Độ âm điện là khả năng các nguyên tử dịch chuyển các electron về phía mình khi hình thành liên kết hóa học. Khái niệm này được đưa ra bởi nhà hóa học người Mỹ L. Pauling (1932). Độ âm điện đặc trưng cho khả năng một nguyên tử của một nguyên tố nhất định thu hút một cặp electron chung trong phân tử. Các giá trị độ âm điện được xác định bằng nhiều phương pháp khác nhau là khác nhau. Trong thực hành giáo dục, họ thường sử dụng các giá trị tương đối hơn là tuyệt đối của độ âm điện. Phổ biến nhất là thang đo trong đó độ âm điện của tất cả các nguyên tố được so sánh với độ âm điện của lithium, được lấy làm một.

Trong số các nguyên tố nhóm IA - VIIA:

Độ âm điện khi số nguyên tử tăng dần, theo quy luật, tăng theo chu kỳ (“từ trái sang phải”) và giảm theo nhóm (“từ trên xuống dưới”).

Mô hình thay đổi độ âm điện giữa các phần tử khối d phức tạp hơn nhiều.

Các nguyên tố có độ âm điện cao, các nguyên tử có ái lực điện tử cao và năng lượng ion hóa cao, tức là có xu hướng thêm một electron hoặc dịch chuyển một cặp electron liên kết theo hướng của chúng, được gọi là phi kim.

Chúng bao gồm: hydro, carbon, nitơ, phốt pho, oxy, lưu huỳnh, selen, flo, clo, brom và iốt. Theo một số đặc điểm, một nhóm khí hiếm đặc biệt (helium-radon) cũng được phân loại là phi kim.

Kim loại bao gồm hầu hết các nguyên tố trong Bảng tuần hoàn.

Kim loại được đặc trưng bởi độ âm điện thấp, tức là năng lượng ion hóa thấp và ái lực điện tử. Các nguyên tử kim loại hoặc tặng electron cho các nguyên tử phi kim hoặc trộn lẫn các cặp electron liên kết với nhau. Kim loại có độ bóng đặc trưng, ​​​​độ dẫn điện cao và độ dẫn nhiệt tốt. Chúng chủ yếu bền và dễ uốn.

Tập hợp các tính chất vật lý giúp phân biệt kim loại với phi kim loại này được giải thích bằng loại liên kết đặc biệt tồn tại trong kim loại. Tất cả các kim loại đều có mạng tinh thể được xác định rõ ràng. Cùng với các nguyên tử, các nút của nó chứa các cation kim loại, tức là nguyên tử bị mất electron. Những electron này tạo thành một đám mây điện tử xã hội hóa, được gọi là khí điện tử. Những electron này nằm trong trường lực của nhiều hạt nhân. Liên kết này được gọi là kim loại. Sự di chuyển tự do của các electron trong toàn bộ thể tích của tinh thể quyết định các tính chất vật lý đặc biệt của kim loại.

Kim loại bao gồm tất cả các yếu tố d và f. Nếu từ Bảng tuần hoàn, bạn chỉ nhẩm chọn các khối gồm các phần tử s và p, tức là các phần tử thuộc nhóm A và vẽ một đường chéo từ góc trên bên trái đến góc dưới bên phải, thì hóa ra đó là các nguyên tố phi kim loại. ở phía bên phải của đường chéo này và kim loại - ở bên trái. Liền kề với đường chéo là các nguyên tố không thể phân loại rõ ràng là kim loại hay phi kim. Những nguyên tố trung gian này bao gồm: boron, silicon, germanium, asen, antimon, selen, polonium và astatine.

Các ý tưởng về liên kết cộng hóa trị và liên kết ion đóng vai trò quan trọng trong việc phát triển các ý tưởng về cấu trúc của vật chất, tuy nhiên, việc tạo ra các phương pháp vật lý, hóa học mới để nghiên cứu cấu trúc tinh tế của vật chất và việc sử dụng chúng cho thấy hiện tượng liên kết hóa học còn nhiều hạn chế. phức tạp hơn. Hiện tại người ta tin rằng bất kỳ liên kết dị hợp tử nào cũng vừa là cộng hóa trị vừa là ion, nhưng ở các tỷ lệ khác nhau. Do đó, khái niệm về thành phần cộng hóa trị và ion của liên kết dị hợp tử được đưa ra. Sự chênh lệch độ âm điện của các nguyên tử liên kết càng lớn thì độ phân cực của liên kết càng lớn. Khi hiệu số lớn hơn hai đơn vị thì thành phần ion hầu như luôn chiếm ưu thế. Hãy so sánh hai oxit: natri oxit Na 2 O và clo oxit (VII) Cl 2 O 7. Trong natri oxit, điện tích một phần trên nguyên tử oxy là -0,81 và trong oxit clo -0,02. Điều này có nghĩa là liên kết Na-O có 81% ion và 19% cộng hóa trị. Thành phần ion của liên kết Cl-O chỉ là 2%.

Danh sách tài liệu được sử dụng

1. Popkov V. A., Puzakov S. A. Hóa học đại cương: sách giáo khoa. - M.: GEOTAR-Media, 2010. - 976 trang: ISBN 978-5-9704-1570-2. [Với. 35-37]
2. Volkov, A.I., Zharsky, I.M. Sách tham khảo hóa học lớn / A.I. Volkov, I.M. Zharsky. - Mn.: Trường học hiện đại, 2005. - 608 với ISBN 985-6751-04-7.

Tầm quan trọng đặc biệt lớn trong các hệ thống sinh học là một loại tương tác liên phân tử đặc biệt, liên kết hydro, xảy ra giữa các nguyên tử hydro kết hợp hóa học trong một phân tử và các nguyên tử có độ âm điện F, O, N, Cl, S thuộc một phân tử khác. Khái niệm "liên kết hydro" được Latimer và Rodebush đưa ra lần đầu tiên vào năm 1920 để giải thích các tính chất của nước và các chất liên quan khác. Hãy xem xét một số ví dụ về kết nối như vậy.

Trong đoạn 5.2 chúng ta đã nói về phân tử pyridine và lưu ý rằng nguyên tử nitơ trong nó có hai electron bên ngoài có spin phản song song không tham gia vào quá trình hình thành liên kết hóa học. Cặp electron "tự do" hoặc "đơn độc" này sẽ hút proton và tạo thành liên kết hóa học với nó. Trong trường hợp này, phân tử pyridin sẽ chuyển sang trạng thái ion. Nếu có hai phân tử pyridin, chúng sẽ cạnh tranh để bắt một proton, tạo thành hợp chất

trong đó ba dấu chấm biểu thị một loại tương tác giữa các phân tử mới gọi là liên kết hydro. Trong hợp chất này, proton ở gần nguyên tử nitơ thuận tay trái hơn. Với thành công tương tự, proton có thể ở gần nguyên tử nitơ bên phải hơn. Do đó, thế năng của một proton là hàm của khoảng cách đến nguyên tử nitơ bên phải hoặc bên trái ở một khoảng cách cố định giữa chúng (xấp xỉ ) phải được mô tả bằng một đường cong có hai cực tiểu. Một phép tính cơ học lượng tử của đường cong như vậy do Rhine và Harris thực hiện được thể hiện trong hình. 4.

Lý thuyết cơ học lượng tử về liên kết hydro A-H...B dựa trên tương tác chất cho-chất nhận là một trong những lý thuyết đầu tiên được phát triển bởi N. D. Sokolov. Lý do của liên kết là sự phân phối lại mật độ electron giữa các nguyên tử A và B do proton gây ra. Nói một cách ngắn gọn, họ nói rằng một “cặp electron đơn độc” được chia sẻ. Trên thực tế, trong

Cơm. 4. Đường cong thế năng của năng lượng proton là hàm số của khoảng cách giữa các nguyên tử nitơ của hai phân tử pyridin.

Các electron khác của phân tử cũng tham gia vào việc hình thành các đường cong liên kết hydro tiềm năng, mặc dù ở mức độ thấp hơn (xem bên dưới).

Năng lượng liên kết hydro điển hình nằm trong khoảng từ 0,13 đến 0,31 eV. Nó có độ lớn nhỏ hơn năng lượng của liên kết cộng hóa trị nhưng lớn hơn năng lượng của tương tác van der Waals.

Phức hợp liên phân tử đơn giản nhất được hình thành bằng liên kết hydro là phức chất này có cấu trúc tuyến tính. Khoảng cách giữa các nguyên tử flo là 2,79 A. Khoảng cách giữa các nguyên tử trong phân tử có cực là 0,92 A. Khi phức được hình thành, năng lượng khoảng 0,26 eV được giải phóng.

Với sự trợ giúp của liên kết hydro, một dimer nước được hình thành với năng lượng liên kết khoảng 0,2 eV. Năng lượng này xấp xỉ một phần hai mươi năng lượng của liên kết cộng hóa trị OH. Khoảng cách giữa hai nguyên tử oxy trong phức chất là khoảng 2,76 A. Nó nhỏ hơn tổng bán kính van der Waals của các nguyên tử oxy, bằng 3,06 A. Trong hình. Hình 5 cho thấy sự thay đổi mật độ electron của các nguyên tử nước được tính toán trong quá trình hình thành phức chất. Những tính toán này xác nhận rằng khi một phức được hình thành, sự phân bố mật độ electron xung quanh tất cả các nguyên tử của các phân tử phản ứng sẽ thay đổi.

Vai trò của tất cả các nguyên tử trong việc thiết lập liên kết hydro trong phức hợp cũng có thể được đánh giá bằng ảnh hưởng lẫn nhau của hai liên kết hydro giữa các bazơ nitơ, thymine và adenine, là một phần của chuỗi xoắn kép của phân tử DNA. Vị trí cực tiểu của đường cong thế proton trong hai liên kết phản ánh mối tương quan lẫn nhau của chúng (Hình 6).

Cùng với liên kết hydro thông thường hoặc yếu được hình thành bởi hydro có sự giải phóng năng lượng dưới 1 eV và được đặc trưng bởi một thế năng có hai cực tiểu, hydro tạo thành một số phức có sự giải phóng năng lượng lớn. Ví dụ, khi tạo phức, năng lượng 2,17 eV được giải phóng. Kiểu tương tác này được gọi là mạnh mẽ

Cơm. 5. Sự thay đổi mật độ electron gần các nguyên tử trong phức chất được hình thành bởi liên kết hydro của hai phân tử nước.

Điện tích của electron được coi là bằng đơn vị. Trong phân tử nước tự do, điện tích của 10 electron được phân bố sao cho gần nguyên tử oxy có điện tích 8,64 và ở nguyên tử hydro

Cơm. 6. Liên kết hydro giữa các bazơ nitơ: a - thymine (T) và adenip (A), là một phần của phân tử DNN (mũi tên chỉ vị trí gắn của các bazơ với chuỗi phân tử đường và axit photphoric); - đường cong liên kết hydro tiềm năng; O - oxy; - hydro; - cacbon; - nitơ.

liên kết hydro. Khi các phức có liên kết hydro mạnh được hình thành, cấu hình của các phân tử thay đổi đáng kể. Thế năng của proton có một cực tiểu tương đối phẳng nằm ở gần tâm của liên kết. Do đó, proton dễ dàng bị dịch chuyển. Sự dịch chuyển dễ dàng của proton dưới tác dụng của trường bên ngoài quyết định độ phân cực cao của phức.

Liên kết hydro mạnh không xảy ra trong các hệ thống sinh học. Đối với liên kết hydro yếu, nó có tầm quan trọng quyết định trong mọi sinh vật sống.

Vai trò đặc biệt lớn của liên kết hydro trong các hệ thống sinh học chủ yếu là do nó quyết định cấu trúc thứ cấp của protein, có tầm quan trọng cơ bản đối với mọi quá trình sống; với sự trợ giúp của liên kết hydro, các cặp bazơ được giữ trong các phân tử DNA và cấu trúc ổn định của chúng ở dạng xoắn kép được đảm bảo, và cuối cùng, liên kết hydro chịu trách nhiệm tạo ra các tính chất rất khác thường của nước, rất quan trọng cho sự tồn tại của nước. các hệ thống sống.

Nước là một trong những thành phần chính của mọi sinh vật sống. Cơ thể động vật gần 2/3 là nước. Phôi người chứa khoảng 93% nước trong tháng đầu tiên. Sẽ không có nước chảy. Nước đóng vai trò là môi trường chính trong đó các phản ứng sinh hóa xảy ra trong tế bào. Nó tạo thành phần chất lỏng của máu và bạch huyết. Nước cần thiết cho quá trình tiêu hóa, vì sự phân hủy carbohydrate, protein và chất béo xảy ra khi bổ sung các phân tử nước. Nước được giải phóng trong tế bào khi protein được tạo thành từ các axit amin. sinh lý

Cơm. 7. Cấu trúc băng. Mỗi phân tử nước được kết nối bằng liên kết hydro (ba điểm) với bốn phân tử nước nằm ở các đỉnh của khối tứ diện.

Cơm. 8. Liên kết hydro trong liên kết hydro mờ và “tuyến tính”

Các đặc tính của polyme sinh học và nhiều cấu trúc siêu phân tử (đặc biệt là màng tế bào) phụ thuộc rất nhiều vào sự tương tác của chúng với nước.

Hãy xem xét một số tính chất của nước. Mỗi phân tử nước có mômen điện lớn. Do độ âm điện cao của các nguyên tử oxy, một phân tử nước có thể hình thành liên kết hydro với một, hai, ba hoặc bốn phân tử nước khác. Kết quả là tạo ra các dime tương đối ổn định và các phức hợp polyme khác. Trung bình, mỗi phân tử trong nước lỏng có bốn phân tử lân cận. Thành phần và cấu trúc của các phức chất liên phân tử phụ thuộc vào nhiệt độ nước.

Nước tinh thể (nước đá) có cấu trúc trật tự nhất ở áp suất bình thường và nhiệt độ dưới 0 độ C. Tinh thể của nó có cấu trúc hình lục giác. Ô đơn vị chứa bốn phân tử nước. Cấu trúc tế bào được thể hiện trong hình. 7. Xung quanh nguyên tử oxy trung tâm có bốn nguyên tử oxy khác nằm ở các đỉnh của một tứ diện đều cách nhau 2,76 A. Mỗi phân tử nước được kết nối với các phân tử lân cận bằng bốn liên kết hydro. Trong trường hợp này, góc giữa các liên kết OH trong phân tử tiến tới giá trị “tứ diện” là 109,1°. Trong một phân tử tự do, nó xấp xỉ 105°.

Cấu trúc của băng giống như kim cương. Tuy nhiên, trong kim cương có lực hóa học giữa các nguyên tử cacbon. Một tinh thể kim cương là một phân tử lớn. Tinh thể băng được phân loại là tinh thể phân tử. Các phân tử trong tinh thể về cơ bản vẫn giữ được tính chất riêng của chúng và liên kết với nhau thông qua liên kết hydro.

Cơm. 9. Giá trị thực nghiệm của sự thay đổi tần số dao động hồng ngoại trong nước khi hình thành liên kết hydro ở một góc .

Mạng băng rất lỏng lẻo và chứa nhiều “khoảng trống”, vì số lượng phân tử nước gần nhất cho mỗi phân tử (số phối trí) chỉ là bốn. Khi tan chảy, mạng băng bị phá hủy một phần, đồng thời một số khoảng trống được lấp đầy và mật độ của nước trở nên lớn hơn mật độ của băng. Đây là một trong những dị thường chính của nước. Khi tiếp tục gia nhiệt đến 4°C, quá trình nén vẫn tiếp tục. Khi được làm nóng trên 4° C, biên độ dao động không điều hòa tăng lên, số lượng phân tử liên kết trong phức chất (bầy) giảm và mật độ của nước giảm. Theo ước tính sơ bộ, bầy đàn ở nhiệt độ phòng bao gồm khoảng 240 phân tử, ở 37° C - khoảng 150, ở 45 và 100° C, lần lượt là 120 và 40.

Sự đóng góp của liên kết hydro vào tổng năng lượng của các tương tác giữa các phân tử (11,6 kcal/mol) là khoảng 69%. Do liên kết hydro, điểm nóng chảy (0° C) và điểm sôi (100° C) của nước khác biệt đáng kể so với điểm nóng chảy và điểm sôi của các chất lỏng phân tử khác, giữa các phân tử chỉ có lực van der Waals tác dụng. Ví dụ: đối với metan, các giá trị này lần lượt là -186 và -161° C.

Trong nước lỏng, cùng với tàn dư của cấu trúc tứ diện của băng, có các dimer tuyến tính và tuần hoàn và các phức hợp khác chứa 3, 4, 5, 6 hoặc nhiều phân tử. Điều quan trọng là góc P hình thành giữa liên kết OH và liên kết hydro thay đổi tùy thuộc vào số lượng phân tử trong chu trình (Hình 8). Trong một dimer, góc này là 110°, trong một vòng năm cạnh là 10°, và trong một vòng sáu cạnh và cấu trúc băng hình lục giác, nó gần giống như một viên đạn (liên kết hydro “tuyến tính”).

Hóa ra năng lượng cao nhất của một liên kết hydro tương ứng với góc. Năng lượng của liên kết hydro tỷ lệ thuận với sự thay đổi tần số dao động hồng ngoại kéo dài của nhóm OH trong phân tử nước so với. tần số dao động của phân tử tự do. Độ dịch chuyển tối đa được quan sát thấy trong trường hợp liên kết hydro “tuyến tính”. Trong một phân tử nước trong trường hợp này, tần số giảm đi và tần số giảm đi . Trong hình. Hình 9 thể hiện đồ thị tỷ số dịch chuyển

tần số để bù tối đa từ góc. Do đó, đồ thị này cũng mô tả sự phụ thuộc của năng lượng liên kết hydro vào góc . Sự phụ thuộc này là biểu hiện của tính chất hợp tác của liên kết hydro.

Nhiều nỗ lực đã được thực hiện để tính toán về mặt lý thuyết cấu trúc và tính chất của nước, có tính đến các liên kết hydro và các tương tác giữa các phân tử khác. Theo vật lý thống kê, các tính chất nhiệt động của một hệ gồm các phân tử tương tác nằm trong thể tích V ở áp suất không đổi P ở trạng thái cân bằng thống kê với bộ điều nhiệt được xác định thông qua hàm phân chia các trạng thái.

Ở đây V là thể tích của hệ thống; k - hằng số Boltzmann; T - nhiệt độ tuyệt đối; có nghĩa là chúng ta cần lấy dấu vết của toán tử thống kê trong dấu ngoặc nhọn, trong đó H là toán tử lượng tử của năng lượng của toàn hệ thống. Toán tử này bằng tổng các toán tử động năng của chuyển động tịnh tiến và chuyển động quay của các phân tử và toán tử thế năng của sự tương tác của tất cả các phân tử.

Nếu biết tất cả các hàm riêng và toàn phổ năng lượng E của toán tử H thì (6.2) có dạng

Khi đó năng lượng tự do Gibbs G của hệ ở áp suất P và nhiệt độ T được xác định bằng biểu thức đơn giản

Biết năng lượng tự do Gibbs, chúng ta tìm được tổng khối lượng entropy năng lượng.

Thật không may, do tính chất phức tạp của sự tương tác giữa các phân tử trong nước (phân tử lưỡng cực dị hướng, liên kết hydro dẫn đến các phức có thành phần thay đổi, trong đó năng lượng của liên kết hydro phụ thuộc vào thành phần và cấu trúc của phức chất, v.v.), chúng ta không thể viết toán tử H một cách rõ ràng. Vì vậy, chúng ta phải dùng đến sự đơn giản hóa rất lớn. Do đó, Nameti và Scheraga đã tính toán hàm phân chia dựa trên thực tế là chỉ có năm trạng thái năng lượng của các phân tử trong phức hợp có thể được tính đến, theo

với số lượng liên kết hydro mà chúng tạo thành (0, 1, 2, 3, 4) với các phân tử lân cận. Bằng cách sử dụng mô hình này, họ thậm chí còn chứng minh được rằng mật độ của nước đạt tối đa ở 4° C. Tuy nhiên, sau đó chính các tác giả đã chỉ trích lý thuyết mà họ phát triển vì nó không mô tả nhiều dữ kiện thực nghiệm. Những nỗ lực khác trong tính toán lý thuyết về cấu trúc của nước có thể được tìm thấy trong bài tổng quan của Ben-Naim và Stillinger.

Do tính chất lưỡng cực của phân tử nước và vai trò to lớn của liên kết hydro nên sự tương tác của phân tử nước với các ion và phân tử trung tính trong cơ thể sống cũng đóng vai trò vô cùng quan trọng. Các tương tác dẫn đến quá trình hydrat hóa các ion và một loại tương tác đặc biệt gọi là kỵ nước và ưa nước sẽ được thảo luận trong các phần sau của chương này."

Nói về vai trò của nước trong các hiện tượng sinh học, cần lưu ý rằng tất cả các sinh vật sống đã thích nghi rất thành công với một lượng liên kết hydro nhất định giữa các phân tử. Điều này được chứng minh bằng việc việc thay thế các phân tử nước nặng có ảnh hưởng rất đáng kể đến hệ thống sinh học. Độ hòa tan của các phân tử phân cực giảm, tốc độ truyền xung thần kinh giảm, hoạt động của các enzyme bị gián đoạn, sự phát triển của vi khuẩn và nấm chậm lại, v.v. Có lẽ tất cả những hiện tượng này là do sự tương tác hydro giữa các phân tử. mạnh hơn sự tương tác giữa các phân tử của nước nặng được biểu thị bằng điểm nóng chảy cực cao (3,8 ° C) và nhiệt độ nóng chảy cao (1,51 kcal/mol). Đối với nước thông thường, nhiệt nóng chảy là 1,43 kcal/mol.

Độ dài liên kết - khoảng cách hạt nhân. Khoảng cách này càng ngắn thì liên kết hóa học càng mạnh. Độ dài của liên kết phụ thuộc vào bán kính của các nguyên tử hình thành nên nó: nguyên tử càng nhỏ thì liên kết giữa chúng càng ngắn. Ví dụ, độ dài liên kết H-O ngắn hơn độ dài liên kết H-N (do trao đổi nguyên tử oxy ít hơn).

Liên kết ion là trường hợp cực đoan của liên kết cộng hóa trị có cực.

Kết nối kim loại.

Điều kiện tiên quyết để hình thành loại kết nối này là:

1) sự hiện diện của một số lượng tương đối nhỏ các electron ở cấp độ bên ngoài của nguyên tử;

2) sự hiện diện của các quỹ đạo trống (quỹ đạo trống) ở cấp độ bên ngoài của các nguyên tử kim loại

3) năng lượng ion hóa tương đối thấp.

Hãy xem xét sự hình thành liên kết kim loại bằng natri làm ví dụ. Electron hóa trị của natri, nằm ở lớp dưới 3s, có thể di chuyển tương đối dễ dàng qua các quỹ đạo trống của lớp ngoài: dọc theo 3p và 3d. Khi các nguyên tử đến gần nhau hơn do sự hình thành mạng tinh thể, các quỹ đạo hóa trị của các nguyên tử lân cận chồng lên nhau, do đó các electron di chuyển tự do từ quỹ đạo này sang quỹ đạo khác, thiết lập liên kết giữa TẤT CẢ các nguyên tử của tinh thể kim loại.

Tại các nút của mạng tinh thể có các ion và nguyên tử kim loại tích điện dương, giữa chúng có các electron có thể chuyển động tự do trong mạng tinh thể. Những electron này trở nên chung cho tất cả các nguyên tử và ion của kim loại và được gọi là "khí điện tử". Mối liên hệ giữa tất cả các ion kim loại mang điện dương và các electron tự do trong mạng tinh thể kim loại được gọi là liên kết kim loại.

Sự hiện diện của liên kết kim loại quyết định tính chất vật lý của kim loại và hợp kim: độ cứng, độ dẫn điện, độ dẫn nhiệt, tính dẻo, độ dẻo, độ bóng kim loại. Các electron tự do có thể mang nhiệt và điện nên chúng là nguyên nhân tạo nên tính chất vật lý chính giúp phân biệt kim loại với phi kim - độ dẫn điện và nhiệt cao.

Liên kết hydro.

liên kết hydro xảy ra giữa các phân tử chứa hydro và các nguyên tử có EO cao (oxy, flo, nitơ). Liên kết cộng hóa trị H-O, H-F, H-N có tính phân cực cao, do đó một điện tích dương dư thừa tích tụ trên nguyên tử hydro và một điện tích âm dư thừa trên các cực đối diện. Giữa các cực tích điện trái dấu xuất hiện lực hút tĩnh điện - liên kết hydro.

Liên kết hydro có thể là liên phân tử hoặc nội phân tử. Năng lượng của liên kết hydro nhỏ hơn khoảng mười lần so với năng lượng của liên kết cộng hóa trị thông thường, tuy nhiên, liên kết hydro đóng vai trò quan trọng trong nhiều quá trình hóa lý và sinh học. Đặc biệt, phân tử DNA là những chuỗi xoắn kép trong đó hai chuỗi nucleotide được liên kết với nhau bằng liên kết hydro. Liên kết hydro liên phân tử giữa nước và phân tử hydro florua có thể được mô tả (bằng dấu chấm) như sau:

Các chất có liên kết hydro có mạng tinh thể phân tử. Sự hiện diện của liên kết hydro dẫn đến sự hình thành các liên kết phân tử và do đó làm tăng điểm nóng chảy và điểm sôi.

Ngoài các loại liên kết hóa học chính được liệt kê, còn có các lực tương tác phổ quát giữa bất kỳ phân tử nào không dẫn đến sự phá vỡ hoặc hình thành các liên kết hóa học mới. Những tương tác này được gọi là lực van der Waals. Chúng xác định lực hút của các phân tử của một chất nhất định (hoặc các chất khác nhau) với nhau ở trạng thái kết tụ lỏng và rắn.

Các loại liên kết hóa học khác nhau xác định sự tồn tại của các loại mạng tinh thể khác nhau (bảng).

Các chất bao gồm các phân tử có cấu trúc phân tử. Những chất này bao gồm tất cả các chất khí, chất lỏng cũng như chất rắn có mạng tinh thể phân tử, chẳng hạn như iốt. Các chất rắn có mạng nguyên tử, ion hoặc kim loại có cấu trúc phi phân tử, chúng không có phân tử.

Bàn

Đặc điểm của mạng tinh thể	Loại lưới
phân tử	ion	Hạt nhân	Kim loại
Các hạt tại các nút mạng	Phân tử	Cation và anion	nguyên tử	Cation kim loại và nguyên tử
Bản chất của sự kết nối giữa các hạt	Lực tương tác giữa các phân tử (bao gồm cả liên kết hydro)	Liên kết ion	Liên kết cộng hóa trị	Kết nối kim loại
Sức mạnh trái phiếu	Yếu đuối	Bền bỉ	Rất bền	Điểm mạnh đa dạng
Tính chất vật lý đặc biệt của các chất	Ít nóng chảy hoặc thăng hoa, độ cứng thấp, tan nhiều trong nước	Chịu lửa, cứng, giòn, tan nhiều trong nước. Dung dịch và chất tan chảy dẫn dòng điện	Rất khó chịu, rất cứng, thực tế không tan trong nước	Độ dẫn điện và nhiệt cao, độ bóng kim loại, độ dẻo.
Ví dụ về chất	Các chất đơn giản - phi kim loại (ở trạng thái rắn): Cl 2, F 2, Br 2, O 2, O 3, P 4, lưu huỳnh, iốt (trừ silicon, kim cương, than chì); các chất phức tạp gồm các nguyên tử phi kim loại (trừ muối amoni): nước, đá khô, axit, halogenua phi kim loại: PCl 3, SiF 4, CBr 4, SF 6, các chất hữu cơ: hydrocarbon, rượu, phenol, aldehyd, v.v. .	Muối: natri clorua, bari nitrat, v.v.; chất kiềm: kali hydroxit, canxi hydroxit, muối amoni: NH 4 Cl, NH 4 NO 3, v.v., oxit kim loại, nitrit, hydrua, v.v. (hợp chất của kim loại với phi kim)	Kim cương, than chì, silicon, boron, germani, oxit silic (IV) - silica, SiC (carborundum), phốt pho đen (P).	Đồng, kali, kẽm, sắt và các kim loại khác
So sánh các chất bằng nhiệt độ nóng chảy và sôi.
	Do lực tương tác giữa các phân tử yếu nên các chất như vậy có nhiệt độ nóng chảy và sôi thấp nhất. Hơn nữa, trọng lượng phân tử của chất càng lớn thì t 0 pl càng cao. nó có. Ngoại lệ là những chất mà phân tử của nó có thể hình thành liên kết hydro. Ví dụ, HF có t0pl cao hơn HCl.	Các chất có t 0 pl. cao nhưng thấp hơn các chất có mạng nguyên tử. Điện tích của các ion nằm trong mạng càng cao và khoảng cách giữa chúng càng ngắn thì điểm nóng chảy của chất càng cao. Ví dụ: t 0 pl. CaF2 cao hơn t0pl. KF.	Họ có t 0 pl cao nhất. Liên kết giữa các nguyên tử trong mạng càng mạnh thì t 0pl càng cao. có chất. Ví dụ, Si có t0 pl thấp hơn C.	Các kim loại có t0pl. khác nhau: từ -37 0 C đối với thủy ngân đến 3360 0 C đối với vonfram.

Danh sách tương tác. Bắt đầu gõ từ bạn đang tìm kiếm.

SỰ LIÊN QUAN

từ đồng nghĩa:

tính nhất quán, mạch lạc, Tính liên tục, Khả năng gập lại, tính nhất quán, hòa hợp, sự tương tác, Kết nối, Phát âm, Nối, Khớp nối, giao tiếp, phương tiện giao tiếp, Giao hợp, giao tiếp, tiếp xúc, Hiệp hội, quan hệ, Quan hệ, sự phụ thuộc, Ràng buộc, Quan hệ, Lãng mạn, Kết nối liên kết , liên hiệp, nhân quả, quan hệ công chúng, Tomba, các mối quan hệ thân mật, âm mưu, Tương quan, song công, dây rốn, Giao hợp, Liên kết, Tôn giáo, chung sống, parataxis, Kết nối chủ đề, tính liên tục, Độ bám dính, sự liên kết với nhau, Tương quan, tính có điều kiện, Kết nối, quan hệ họ hàng, chất bôi trơn , trái phiếu, thần tình yêu, chuyện tình, khớp thần kinh, bối cảnh, tình yêu, chủ đề, thư, tin nhắn, bốn mặt. Kiến. sự phân mảnh

SỰ LIÊN QUAN từ đồng nghĩa, chúng là gì? SỰ LIÊN QUAN, SỰ LIÊN QUANđây là ý nghĩa của từ này SỰ LIÊN QUAN, nguồn gốc (từ nguyên) SỰ LIÊN QUAN, SỰ LIÊN QUAN trọng âm, dạng từ trong các từ điển khác

+ SỰ LIÊN QUAN từ đồng nghĩa - Từ điển từ đồng nghĩa tiếng Nga 4

Liên kết ion

(tài liệu từ trang web http://www.hemi.nsu.ru/ucheb138.htm đã được sử dụng)

Liên kết ion xảy ra thông qua lực hút tĩnh điện giữa các ion tích điện trái dấu. Các ion này được hình thành do sự chuyển electron từ nguyên tử này sang nguyên tử khác. Một liên kết ion được hình thành giữa các nguyên tử có độ âm điện khác nhau lớn (thường lớn hơn 1,7 trên thang Pauling), ví dụ, giữa kim loại kiềm và nguyên tử halogen.

Chúng ta hãy xem xét sự xuất hiện của liên kết ion bằng ví dụ về sự hình thành NaCl.

Từ công thức điện tử của nguyên tử

Na 1s 2 2s 2 2p 6 3s 1 và

Cl 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 5

Có thể thấy, để hoàn thiện cấp độ bên ngoài, nguyên tử natri nhường một electron dễ hơn là nhận bảy electron, và đối với nguyên tử clo thì nhận một electron dễ hơn là nhận bảy electron. Trong các phản ứng hóa học, nguyên tử natri nhường một electron và nguyên tử clo lấy nó. Kết quả là lớp vỏ electron của nguyên tử natri và clo bị biến đổi thành lớp vỏ electron ổn định của khí hiếm (cấu hình điện tử của cation natri).

Na + 1s 2 2s 2 2p 6,

và cấu hình electron của anion clo là

Cl – - 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6).

Sự tương tác tĩnh điện của các ion dẫn đến sự hình thành phân tử NaCl.

Bản chất của liên kết hóa học thường được thể hiện ở trạng thái kết tụ và tính chất vật lý của chất. Các hợp chất ion như natri clorua NaCl cứng và chịu lửa vì có lực hút tĩnh điện rất mạnh giữa điện tích của các ion “+” và “-” của chúng.

Ion clo tích điện âm không chỉ thu hút ion Na+ “của nó” mà còn cả các ion natri khác xung quanh nó. Điều này dẫn đến thực tế là gần bất kỳ ion nào không có một ion có dấu ngược lại mà là một số ion.

Cấu trúc tinh thể natri clorua NaCl.

Trên thực tế, có 6 ion natri xung quanh mỗi ion clo và 6 ion clo xung quanh mỗi ion natri. Việc sắp xếp các ion có trật tự này được gọi là tinh thể ion. Nếu một nguyên tử clo đơn lẻ bị cô lập trong một tinh thể, thì trong số các nguyên tử natri xung quanh nó không thể tìm thấy nguyên tử mà clo đã phản ứng với nó nữa.

Bị hút vào nhau bởi lực tĩnh điện, các ion cực kỳ khó thay đổi vị trí dưới tác động của ngoại lực hoặc sự gia tăng nhiệt độ. Nhưng nếu natri clorua tan chảy và tiếp tục đun nóng trong chân không, nó sẽ bay hơi, tạo thành các phân tử NaCl hai nguyên tử. Điều này cho thấy lực liên kết cộng hóa trị không bao giờ bị tắt hoàn toàn.

Đặc điểm cơ bản của liên kết ion và tính chất của hợp chất ion

1. Liên kết ion là liên kết hóa học mạnh. Năng lượng của liên kết này vào khoảng 300 – 700 kJ/mol.

2. Không giống như liên kết cộng hóa trị, liên kết ion không có tính định hướng vì một ion có thể hút các ion trái dấu về phía mình theo bất kỳ hướng nào.

3. Không giống như liên kết cộng hóa trị, liên kết ion không bão hòa, vì sự tương tác của các ion trái dấu không dẫn đến sự bù trừ hoàn toàn lẫn nhau trong trường lực của chúng.

4. Trong quá trình hình thành các phân tử có liên kết ion, sự chuyển electron hoàn toàn không xảy ra, do đó, liên kết ion một trăm phần trăm không tồn tại trong tự nhiên. Trong phân tử NaCl, liên kết hóa học chỉ có 80% là ion.

5. Hợp chất có liên kết ion là chất rắn kết tinh có nhiệt độ nóng chảy và sôi cao.

6. Hầu hết các hợp chất ion đều tan trong nước. Dung dịch và sự tan chảy của các hợp chất ion dẫn dòng điện.

Kết nối kim loại

Tinh thể kim loại có cấu trúc khác nhau. Nếu bạn kiểm tra một miếng kim loại natri, bạn sẽ thấy rằng bề ngoài của nó rất khác so với muối ăn. Natri là kim loại mềm, dễ cắt bằng dao, dẹt bằng búa, dễ tan chảy trong cốc trên đèn cồn (nhiệt độ nóng chảy 97,8 o C). Trong tinh thể natri, mỗi nguyên tử được bao quanh bởi 8 nguyên tử tương tự khác.

Cấu trúc tinh thể của kim loại Na.

Hình vẽ cho thấy nguyên tử Na ở tâm khối lập phương có 8 nguyên tử lân cận gần nhất. Nhưng điều tương tự cũng có thể nói về bất kỳ nguyên tử nào khác trong tinh thể, vì chúng đều giống nhau. Tinh thể bao gồm các mảnh lặp lại "vô hạn" được thể hiện trong hình này.

Các nguyên tử kim loại ở mức năng lượng bên ngoài chứa một số lượng nhỏ electron hóa trị. Vì năng lượng ion hóa của các nguyên tử kim loại thấp nên các electron hóa trị bị giữ lại yếu trong các nguyên tử này. Kết quả là các ion tích điện dương và electron tự do xuất hiện trong mạng tinh thể kim loại. Trong trường hợp này, các cation kim loại nằm trong các nút của mạng tinh thể và các electron chuyển động tự do trong trường của các tâm dương, tạo thành cái gọi là “khí điện tử”.

Sự hiện diện của một electron tích điện âm giữa hai cation làm cho mỗi cation tương tác với electron này.

Như vậy, Liên kết kim loại là liên kết giữa các ion dương trong tinh thể kim loại xảy ra thông qua lực hút của các electron chuyển động tự do trong tinh thể.

Vì các electron hóa trị trong kim loại được phân bố đều khắp tinh thể nên liên kết kim loại, giống như liên kết ion, là liên kết không định hướng. Không giống như liên kết cộng hóa trị, liên kết kim loại là liên kết chưa bão hòa. Liên kết kim loại cũng khác với liên kết cộng hóa trị về độ bền. Năng lượng của liên kết kim loại nhỏ hơn khoảng ba đến bốn lần năng lượng của liên kết cộng hóa trị.

Do tính linh động cao của khí điện tử, kim loại được đặc trưng bởi tính dẫn điện và nhiệt cao.

Tinh thể kim loại trông khá đơn giản nhưng trên thực tế cấu trúc điện tử của nó phức tạp hơn tinh thể muối ion. Không có đủ electron ở lớp vỏ electron bên ngoài của các nguyên tố kim loại để tạo thành liên kết cộng hóa trị hoặc ion “octet” chính thức. Do đó, ở trạng thái khí, hầu hết các kim loại đều bao gồm các phân tử đơn nguyên tử (tức là các nguyên tử riêng lẻ không kết nối với nhau). Một ví dụ điển hình là hơi thủy ngân. Như vậy, liên kết kim loại giữa các nguyên tử kim loại chỉ xảy ra ở trạng thái kết tụ lỏng và rắn.

Một liên kết kim loại có thể được mô tả như sau: một số nguyên tử kim loại trong tinh thể thu được nhường các electron hóa trị của chúng vào khoảng trống giữa các nguyên tử (đối với natri thì đây là...3s1), biến thành các ion. Vì tất cả các nguyên tử kim loại trong tinh thể đều giống nhau nên mỗi nguyên tử đều có cơ hội mất electron hóa trị như nhau.

Nói cách khác, sự chuyển electron giữa các nguyên tử kim loại trung tính và ion hóa xảy ra mà không tiêu tốn năng lượng. Trong trường hợp này, một số electron luôn tồn tại trong khoảng trống giữa các nguyên tử dưới dạng “khí điện tử”.

Những electron tự do này trước hết giữ các nguyên tử kim loại ở một khoảng cách cân bằng nhất định với nhau.

Thứ hai, chúng mang lại cho kim loại “sự tỏa sáng kim loại” đặc trưng (các electron tự do có thể tương tác với lượng tử ánh sáng).

Thứ ba, các electron tự do cung cấp cho kim loại tính dẫn điện tốt. Độ dẫn nhiệt cao của kim loại cũng được giải thích là do sự hiện diện của các electron tự do trong không gian tương tác nguyên tử - chúng dễ dàng “phản ứng” với những thay đổi về năng lượng và góp phần chuyển giao nhanh chóng năng lượng trong tinh thể.

Một mô hình đơn giản về cấu trúc điện tử của tinh thể kim loại.

******** Lấy natri kim loại làm ví dụ, chúng ta hãy xem xét bản chất của liên kết kim loại từ quan điểm của các ý tưởng về quỹ đạo nguyên tử. Nguyên tử natri, giống như nhiều kim loại khác, thiếu electron hóa trị nhưng có quỹ đạo hóa trị tự do. Electron 3s duy nhất của natri có khả năng di chuyển đến bất kỳ quỹ đạo lân cận tự do và gần năng lượng nào. Khi các nguyên tử trong tinh thể tiến lại gần nhau hơn, các quỹ đạo bên ngoài của các nguyên tử lân cận chồng lên nhau, cho phép các electron bị nhường chuyển động tự do khắp tinh thể.

Tuy nhiên, “khí điện tử” không hề hỗn loạn như người ta tưởng. Các electron tự do trong tinh thể kim loại nằm trong các quỹ đạo chồng lên nhau và ở một mức độ nào đó được chia sẻ, tạo thành một thứ giống như liên kết cộng hóa trị. Natri, kali, rubidium và các nguyên tố kim loại khác có ít electron dùng chung, vì vậy tinh thể của chúng rất dễ vỡ và dễ nóng chảy. Khi số lượng electron hóa trị tăng lên, độ bền của kim loại thường tăng lên.

Do đó, liên kết kim loại có xu hướng được hình thành bởi các nguyên tố có nguyên tử có ít electron hóa trị ở lớp vỏ ngoài. Những electron hóa trị này, thực hiện liên kết kim loại, được chia sẻ nhiều đến mức chúng có thể di chuyển khắp tinh thể kim loại và mang lại tính dẫn điện cao cho kim loại.

Tinh thể NaCl không dẫn điện vì không có electron tự do trong khoảng trống giữa các ion. Tất cả các electron do nguyên tử natri tặng đều được giữ chặt bởi các ion clo. Đây là một trong những khác biệt đáng kể giữa tinh thể ion và kim loại.

Những gì bạn biết bây giờ về liên kết kim loại giúp giải thích tính dễ uốn (độ dẻo) cao của hầu hết các kim loại. Kim loại có thể được dẹt thành tấm mỏng và kéo thành dây. Thực tế là các lớp nguyên tử riêng lẻ trong tinh thể kim loại có thể trượt lẫn nhau tương đối dễ dàng: “khí điện tử” di động liên tục làm dịu chuyển động của từng ion dương riêng lẻ, che chắn chúng khỏi nhau.

Tất nhiên, không thể làm được điều gì như vậy với muối ăn, mặc dù muối cũng là một chất kết tinh. Trong tinh thể ion, các electron hóa trị liên kết chặt chẽ với hạt nhân nguyên tử. Sự dịch chuyển của lớp ion này so với lớp khác làm cho các ion cùng điện tích lại gần nhau hơn và gây ra lực đẩy mạnh giữa chúng, dẫn đến sự phá hủy tinh thể (NaCl là chất dễ vỡ).

Sự dịch chuyển các lớp của tinh thể ion gây ra sự xuất hiện lực đẩy lớn giữa các ion cùng loại và sự phá hủy tinh thể.

Điều hướng

• Giải bài toán tổng hợp dựa trên đặc tính định lượng của một chất
• Giải quyết vấn đề. Định luật về tính không đổi của thành phần các chất. Tính toán sử dụng khái niệm “khối lượng mol” và “lượng hóa học” của một chất