Lần đầu tiên về một khái niệm như liên kết cộng hóa trị Các nhà khoa học hóa học bắt đầu thảo luận sau phát hiện của Gilbert Newton Lewis, cái mà ông mô tả là sự xã hội hóa của hai electron. Hơn những nghiên cứu sau nàyđã có thể mô tả nguyên tắc liên kết cộng hóa trị. Từ cộng hóa trị có thể được coi trong khuôn khổ hóa học là khả năng của một nguyên tử hình thành liên kết với các nguyên tử khác.
Hãy giải thích bằng một ví dụ:
Có hai nguyên tử có độ âm điện khác nhau một chút (C và CL, C và H). Theo quy định, những thứ này càng gần tòa nhà càng tốt vỏ điện tử các khí hiếm.
Khi những điều kiện này được đáp ứng, lực hút hạt nhân của các nguyên tử này với cặp electron chung của chúng sẽ xảy ra. Trong trường hợp này, các đám mây điện tử không chỉ chồng lên nhau như trong trường hợp Liên kết cộng hóa trịđảm bảo sự kết nối đáng tin cậy của hai nguyên tử do mật độ electron được phân phối lại và năng lượng của hệ thống thay đổi, nguyên nhân là do lực kéo của đám mây điện tử của một nguyên tử khác vào không gian hạt nhân. Sự chồng chéo lẫn nhau của các đám mây điện tử càng rộng thì mối liên kết càng được coi là mạnh mẽ hơn.
Từ đây, liên kết cộng hóa trị- đây là sự hình thành nảy sinh thông qua quá trình xã hội hóa lẫn nhau của hai electron thuộc hai nguyên tử.
Theo quy luật, các chất có mạng tinh thể phân tử được hình thành thông qua liên kết cộng hóa trị. Đặc điểm là nóng chảy và sôi ở nhiệt độ thấp, hòa tan kém trong nước và độ dẫn điện kém. Từ đó chúng ta có thể kết luận: cấu trúc của các nguyên tố như germanium, silicon, clo và hydro dựa trên liên kết cộng hóa trị.
Thuộc tính đặc trưng của loại kết nối này:
- Độ bão hòa. Tính chất này thường được hiểu là số lượng tối đa các liên kết mà chúng có thể thiết lập với các nguyên tử cụ thể. Đại lượng này được xác định tổng số những quỹ đạo trong nguyên tử có thể tham gia vào việc hình thành liên kết hóa học. Mặt khác, hóa trị của một nguyên tử có thể được xác định bằng số quỹ đạo đã được sử dụng cho mục đích này.
- Tập trung. Tất cả các nguyên tử cố gắng hình thành càng nhiều càng tốt kết nối mạnh mẽ. Sức mạnh lớn nhất đạt được khi định hướng không gian của các đám mây điện tử của hai nguyên tử trùng nhau, vì chúng chồng lên nhau. Ngoài ra, chính tính chất này của liên kết cộng hóa trị, chẳng hạn như tính định hướng, ảnh hưởng đến sự sắp xếp không gian của các phân tử, nghĩa là nó chịu trách nhiệm cho “hình dạng hình học” của chúng.
- Tính phân cực. Vị trí này dựa trên ý tưởng rằng có hai loại liên kết cộng hóa trị:
- cực hoặc không đối xứng. Liên kết loại này chỉ có thể được hình thành bởi các nguyên tử thuộc các loại khác nhau, tức là những chất có độ âm điện thay đổi đáng kể, hoặc trong trường hợp cặp electron dùng chung được chia sẻ không đối xứng.
- phát sinh giữa các nguyên tử có độ âm điện gần như bằng nhau và sự phân bố mật độ electronđồng đều.
Ngoài ra còn có một số định lượng nhất định:
- Năng lượng truyền thông. Tham số này đặc trưng cho liên kết cực về độ bền của nó. Năng lượng đề cập đến lượng nhiệt cần thiết để phá vỡ liên kết giữa hai nguyên tử, cũng như lượng nhiệt tỏa ra trong quá trình kết nối của chúng.
- Dưới độ dài trái phiếu và trong hóa học phân tử, người ta hiểu được độ dài của đường thẳng giữa hạt nhân của hai nguyên tử. Tham số này cũng đặc trưng cho cường độ của kết nối.
- Khoảnh khắc lưỡng cực- đại lượng đặc trưng cho tính phân cực của liên kết hóa trị.
liên kết cộng hóa trị
loại liên kết hóa học; được thực hiện bởi một cặp electron được chia sẻ bởi hai nguyên tử tạo thành liên kết. Các nguyên tử trong phân tử có thể được kết nối bằng liên kết cộng hóa trị đơn (H2, H3C-CH3), liên kết đôi (H2C=CH2) hoặc liên kết ba (N2, HCCH). Các nguyên tử khác nhau về độ âm điện tạo thành cái gọi là. liên kết cộng hóa trị có cực (HCl, H3C-Cl).
Liên kết cộng hóa trị
một trong những loại liên kết hóa học giữa hai nguyên tử, được thực hiện bởi một cặp electron chung (một electron từ mỗi nguyên tử). K. s. tồn tại cả trong phân tử (trong bất kỳ trạng thái tập hợp) và giữa các nguyên tử tạo thành mạng tinh thể. K. s. có thể liên kết các nguyên tử giống nhau (trong phân tử H2, Cl2, trong tinh thể kim cương) hoặc khác nhau (trong phân tử nước, trong tinh thể SiC carborundum). Hầu hết các loại liên kết cơ bản trong phân tử hợp chất hữu cơ là cộng hóa trị (C ≈ C, C ≈ H, C ≈ N, v.v.). K. s. rất bền. Điều này giải thích hoạt tính hóa học thấp của hydrocarbon parafin. Nhiều hợp chất vô cơ, các tinh thể có mạng nguyên tử, nghĩa là chúng được hình thành với sự trợ giúp của carbon dioxide, là vật liệu chịu lửa, có độ cứng và khả năng chống mài mòn cao. Chúng bao gồm một số cacbua, silicua, borit, nitrua (đặc biệt là borazone BN nổi tiếng), đã được ứng dụng trong công nghệ mới. Xem thêm Hiệu lực và liên kết hóa học.
══V. A. Kireev.
Wikipedia
Liên kết cộng hóa trị
Liên kết cộng hóa trị(từ lat. đồng- “cùng nhau” và thung lũng- “có lực”) - một liên kết hóa học được hình thành do sự chồng chéo của một cặp đám mây electron hóa trị. Các đám mây điện tử cung cấp thông tin liên lạc được gọi là cặp electron dùng chung.
Thuật ngữ liên kết cộng hóa trị lần đầu tiên được giới thiệu bởi người đoạt giải giải Nobel Irving Langmuir năm 1919 Thuật ngữ này đề cập đến một liên kết hóa học do sự sở hữu chung các electron, trái ngược với kết nối kim loại, trong đó các electron tự do, hoặc từ một liên kết ion, trong đó một trong các nguyên tử nhường electron và trở thành cation, còn nguyên tử kia nhận electron và trở thành anion.
Sau đó (1927), F. London và W. Heitler, sử dụng ví dụ về phân tử hydro, đã đưa ra mô tả đầu tiên về liên kết cộng hóa trị theo quan điểm của cơ học lượng tử.
Có tính đến giải thích thống kê hàm sóng M. Sinh ra, mật độ xác suất tìm thấy các electron liên kết tập trung ở khoảng không gian giữa các hạt nhân của phân tử (Hình 1). Lý thuyết về lực đẩy cặp electron xem xét kích thước hình học của các cặp này. Do đó, đối với các nguyên tố của mỗi thời kỳ đều có bán kính trung bình nhất định của cặp electron:
0,6 cho các phần tử lên đến neon; 0,75 đối với các nguyên tố lên tới argon; 0,75 cho các phần tử lên tới krypton và 0,8 cho các phần tử lên đến xenon.
Các tính chất đặc trưng của liên kết cộng hóa trị - tính định hướng, độ bão hòa, độ phân cực, độ phân cực - xác định tính chất hóa học và tính chất vật lý kết nối.
Hướng kết nối được xác định cấu trúc phân tử chất và hình dạng hình học phân tử của chúng. Góc giữa hai liên kết được gọi là góc liên kết.
Độ bão hòa là khả năng của các nguyên tử hình thành một số lượng liên kết cộng hóa trị giới hạn. Số lượng liên kết được hình thành bởi một nguyên tử bị giới hạn bởi số lượng quỹ đạo nguyên tử bên ngoài của nó.
Tính phân cực của liên kết là do sự phân bố mật độ electron không đồng đều do sự khác biệt về độ âm điện của các nguyên tử. Trên cơ sở này, liên kết cộng hóa trị được chia thành không phân cực và phân cực (không phân cực - một phân tử hai nguyên tử bao gồm các nguyên tử giống hệt nhau (H, Cl, N) và các đám mây điện tử của mỗi nguyên tử được phân bố đối xứng so với các nguyên tử này; cực - một phân tử hai nguyên tử bao gồm các nguyên tử khác nhau nguyên tố hóa học và tổng đám mây điện tử dịch chuyển về phía một trong các nguyên tử, do đó tạo thành sự bất đối xứng trong phân bố điện tích trong một phân tử, tạo ra mômen lưỡng cực của phân tử).
Độ phân cực của liên kết được thể hiện ở sự dịch chuyển của các electron liên kết dưới tác dụng của ngoại lực điện trường, bao gồm cả một hạt phản ứng khác. Độ phân cực được xác định bởi độ linh động của điện tử. Độ phân cực và độ phân cực của liên kết cộng hóa trị quyết định khả năng phản ứng các phân tử liên quan đến thuốc thử phân cực.
Tuy nhiên, L. Pauling, người từng hai lần đoạt giải Nobel, đã chỉ ra rằng “trong một số phân tử có liên kết cộng hóa trị do một hoặc ba electron tạo ra thay vì một cặp electron chung”. Liên kết hóa học một electron được hình thành trong ion hydro phân tử H.
Ion hydro phân tử H chứa hai proton và một electron. Điện tử đơn hệ thống phân tử bù cho lực đẩy tĩnh điện của hai proton và giữ chúng ở khoảng cách 1,06 Å (độ dài liên kết hóa học H). Tâm mật độ electron của đám mây electron của hệ phân tử cách đều hai proton ở bán kính Bohr α = 0,53 A và là tâm đối xứng ion phân tử hydro H
n1.doc
3.2. Liên kết cộng hóa trịLiên kết cộng hóa trị- đây là kết nối hai electron, hai trung tâm, được thực hiện bằng cách dùng chung một cặp electron.
Chúng ta hãy xem xét cơ chế hình thành liên kết cộng hóa trị bằng ví dụ về phân tử hydro H2.
Hạt nhân của mỗi nguyên tử hydro được bao quanh bởi đám mây electron hình cầu có electron 1s. Khi hai nguyên tử đến gần nhau, hạt nhân của nguyên tử thứ nhất thu hút electron của nguyên tử thứ hai và electron của nguyên tử thứ nhất bị hạt nhân thứ hai thu hút. Kết quả là các đám mây điện tử của chúng chồng lên nhau tạo thành một đám mây phân tử chung. Do đó, do các đám mây electron chồng lên nhau của các nguyên tử, liên kết cộng hóa trị được hình thành.
Điều này có thể được biểu diễn dưới dạng sơ đồ như sau:
N + N N : N
Liên kết cộng hóa trị được hình thành theo cách tương tự trong phân tử clo:
. . . . . . . .
: Cl + Cl Cl : Cl :
. . . . . . . .
Nếu một liên kết được hình thành bởi các nguyên tử giống hệt nhau (có cùng độ âm điện), thì đám mây điện tử nằm đối xứng với hạt nhân của hai nguyên tử. Trong trường hợp này họ nói về liên kết cộng hóa trị không phân cực.
cộng hóa trị kết nối cực được hình thành khi các nguyên tử có độ âm điện khác nhau tương tác với nhau.
. . . .
N + Cl H : Cl :
. . . .
Đám mây điện tử liên lạc không đối xứng, dịch chuyển sang một trong những nguyên tử có độ âm điện cao hơn, theo trong trường hợp này thành clo.
Các ví dụ đã cho mô tả liên kết cộng hóa trị được hình thành bởi cơ chế trao đổi chất .
Cơ chế thứ hai hình thành liên kết cộng hóa trị là người cho-chấp nhận. Trong trường hợp này, liên kết được hình thành do cặp electron đơn độc của một nguyên tử (chất cho) và quỹ đạo tự do của một nguyên tử khác (chất nhận):
N 3 N : + H + +
Hợp chất có liên kết cộng hóa trị được gọi là nguyên tử.
Điều kiện hình thành liên kết hóa học
1. Liên kết hóa học được hình thành khi các nguyên tử ở đủ gần nhau trong trường hợp hoàn toàn năng lượng bên trong hệ thống đi xuống. Do đó, phân tử thu được ổn định hơn các nguyên tử riêng lẻ và có ít năng lượng hơn.
2. Sự hình thành liên kết hóa học luôn là quá trình tỏa nhiệt.
3. Điều kiện bắt buộc sự hình thành liên kết hóa học là sự hiện diện của mật độ electron tăng lên giữa các hạt nhân.
Ví dụ, bán kính của nguyên tử hydro là 0,053 nm. Nếu các nguyên tử hydro chỉ đến gần nhau hơn trong quá trình hình thành phân tử thì khoảng cách giữa các hạt nhân sẽ là 0,106 nm. Trên thực tế, khoảng cách này là 0,074 nm, do đó, việc đưa các hạt nhân lại gần nhau hơn sẽ làm tăng mật độ electron.
Đặc tính định lượng của liên kết hóa học
1. Năng lượng liên kết, E, kJ/mol
Năng lượng truyền thông- đây là năng lượng được giải phóng khi liên kết được hình thành hoặc lượng năng lượng phải tiêu tốn để phá vỡ liên kết.
Năng lượng liên kết càng cao thì liên kết càng mạnh. Năng lượng liên kết đa số hợp chất cộng hóa trị nằm trong khoảng 200 - 800 kJ/mol.
2. Độ dài liên kết, r 0 , nm
Độ dài liên kết là khoảng cách giữa tâm các nguyên tử (khoảng cách giữa các hạt nhân).
Độ dài liên kết càng ngắn thì liên kết càng mạnh.
Bảng 3.1.
Giá trị năng lượng và độ dài của một số liên kết
| Sự liên quan | r 0 , bước sóng | E, kJ/mol |
| S - S | 0, 154 | 347 |
| C = C | 0,135 | 607 |
| C C | 0,121 | 867 |
| H - F | 0,092 | 536 |
| H-Cl | 0,128 | 432 |
| H-Br | 0,142 | 360 |
| CHÀO | 0,162 | 299 |
3. Góc liên kết phụ thuộc vào cấu trúc không gian.
Tính chất của liên kết cộng hóa trị
1. Tính định hướng của liên kết cộng hóa trị xảy ra theo hướng chồng lấn tối đa quỹ đạo điện tử các nguyên tử tương tác, xác định cấu trúc không gian của các phân tử, tức là hình dạng của chúng.
Phân biệt -thông tin liên lạc- Liên kết được hình thành dọc theo đường nối tâm của các nguyên tử. Liên kết có thể hình thành S - S, S - P Và P - Pđám mây điện tử.
Liên kết chỉ có thể được hình thành r - rđám mây điện tử.
-sự liên quan là liên kết được hình thành ở cả hai phía của đường nối tâm của các nguyên tử. Liên kết này chỉ đặc trưng cho các hợp chất có nhiều liên kết (đôi và ba).
Sơ đồ hình thành liên kết - và - được trình bày trong Hình 2. 3.1.
Cơm. 3.1. Sơ đồ hình thành liên kết - và -.
2. Độ bão hòa liên kết cộng hóa trị - sử dụng đầy đủ quỹ đạo hóa trị nguyên tử.
3.3. Kết nối kim loại
Các nguyên tử của hầu hết các kim loại ở mức năng lượng bên ngoài chứa một số lượng nhỏ electron (1 e - 16 nguyên tố; 2 e - 58 nguyên tố,
phần tử thứ 3 - 4; 5 e cho Sb và Bi và 6 e cho Po). Ba nguyên tố cuối cùng không phải là kim loại điển hình.
TRONG điều kiện bình thường kim loại là chất rắn chất kết tinh(trừ thủy ngân). Các cation kim loại nằm ở các nút của mạng tinh thể kim loại.
Cơm. 3.2. Sơ đồ hình thành liên kết kim loại.
Các electron hóa trị có năng lượng ion hóa thấp và do đó bị giữ lại yếu trong nguyên tử. Các electron chuyển động khắp nơi mạng tinh thể và thuộc về tất cả các nguyên tử của nó, đại diện cho cái gọi là “khí điện tử” hay “biển electron hóa trị”. Vì vậy, liên kết hóa học trong kim loại có tính định vị cao. Điều này xác định các đặc tính đặc trưng của kim loại như độ dẫn nhiệt và điện cao, tính dẻo và độ dẻo.
Liên kết kim loại là đặc trưng của kim loại và hợp kim ở trạng thái rắn và lỏng. Ở trạng thái hơi, kim loại bao gồm các phân tử riêng lẻ (đơn nguyên tử và hai nguyên tử) được kết nối với nhau bằng liên kết cộng hóa trị.