสม่ำเสมอระหว่างนิวเคลียสของอะตอม

โมเมนต์ไดโพลของพันธะไม่มีขั้วคือ 0

ตัวอย่าง: H 2 (H-H), O 2 (O=O), S 8

พันธะเคมีขั้วโลกโควาเลนต์

พันธะขั้วโลกโควาเลนต์ คือพันธะโควาเลนต์ที่เกิดขึ้นระหว่าง อะตอมที่มีอิเล็กโทรเนกาติวีตี้ต่างกัน (โดยปกติ อโลหะต่างๆ) และมีลักษณะเฉพาะ การกระจัดคู่อิเล็กตรอนที่ใช้ร่วมกันกับอะตอมที่มีอิเล็กโทรเนกาติตีมากขึ้น (โพลาไรเซชัน)

ความหนาแน่นของอิเล็กตรอนถูกเลื่อนไปที่อะตอมที่มีอิเล็กโตรเนกาติวีตีมากขึ้น ดังนั้น ประจุลบบางส่วน (δ-) จะปรากฏขึ้น และประจุบวกบางส่วน (δ+, เดลต้า +) จะปรากฏบนอะตอมที่มีอิเลคโตรเนกาติตีน้อยกว่า

ยิ่งความแตกต่างในอิเลคโตรเนกาติวีตี้ของอะตอมมากเท่าไรก็ยิ่งสูงขึ้นเท่านั้น ขั้วการเชื่อมต่อและอื่น ๆ โมเมนต์ไดโพล - แรงดึงดูดเพิ่มเติมกระทำระหว่างโมเลกุลข้างเคียงกับประจุที่มีเครื่องหมายตรงกันข้าม ซึ่งจะเพิ่มขึ้น ความแข็งแกร่งการสื่อสาร

ขั้วของพันธะส่งผลต่อคุณสมบัติทางกายภาพและเคมีของสารประกอบ กลไกการเกิดปฏิกิริยาและแม้กระทั่งการเกิดปฏิกิริยาของพันธะข้างเคียงนั้นขึ้นอยู่กับขั้วของพันธะ ขั้วของการเชื่อมต่อมักจะเป็นตัวกำหนด ขั้วของโมเลกุลและส่งผลโดยตรงต่อคุณสมบัติทางกายภาพ เช่น จุดเดือดและจุดหลอมเหลว ความสามารถในการละลายในตัวทำละลายที่มีขั้ว

ตัวอย่าง: HCl, CO 2, NH 3

กลไกการเกิดพันธะโควาเลนต์

พันธะเคมีโควาเลนต์เกิดขึ้นได้ 2 กลไก คือ

1. กลไกการแลกเปลี่ยน การก่อตัวของพันธะเคมีโควาเลนต์คือเมื่อแต่ละอนุภาคให้อิเล็กตรอนที่ไม่มีคู่หนึ่งตัวเพื่อสร้างคู่อิเล็กตรอนร่วม:

ก . + . บี= ก:บี

2. การเกิดพันธะโควาเลนต์เป็นกลไกที่อนุภาคตัวหนึ่งให้อิเล็กตรอนคู่เดียว และอีกอนุภาคหนึ่งทำให้เกิดวงโคจรที่ว่างสำหรับคู่อิเล็กตรอนนี้:

ตอบ: + บี= ก:บี

ในกรณีนี้ อะตอมตัวหนึ่งจะมีอิเล็กตรอนคู่เดียว ( ผู้บริจาค) และอะตอมอีกอะตอมหนึ่งจะมีวงโคจรว่างสำหรับคู่นั้น ( ผู้ยอมรับ- อันเป็นผลมาจากการก่อตัวของพันธะทั้งสองทำให้พลังงานของอิเล็กตรอนลดลงนั่นคือ สิ่งนี้เป็นประโยชน์ต่ออะตอม

พันธะโควาเลนต์ที่เกิดจากกลไกของผู้บริจาคและผู้รับ ไม่แตกต่างกันในคุณสมบัติจากพันธะโควาเลนต์อื่นที่เกิดจากกลไกการแลกเปลี่ยน การก่อตัวของพันธะโควาเลนต์โดยกลไกตัวรับ-ผู้บริจาคเป็นเรื่องปกติสำหรับอะตอมที่มีอิเล็กตรอนจำนวนมากที่ระดับพลังงานภายนอก (ผู้บริจาคอิเล็กตรอน) หรือในทางกลับกัน กับอิเล็กตรอนจำนวนน้อยมาก (ตัวรับอิเล็กตรอน) ความสามารถความจุของอะตอมมีรายละเอียดเพิ่มเติมในส่วนที่เกี่ยวข้อง

พันธะโควาเลนต์เกิดขึ้นจากกลไกของผู้บริจาค-ผู้รับ:

- ในโมเลกุล คาร์บอนมอนอกไซด์ CO(พันธะในโมเลกุลนั้นเป็นสามเท่า พันธะ 2 อันเกิดจากกลไกการแลกเปลี่ยน พันธะหนึ่งเกิดจากกลไกผู้บริจาคและผู้รับ): C≡O;

- วี แอมโมเนียมไอออน NH 4 + ในหน่วยไอออน เอมีนอินทรีย์ตัวอย่างเช่นในเมทิลแอมโมเนียมไอออน CH 3 -NH 2 + ;

- วี สารประกอบเชิงซ้อนพันธะเคมีระหว่างอะตอมกลางกับหมู่ลิแกนด์ เช่น ในพันธะโซเดียมเตตระไฮดรอกโซอะลูมิเนต Na ระหว่างอะลูมิเนียมกับไฮดรอกไซด์ไอออน

- วี กรดไนตริกและเกลือของมัน- ไนเตรต: HNO 3, NaNO 3 ในสารประกอบไนโตรเจนอื่น ๆ

- ในโมเลกุล โอโซน O3.

ลักษณะพื้นฐานของพันธะโควาเลนต์

โดยทั่วไปพันธะโควาเลนต์จะเกิดขึ้นระหว่างอะตอมที่ไม่ใช่โลหะ ลักษณะสำคัญของพันธะโควาเลนต์คือ ความยาว พลังงาน ความหลากหลาย และทิศทาง

พันธะเคมีหลายหลาก

พันธะเคมีหลายหลาก - นี้ จำนวนคู่อิเล็กตรอนที่ใช้ร่วมกันระหว่างสองอะตอมในสารประกอบ- ความหลากหลายของพันธะสามารถกำหนดได้ง่ายมากจากค่าของอะตอมที่ก่อตัวเป็นโมเลกุล

ตัวอย่างเช่น ในโมเลกุลไฮโดรเจน H 2 พันธะหลายหลากคือ 1 เพราะ ไฮโดรเจนแต่ละตัวมีอิเล็กตรอนที่ไม่จับคู่เพียง 1 ตัวในระดับพลังงานภายนอก ดังนั้นจึงเกิดคู่อิเล็กตรอนที่ใช้ร่วมกันหนึ่งคู่

ในโมเลกุลออกซิเจน O2 พันธะหลายหลากคือ 2 เพราะ แต่ละอะตอมที่ระดับพลังงานภายนอกจะมีอิเล็กตรอน 2 ตัวที่ไม่จับคู่: O=O

ในโมเลกุลไนโตรเจน N2 พันธะหลายหลากคือ 3 เพราะ ระหว่างแต่ละอะตอมจะมีอิเล็กตรอนที่ไม่จับคู่ 3 ตัวที่ระดับพลังงานภายนอก และอะตอมจะรวมกันเป็นคู่อิเล็กตรอนร่วม 3 คู่ N≡N

ความยาวพันธะโควาเลนต์

ความยาวพันธะเคมี คือระยะห่างระหว่างศูนย์กลางของนิวเคลียสของอะตอมที่ก่อให้เกิดพันธะ ถูกกำหนดโดยวิธีทางกายภาพเชิงทดลอง ความยาวพันธะสามารถประมาณได้โดยประมาณโดยใช้กฎบวก ซึ่งความยาวพันธะในโมเลกุล AB มีค่าประมาณเท่ากับครึ่งหนึ่งของผลรวมของความยาวพันธะในโมเลกุล A 2 และ B 2:

ความยาวของพันธะเคมีสามารถประมาณได้คร่าวๆ โดยรัศมีอะตอมสร้างความผูกพันหรือ ด้วยการสื่อสารที่หลากหลายถ้ารัศมีของอะตอมไม่แตกต่างกันมาก

เมื่อรัศมีของอะตอมที่สร้างพันธะเพิ่มขึ้น ความยาวของพันธะก็จะเพิ่มขึ้น

ตัวอย่างเช่น

เมื่อพันธะหลายหลากระหว่างอะตอมเพิ่มขึ้น (รัศมีอะตอมซึ่งไม่แตกต่างกันหรือต่างกันเพียงเล็กน้อย) ความยาวพันธะก็จะลดลง

ตัวอย่างเช่น - ในชุด: C–C, C=C, C≡C ความยาวพันธะจะลดลง

พลังงานการสื่อสาร

การวัดความแข็งแรงของพันธะเคมีคือพลังงานของพันธะ พลังงานการสื่อสาร ถูกกำหนดโดยพลังงานที่จำเป็นในการทำลายพันธะและกำจัดอะตอมที่ก่อตัวเป็นพันธะนั้นออกไปในระยะห่างที่ไกลกันอย่างไม่มีที่สิ้นสุด

พันธะโควาเลนต์ก็คือ ทนทานมากพลังงานมีตั้งแต่หลายสิบถึงหลายร้อย kJ/mol ยิ่งพลังงานพันธะสูง ความแข็งแรงของพันธะก็จะยิ่งมากขึ้น และในทางกลับกัน

ความแข็งแรงของพันธะเคมีขึ้นอยู่กับความยาวของพันธะ ขั้วของพันธะ และทวีคูณของพันธะ ยิ่งพันธะเคมีนานเท่าไรก็ยิ่งแตกง่ายเท่านั้น และยิ่งพลังงานพันธะต่ำลง ความแรงของพันธะก็จะยิ่งลดลงตามไปด้วย ยิ่งพันธะเคมีสั้นลงก็ยิ่งแข็งแรงขึ้น และพลังงานพันธะก็จะมากขึ้นตามไปด้วย

ตัวอย่างเช่นในชุดสารประกอบ HF, HCl, HBr จากซ้ายไปขวา ความแข็งแรงของพันธะเคมี ลดลง, เพราะ ความยาวการเชื่อมต่อเพิ่มขึ้น

พันธะเคมีไอออนิก

พันธะไอออนิก เป็นพันธะเคมีที่มีพื้นฐานมาจาก แรงดึงดูดทางไฟฟ้าสถิตของไอออน.

ไอออนเกิดขึ้นจากกระบวนการรับหรือบริจาคอิเล็กตรอนโดยอะตอม ตัวอย่างเช่น อะตอมของโลหะทุกชนิดกักเก็บอิเล็กตรอนจากระดับพลังงานภายนอกไว้อย่างอ่อน ดังนั้นอะตอมของโลหะจึงมีลักษณะเฉพาะคือ คุณสมบัติการบูรณะ- ความสามารถในการบริจาคอิเล็กตรอน

ตัวอย่าง. อะตอมโซเดียมประกอบด้วยอิเล็กตรอน 1 ตัวที่ระดับพลังงาน 3 อะตอมโซเดียมจะทำให้เกิด Na + ไอออนที่เสถียรกว่ามากโดยการยอมแพ้อย่างง่ายดาย โดยมีการจัดเรียงอิเล็กตรอนของนีออนก๊าซมีตระกูล Ne โซเดียมไอออนประกอบด้วยโปรตอน 11 ตัวและอิเล็กตรอนเพียง 10 ตัว ดังนั้นประจุรวมของไอออนคือ -10+11 = +1:

+11นา) 2 ) 8 ) 1 - 1e = +11 นา +) 2 ) 8

ตัวอย่าง. อะตอมของคลอรีนในระดับพลังงานภายนอกประกอบด้วยอิเล็กตรอน 7 ตัว เพื่อให้ได้โครงร่างของอะตอมอาร์กอนเฉื่อยที่เสถียร Ar คลอรีนจำเป็นต้องได้รับอิเล็กตรอน 1 ตัว หลังจากเติมอิเล็กตรอน จะเกิดไอออนคลอรีนที่เสถียรซึ่งประกอบด้วยอิเล็กตรอน ประจุรวมของไอออนคือ -1:

+17Cl) 2 ) 8 ) 7 + 1e = +17 Cl — ) 2 ) 8 ) 8

โปรดทราบ:

• คุณสมบัติของไอออนแตกต่างจากคุณสมบัติของอะตอม!
• ไม่เพียงแต่ไอออนที่เสถียรจะก่อตัวเท่านั้น อะตอมแต่ยัง กลุ่มอะตอม- ตัวอย่างเช่น: แอมโมเนียมไอออน NH 4 +, ซัลเฟตไอออน SO 4 2- ฯลฯ พันธะเคมีที่เกิดจากไอออนดังกล่าวก็ถือเป็นไอออนิกเช่นกัน
• พันธะไอออนิกมักเกิดขึ้นระหว่างกัน โลหะและ อโลหะ(กลุ่มที่ไม่ใช่โลหะ);

ไอออนที่เกิดขึ้นจะถูกดึงดูดเนื่องจากแรงดึงดูดทางไฟฟ้า: Na + Cl -, Na 2 + SO 4 2-

ให้เราสรุปด้วยสายตา ความแตกต่างระหว่างชนิดของพันธะโควาเลนต์และไอออนิก:

การเชื่อมต่อโลหะ คือความเชื่อมโยงที่เกิดขึ้นค่อนข้างมาก อิเล็กตรอนอิสระระหว่าง ไอออนของโลหะกลายเป็นโครงตาข่ายคริสตัล

อะตอมของโลหะมักจะอยู่ที่ระดับพลังงานภายนอก หนึ่งถึงสามอิเล็กตรอน- ตามกฎแล้วรัศมีของอะตอมโลหะมีขนาดใหญ่ - ดังนั้นอะตอมของโลหะซึ่งแตกต่างจากอโลหะจึงยอมให้อิเล็กตรอนชั้นนอกของพวกมันค่อนข้างง่ายเช่น เป็นตัวรีดิวซ์ที่รุนแรง.

โดยการบริจาคอิเล็กตรอน อะตอมของโลหะจะกลายเป็น ไอออนที่มีประจุบวก - อิเล็กตรอนที่แยกออกมานั้นค่อนข้างอิสระ กำลังเคลื่อนไหวระหว่างไอออนโลหะที่มีประจุบวก ระหว่างอนุภาคเหล่านี้ มีการเชื่อมต่อเกิดขึ้น, เพราะ อิเล็กตรอนที่ใช้ร่วมกันจับไอออนบวกของโลหะที่จัดเรียงเป็นชั้น ๆ กัน จึงสร้างความเข้มแข็งได้พอสมควร ตาข่ายคริสตัลโลหะ - ในกรณีนี้อิเล็กตรอนจะเคลื่อนที่อย่างโกลาหลอย่างต่อเนื่องเช่น อะตอมที่เป็นกลางใหม่และไอออนบวกใหม่จะปรากฏขึ้นอย่างต่อเนื่อง

ปฏิสัมพันธ์ระหว่างโมเลกุล

แยกจากกัน มันคุ้มค่าที่จะพิจารณาปฏิสัมพันธ์ที่เกิดขึ้นระหว่างแต่ละโมเลกุลในสาร - ปฏิสัมพันธ์ระหว่างโมเลกุล - ปฏิสัมพันธ์ระหว่างโมเลกุลเป็นปฏิสัมพันธ์ประเภทหนึ่งระหว่างอะตอมที่เป็นกลางซึ่งไม่มีพันธะโควาเลนต์ใหม่เกิดขึ้น พลังแห่งปฏิสัมพันธ์ระหว่างโมเลกุลถูกค้นพบโดย Van der Waals ในปี 1869 และตั้งชื่อตามเขา กองกำลังฟาน ดาร์ วาลส์- กองกำลังของ Van der Waals แบ่งออกเป็น ปฐมนิเทศ, การเหนี่ยวนำ และ กระจายตัว - พลังงานของปฏิกิริยาระหว่างโมเลกุลนั้นน้อยกว่าพลังงานของพันธะเคมีมาก

แรงดึงดูดของการปฐมนิเทศ เกิดขึ้นระหว่างโมเลกุลขั้วโลก (ปฏิสัมพันธ์ระหว่างไดโพล-ไดโพล) แรงเหล่านี้เกิดขึ้นระหว่างโมเลกุลขั้วโลก ปฏิสัมพันธ์แบบอุปนัย คืออันตรกิริยาระหว่างโมเลกุลที่มีขั้วกับโมเลกุลที่ไม่มีขั้ว โมเลกุลที่ไม่มีขั้วจะถูกโพลาไรซ์เนื่องจากการกระทำของขั้วหนึ่ง ซึ่งสร้างแรงดึงดูดของไฟฟ้าสถิตเพิ่มเติม

ปฏิสัมพันธ์ระหว่างโมเลกุลชนิดพิเศษคือพันธะไฮโดรเจน - สิ่งเหล่านี้เป็นพันธะเคมีระหว่างโมเลกุล (หรือภายในโมเลกุล) ที่เกิดขึ้นระหว่างโมเลกุลที่มีพันธะโควาเลนต์ที่มีขั้วสูง - H-F, H-O หรือ H-N- หากมีพันธะดังกล่าวในโมเลกุลก็จะมีพันธะระหว่างโมเลกุล พลังดึงดูดเพิ่มเติม .

กลไกการศึกษา พันธะไฮโดรเจนเป็นไฟฟ้าสถิตบางส่วนและเป็นผู้รับบริจาคบางส่วน ในกรณีนี้ ผู้บริจาคคู่อิเล็กตรอนคืออะตอมขององค์ประกอบที่มีอิเล็กโตรเนกาติตีอย่างแรง (F, O, N) และตัวรับคืออะตอมไฮโดรเจนที่เชื่อมต่อกับอะตอมเหล่านี้ พันธะไฮโดรเจนมีลักษณะเฉพาะคือ จุดสนใจ ในอวกาศและ ความอิ่มตัว

พันธะไฮโดรเจนสามารถระบุได้ด้วยจุด: H ··· O. ยิ่งอิเล็กโตรเนกาติวีตี้ของอะตอมที่เชื่อมต่อกับไฮโดรเจนมากขึ้นและขนาดที่เล็กลง พันธะไฮโดรเจนก็จะยิ่งแข็งแกร่งขึ้น เป็นเรื่องปกติสำหรับการเชื่อมต่อเป็นหลัก ฟลูออรีนกับไฮโดรเจน เช่นเดียวกับการ ออกซิเจนและไฮโดรเจน ในระดับที่น้อยกว่า ไนโตรเจนกับไฮโดรเจน .

พันธะไฮโดรเจนเกิดขึ้นระหว่างสารต่อไปนี้:

— ไฮโดรเจนฟลูออไรด์ HF(ก๊าซ, สารละลายไฮโดรเจนฟลูออไรด์ในน้ำ - กรดไฮโดรฟลูออริก), น้ำ H 2 O (ไอน้ำ น้ำแข็ง น้ำของเหลว):

— สารละลายแอมโมเนียและเอมีนอินทรีย์- ระหว่างแอมโมเนียกับโมเลกุลของน้ำ

— สารประกอบอินทรีย์ที่มีพันธะ O-H หรือ N-H: แอลกอฮอล์, กรดคาร์บอกซิลิก, เอมีน, กรดอะมิโน, ฟีนอล, อะนิลีนและอนุพันธ์ของมัน, โปรตีน, สารละลายคาร์โบไฮเดรต - มอนอแซ็กคาไรด์และไดแซ็กคาไรด์

พันธะไฮโดรเจนส่งผลต่อคุณสมบัติทางกายภาพและเคมีของสาร ดังนั้นแรงดึงดูดเพิ่มเติมระหว่างโมเลกุลทำให้สารเดือดได้ยาก สารที่มีพันธะไฮโดรเจนมีจุดเดือดเพิ่มขึ้นผิดปกติ

ตัวอย่างเช่น ตามกฎแล้วเมื่อน้ำหนักโมเลกุลเพิ่มขึ้นจะสังเกตการเพิ่มขึ้นของจุดเดือดของสาร อย่างไรก็ตามในสารหลายชนิด H 2 O-H 2 S-H 2 Se-H 2 Teเราไม่สังเกตการเปลี่ยนแปลงเชิงเส้นของจุดเดือด

กล่าวคือ ณ จุดเดือดของน้ำสูงผิดปกติ - ไม่น้อยกว่า -61 o C ตามที่เส้นตรงแสดงให้เราเห็น แต่มากกว่านั้น +100 o C ความผิดปกตินี้อธิบายได้จากการมีพันธะไฮโดรเจนระหว่างโมเลกุลของน้ำ ดังนั้นภายใต้สภาวะปกติ (0-20 o C) น้ำจึงเป็น ของเหลวตามสถานะเฟส