Wiązanie chemiczne - koncepcja i klasyfikacja

20.06.2019

Każda interakcja między atomami jest możliwa tylko wtedy, gdy istnieje wiązanie chemiczne. Wiązanie takie jest przyczyną powstania stabilnego układu wieloatomowego - jonu cząsteczkowego, cząsteczki, sieć krystaliczna. Silne wiązanie chemiczne wymaga dużej ilości energii do zerwania, więc jest to podstawowa ilość do pomiaru siły wiązania.

Warunki wiązania chemicznego

Tworzeniu wiązania chemicznego zawsze towarzyszy uwalnianie energii. Proces ten zachodzi w wyniku redukcji energii potencjalnej układu oddziałujących cząstek - cząsteczek, jonów, atomów. Potencjał energii powstały układ oddziałujących elementów jest zawsze mniejszy niż energia niezwiązanych wychodzących cząstek. Tak więc podstawą do powstania wiązania chemicznego w układzie jest zmniejszenie energii potencjalnej jego elementów.

Charakter interakcji chemicznej

Wiązanie chemiczne jest konsekwencją oddziaływania pól elektromagnetycznych powstających wokół elektronów i jąder atomowych tych substancji, które biorą udział w tworzeniu nowej cząsteczki lub kryształu. Po odkryciu teorii budowy atomu, natura tej interakcji stała się bardziej dostępna dla badań. wiązanie chemiczne

Po raz pierwszy idea elektrycznej natury wiązania chemicznego powstała w angielskim fizyku G. Devi, który zasugerował, że cząsteczki powstają w wyniku przyciągania elektrycznego przeciwnie naładowanych cząstek. Pomysł ten interesował szwedzkiego chemika i przyrodnika I.Ya. Berzelius, który opracował elektrochemiczną teorię wiązania chemicznego.

Pierwsza teoria, która wyjaśniła procesy chemicznego oddziaływania substancji, była niedoskonała iz czasem musiała zostać porzucona.

Teoria Butlerowa

Bardziej udaną próbę wyjaśnienia natury chemicznego wiązania substancji podjął rosyjski naukowiec A.M.Butlerov. Na podstawie swojej teorii naukowiec postawił takie założenia:

  • Atomy w stanie połączonym są ze sobą powiązane w określonej kolejności. Zmiana w tej kolejności jest przyczyną powstania nowej substancji.
  • Atomy są związane prawami walencji.
  • Właściwości substancji zależą od kolejności atomów związku w cząsteczce substancji. Odmienna kolejność lokalizacji powoduje zmianę właściwości chemicznych substancji.
  • Atomy połączone między sobą wpływają na siebie najsilniej.

Teoria Butlerowa wyjaśniła właściwości chemikaliów nie tylko ich składem, ale także rozmieszczeniem atomów. Taki wewnętrzny porządek A.M. Butlerow nazwał "strukturę chemiczną". cząsteczka wody wiązania chemicznego

Teoria rosyjskiego naukowca pozwoliła na uporządkowanie substancji i stworzyła możliwość określenia struktury cząsteczek zgodnie z ich właściwościami chemicznymi. Teoria również odpowiedziała na pytanie: dlaczego cząsteczki zawierające tę samą liczbę atomów mają różne właściwości chemiczne?

Wymagania wstępne do tworzenia teorii wiązań chemicznych

W swojej teorii budowy chemicznej Butlerow nie dotknął kwestii, czym jest więź chemiczna. W tym przypadku było zbyt mało danych na temat wewnętrznej struktury substancji. Dopiero po otwarciu planetarny model atomu Amerykański naukowiec Lewis zaczął wysuwać hipotezę, że wiązanie chemiczne zachodzi poprzez tworzenie pary elektronów, która jednocześnie należy do dwóch atomów. Następnie pomysł ten stał się podstawą rozwoju teorii wiązań kowalencyjnych.

Kowalencyjne wiązanie chemiczne

Stabilny związek chemiczny może powstać, gdy zachodzą na siebie chmury elektronów dwóch sąsiednich atomów. Rezultatem tego wspólnego przecięcia jest rosnąca gęstość elektronów w przestrzeni międzyjądrowej. Jądra atomów, jak wiadomo, są naładowane dodatnio i dlatego starają się przyciągać jak najbliżej ujemnie naładowanej chmury elektronowej. Ta atrakcyjność jest znacznie silniejsza niż siła odpychająca pomiędzy dwoma dodatnio naładowanymi jądrami, więc ta zależność jest stabilna.

Po raz pierwszy obliczenia wiązania chemicznego wykonali chemicy Geytler i Londyn. Rozważali związek między dwoma atomami wodoru. Najprostsza reprezentacja wizualna może wyglądać tak: kowalencyjne wiązanie chemiczne

Jak można zauważyć, para elektronów zajmuje miejsce kwantowe w obu atomach wodoru. To dwuśrodkowe umieszczanie elektronów nazywa się kowalencyjnym wiązaniem chemicznym. Wiązanie kowalencyjne typowe dla cząsteczek substancji prostych i ich związków z niemetalami. Substancje powstałe w wyniku kowalencyjnego wiązania zwykle nie przewodzą prądu elektrycznego lub są półprzewodnikami.

Wiązanie jonowe

Wiązanie chemiczne typu jonowego powstaje w przypadku wzajemnego przyciągania elektrycznego dwóch przeciwnie naładowanych jonów. Jony mogą być proste, składające się z jednego atomu substancji. W związkach tego typu proste jony to najczęściej dodatnio naładowane atomy metalu z grup 1, 2, które utraciły swój elektron. Tworzenie jonów ujemnych jest nieodłącznie związane z atomami typowych niemetali i zasadami ich kwasów. Dlatego wśród typowych związków jonowych występuje wiele halogenków metale alkaliczne na przykład CsF, NaCl i inne. wiązanie chemiczne jest

W przeciwieństwie do wiązań kowalencyjnych jon nie jest nasycony: inna liczba przeciwnie naładowanych jonów może łączyć jon lub grupę jonów. Liczba przyłączonych cząstek jest ograniczona tylko przez wymiary liniowe oddziałujących jonów, a także przez stan, w którym siły przyciągania przeciwnie naładowanych jonów muszą być większe niż siły odpychania równie naładowanych cząstek uczestniczących w związku jonowym.

Wiązanie wodorowe

Jeszcze przed stworzeniem teorii struktury chemicznej zaobserwowano eksperymentalnie, że związki wodorowe z różnymi niemetali mają nieco niezwykłe właściwości. Na przykład temperatura wrzenia fluorowodoru i wody jest znacznie wyższa niż oczekiwano. wiązanie chemiczne wodoru

Te i inne cechy związków wodorowych można wytłumaczyć zdolnością atomu H + do utworzenia kolejnego wiązania chemicznego. Ten typ związku nazywa się "wiązaniem wodorowym". Przyczyny wiązania wodorowego są zakorzenione w właściwościach sił elektrostatycznych. Na przykład w cząsteczce fluorowodoru powszechna chmura elektronowa jest tak przesunięta w stronę fluoru, że przestrzeń wokół atomu tej substancji jest nasycona ujemnym polem elektrycznym. Wokół atomu wodoru, pozbawionego jedynego elektronu, pole jest znacznie słabsze i ma ładunek dodatni. W rezultacie powstaje dodatkowa zależność między dodatnimi polami chmur elektronów H + i ujemnymi F - .

Wiązanie chemiczne metali

Atomy wszystkich metali znajdują się w przestrzeni w określony sposób. Układ atomów metalu nazywany jest siecią krystaliczną. W tym przypadku elektrony różnych atomów słabo oddziałują ze sobą, tworząc wspólną chmurę elektronową. Ten rodzaj interakcji między atomami i elektronami nazywany jest "wiązaniem metalicznym". chemiczne wiązanie metali To swobodny ruch elektronów w metalach może wyjaśniać fizyczne właściwości substancji metalicznych: przewodność elektryczną, przewodność cieplną, wytrzymałość, topliwość i inne.