ความรู้เบื้องต้นเกี่ยวกับเคมีทั่วไป ตาข่ายคริสตัลโลหะ

การบรรยายสำหรับครู

พันธะเคมี (ต่อไปนี้จะเรียกว่าพันธะ) สามารถกำหนดได้ว่าเป็นอันตรกิริยาของอะตอมตั้งแต่สองอะตอมขึ้นไป ซึ่งเป็นผลมาจากการที่ระบบไมโครอะตอมมิกที่มีความเสถียรทางเคมี (โมเลกุล ผลึก เชิงซ้อน ฯลฯ) ก่อตัวขึ้น

หลักคำสอนเรื่องพันธะเป็นจุดศูนย์กลางของเคมีสมัยใหม่ เนื่องจากเคมีเริ่มต้นเมื่ออะตอมที่แยกออกมาสิ้นสุดลงและโมเลกุลเริ่มต้นขึ้น โดยพื้นฐานแล้ว คุณสมบัติทั้งหมดของสารจะถูกกำหนดโดยลักษณะของพันธะที่อยู่ในสารนั้น ความแตกต่างที่สำคัญระหว่างพันธะเคมีและปฏิกิริยาประเภทอื่นระหว่างอะตอมคือการก่อตัวของมันถูกกำหนดโดยการเปลี่ยนแปลงสถานะของอิเล็กตรอนในโมเลกุลเมื่อเปรียบเทียบกับอะตอมดั้งเดิม

ทฤษฎีการสื่อสารควรให้คำตอบสำหรับคำถามหลายข้อ เหตุใดโมเลกุลจึงก่อตัวขึ้น? เหตุใดอะตอมบางอะตอมจึงมีปฏิกิริยาโต้ตอบในขณะที่อะตอมบางตัวไม่มีปฏิกิริยากัน? ทำไมอะตอมถึงรวมตัวกันในอัตราส่วนที่แน่นอน? เหตุใดอะตอมจึงถูกจัดเรียงในลักษณะที่แน่นอนในอวกาศ? และสุดท้าย จำเป็นต้องคำนวณพลังงานพันธะ ความยาว และคุณลักษณะเชิงปริมาณอื่นๆ ความสอดคล้องของแนวคิดทางทฤษฎีกับข้อมูลการทดลองควรถือเป็นเกณฑ์สำหรับความจริงของทฤษฎี

มีสองวิธีหลักในการอธิบายการสื่อสารที่ช่วยให้คุณสามารถตอบคำถามที่ถูกถามได้ นี่คือวิธีการของพันธะเวเลนซ์ (BC) และออร์บิทัลโมเลกุล (MO) อันแรกนั้นมองเห็นได้ง่ายกว่าและเรียบง่ายกว่า ประการที่สองเข้มงวดและเป็นสากลมากขึ้น เนื่องจากความชัดเจนมากขึ้น จุดเน้นที่นี่จึงอยู่ที่วิธี BC

กลศาสตร์ควอนตัมช่วยให้เราสามารถอธิบายความเชื่อมโยงตามกฎทั่วไปส่วนใหญ่ได้ แม้ว่าจะมีพันธะอยู่ห้าประเภท (พันธะโควาเลนต์ ไอออนิก โลหะ ไฮโดรเจน และพันธะระหว่างโมเลกุล) พันธะมีลักษณะสม่ำเสมอกัน และความแตกต่างระหว่างประเภทของพันธะนั้นสัมพันธ์กัน สาระสำคัญของการสื่อสารอยู่ที่ปฏิสัมพันธ์ของคูลอมบ์ในความสามัคคีของสิ่งที่ตรงกันข้าม - การดึงดูดและการขับไล่ การแบ่งการสื่อสารออกเป็นประเภทต่างๆ และวิธีการอธิบายที่แตกต่างกันนั้นไม่ได้บ่งชี้ถึงความหลากหลายของการสื่อสาร แต่เป็นการขาดความรู้เกี่ยวกับเรื่องนี้ในขั้นตอนการพัฒนาวิทยาศาสตร์ในปัจจุบัน

การบรรยายนี้จะครอบคลุมหัวข้อต่างๆ เช่น พลังงานพันธะเคมี แบบจำลองเชิงกลควอนตัมของพันธะโควาเลนต์ กลไกการแลกเปลี่ยนและตัวรับของผู้บริจาคในการสร้างพันธะโควาเลนต์ การกระตุ้นด้วยอะตอม การเพิ่มจำนวนพันธะ การผสมข้ามพันธุ์ของออร์บิทัลของอะตอม อิเล็กโตรเนกาติวีตี้ขององค์ประกอบ และขั้วของพันธะโควาเลนต์ แนวคิด ของวิธีโมเลกุลออร์บิทัล พันธะเคมีในผลึก

พลังงานพันธะเคมี

ตามหลักการของพลังงานน้อยที่สุด พลังงานภายในของโมเลกุลควรลดลงเมื่อเทียบกับผลรวมของพลังงานภายในของอะตอมที่ก่อตัวขึ้น พลังงานภายในของโมเลกุลรวมถึงผลรวมของพลังงานอันตรกิริยาของอิเล็กตรอนแต่ละตัวกับนิวเคลียสแต่ละตัว อิเล็กตรอนแต่ละตัวกับอิเล็กตรอนแต่ละตัว และนิวเคลียสแต่ละตัวกับนิวเคลียสของกันและกัน แรงดึงดูดต้องมีชัยเหนือแรงผลัก

ลักษณะที่สำคัญที่สุดของพันธะคือพลังงานซึ่งเป็นตัวกำหนดความแข็งแกร่งของพันธะ การวัดความแข็งแกร่งของพันธะอาจเป็นได้ทั้งปริมาณพลังงานที่ใช้ในการทำลายพันธะ (พลังงานการแยกตัวของพันธะ) และค่าที่เมื่อรวมเข้ากับพันธะทั้งหมด จะทำให้เกิดพลังงานในการก่อตัวของโมเลกุลจากอะตอมพื้นฐาน พลังแห่งการทำลายพันธะย่อมเป็นพลังบวกเสมอ พลังงานของการสร้างพันธะมีขนาดเท่ากัน แต่มีสัญญาณเป็นลบ

สำหรับโมเลกุลไดอะตอมมิก พลังงานยึดเหนี่ยวจะเท่ากับพลังงานการแยกตัวของโมเลกุลออกเป็นอะตอมและพลังงานการก่อตัวของโมเลกุลจากอะตอม ตัวอย่างเช่น พลังงานยึดเหนี่ยวในโมเลกุล HBr เท่ากับปริมาณพลังงานที่ปล่อยออกมาในกระบวนการ H + Br = HBr เห็นได้ชัดว่าพลังงานยึดเหนี่ยวของ HBr นั้นมากกว่าปริมาณพลังงานที่ปล่อยออกมาระหว่างการก่อตัวของ HBr จากโมเลกุลก๊าซไฮโดรเจนและโบรมีนเหลว:

1/2Н 2 (ก.) + 1/2Вr 2 (ล.) = НBr (ก.)

ค่าพลังงานของการระเหย 1/2 โมล Br 2 และค่าพลังงานของการสลายตัว 1/2 โมล H 2 และ 1/2 โมล Br 2 ให้เป็นอะตอมอิสระ

แบบจำลองทางกลควอนตัมของพันธะโควาเลนต์โดยใช้วิธีพันธะวาเลนซ์โดยใช้ตัวอย่างโมเลกุลไฮโดรเจน

ในปี 1927 สมการชโรดิงเงอร์ได้รับการแก้ไขสำหรับโมเลกุลไฮโดรเจนโดยนักฟิสิกส์ชาวเยอรมัน ดับเบิลยู. ไฮต์เลอร์ และเอฟ. ลอนดอน นี่เป็นความพยายามครั้งแรกที่ประสบความสำเร็จในการใช้กลศาสตร์ควอนตัมเพื่อแก้ปัญหาการสื่อสาร งานของพวกเขาได้วางรากฐานสำหรับวิธีการของเวเลนซ์บอนด์ หรือวาเลนซ์สคีม (VS)

ผลการคำนวณสามารถนำเสนอในรูปแบบกราฟิกในรูปแบบของการพึ่งพาแรงปฏิสัมพันธ์ระหว่างอะตอม (รูปที่ 1, a) และพลังงานของระบบ (รูปที่ 1, b) บนระยะห่างระหว่างนิวเคลียสของอะตอมไฮโดรเจน เราจะวางนิวเคลียสของอะตอมไฮโดรเจนตัวหนึ่งไว้ที่จุดกำเนิดของพิกัด และนิวเคลียสของอะตอมที่สองจะถูกนำเข้าใกล้นิวเคลียสของอะตอมไฮโดรเจนตัวแรกตามแนวแกนแอบซิสซามากขึ้น หากการหมุนของอิเล็กตรอนตรงกันข้าม แรงดึงดูด (ดูรูปที่ 1, a, เส้นโค้ง I) และแรงผลัก (เส้นโค้ง II) จะเพิ่มขึ้น ผลลัพธ์ของแรงเหล่านี้แสดงด้วยเส้นโค้ง III ในตอนแรก แรงดึงดูดมีชัย ตามมาด้วยแรงผลัก เมื่อระยะห่างระหว่างนิวเคลียสเท่ากับ r 0 = 0.074 นาโนเมตร แรงดึงดูดจะถูกสมดุลด้วยแรงผลัก ความสมดุลของแรงสอดคล้องกับพลังงานขั้นต่ำของระบบ (ดูรูปที่ 1, b, เส้นโค้ง IV) และดังนั้นจึงเป็นสถานะที่เสถียรที่สุด ความลึกของ “หลุมศักยภาพ” แสดงถึงพลังงานพันธะ E 0 H–H ในโมเลกุล H 2 ที่เป็นศูนย์สัมบูรณ์ มันคือ 458 กิโลจูล/โมล อย่างไรก็ตาม ที่อุณหภูมิจริง การแตกพันธะต้องใช้พลังงาน E H–H น้อยกว่าเล็กน้อย ซึ่งที่อุณหภูมิ 298 K (25 ° C) เท่ากับ 435 kJ/mol ความแตกต่างระหว่างพลังงานเหล่านี้ในโมเลกุล H2 คือพลังงานการสั่นสะเทือนของอะตอมไฮโดรเจน (E coll = E 0 H–H – E H–H = 458 – 435 = 23 kJ/mol)

ข้าว. 1. การพึ่งพาแรงปฏิสัมพันธ์ระหว่างอะตอม (a) และพลังงานของระบบ (b)
เรื่องระยะห่างระหว่างนิวเคลียสของอะตอมในโมเลกุล H2

เมื่ออะตอมไฮโดรเจนสองอะตอมที่มีอิเล็กตรอนซึ่งมีการหมุนขนานเข้าหากัน พลังงานของระบบจะเพิ่มขึ้นอย่างต่อเนื่อง (ดูรูปที่ 1, b, เส้นโค้ง V) และไม่มีการสร้างพันธะ

ดังนั้นการคำนวณทางกลควอนตัมจึงเป็นคำอธิบายเชิงปริมาณของการเชื่อมต่อ หากอิเล็กตรอนคู่หนึ่งมีการหมุนตรงข้ามกัน อิเล็กตรอนจะเคลื่อนที่ไปในสนามของนิวเคลียสทั้งสอง ระหว่างนิวเคลียสจะมีพื้นที่ที่มีเมฆอิเล็กตรอนหนาแน่นสูงซึ่งมีประจุลบส่วนเกินที่ดึงดูดนิวเคลียสที่มีประจุบวก จากการคำนวณเชิงกลควอนตัม ให้ปฏิบัติตามข้อกำหนดที่เป็นพื้นฐานของวิธี VS:

1. เหตุผลในการเชื่อมต่อคือปฏิกิริยาไฟฟ้าสถิตของนิวเคลียสและอิเล็กตรอน
2. พันธะเกิดขึ้นจากคู่อิเล็กตรอนที่มีการหมุนแบบตรงกันข้าม
3. ความอิ่มตัวของพันธะเกิดจากการสร้างคู่อิเล็กตรอน
4. ความแรงของการเชื่อมต่อเป็นสัดส่วนกับระดับการทับซ้อนของเมฆอิเล็กตรอน
5. ทิศทางของการเชื่อมต่อเกิดจากการทับซ้อนกันของเมฆอิเล็กตรอนในบริเวณที่มีความหนาแน่นของอิเล็กตรอนสูงสุด

กลไกการแลกเปลี่ยนการสร้างพันธะโควาเลนต์โดยใช้วิธี BC ทิศทางและความอิ่มตัวของพันธะโควาเลนต์

แนวคิดที่สำคัญที่สุดประการหนึ่งของวิธี BC คือเวเลนซ์ ค่าตัวเลขของเวเลนซ์ในวิธี BC ถูกกำหนดโดยจำนวนพันธะโควาเลนต์ที่อะตอมก่อตัวขึ้นกับอะตอมอื่น

กลไกที่พิจารณาสำหรับโมเลกุล H 2 สำหรับการก่อตัวของพันธะโดยอิเล็กตรอนคู่หนึ่งที่มีการหมุนแบบตรงข้ามกันซึ่งเป็นของอะตอมที่แตกต่างกันก่อนที่จะเกิดพันธะเรียกว่าการแลกเปลี่ยน หากพิจารณาเฉพาะกลไกการแลกเปลี่ยน ความจุของอะตอมจะถูกกำหนดโดยจำนวนอิเล็กตรอนที่ไม่มีคู่ของมัน

สำหรับโมเลกุลที่ซับซ้อนมากกว่า H2 หลักการคำนวณยังคงไม่เปลี่ยนแปลง การก่อตัวของพันธะเกิดจากปฏิกิริยาของอิเล็กตรอนคู่ที่มีการหมุนตรงข้ามกัน แต่ด้วยฟังก์ชันคลื่นที่มีเครื่องหมายเดียวกันซึ่งจะถูกสรุปเข้าด้วยกัน ผลที่ตามมาคือความหนาแน่นของอิเล็กตรอนเพิ่มขึ้นในบริเวณเมฆอิเล็กตรอนที่ทับซ้อนกันและการหดตัวของนิวเคลียส ลองดูตัวอย่าง

ในโมเลกุลฟลูออรีน พันธะ F2 เกิดขึ้นจากวงโคจร 2p ของอะตอมฟลูออรีน:

ความหนาแน่นสูงสุดของเมฆอิเล็กตรอนอยู่ใกล้กับวงโคจร 2p ในทิศทางของแกนสมมาตร หากอิเล็กตรอนที่ไม่จับคู่ของอะตอมฟลูออรีนอยู่ในวงโคจร 2p x พันธะจะเกิดขึ้นในทิศทางของแกน x (รูปที่ 2) วงโคจร 2p y และ 2p z มีอิเล็กตรอนคู่เดียวที่ไม่เกี่ยวข้องกับการก่อตัวของพันธะ (แรเงาในรูปที่ 2) ต่อไปนี้เราจะไม่พรรณนาวงโคจรดังกล่าว

ข้าว. 2. การก่อตัวของโมเลกุล F 2

ในโมเลกุลไฮโดรเจนฟลูออไรด์ HF พันธะเกิดขึ้นจากวงโคจร 1s ของอะตอมไฮโดรเจนและวงโคจร 2p x ของอะตอมฟลูออรีน:

ทิศทางของพันธะในโมเลกุลนี้ถูกกำหนดโดยการวางแนวของวงโคจร 2px ของอะตอมฟลูออรีน (รูปที่ 3) การทับซ้อนกันเกิดขึ้นในทิศทางของแกน x ของสมมาตร ตัวเลือกการทับซ้อนกันอื่น ๆ นั้นไม่ค่อยดีนัก

ข้าว. 3. การก่อตัวของโมเลกุล HF

d- และ f-orbitals ที่ซับซ้อนมากขึ้นยังมีลักษณะเฉพาะด้วยทิศทางของความหนาแน่นของอิเล็กตรอนสูงสุดตามแนวแกนสมมาตร

ดังนั้นทิศทางจึงเป็นหนึ่งในคุณสมบัติหลักของพันธะโควาเลนต์

ทิศทางของพันธะแสดงให้เห็นได้ดีจากตัวอย่างของโมเลกุลไฮโดรเจนซัลไฟด์ H 2 S:

เนื่องจากแกนสมมาตรของวงโคจรวาเลนซ์ 3p ของอะตอมกำมะถันตั้งฉากกัน จึงควรคาดหวังว่าโมเลกุล H 2 S ควรมีโครงสร้างมุมที่มีมุมระหว่างพันธะ S-H ที่ 90° (รูปที่ 4) อันที่จริงมุมนั้นอยู่ใกล้กับมุมที่คำนวณได้และเท่ากับ 92°

ข้าว. 4. การก่อตัวของโมเลกุล H 2 S

เห็นได้ชัดว่าจำนวนพันธะโควาเลนต์ต้องไม่เกินจำนวนคู่อิเล็กตรอนที่สร้างพันธะ อย่างไรก็ตาม ความอิ่มตัวในฐานะสมบัติของพันธะโควาเลนต์ยังหมายความว่าหากอะตอมมีอิเล็กตรอนที่ไม่จับคู่จำนวนหนึ่ง อิเล็กตรอนทั้งหมดจะต้องมีส่วนร่วมในการสร้างพันธะโควาเลนต์

คุณสมบัตินี้อธิบายได้ด้วยหลักการของพลังงานน้อยที่สุด เมื่อพันธะเพิ่มเติมแต่ละครั้งเกิดขึ้น พลังงานเพิ่มเติมจะถูกปล่อยออกมา ดังนั้นความเป็นไปได้ของเวเลนซ์ทั้งหมดจึงเกิดขึ้นได้อย่างเต็มที่

แท้จริงแล้ว โมเลกุลที่เสถียรคือ H 2 S ไม่ใช่ HS โดยมีพันธะที่ยังไม่เกิดขึ้นจริง (อิเล็กตรอนที่ไม่ได้รับการจับคู่ถูกกำหนดด้วยจุด) อนุภาคที่มีอิเล็กตรอนไม่เท่ากันเรียกว่าอนุมูลอิสระ มีปฏิกิริยาสูงและทำปฏิกิริยากับสารประกอบที่มีพันธะอิ่มตัว

การกระตุ้นของอะตอม

ลองพิจารณาความเป็นไปได้ของเวเลนซ์ตามกลไกการแลกเปลี่ยนของธาตุบางธาตุในคาบที่ 2 และ 3 ของตารางธาตุ

อะตอมของเบริลเลียมที่ระดับควอนตัมด้านนอกประกอบด้วยอิเล็กตรอน 2s ที่จับคู่กันสองตัว ไม่มีอิเล็กตรอนที่ไม่มีคู่ ดังนั้นเบริลเลียมจึงต้องมีเวเลนซ์เป็นศูนย์ อย่างไรก็ตาม ในสารประกอบจะเป็นไดวาเลนต์ สิ่งนี้สามารถอธิบายได้ด้วยการกระตุ้นของอะตอม ซึ่งประกอบด้วยการเปลี่ยนอิเล็กตรอน 2s ตัวใดตัวหนึ่งจากสองตัวไปเป็นระดับย่อย 2p:

ในกรณีนี้ พลังงานกระตุ้น E* ถูกใช้ไป ซึ่งสอดคล้องกับความแตกต่างระหว่างพลังงานของระดับย่อย 2p และ 2s

เมื่ออะตอมของโบรอนถูกกระตุ้น ความจุของมันจะเพิ่มขึ้นจาก 1 เป็น 3:

และอะตอมของคาร์บอนมีตั้งแต่ 2 ถึง 4:

เมื่อมองแวบแรก อาจดูเหมือนว่าการกระตุ้นขัดแย้งกับหลักการของพลังงานน้อยที่สุด อย่างไรก็ตาม เป็นผลมาจากการกระตุ้น การเชื่อมต่อใหม่เพิ่มเติมเกิดขึ้นเนื่องจากพลังงานถูกปล่อยออกมา หากพลังงานเพิ่มเติมที่ปล่อยออกมานี้มากกว่าพลังงานที่ใช้ไปกับการกระตุ้น ก็จะเป็นไปตามหลักการของพลังงานน้อยที่สุดในที่สุด ตัวอย่างเช่น ในโมเลกุลมีเทน CH4 พลังงานพันธะ C–H โดยเฉลี่ยคือ 413 kJ/mol พลังงานที่ใช้ในการกระตุ้นคือ E* = 402 kJ/mol พลังงานที่ได้รับจากการก่อตัวของพันธะเพิ่มเติมสองพันธะจะเป็น:

ดี E = E แสงเพิ่มเติม – E* = 2,413 – 402 = 424 kJ/mol

หากไม่เคารพหลักการของพลังงานน้อยที่สุด เช่น E add.st< Е*, то возбуждение не происходит. Так, энергетически невыгодным оказывается возбуждение атомов элементов 2-го периода за счет перехода электронов со второго на третий квантовый уровень.

ตัวอย่างเช่น ออกซิเจนมีค่าไดวาเลนต์เพียงเพราะเหตุนี้ อย่างไรก็ตาม อะนาล็อกอิเล็กทรอนิกส์ของออกซิเจน - ซัลเฟอร์ - มีความสามารถในการเวเลนซ์มากกว่า เนื่องจากระดับควอนตัมที่สามมีระดับย่อย 3 มิติ และความแตกต่างของพลังงานระหว่างระดับย่อย 3s, 3p และ 3d นั้นน้อยกว่าอย่างหาที่เปรียบไม่ได้ระหว่างระดับควอนตัมที่สองและสามของ อะตอมออกซิเจน:

ด้วยเหตุผลเดียวกัน องค์ประกอบของคาบที่ 3 - ฟอสฟอรัสและคลอรีน - มีความจุแปรผัน ตรงกันข้ามกับอะนาล็อกอิเล็กทรอนิกส์ในช่วงที่ 2 - ไนโตรเจนและฟลูออรีน การกระตุ้นไปยังระดับย่อยที่เกี่ยวข้องสามารถอธิบายการก่อตัวของสารประกอบทางเคมีขององค์ประกอบกลุ่ม VIIIa ในช่วงที่ 3 และช่วงต่อ ๆ ไป ไม่พบสารประกอบทางเคมีในฮีเลียมและนีออน (ช่วงที่ 1 และ 2) ซึ่งมีระดับควอนตัมภายนอกที่สมบูรณ์ และเป็นก๊าซเฉื่อยเพียงชนิดเดียวเท่านั้น

กลไกระหว่างผู้บริจาคและผู้รับในการสร้างพันธะโควาเลนต์

คู่ของอิเล็กตรอนที่มีการหมุนขนานกันซึ่งก่อให้เกิดพันธะนั้นสามารถได้รับไม่เพียงแต่โดยกลไกการแลกเปลี่ยนซึ่งเกี่ยวข้องกับการมีส่วนร่วมของอิเล็กตรอนจากทั้งสองอะตอม แต่ยังโดยกลไกอื่นที่เรียกว่าตัวรับผู้บริจาค โดยหนึ่งอะตอม (ผู้บริจาค) ให้คู่เดียว ของอิเล็กตรอนสำหรับการก่อตัวของพันธะและอื่น ๆ (ตัวรับ) – เซลล์ควอนตัมว่าง:

ผลลัพธ์ของกลไกทั้งสองจะเหมือนกัน บ่อยครั้งที่การสร้างพันธะสามารถอธิบายได้ด้วยทั้งสองกลไก ตัวอย่างเช่น สามารถรับโมเลกุล HF ได้ไม่เพียงแต่ในเฟสก๊าซจากอะตอมตามกลไกการแลกเปลี่ยนดังที่แสดงไว้ด้านบน (ดูรูปที่ 3) แต่ยังได้รับในสารละลายที่เป็นน้ำจากไอออน H + และ F ตามผู้บริจาคด้วย -กลไกของตัวรับ:

ไม่ต้องสงสัยเลยว่าโมเลกุลที่เกิดจากกลไกที่แตกต่างกันนั้นแยกไม่ออก การเชื่อมต่อจะเทียบเท่ากันโดยสิ้นเชิง ดังนั้นจึงเป็นการถูกต้องมากกว่าที่จะไม่แยกแยะปฏิสัมพันธ์ระหว่างผู้บริจาคและผู้รับว่าเป็นพันธะชนิดพิเศษ แต่ให้พิจารณาว่าเป็นเพียงกลไกพิเศษสำหรับการก่อตัวของพันธะโควาเลนต์

เมื่อต้องการเน้นย้ำกลไกการเกิดพันธะอย่างแม่นยำตามกลไกของผู้บริจาค-ผู้รับ จะแสดงไว้ในสูตรโครงสร้างด้วยลูกศรจากผู้บริจาคถึงผู้รับ (D® ก) ในกรณีอื่นๆ การเชื่อมต่อดังกล่าวไม่ได้แยกออกจากกันและระบุด้วยเครื่องหมายขีดกลาง ดังเช่นในกลไกการแลกเปลี่ยน: D–A

พันธะในแอมโมเนียมไอออนที่เกิดขึ้นจากปฏิกิริยา: NH 3 + H + = NH 4 +,

แสดงตามรูปแบบดังต่อไปนี้:

สูตรโครงสร้างของ NH 4 + สามารถแสดงได้ดังนี้

.

รูปแบบที่สองของสัญกรณ์จะดีกว่า เนื่องจากมันสะท้อนถึงความเท่าเทียมกันที่สร้างขึ้นจากการทดลองของการเชื่อมต่อทั้งสี่

การก่อตัวของพันธะเคมีโดยกลไกของผู้บริจาคและผู้รับจะขยายขีดความสามารถเวเลนซ์ของอะตอม โดยเวเลนซ์ถูกกำหนดไม่เพียงแต่จากจำนวนอิเล็กตรอนที่ไม่มีคู่เท่านั้น แต่ยังรวมถึงจำนวนคู่อิเล็กตรอนเดี่ยวและเซลล์ควอนตัมว่างที่เกี่ยวข้องกับการก่อตัวของพันธะด้วย . ตามตัวอย่างที่กำหนด ความจุของไนโตรเจนคือ 4

กลไกผู้บริจาคและผู้รับใช้เพื่ออธิบายพันธะในสารประกอบเชิงซ้อนโดยใช้วิธี BC ได้สำเร็จ

ความหลากหลายของการสื่อสาร ทราย p -การเชื่อมต่อ

การเชื่อมต่อระหว่างสองอะตอมสามารถทำได้ไม่เพียงแต่โดยหนึ่งคู่เท่านั้น แต่ยังรวมถึงคู่อิเล็กตรอนหลายคู่ด้วย เป็นจำนวนคู่อิเล็กตรอนที่กำหนดความหลากหลายในวิธี BC ซึ่งเป็นหนึ่งในคุณสมบัติของพันธะโควาเลนต์ ตัวอย่างเช่นในโมเลกุลอีเทน C 2 H 6 พันธะระหว่างอะตอมของคาร์บอนเป็นแบบเดี่ยว (เดี่ยว) ในโมเลกุลเอทิลีน C 2 H 4 จะเป็นสองเท่าและในโมเลกุลอะเซทิลีน C 2 H 2 จะเป็นสามเท่า คุณลักษณะบางประการของโมเลกุลเหล่านี้แสดงไว้ในตาราง 4 1.

ตารางที่ 1

การเปลี่ยนแปลงพารามิเตอร์พันธะระหว่างอะตอม C ขึ้นอยู่กับหลายหลาก

เมื่อทวีคูณของพันธะเพิ่มขึ้น ความยาวของพันธบัตรก็จะลดลงตามที่เราคาดหวังไว้ ทวีคูณของพันธะเพิ่มขึ้นแบบไม่ต่อเนื่อง กล่าวคือ เป็นจำนวนเต็มเท่า ดังนั้น หากพันธะทั้งหมดเท่ากัน พลังงานก็จะเพิ่มขึ้นตามจำนวนเท่าที่สอดคล้องกันเช่นกัน อย่างไรก็ตาม ดังที่เห็นได้จากตาราง 1 พลังงานยึดเหนี่ยวจะเพิ่มขึ้นอย่างรวดเร็วน้อยกว่าหลายหลาก การเชื่อมต่อจึงไม่เท่ากัน สิ่งนี้สามารถอธิบายได้ด้วยความแตกต่างในรูปแบบทางเรขาคณิตที่วงโคจรทับซ้อนกัน ลองดูความแตกต่างเหล่านี้

เรียกว่าพันธะที่เกิดจากเมฆอิเล็กตรอนที่ทับซ้อนกันตามแนวแกนที่ผ่านนิวเคลียสของอะตอม s-บอนด์

ถ้า s-orbital เกี่ยวข้องกับพันธะ ก็เท่านั้นส - การเชื่อมต่อ (รูปที่ 5, a, b, c) จึงเป็นที่มาของชื่อนี้ เนื่องจากอักษรกรีก s มีความหมายเหมือนกันกับอักษรละติน s

เมื่อ p-orbital (รูปที่ 5, b, d, e) และ d-orbital (รูปที่ 5, c, e, f) มีส่วนร่วมในการก่อตัวของพันธะ การทับซ้อนกันของ s-type จะเกิดขึ้นในทิศทางของ ความหนาแน่นสูงสุดของเมฆอิเล็กตรอนซึ่งมีความกระฉับกระเฉงที่สุด ดังนั้นเมื่อสร้างการเชื่อมต่อจะต้องใช้วิธีนี้ก่อนเสมอ ดังนั้นหากการเชื่อมต่อเป็นแบบเดี่ยวแสดงว่าจำเป็นส - การเชื่อมต่อ หากมีหลายรายการ แสดงว่าเป็นหนึ่งในการเชื่อมต่ออย่างแน่นอน s-การเชื่อมต่อ

ข้าว. 5. ตัวอย่างพันธบัตรประเภท s

อย่างไรก็ตาม จากการพิจารณาทางเรขาคณิต เห็นได้ชัดว่าระหว่างสองอะตอมสามารถมีได้เพียงอะตอมเดียวเท่านั้นส -การเชื่อมต่อ. ในพันธะหลายพันธะ พันธะที่สองและสามจะต้องก่อตัวขึ้นโดยวิธีทางเรขาคณิตที่แตกต่างกันของเมฆอิเล็กตรอนที่ทับซ้อนกัน

พันธะที่เกิดจากการทับซ้อนกันของเมฆอิเล็กตรอนที่ด้านใดด้านหนึ่งของแกนที่ผ่านนิวเคลียสของอะตอมเรียกว่า p-บอนด์ ตัวอย่างหน้า - การเชื่อมต่อดังแสดงในรูป 6. การทับซ้อนกันดังกล่าวมีความเอื้ออำนวยน้อยกว่าส -พิมพ์. ดำเนินการโดยส่วนนอกของเมฆอิเล็กตรอนที่มีความหนาแน่นของอิเล็กตรอนต่ำกว่า การเพิ่มหลายหลากของการเชื่อมต่อหมายถึงการก่อตัวพี -พันธะที่มีพลังงานต่ำกว่าเมื่อเทียบกับส - การสื่อสาร. นี่คือสาเหตุที่ทำให้พลังงานยึดเหนี่ยวเพิ่มขึ้นแบบไม่เชิงเส้นเมื่อเปรียบเทียบกับการเพิ่มหลายหลาก

ข้าว. 6. ตัวอย่างพันธบัตรพี

พิจารณาการก่อตัวของพันธะในโมเลกุล N 2 ดังที่ทราบกันดีว่าโมเลกุลไนโตรเจนมีความเฉื่อยทางเคมีมาก เหตุผลนี้คือการก่อตัวของพันธะสามNєNที่แข็งแกร่งมาก:

แผนภาพของการทับซ้อนของเมฆอิเล็กตรอนแสดงไว้ในรูปที่ 1 7. พันธะหนึ่ง (2рх–2рх) ถูกสร้างขึ้นตามประเภท s อีกสองตัว (2рz–2рz, 2рy–2рy) เป็นประเภท p เพื่อไม่ให้ภาพเกะกะ รูปภาพของการทับซ้อนกันของเมฆ 2py จะแสดงแยกกัน (รูปที่ 7, b) เพื่อให้ได้ภาพทั่วไป ดังรูป 7, a และ 7, b ควรรวมกัน

เมื่อมองแวบแรกอาจดูเหมือนว่าส -พันธะซึ่งจำกัดการเข้าใกล้ของอะตอม ไม่อนุญาตให้ออร์บิทัลทับซ้อนกันพี -พิมพ์. อย่างไรก็ตาม ภาพวงโคจรมีเพียงบางส่วน (90%) ของเมฆอิเล็กตรอนเท่านั้น การทับซ้อนเกิดขึ้นกับบริเวณรอบนอกที่อยู่นอกรูปภาพดังกล่าว หากเราจินตนาการถึงวงโคจรที่มีเมฆอิเล็กตรอนเป็นส่วนใหญ่ (เช่น 95%) การทับซ้อนของพวกมันก็จะปรากฏชัดเจน (ดูเส้นประในรูปที่ 7, a)

ข้าว. 7. การก่อตัวของโมเลกุล N 2

ที่จะดำเนินต่อไป

V.I. เอลฟิมอฟ
ศาสตราจารย์แห่งมอสโก
มหาวิทยาลัยเปิดแห่งรัฐ

ความยาวลิงค์ -ระยะห่างระหว่างนิวเคลียร์ ยิ่งระยะห่างนี้สั้นลง พันธะเคมีก็จะยิ่งแข็งแกร่งขึ้นเท่านั้น ความยาวของพันธะขึ้นอยู่กับรัศมีของอะตอมที่ก่อตัวขึ้น ยิ่งอะตอมมีขนาดเล็กเท่าใด พันธะระหว่างพันธะก็จะสั้นลงเท่านั้น ตัวอย่างเช่น ความยาวพันธะ H-O จะสั้นกว่าความยาวพันธะ H-N (เนื่องจากมีการแลกเปลี่ยนอะตอมออกซิเจนน้อยกว่า)

พันธะไอออนิกเป็นกรณีที่รุนแรงของพันธะโควาเลนต์มีขั้ว

การเชื่อมต่อโลหะ

ข้อกำหนดเบื้องต้นสำหรับการสร้างการเชื่อมต่อประเภทนี้คือ:

1) การมีอยู่ของอิเล็กตรอนจำนวนค่อนข้างน้อยที่ระดับด้านนอกของอะตอม

2) การมีอยู่ของว่าง (วงโคจรว่าง) ที่ระดับด้านนอกของอะตอมโลหะ

3) พลังงานไอออไนเซชันค่อนข้างต่ำ

ลองพิจารณาการก่อตัวของพันธะโลหะโดยใช้โซเดียมเป็นตัวอย่าง วาเลนซ์อิเล็กตรอนของโซเดียมซึ่งอยู่ที่ระดับย่อย 3s สามารถเคลื่อนที่ผ่านวงโคจรว่างของชั้นนอกได้อย่างง่ายดาย: ไปตาม 3p และ 3d เมื่ออะตอมเข้ามาใกล้กันมากขึ้นอันเป็นผลมาจากการก่อตัวของโครงผลึก วงโคจรความจุของอะตอมข้างเคียงจะทับซ้อนกัน เนื่องจากอิเล็กตรอนเคลื่อนที่อย่างอิสระจากวงหนึ่งไปยังอีกวงหนึ่ง ทำให้เกิดพันธะระหว่างอะตอมทั้งหมดของผลึกโลหะ

ที่โหนดของโครงตาข่ายคริสตัลจะมีไอออนและอะตอมของโลหะที่มีประจุบวก และระหว่างนั้นก็มีอิเล็กตรอนที่สามารถเคลื่อนที่ได้อย่างอิสระทั่วทั้งโครงตาข่ายคริสตัล อิเล็กตรอนเหล่านี้พบได้ทั่วไปในอะตอมและไอออนทั้งหมดของโลหะ และเรียกว่า "แก๊สอิเล็กตรอน" พันธะระหว่างไอออนโลหะที่มีประจุบวกทั้งหมดกับอิเล็กตรอนอิสระในโครงตาข่ายคริสตัลโลหะเรียกว่า พันธะโลหะ.

การมีอยู่ของพันธะโลหะจะเป็นตัวกำหนดคุณสมบัติทางกายภาพของโลหะและโลหะผสม ได้แก่ ความแข็ง การนำไฟฟ้า การนำความร้อน ความอ่อนตัว ความเหนียว ความแวววาวของโลหะ อิเล็กตรอนอิสระสามารถพาความร้อนและไฟฟ้าได้ ดังนั้นจึงเป็นสาเหตุของคุณสมบัติทางกายภาพหลักที่ทำให้โลหะแตกต่างจากอโลหะ - มีค่าการนำไฟฟ้าและความร้อนสูง

พันธะไฮโดรเจน

พันธะไฮโดรเจนเกิดขึ้นระหว่างโมเลกุลที่มีไฮโดรเจนและอะตอมที่มี EO สูง (ออกซิเจน ฟลูออรีน ไนโตรเจน) พันธะโควาเลนต์ H-O, H-F, H-N มีขั้วสูง เนื่องจากมีประจุบวกส่วนเกินสะสมอยู่บนอะตอมไฮโดรเจน และประจุลบส่วนเกินบนขั้วตรงข้าม ระหว่างขั้วที่มีประจุตรงข้ามกัน แรงดึงดูดของไฟฟ้าสถิตเกิดขึ้น - พันธะไฮโดรเจน

พันธะไฮโดรเจนสามารถเป็นได้ทั้งระหว่างโมเลกุลหรือภายในโมเลกุล พลังงานของพันธะไฮโดรเจนนั้นน้อยกว่าพลังงานของพันธะโควาเลนต์ทั่วไปประมาณสิบเท่า แต่อย่างไรก็ตาม พันธะไฮโดรเจนมีบทบาทสำคัญในกระบวนการทางเคมีกายภาพและชีวภาพหลายอย่าง โดยเฉพาะอย่างยิ่งโมเลกุล DNA นั้นเป็นเกลียวคู่ซึ่งมีนิวคลีโอไทด์สองสายเชื่อมโยงกันด้วยพันธะไฮโดรเจน พันธะไฮโดรเจนระหว่างโมเลกุลระหว่างน้ำกับโมเลกุลของไฮโดรเจนฟลูออไรด์สามารถอธิบายได้ (ตามจุด) ดังนี้

สารที่มีพันธะไฮโดรเจนจะมีโครงผลึกโมเลกุล การมีพันธะไฮโดรเจนทำให้เกิดพันธะโมเลกุลและเป็นผลให้จุดหลอมเหลวและจุดเดือดเพิ่มขึ้น

นอกเหนือจากพันธะเคมีประเภทหลักๆ ที่ระบุไว้แล้ว ยังมีแรงสากลในการปฏิสัมพันธ์ระหว่างโมเลกุลใดๆ ที่ไม่นำไปสู่การแตกหักหรือการก่อตัวของพันธะเคมีใหม่ ปฏิกิริยาเหล่านี้เรียกว่าแรงแวนเดอร์วาลส์ พวกมันกำหนดแรงดึงดูดของโมเลกุลของสารที่กำหนด (หรือสารต่าง ๆ ) ต่อกันในสถานะการรวมตัวของของเหลวและของแข็ง

พันธะเคมีประเภทต่างๆ เป็นตัวกำหนดความมีอยู่ของโครงผลึกชนิดต่างๆ (ตาราง)

สารที่ประกอบด้วยโมเลกุลได้ โครงสร้างโมเลกุล- สารเหล่านี้รวมถึงก๊าซ ของเหลว รวมถึงของแข็งที่มีโครงผลึกโมเลกุล เช่น ไอโอดีน ของแข็งที่มีโครงตาข่ายอะตอม ไอออนิก หรือโลหะ โครงสร้างที่ไม่ใช่โมเลกุลพวกมันไม่มีโมเลกุล

โต๊ะ

คุณสมบัติของโครงตาข่ายคริสตัล	ประเภทขัดแตะ
โมเลกุล	อิออน	นิวเคลียร์	โลหะ
อนุภาคที่โหนดขัดแตะ	โมเลกุล	แคตไอออนและแอนไอออน	อะตอม	ไอออนบวกและอะตอมของโลหะ
ลักษณะของการเชื่อมต่อระหว่างอนุภาค	แรงปฏิสัมพันธ์ระหว่างโมเลกุล (รวมถึงพันธะไฮโดรเจน)	พันธะไอออนิก	พันธะโควาเลนต์	การเชื่อมต่อโลหะ
ความแข็งแรงของพันธะ	อ่อนแอ	ทนทาน	ทนทานมาก	จุดแข็งต่างๆ
คุณสมบัติทางกายภาพที่โดดเด่นของสาร	ละลายหรือระเหิดต่ำ มีความแข็งต่ำ ละลายได้ในน้ำจำนวนมาก	ทนไฟ แข็ง เปราะ ละลายน้ำได้หลายชนิด สารละลายและสารหลอมเหลวนำกระแสไฟฟ้า	ทนไฟได้มาก แข็งมาก แทบไม่ละลายในน้ำ	การนำไฟฟ้าและความร้อนสูง ความมันวาวของโลหะ ความเหนียว
ตัวอย่างของสาร	สารอย่างง่าย - อโลหะ (ในสถานะของแข็ง): Cl 2, F 2, Br 2, O 2, O 3, P 4, ซัลเฟอร์, ไอโอดีน (ยกเว้นซิลิคอน, เพชร, กราไฟท์); สารเชิงซ้อนที่ประกอบด้วยอะตอมที่ไม่ใช่โลหะ (ยกเว้นเกลือแอมโมเนียม): น้ำ น้ำแข็งแห้ง กรด เฮไลด์ที่ไม่ใช่โลหะ: PCl 3, SiF 4, CBr 4, SF 6, สารอินทรีย์: ไฮโดรคาร์บอน, แอลกอฮอล์, ฟีนอล, อัลดีไฮด์ ฯลฯ .	เกลือ: โซเดียมคลอไรด์, แบเรียมไนเตรต ฯลฯ ด่าง: โพแทสเซียมไฮดรอกไซด์, แคลเซียมไฮดรอกไซด์, เกลือแอมโมเนียม: NH 4 Cl, NH 4 NO 3 ฯลฯ โลหะออกไซด์ ไนไตรด์ ไฮไดรด์ ฯลฯ (สารประกอบของโลหะกับอโลหะ)	เพชร, กราไฟท์, ซิลิคอน, โบรอน, เจอร์เมเนียม, ซิลิคอนออกไซด์ (IV) - ซิลิกา, SiC (คาร์บอรันดัม), ฟอสฟอรัสดำ (P)	ทองแดง โพแทสเซียม สังกะสี เหล็ก และโลหะอื่นๆ
การเปรียบเทียบสารโดยจุดหลอมเหลวและจุดเดือด
	เนื่องจากแรงที่อ่อนแอของปฏิกิริยาระหว่างโมเลกุล สารดังกล่าวจึงมีจุดหลอมเหลวและจุดเดือดต่ำที่สุด ยิ่งไปกว่านั้น ยิ่งน้ำหนักโมเลกุลของสารมากเท่าใด t 0 pl ก็จะยิ่งสูงขึ้นเท่านั้น มันมี ข้อยกเว้นคือสารที่โมเลกุลสามารถสร้างพันธะไฮโดรเจนได้ ตัวอย่างเช่น HF มี t0 pl สูงกว่า HCl	สารมีค่า t 0 สูง แต่ต่ำกว่าสารที่มีโครงตาข่ายอะตอม ยิ่งประจุของไอออนที่อยู่ในบริเวณขัดแตะสูงขึ้นและมีระยะห่างระหว่างไอออนน้อยลง จุดหลอมเหลวของสารก็จะยิ่งสูงขึ้นเท่านั้น ตัวอย่างเช่น t 0 pl CaF 2 สูงกว่า t 0 pl เคเอฟ.	พวกเขามี t 0 pl สูงสุด ยิ่งพันธะระหว่างอะตอมในโครงตาข่ายมีความเข้มข้นมากเท่าใด t 0 pl ก็จะยิ่งสูงขึ้นเท่านั้น มีสาร ตัวอย่างเช่น Si มี t0 pl ต่ำกว่า C	โลหะมีความแตกต่างกัน t0 pl.: จาก -37 0 C สำหรับปรอทถึง 3360 0 C สำหรับทังสเตน

พันธะเคมี

ปฏิกิริยาทั้งหมดที่นำไปสู่การรวมตัวของอนุภาคเคมี (อะตอม โมเลกุล ไอออน ฯลฯ) ให้เป็นสารจะแบ่งออกเป็นพันธะเคมีและพันธะระหว่างโมเลกุล (อันตรกิริยาระหว่างโมเลกุล)

พันธะเคมี- พันธะโดยตรงระหว่างอะตอม มีพันธะไอออนิก โควาเลนต์ และโลหะ

พันธะระหว่างโมเลกุล- การเชื่อมต่อระหว่างโมเลกุล สิ่งเหล่านี้คือพันธะไฮโดรเจน, พันธะไอออน - ไดโพล (เนื่องจากการก่อตัวของพันธะนี้, ตัวอย่างเช่นการก่อตัวของเปลือกไฮเดรชั่นของไอออนเกิดขึ้น), ไดโพล - ไดโพล (เนื่องจากการก่อตัวของพันธะนี้, โมเลกุลของสารขั้วโลกจะถูกรวมเข้าด้วยกัน ตัวอย่างเช่นในอะซิโตนเหลว) เป็นต้น

พันธะไอออนิก- พันธะเคมีเกิดขึ้นเนื่องจากการดึงดูดไฟฟ้าสถิตของไอออนที่มีประจุตรงข้าม ในสารประกอบไบนารี (สารประกอบของสององค์ประกอบ) มันถูกสร้างขึ้นเมื่อขนาดของอะตอมที่ถูกพันธะแตกต่างกันอย่างมาก: อะตอมบางอะตอมมีขนาดใหญ่และบางอะตอมมีขนาดเล็ก - นั่นคืออะตอมบางตัวยอมให้อิเล็กตรอนได้ง่ายในขณะที่บางตัวมีแนวโน้มที่จะยอมรับ พวกเขา (โดยปกติแล้วสิ่งเหล่านี้คืออะตอมของธาตุที่ก่อตัวเป็นโลหะทั่วไปและอะตอมของธาตุที่ก่อตัวเป็นอโลหะทั่วไป); อิเลคโตรเนกาติวีตี้ของอะตอมดังกล่าวก็แตกต่างกันมากเช่นกัน
พันธะไอออนิกไม่มีทิศทางและไม่อิ่มตัว

พันธะโควาเลนต์- พันธะเคมีที่เกิดขึ้นเนื่องจากการก่อตัวของอิเล็กตรอนคู่ร่วม. พันธะโควาเลนต์เกิดขึ้นระหว่างอะตอมขนาดเล็กที่มีรัศมีเท่ากันหรือคล้ายกัน เงื่อนไขที่จำเป็นคือการมีอิเล็กตรอนที่ไม่มีคู่อยู่ในอะตอมที่ถูกพันธะ (กลไกการแลกเปลี่ยน) หรือคู่โดดเดี่ยวในอะตอมหนึ่งและมีวงโคจรอิสระในอีกอะตอมหนึ่ง (กลไกตัวรับบริจาค):

ก)	เอช· + ·เอช เอช:เอช	ฮ-ฮ	เอช 2	(อิเล็กตรอนคู่หนึ่งที่ใช้ร่วมกัน H คือโมโนวาเลนต์);
ข)		เอ็นเอ็น	ยังไม่มีข้อความ 2	(อิเล็กตรอนสามคู่ที่ใช้ร่วมกัน; N คือไตรวาเลนต์);
วี)		เอช-เอฟ	เอชเอฟ	(อิเล็กตรอนคู่หนึ่งที่ใช้ร่วมกัน H และ F เป็นอิเล็กตรอนเดี่ยว)
ช)			NH4+	(อิเล็กตรอนสี่คู่ที่ใช้ร่วมกัน; N คือเทตระวาเลนต์)

ขึ้นอยู่กับจำนวนคู่อิเล็กตรอนที่ใช้ร่วมกัน พันธะโควาเลนต์จะถูกแบ่งออกเป็น
• เรียบง่าย (เดี่ยว)- อิเล็กตรอนหนึ่งคู่
• สองเท่า- อิเล็กตรอนสองคู่
• สามเท่า- อิเล็กตรอนสามคู่

พันธะคู่และสามเรียกว่าพันธะหลาย

ตามการกระจายตัวของความหนาแน่นของอิเล็กตรอนระหว่างอะตอมที่ถูกพันธะ พันธะโควาเลนต์จะถูกแบ่งออกเป็น ไม่ใช่ขั้วและ ขั้วโลก- พันธะที่ไม่มีขั้วเกิดขึ้นระหว่างอะตอมที่เหมือนกัน พันธะที่มีขั้ว - ระหว่างอะตอมที่ต่างกัน

อิเล็กโทรเนกาติวีตี้- การวัดความสามารถของอะตอมในสารในการดึงดูดคู่อิเล็กตรอนทั่วไป
คู่อิเล็กตรอนของพันธะขั้วโลกจะเลื่อนไปยังองค์ประกอบที่มีอิเลคโตรเนกาติตีมากขึ้น การกระจัดของคู่อิเล็กตรอนนั้นเรียกว่าโพลาไรเซชันของพันธะ ประจุบางส่วน (ส่วนเกิน) ที่เกิดขึ้นระหว่างโพลาไรเซชันถูกกำหนดเป็น + และ - เช่น:

ขึ้นอยู่กับธรรมชาติของการทับซ้อนกันของเมฆอิเล็กตรอน ("ออร์บิทัล") พันธะโควาเลนต์แบ่งออกเป็น -พันธะ และ -พันธะ
- พันธะเกิดขึ้นเนื่องจากการทับซ้อนกันโดยตรงของเมฆอิเล็กตรอน (ตามแนวเส้นตรงที่เชื่อมนิวเคลียสของอะตอม) - พันธะเกิดขึ้นเนื่องจากการทับซ้อนกันด้านข้าง (ทั้งสองด้านของระนาบซึ่งมีนิวเคลียสของอะตอมอยู่)

พันธะโควาเลนต์นั้นมีทิศทางและมีความคงตัว รวมทั้งสามารถโพลาไรซ์ได้
แบบจำลองการผสมพันธุ์ใช้เพื่ออธิบายและทำนายทิศทางร่วมกันของพันธะโควาเลนต์

การผสมพันธุ์ของออร์บิทัลของอะตอมและเมฆอิเล็กตรอน- การวางแนวของวงโคจรของอะตอมในพลังงาน และเมฆอิเล็กตรอนในรูปร่างเมื่ออะตอมสร้างพันธะโควาเลนต์
การผสมพันธุ์ที่พบบ่อยที่สุดสามประเภทคือ: เอสพี-, เอสพี 2 และ เอสพี 3 - การผสมพันธุ์ ตัวอย่างเช่น:
เอสพี- การผสมพันธุ์ - ในโมเลกุล C 2 H 2, BeH 2, CO 2 (โครงสร้างเชิงเส้น);
เอสพี 2 ไฮบริด - ในโมเลกุล C 2 H 4, C 6 H 6, BF 3 (รูปสามเหลี่ยมแบน);
เอสพี 3 ไฮบริด - ในโมเลกุล CCl 4, SiH 4, CH 4 (รูปแบบจัตุรมุข); NH 3 (รูปทรงเสี้ยม); H 2 O (รูปทรงเชิงมุม)

การเชื่อมต่อโลหะ- พันธะเคมีที่เกิดขึ้นจากการแบ่งปันเวเลนซ์อิเล็กตรอนของอะตอมที่ถูกพันธะทั้งหมดของผลึกโลหะ เป็นผลให้เกิดเมฆอิเล็กตรอนเดี่ยวของคริสตัลซึ่งสามารถเคลื่อนที่ได้ง่ายภายใต้อิทธิพลของแรงดันไฟฟ้า - ด้วยเหตุนี้ค่าการนำไฟฟ้าของโลหะจึงสูง
พันธะโลหะเกิดขึ้นเมื่ออะตอมที่ถูกพันธะมีขนาดใหญ่จึงมีแนวโน้มที่จะทำให้อิเล็กตรอนหมดไป สารเชิงเดี่ยวที่มีพันธะโลหะ ได้แก่ โลหะ (Na, Ba, Al, Cu, Au ฯลฯ) สารเชิงซ้อนคือสารประกอบระหว่างโลหะ (AlCr 2, Ca 2 Cu, Cu 5 Zn 8 เป็นต้น)
พันธะโลหะไม่มีทิศทางหรือความอิ่มตัว มันยังถูกเก็บรักษาไว้ในการหลอมโลหะ

พันธะไฮโดรเจน- พันธะระหว่างโมเลกุลเกิดขึ้นเนื่องจากการยอมรับบางส่วนของอิเล็กตรอนคู่จากอะตอมที่มีอิเลคโตรเนกาติตีสูงโดยอะตอมไฮโดรเจนที่มีประจุบางส่วนเป็นบวกจำนวนมาก มันถูกสร้างขึ้นในกรณีที่โมเลกุลหนึ่งประกอบด้วยอะตอมที่มีอิเล็กตรอนคู่เดียวและมีอิเล็กโตรเนกาติวีตี้สูง (F, O, N) และอีกโมเลกุลหนึ่งประกอบด้วยอะตอมไฮโดรเจนที่ถูกพันธะด้วยพันธะขั้วสูงกับอะตอมตัวใดตัวหนึ่งดังกล่าว ตัวอย่างของพันธะไฮโดรเจนระหว่างโมเลกุล:

H—O—H OH 2 , H—O—H NH 3 , H—O—H F—H, H—F H—F.

พันธะไฮโดรเจนภายในโมเลกุลมีอยู่ในโมเลกุลของโพลีเปปไทด์ กรดนิวคลีอิก โปรตีน ฯลฯ

การวัดความแข็งแกร่งของพันธะใดๆ คือพลังงานของพันธะ
พลังงานการสื่อสาร- พลังงานที่จำเป็นในการทำลายพันธะเคมีที่กำหนดในสารขนาด 1 โมล หน่วยวัดคือ 1 กิโลจูล/โมล

พลังงานของพันธะไอออนิกและโควาเลนต์มีลำดับความสำคัญเท่ากัน พลังงานของพันธะไฮโดรเจนมีลำดับความสำคัญต่ำกว่า

พลังงานของพันธะโควาเลนต์ขึ้นอยู่กับขนาดของอะตอมที่ถูกพันธะ (ความยาวพันธะ) และจำนวนหลายหลากของพันธะ ยิ่งอะตอมมีขนาดเล็กลงและมีพันธะหลายหลากมากขึ้น พลังงานก็จะมากขึ้นตามไปด้วย

พลังงานพันธะไอออนิกขึ้นอยู่กับขนาดของไอออนและประจุของพวกมัน ยิ่งไอออนมีขนาดเล็กลงและมีประจุมากขึ้น พลังงานยึดเหนี่ยวก็จะมากขึ้นตามไปด้วย

โครงสร้างของสสาร

ตามประเภทของโครงสร้างสารทั้งหมดจะถูกแบ่งออกเป็น โมเลกุลและ ไม่ใช่โมเลกุล- ในบรรดาสารอินทรีย์ มีสารโมเลกุลมากกว่า ในบรรดาสารอนินทรีย์ มีสารที่ไม่ใช่โมเลกุลมากกว่า

ขึ้นอยู่กับประเภทของพันธะเคมี สารจะถูกแบ่งออกเป็นสารที่มีพันธะโควาเลนต์ สารที่มีพันธะไอออนิก (สารไอออนิก) และสารที่มีพันธะโลหะ (โลหะ)

สารที่มีพันธะโควาเลนต์อาจเป็นโมเลกุลหรือไม่ใช่โมเลกุลก็ได้ สิ่งนี้ส่งผลกระทบอย่างมีนัยสำคัญต่อคุณสมบัติทางกายภาพของพวกเขา

สารโมเลกุลประกอบด้วยโมเลกุลที่เชื่อมต่อถึงกันด้วยพันธะระหว่างโมเลกุลที่อ่อนแอ ได้แก่ H 2, O 2, N 2, Cl 2, Br 2, S 8, P 4 และสารธรรมดาอื่น ๆ CO 2, SO 2, N 2 O 5, H 2 O, HCl, HF, NH 3, CH 4, C 2 H 5 OH, โพลีเมอร์อินทรีย์ และสารอื่นๆ อีกมากมาย สารเหล่านี้ไม่มีความแข็งแรงสูง มีจุดหลอมเหลวและจุดเดือดต่ำ ไม่นำไฟฟ้า และบางส่วนละลายได้ในน้ำหรือตัวทำละลายอื่นๆ

สารที่ไม่ใช่โมเลกุลที่มีพันธะโควาเลนต์หรือสารอะตอม (เพชร, กราไฟท์, Si, SiO 2, SiC และอื่น ๆ ) ก่อให้เกิดผลึกที่แข็งแกร่งมาก (ยกเว้นกราไฟท์แบบชั้น) สารเหล่านี้ไม่ละลายในน้ำและตัวทำละลายอื่น ๆ มีการหลอมละลายสูงและ จุดเดือดส่วนใหญ่ไม่นำกระแสไฟฟ้า (ยกเว้นกราไฟท์ซึ่งเป็นสื่อกระแสไฟฟ้าและเซมิคอนดักเตอร์ - ซิลิคอน, เจอร์เมเนียม ฯลฯ )

สารไอออนิกทั้งหมดไม่ใช่โมเลกุลโดยธรรมชาติ สิ่งเหล่านี้คือสารที่เป็นของแข็งและทนไฟ สารละลายและสารหลอมซึ่งนำกระแสไฟฟ้า หลายชนิดสามารถละลายได้ในน้ำ ควรสังเกตว่าในสารไอออนิกซึ่งผลึกประกอบด้วยไอออนเชิงซ้อนก็มีพันธะโควาเลนต์เช่น: (Na +) 2 (SO 4 2-), (K +) 3 (PO 4 3-) , (NH 4 + )(NO 3-) เป็นต้น อะตอมที่ประกอบเป็นไอออนเชิงซ้อนเชื่อมต่อกันด้วยพันธะโควาเลนต์

โลหะ (สารที่มีพันธะโลหะ)มีความหลากหลายมากในด้านคุณสมบัติทางกายภาพ ในหมู่พวกเขามีของเหลว (Hg) อ่อนมาก (Na, K) และโลหะแข็งมาก (W, Nb)

คุณสมบัติทางกายภาพที่เป็นลักษณะเฉพาะของโลหะคือค่าการนำไฟฟ้าสูง (ต่างจากเซมิคอนดักเตอร์ซึ่งจะลดลงเมื่ออุณหภูมิเพิ่มขึ้น) ความจุความร้อนสูง และความเหนียว (สำหรับโลหะบริสุทธิ์)

ในสถานะของแข็ง สารเกือบทั้งหมดประกอบด้วยผลึก ขึ้นอยู่กับประเภทของโครงสร้างและประเภทของพันธะเคมี ผลึก (“ผลึกขัดแตะ”) จะถูกแบ่งออกเป็น อะตอม(ผลึกของสารที่ไม่ใช่โมเลกุลที่มีพันธะโควาเลนต์) อิออน(ผลึกของสารไอออนิก) โมเลกุล(ผลึกของสารโมเลกุลที่มีพันธะโควาเลนต์) และ โลหะ(ผลึกของสารที่มีพันธะโลหะ)

งานและการทดสอบในหัวข้อ "หัวข้อที่ 10" พันธะเคมี โครงสร้างของสสาร”

• ประเภทของพันธะเคมี - โครงสร้างของสสารเกรด 8–9

  บทเรียน: 2 การบ้าน: 9 แบบทดสอบ: 1

• การบ้าน: 9 การทดสอบ: 1

หลังจากอ่านหัวข้อนี้แล้ว คุณควรเข้าใจแนวคิดต่อไปนี้: พันธะเคมี พันธะระหว่างโมเลกุล พันธะไอออนิก พันธะโควาเลนต์ พันธะโลหะ พันธะไฮโดรเจน พันธะอย่างง่าย พันธะคู่ พันธะสาม พันธะหลาย พันธะไม่มีขั้ว พันธะขั้วโลก , อิเล็กโตรเนกาติวีตี้, โพลาไรเซชันของพันธะ, - และ - พันธะ, การผสมพันธุ์ของออร์บิทัลอะตอม, พลังงานยึดเหนี่ยว

คุณต้องทราบการจำแนกประเภทของสารตามประเภทของโครงสร้าง ตามประเภทของพันธะเคมี การพึ่งพาคุณสมบัติของสารเชิงซ้อนและซับซ้อนกับประเภทของพันธะเคมี และประเภทของ "โครงตาข่ายคริสตัล"

คุณต้องสามารถ: กำหนดประเภทของพันธะเคมีในสาร ชนิดของการผสมพันธุ์ จัดทำไดอะแกรมของการเกิดพันธะ ใช้แนวคิดเรื่องอิเล็กโตรเนกาติวีตี้ จำนวนอิเล็กโตรเนกาติวีตี้ รู้ว่าอิเลคโตรเนกาติวีตี้เปลี่ยนแปลงองค์ประกอบทางเคมีในช่วงเวลาเดียวกันอย่างไรและกลุ่มหนึ่งเพื่อกำหนดขั้วของพันธะโควาเลนต์

หลังจากแน่ใจว่าทุกสิ่งที่คุณต้องการได้เรียนรู้แล้ว ให้ดำเนินการงานให้เสร็จสิ้น เราหวังว่าคุณจะประสบความสำเร็จ

การอ่านที่แนะนำ:

• O.S. Gabrielyan, G.G. Lysova. เคมีเกรด 11 เอ็ม. บัสตาร์ด 2545.
• G.E. Rudzitis, F.G. Feldman. เคมีเกรด 11 ม., การศึกษา, 2544.

เหตุใดอะตอมจึงสามารถรวมตัวและก่อตัวเป็นโมเลกุลได้ อะไรคือสาเหตุของการดำรงอยู่ของสารที่มีอะตอมขององค์ประกอบทางเคมีที่แตกต่างกันโดยสิ้นเชิงคืออะไร? คำถามเหล่านี้เป็นคำถามระดับโลกที่ส่งผลต่อแนวคิดพื้นฐานของวิทยาศาสตร์กายภาพและเคมีสมัยใหม่ สามารถตอบได้ด้วยการทำความเข้าใจโครงสร้างอิเล็กทรอนิกส์ของอะตอม และรู้คุณลักษณะของพันธะโควาเลนต์ ซึ่งเป็นพื้นฐานพื้นฐานของสารประกอบส่วนใหญ่ จุดประสงค์ของบทความของเราคือเพื่อทำความคุ้นเคยกับกลไกการก่อตัวของพันธะเคมีและสารประกอบประเภทต่างๆ ที่บรรจุอยู่ในโมเลกุล

โครงสร้างทางอิเล็กทรอนิกส์ของอะตอม

อนุภาคของสสารที่เป็นกลางทางไฟฟ้าซึ่งเป็นองค์ประกอบเชิงโครงสร้าง มีโครงสร้างที่สะท้อนโครงสร้างของระบบสุริยะ เช่นเดียวกับที่ดาวเคราะห์หมุนรอบดาวฤกษ์ใจกลาง - ดวงอาทิตย์ อิเล็กตรอนในอะตอมก็เคลื่อนที่ไปรอบนิวเคลียสที่มีประจุบวกเช่นกัน ในการจำแนกลักษณะของพันธะโควาเลนต์ อิเล็กตรอนที่อยู่ในระดับพลังงานสุดท้ายและอยู่ห่างจากนิวเคลียสมากที่สุดจะมีนัยสำคัญ เนื่องจากการเชื่อมต่อกับศูนย์กลางของอะตอมมีน้อย จึงถูกดึงดูดโดยนิวเคลียสของอะตอมอื่นได้อย่างง่ายดาย นี่เป็นสิ่งสำคัญมากสำหรับการเกิดปฏิกิริยาระหว่างอะตอมซึ่งนำไปสู่การก่อตัวของโมเลกุล เหตุใดรูปแบบโมเลกุลจึงเป็นรูปแบบหลักของการดำรงอยู่ของสสารบนโลกของเรา? ลองคิดดูสิ

คุณสมบัติพื้นฐานของอะตอม

ความสามารถของอนุภาคที่เป็นกลางทางไฟฟ้าในการโต้ตอบซึ่งนำไปสู่การได้รับพลังงานเป็นคุณสมบัติที่สำคัญที่สุด อันที่จริงภายใต้สภาวะปกติ สถานะโมเลกุลของสารจะมีเสถียรภาพมากกว่าสถานะอะตอม หลักการพื้นฐานของวิทยาศาสตร์อะตอม-โมเลกุลสมัยใหม่อธิบายทั้งหลักการของการก่อตัวของโมเลกุลและลักษณะของพันธะโควาเลนต์ ให้เราระลึกว่าอะตอมสามารถมีอิเล็กตรอนได้ตั้งแต่ 1 ถึง 8 ตัว ในกรณีหลัง ชั้นจะเสร็จสมบูรณ์และจึงมีความเสถียรมาก อะตอมของก๊าซมีตระกูลมีโครงสร้างระดับภายนอกดังนี้: อาร์กอน, คริปทอน, ซีนอน - องค์ประกอบเฉื่อยที่ทำให้แต่ละช่วงเวลาในระบบของ D.I. ข้อยกเว้นในกรณีนี้คือฮีเลียม ซึ่งไม่ใช่ 8 แต่จะมีอิเล็กตรอนเพียง 2 ตัวในระดับสุดท้าย เหตุผลง่ายๆ คือ ในช่วงแรกมีเพียงสององค์ประกอบ ซึ่งอะตอมมีชั้นอิเล็กตรอนเพียงชั้นเดียว องค์ประกอบทางเคมีอื่นๆ ทั้งหมดมีอิเล็กตรอนตั้งแต่ 1 ถึง 7 ตัวในชั้นสุดท้ายที่ไม่สมบูรณ์ ในกระบวนการปฏิสัมพันธ์ซึ่งกันและกัน อะตอมจะมีแนวโน้มที่จะเต็มไปด้วยอิเล็กตรอนจนถึงออคเต็ต และคืนค่าการกำหนดค่าของอะตอมขององค์ประกอบเฉื่อย สถานะนี้สามารถทำได้สองวิธี: โดยการสูญเสียอนุภาคที่มีประจุลบของผู้อื่นหรือการยอมรับอนุภาคที่มีประจุลบของผู้อื่น ปฏิสัมพันธ์รูปแบบเหล่านี้จะอธิบายวิธีการพิจารณาว่าพันธะใด - ไอออนิกหรือโควาเลนต์ - จะเกิดขึ้นระหว่างอะตอมที่เข้าสู่ปฏิกิริยา

กลไกการก่อตัวของการกำหนดค่าทางอิเล็กทรอนิกส์ที่เสถียร

ลองจินตนาการว่าสารธรรมดาสองชนิดเข้าสู่ปฏิกิริยาผสม ได้แก่ โลหะโซเดียมและก๊าซคลอรีน เกิดสารประเภทเกลือ - โซเดียมคลอไรด์ มีพันธะเคมีชนิดไอออนิก เหตุใดและเกิดขึ้นได้อย่างไร? ให้เรามาดูโครงสร้างของอะตอมของสารตั้งต้นอีกครั้ง โซเดียมมีอิเล็กตรอนเพียงตัวเดียวในชั้นสุดท้าย ซึ่งจับกับนิวเคลียสอย่างอ่อนเนื่องจากมีรัศมีขนาดใหญ่ของอะตอม พลังงานไอออไนเซชันของโลหะอัลคาไลทั้งหมด ซึ่งรวมถึงโซเดียมด้วยนั้นอยู่ในระดับต่ำ ดังนั้นอิเล็กตรอนของระดับภายนอกจึงออกจากระดับพลังงานถูกดึงดูดโดยนิวเคลียสของอะตอมของคลอรีนและยังคงอยู่ในอวกาศ นี่เป็นการวางแบบอย่างสำหรับอะตอม Cl ที่จะกลายเป็นไอออนที่มีประจุลบ ตอนนี้เราไม่ได้จัดการกับอนุภาคที่เป็นกลางทางไฟฟ้าอีกต่อไป แต่เกี่ยวข้องกับโซเดียมไอออนบวกที่มีประจุและแอนไอออนของคลอรีน ตามกฎของฟิสิกส์ แรงดึงดูดไฟฟ้าสถิตเกิดขึ้นระหว่างพวกมัน และสารประกอบจะก่อตัวเป็นโครงผลึกไอออนิก กลไกการก่อตัวของพันธะเคมีชนิดไอออนิกที่เราพิจารณาจะช่วยชี้แจงลักษณะเฉพาะและหลักของพันธะโควาเลนต์ให้ชัดเจนยิ่งขึ้น

คู่อิเล็กตรอนทั่วไป

หากพันธะไอออนิกเกิดขึ้นระหว่างอะตอมของธาตุที่แตกต่างกันอย่างมากในด้านอิเล็กโตรเนกาติวีตี้ กล่าวคือ โลหะและอโลหะ ประเภทโควาเลนต์จะปรากฏขึ้นในระหว่างอันตรกิริยาของอะตอมของธาตุทั้งธาตุเดียวกันและธาตุอโลหะที่ต่างกัน ในกรณีแรกเป็นเรื่องปกติที่จะพูดถึงเรื่องไม่มีขั้วและในกรณีอื่น ๆ เกี่ยวกับรูปแบบขั้วของพันธะโควาเลนต์ กลไกการก่อตัวของมันเป็นเรื่องปกติ: แต่ละอะตอมให้อิเล็กตรอนบางส่วนเพื่อการใช้งานทั่วไปซึ่งรวมกันเป็นคู่ แต่การจัดเรียงเชิงพื้นที่ของคู่อิเล็กตรอนที่สัมพันธ์กับนิวเคลียสของอะตอมจะแตกต่างกัน บนพื้นฐานนี้ ประเภทของพันธะโควาเลนต์มีความโดดเด่น - แบบไม่มีขั้วและแบบมีขั้ว ส่วนใหญ่แล้วในสารประกอบทางเคมีที่ประกอบด้วยอะตอมขององค์ประกอบที่ไม่ใช่โลหะจะมีคู่ที่ประกอบด้วยอิเล็กตรอนที่มีการหมุนตรงข้ามกันนั่นคือหมุนรอบนิวเคลียสของพวกมันในทิศทางตรงกันข้าม เนื่องจากการเคลื่อนที่ของอนุภาคที่มีประจุลบในอวกาศทำให้เกิดการก่อตัวของเมฆอิเล็กตรอน ซึ่งท้ายที่สุดจะสิ้นสุดลงด้วยการทับซ้อนกันของพวกมัน อะไรคือผลที่ตามมาของกระบวนการนี้สำหรับอะตอม และมันนำไปสู่อะไร?

คุณสมบัติทางกายภาพของพันธะโควาเลนต์

ปรากฎว่าเมฆสองอิเล็กตรอนที่มีความหนาแน่นสูงปรากฏขึ้นระหว่างศูนย์กลางของอะตอมที่มีปฏิสัมพันธ์กันสองตัว แรงดึงดูดไฟฟ้าสถิตระหว่างเมฆที่มีประจุลบกับนิวเคลียสของอะตอมเพิ่มขึ้น พลังงานส่วนหนึ่งถูกปล่อยออกมาและระยะห่างระหว่างศูนย์กลางอะตอมลดลง ตัวอย่างเช่นที่จุดเริ่มต้นของการก่อตัวของโมเลกุล H 2 ระยะห่างระหว่างนิวเคลียสของอะตอมไฮโดรเจนคือ 1.06 A หลังจากที่เมฆทับซ้อนกันและการก่อตัวของคู่อิเล็กตรอนทั่วไป - 0.74 A ตัวอย่างของพันธะโควาเลนต์ที่เกิดขึ้นตาม กลไกที่อธิบายไว้ข้างต้นสามารถพบได้ในสารอนินทรีย์ทั้งแบบธรรมดาและแบบซับซ้อน ลักษณะเด่นที่สำคัญคือการมีคู่อิเล็กตรอนทั่วไป เป็นผลให้หลังจากการเกิดขึ้นของพันธะโควาเลนต์ระหว่างอะตอมเช่นไฮโดรเจนแต่ละอะตอมจะได้รับการกำหนดค่าทางอิเล็กทรอนิกส์ของฮีเลียมเฉื่อยและโมเลกุลที่ได้นั้นมีโครงสร้างที่มั่นคง

รูปร่างเชิงพื้นที่ของโมเลกุล

คุณสมบัติทางกายภาพที่สำคัญมากอีกประการหนึ่งของพันธะโควาเลนต์คือทิศทาง ขึ้นอยู่กับการกำหนดค่าเชิงพื้นที่ของโมเลกุลของสาร ตัวอย่างเช่น เมื่ออิเล็กตรอนสองตัวซ้อนทับกันกับรูปร่างเมฆทรงกลม ลักษณะของโมเลกุลจะเป็นเส้นตรง (ไฮโดรเจนคลอไรด์หรือไฮโดรเจนโบรไมด์) รูปร่างของโมเลกุลของน้ำที่เมฆ s และ p ผสมกันนั้นเป็นเชิงมุม และอนุภาคที่มีความเข้มข้นมากของก๊าซไนโตรเจนจะมีรูปทรงปิรามิด

โครงสร้างของสารอย่างง่าย - อโลหะ

เมื่อค้นพบว่าพันธะชนิดใดที่เรียกว่าโควาเลนต์และมีลักษณะอย่างไร ตอนนี้ถึงเวลาที่จะทำความเข้าใจกับความหลากหลายของมัน หากอะตอมของอโลหะชนิดเดียวกัน - คลอรีน, ไนโตรเจน, ออกซิเจน, โบรมีน ฯลฯ - มีปฏิสัมพันธ์ซึ่งกันและกันก็จะเกิดสารง่าย ๆ ที่เกี่ยวข้องขึ้นมา คู่อิเล็กตรอนทั่วไปของพวกมันอยู่ในระยะห่างเท่ากันจากศูนย์กลางของอะตอมโดยไม่มีการเคลื่อนที่ สารประกอบที่มีพันธะโควาเลนต์ที่ไม่มีขั้วจะมีลักษณะดังต่อไปนี้: จุดเดือดและจุดหลอมเหลวต่ำ, ความไม่ละลายในน้ำ, คุณสมบัติไดอิเล็กทริก ต่อไปเราจะค้นหาว่าสารใดมีลักษณะเป็นพันธะโควาเลนต์ซึ่งมีการกระจัดของคู่อิเล็กตรอนทั่วไปเกิดขึ้น

อิเล็กโทรเนกาติวีตี้และผลกระทบต่อประเภทของพันธะเคมี

คุณสมบัติขององค์ประกอบบางอย่างในการดึงดูดอิเล็กตรอนจากอะตอมขององค์ประกอบอื่นในเคมีเข้าสู่ตัวมันเองเรียกว่าอิเลคโตรเนกาติวีตี้ ขนาดของค่าสำหรับพารามิเตอร์นี้ซึ่งเสนอโดย L. Pauling สามารถพบได้ในหนังสือเรียนเกี่ยวกับเคมีอนินทรีย์และเคมีทั่วไปทุกเล่ม ค่าสูงสุด - 4.1 eV - มีฟลูออรีน น้อยกว่า - อโลหะอื่น ๆ ที่ใช้งานอยู่ และค่าต่ำสุดคือลักษณะของโลหะอัลคาไล หากองค์ประกอบที่มีอิเลคโตรเนกาติวีตี้ต่างกันทำปฏิกิริยาซึ่งกันและกัน ย่อมดึงดูดอนุภาคที่มีประจุลบของอะตอมขององค์ประกอบเฉื่อยมากกว่าเข้าสู่นิวเคลียสของมันอย่างหลีกเลี่ยงไม่ได้ ดังนั้นคุณสมบัติทางกายภาพของพันธะโควาเลนต์จึงขึ้นอยู่กับความสามารถขององค์ประกอบในการบริจาคอิเล็กตรอนเพื่อการใช้งานทั่วไปโดยตรง คู่ทั่วไปที่เกิดขึ้นในกรณีนี้ไม่ได้อยู่ในตำแหน่งที่สัมพันธ์กันอย่างสมมาตรกับนิวเคลียสอีกต่อไป แต่จะถูกเลื่อนไปยังองค์ประกอบที่ทำงานมากกว่า

คุณสมบัติของการเชื่อมต่อกับข้อต่อแบบมีขั้ว

สารที่โมเลกุลของคู่อิเล็กตรอนที่ใช้ร่วมกันไม่สมมาตรเมื่อเทียบกับนิวเคลียสของอะตอม ได้แก่ ไฮโดรเจนเฮไลด์ กรด สารประกอบของคาลโคเจนกับไฮโดรเจน และกรดออกไซด์ เหล่านี้คือกรดซัลเฟตและไนเตรต ออกไซด์ของซัลเฟอร์และฟอสฟอรัส ไฮโดรเจนซัลไฟด์ ฯลฯ ตัวอย่างเช่นโมเลกุลไฮโดรเจนคลอไรด์ประกอบด้วยคู่อิเล็กตรอนทั่วไปหนึ่งคู่ที่เกิดจากอิเล็กตรอนของไฮโดรเจนและคลอรีนที่ไม่จับคู่ มันถูกเลื่อนเข้าใกล้ศูนย์กลางของอะตอม Cl ซึ่งเป็นองค์ประกอบที่มีอิเลคโตรเนกาติตีมากกว่า สารทั้งหมดที่มีพันธะขั้วในสารละลายที่เป็นน้ำจะแยกตัวออกเป็นไอออนและนำกระแสไฟฟ้า สารประกอบที่เราให้มายังมีจุดหลอมเหลวและจุดเดือดที่สูงกว่าเมื่อเทียบกับสารที่ไม่ใช่โลหะธรรมดา

วิธีการทำลายพันธะเคมี

ในเคมีอินทรีย์ ไฮโดรคาร์บอนและฮาโลเจนอิ่มตัวมีกลไกที่รุนแรง ส่วนผสมของมีเธนและคลอรีนจะทำปฏิกิริยากับแสงและที่อุณหภูมิปกติในลักษณะที่โมเลกุลของคลอรีนเริ่มแตกตัวเป็นอนุภาคที่มีอิเล็กตรอนที่ไม่มีการจับคู่ กล่าวอีกนัยหนึ่งคือการทำลายคู่อิเล็กตรอนทั่วไปและการก่อตัวของอนุมูลที่มีฤทธิ์มาก -Cl พวกมันสามารถมีอิทธิพลต่อโมเลกุลมีเธนในลักษณะที่จะทำลายพันธะโควาเลนต์ระหว่างอะตอมของคาร์บอนและไฮโดรเจน สายพันธุ์ที่ใช้งานอยู่ -H ถูกสร้างขึ้น และความจุอิสระของอะตอมคาร์บอนจะยอมรับอนุมูลคลอรีน และผลิตภัณฑ์ปฏิกิริยาแรกคือคลอโรมีเทน กลไกการสลายโมเลกุลนี้เรียกว่าโฮโมไลติก หากอิเล็กตรอนคู่ทั่วไปถูกถ่ายโอนไปยังอะตอมใดอะตอมหนึ่งโดยสมบูรณ์ พวกมันจะพูดถึงกลไกเฮเทอโรไลติกซึ่งเป็นลักษณะของปฏิกิริยาที่เกิดขึ้นในสารละลายที่เป็นน้ำ ในกรณีนี้โมเลกุลของน้ำขั้วโลกจะเพิ่มอัตราการทำลายพันธะเคมีของสารประกอบที่ละลายน้ำได้

พันธะคู่และสาม

สารอินทรีย์ส่วนใหญ่และสารประกอบอนินทรีย์บางชนิดไม่มีคู่อิเล็กตรอนทั่วไปหลายคู่ในโมเลกุลของพวกมัน พันธะโควาเลนต์หลายหลากจะช่วยลดระยะห่างระหว่างอะตอมและเพิ่มความเสถียรของสารประกอบ มักเรียกกันว่าทนต่อสารเคมี ตัวอย่างเช่น โมเลกุลไนโตรเจนมีอิเล็กตรอนสามคู่ ซึ่งถูกกำหนดไว้ในสูตรโครงสร้างด้วยขีดสามขีดและกำหนดความแข็งแรงของมัน ไนโตรเจนที่เป็นสารเชิงเดี่ยวเป็นสารเฉื่อยทางเคมีและสามารถทำปฏิกิริยากับสารประกอบอื่นๆ เช่น ไฮโดรเจน ออกซิเจน หรือโลหะ เฉพาะเมื่อได้รับความร้อนหรือภายใต้ความดันสูง หรือเมื่อมีตัวเร่งปฏิกิริยา

พันธะคู่และพันธะสามมีอยู่ในประเภทของสารประกอบอินทรีย์ เช่น ไฮโดรคาร์บอนไดอีนไม่อิ่มตัว เช่นเดียวกับสารในซีรีส์เอทิลีนหรืออะเซทิลีน พันธะหลายพันธะเป็นตัวกำหนดคุณสมบัติทางเคมีพื้นฐาน ได้แก่ ปฏิกิริยาการเติมและปฏิกิริยาโพลีเมอไรเซชันที่เกิดขึ้น ณ ตำแหน่งที่พันธะแตกตัว

ในบทความของเรา เราได้ให้คำอธิบายทั่วไปเกี่ยวกับพันธะโควาเลนต์และตรวจสอบประเภทหลักของพันธะโควาเลนต์

อิเล็กโทรเนกาติวีตี้คือความสามารถของอะตอมในการเลื่อนอิเล็กตรอนเข้าหาตัวเองเมื่อสร้างพันธะเคมี แนวคิดนี้ได้รับการแนะนำโดยนักเคมีชาวอเมริกัน L. Pauling (1932) อิเลคโตรเนกาติวีตี้แสดงลักษณะของอะตอมขององค์ประกอบที่กำหนดในการดึงดูดคู่อิเล็กตรอนร่วมในโมเลกุล ค่าอิเลคโตรเนกาติวีตี้ที่กำหนดโดยวิธีการต่างๆ แตกต่างกัน ในการปฏิบัติงานด้านการศึกษาพวกเขาส่วนใหญ่มักใช้ค่าสัมพัทธ์มากกว่าค่าสัมบูรณ์ของอิเลคโตรเนกาติวีตี้ สิ่งที่พบบ่อยที่สุดคือระดับที่เปรียบเทียบอิเล็กโทรเนกาติวีตี้ขององค์ประกอบทั้งหมดกับอิเล็กโทรเนกาติวีตี้ของลิเธียมซึ่งถือเป็นหนึ่งเดียว

ท่ามกลางองค์ประกอบของกลุ่ม IA - VIIA:

ตามกฎแล้วอิเลคโตรเนกาติวีตี้จะเพิ่มขึ้นในช่วงเวลา (“จากซ้ายไปขวา”) โดยเลขอะตอมเพิ่มขึ้น และลดลงเป็นกลุ่ม (“จากบนลงล่าง”)

รูปแบบของการเปลี่ยนแปลงอิเลคโตรเนกาติวีตี้ในองค์ประกอบ d-block นั้นซับซ้อนกว่ามาก

องค์ประกอบที่มีค่าอิเล็กโตรเนกาติวีตี้สูง อะตอมซึ่งมีสัมพรรคภาพอิเล็กตรอนสูงและมีพลังงานไอออไนเซชันสูง เช่น มีแนวโน้มที่จะเพิ่มอิเล็กตรอนหรือการกระจัดของอิเล็กตรอนคู่พันธะไปในทิศทางนั้นเรียกว่าอโลหะ

ซึ่งรวมถึง: ไฮโดรเจน คาร์บอน ไนโตรเจน ฟอสฟอรัส ออกซิเจน ซัลเฟอร์ ซีลีเนียม ฟลูออรีน คลอรีน โบรมีน และไอโอดีน ตามลักษณะหลายประการ กลุ่มก๊าซมีตระกูลพิเศษ (ฮีเลียม-เรดอน) ก็ถูกจัดประเภทเป็นอโลหะเช่นกัน

โลหะประกอบด้วยองค์ประกอบส่วนใหญ่ของตารางธาตุ

โลหะมีลักษณะเฉพาะคืออิเล็กโตรเนกาติวีตี้ต่ำ เช่น พลังงานไอออไนเซชันต่ำ และความสัมพันธ์ของอิเล็กตรอน อะตอมของโลหะบริจาคอิเล็กตรอนให้กับอะตอมที่ไม่ใช่โลหะหรือผสมคู่อิเล็กตรอนที่มีพันธะจากตัวมันเอง โลหะมีความแวววาวเป็นพิเศษ มีการนำไฟฟ้าสูง และมีการนำความร้อนได้ดี ส่วนใหญ่จะทนทานและอ่อนตัวได้

คุณสมบัติทางกายภาพชุดนี้ที่ทำให้โลหะแตกต่างจากอโลหะอธิบายได้ด้วยพันธะชนิดพิเศษที่มีอยู่ในโลหะ โลหะทั้งหมดมีโครงตาข่ายคริสตัลที่กำหนดไว้อย่างชัดเจน นอกจากอะตอมแล้ว โหนดของมันยังมีแคตไอออนของโลหะด้วย เช่น อะตอมที่สูญเสียอิเล็กตรอนไป อิเล็กตรอนเหล่านี้ก่อตัวเป็นเมฆอิเล็กตรอนที่เข้าสังคมซึ่งเรียกว่าก๊าซอิเล็กตรอน อิเล็กตรอนเหล่านี้อยู่ในสนามพลังของนิวเคลียสจำนวนมาก พันธะนี้เรียกว่าโลหะ การโยกย้ายของอิเล็กตรอนอย่างอิสระตลอดปริมาตรของคริสตัลจะเป็นตัวกำหนดคุณสมบัติทางกายภาพพิเศษของโลหะ

โลหะประกอบด้วยธาตุ d และ f ทั้งหมด หากจากตารางธาตุคุณเลือกเฉพาะบล็อกขององค์ประกอบ s- และ p นั่นคือองค์ประกอบของกลุ่ม A และลากเส้นทแยงมุมจากมุมซ้ายบนไปยังมุมขวาล่างปรากฎว่ามีองค์ประกอบที่ไม่ใช่โลหะอยู่ ทางด้านขวาของเส้นทแยงมุมนี้และโลหะ - ทางด้านซ้าย ที่อยู่ติดกับเส้นทแยงมุมคือองค์ประกอบที่ไม่สามารถจำแนกได้อย่างชัดเจนว่าเป็นโลหะหรืออโลหะ องค์ประกอบขั้นกลางเหล่านี้ประกอบด้วย: โบรอน, ซิลิคอน, เจอร์เมเนียม, สารหนู, พลวง, ซีลีเนียม, พอโลเนียมและแอสทาทีน

แนวคิดเกี่ยวกับพันธะโควาเลนต์และไอออนิกมีบทบาทสำคัญในการพัฒนาแนวคิดเกี่ยวกับโครงสร้างของสสาร อย่างไรก็ตาม การสร้างวิธีการทางกายภาพและเคมีแบบใหม่เพื่อศึกษาโครงสร้างละเอียดของสสารและการใช้งานแสดงให้เห็นว่าปรากฏการณ์พันธะเคมีนั้นมีมาก ซับซ้อนมากขึ้น ปัจจุบันเชื่อกันว่าพันธะเฮเทอโรอะตอมเป็นทั้งโควาเลนต์และไอออนิก แต่มีสัดส่วนต่างกัน ดังนั้นจึงนำเสนอแนวคิดเกี่ยวกับส่วนประกอบโควาเลนต์และไอออนิกของพันธะเฮเทอโรอะตอม ยิ่งความแตกต่างในอิเล็กโตรเนกาติวีตี้ของอะตอมที่มีพันธะมากเท่าใด ขั้วของพันธะก็จะยิ่งมากขึ้นเท่านั้น เมื่อความแตกต่างมากกว่าสองหน่วย ส่วนประกอบไอออนิกจะมีความโดดเด่นเกือบตลอดเวลา ลองเปรียบเทียบสองออกไซด์: โซเดียมออกไซด์ Na 2 O และคลอรีนออกไซด์ (VII) Cl 2 O 7 ในโซเดียมออกไซด์ ประจุบางส่วนของอะตอมออกซิเจนคือ -0.81 และในคลอรีนออกไซด์ -0.02 ซึ่งหมายความว่าพันธะ Na-O นั้นมีไอออนิก 81% และโควาเลนต์ 19% ส่วนประกอบไอออนิกของพันธะ Cl-O มีเพียง 2%

รายชื่อวรรณกรรมที่ใช้แล้ว

1. ป็อปคอฟ วี.เอ., Puzakov S. A. เคมีทั่วไป: หนังสือเรียน. - อ.: GEOTAR-Media, 2010. - 976 หน้า: ISBN 978-5-9704-1570-2. [กับ. 35-37]
2. Volkov, A.I., Zharsky, I.M.หนังสืออ้างอิงเคมีเล่มใหญ่ / A.I. วอลคอฟ, ไอ. เอ็ม. จาร์สกี้. - ชื่อ: Modern School, 2548 - 608 กับ ISBN 985-6751-04-7.