ХЕМИЈСКА ВЕЗА: КАРАКТЕРИСТИКЕ, КАКО СЕ ФОРМИРАЈУ, ВРСТЕ - ХЕМИЈА - 2025

Хемијска веза је сила која успева да одржи заједно атоме који чине материја. Свака врста материје има карактеристичну хемијску везу која се састоји од учешћа једног или више електрона. Тако се силе које вежу атоме у гасовима разликују, на пример, од метала.

Сви елементи периодичне табеле (осим хелијума и лаких племенитих гасова) могу међусобно формирати хемијске везе. Међутим, природа њих се мења у зависности од елемената из којих долазе електрони који их творе. Битни параметар који објашњава врсту веза је електронегативност.

Извор: Аутор Имванг42 (разговор). Имванг42 на ен.википедиа, са Викимедиа Цоммонс

Разлика у електронегативности (ΔЕ) између два атома дефинише не само врсту хемијске везе, већ и физичко-хемијска својства једињења. За соли је карактеристично да имају јонске везе (висок ΔЕ), а многа органска једињења, попут витамина Б ₁₂ (горња слика), имају ковалентне везе (ниска ΔЕ).

У вишој молекуларној структури свака од линија представља ковалентну везу. Клинови означавају да веза излази из равнине (према читачу), а подвучене иза равнине (даље од читача). Имајте на уму да постоје двоструке везе (=) и кобалтни атом координиран са пет атома азота и Р бочним ланцем.

Али зашто настају такве хемијске везе? Одговор лежи у енергетској стабилности атома и електрона који учествују. Ова стабилност мора уравнотежити електростатичке одбојности које имају електронски облаци и језгра и привлачење које нуклеус врши на електроне суседног атома.

Дефиниција хемијске везе

Многи аутори су дали дефиниције хемијске везе. Од свих њих, најважнија је била она физикохемичара ГН Левиса, који је хемијску везу дефинисао као учешће пара електрона између два атома. Ако атоми А · и · Б могу допринети једном електрону, тада ће се једнострука веза А: Б или А - Б формирати између њих.

Пре формирања везе, и А и Б су раздвојени на неодређено растојање, али када се везују, сада постоји сила која их држи заједно у дијатомском једињењу АБ и удаљености везе (или дужини) везе.

карактеристике

Извор: Габриел Боливар

Које су карактеристике ове силе која држи атоме заједно? Оне зависе више од врсте везе између А и Б, него од њихових електронских структура. На пример, веза А - Б је усмерена. Шта то значи? Да сила коју делује удружење пара електрона може да се представи на осе (као да је цилиндар).

Такође, овој вези је потребна енергија да би се прекинула. Ова количина енергије може се изразити у јединицама кЈ / мол или цал / мол. Једном када се на једињење АБ примени довољно енергије (на пример топлота), она ће се дисоцирати на изворне А · и · Б атоме.

Стабилнија је веза, више енергије је потребно за одвајање везаних атома.

Са друге стране, ако би веза у једињењу АБ била јонска, А ⁺ Б ^- , била би то несмерна сила. Зашто? Јер А ⁺ делује привлачно на Б ^- (и обрнуто), што више зависи од удаљености која раздваја оба јона у простору, него од њихове релативне локације.

Ово поље привлачења и одбојности окупља друге ионе који творе оно што је познато као кристална решетка (горња слика: А ⁺ катион лежи окружен са четири Б ^- аниона , а окружени су са четири А ⁺ катиона и тако даље).

Како се формирају хемијске везе?

АА хомонуклеарна једињења

Извор: Габриел Боливар

Да би пар електрона створио везу, постоји много ствари које се морају прво размотрити. Језгра, кажу она из А, имају протоне и због тога су позитивна. Кад су два А-атома веома удаљена, то јест на великој међуједринској удаљености (горња слика), они не доживљавају никакву привлачност.

Како се два А атома приближавају својим језграма, привлаче електронски облак суседног атома (љубичасти круг). Ово је сила привлачности (А на суседном љубичастом кругу). Међутим, две језгре А се одбијају једно друго јер су позитивне, а ова сила повећава потенцијалну енергију везе (вертикална осовина).

Постоји међунуклеарна удаљеност у којој потенцијална енергија достиже минимум; то јест, и привлачне и одбојне силе (два А атома у доњем делу слике) су уравнотежене.

Ако се та раздаљина смањи након ове тачке, веза ће узроковати да се два језгра одупиру једно друго јако, дестабилишујући АА једињење.

Дакле, да би веза настала мора постојати енергетски адекватна међунуклеарна удаљеност; и даље, атомске орбитале морају се правилно преклапати да би се електрони везали.

Хетеронуклеарна једињења АБ

Шта ако се уместо два атома А споји један од А и други из Б? У овом случају, горњи граф би се променио јер би један од атома имао више протона од другог, а електронски облаци би имали различите величине.

Како се веза А - Б формира на одговарајућој међунуклеарној удаљености, електронски пар ће се наћи углавном у близини највише електронегативног атома. То је случај са свим хетеронуклеарним хемијским једињењима, која чине велику већину оних који су познати (и биће познати).

Иако се не спомиње у дубини, постоје бројне варијабле које директно утичу на приступ атома и формирање хемијских веза; неке су термодинамичке (да ли је реакција спонтана?), електронске (колико су пуне или празне орбитале атома), а друге кинетичке.

Врсте хемијских веза

Везе имају низ карактеристика које их разликују једна од друге. Неколико њих се могу уградити у три главне класификације: ковалентна, јонска или метална.

Иако постоје једињења чије везе припадају једној врсти, многи се заправо састоје од мешавине знакова сваког од њих. Ова чињеница је последица разлике у електронегативности између атома који формирају везе. Према томе, нека једињења могу бити ковалентна, али имају неки јонски карактер у својим везама.

Исто тако, врста везе, структура и молекуларна маса су кључни фактори који дефинишу макроскопска својства материје (светлина, тврдоћа, растворљивост, талиште и сл.).

-Ковалентна веза

Ковалентне везе су оне које су до сада објашњене. У њима се две орбитале (по један електрон у свакој) морају преклапати са језграма одвојеним одговарајућим међунуклеарним растојањима.

Према теорији молекуларне орбитале (ТОМ), ако је преклапање орбитала фронтално, формираће се сигма σ веза (која се такође назива и једноставна или једноставна веза). Док ако су орбитале формиране бочним и окомитим преклапањем у односу на међунуклеарну ос, имаћемо π везе (двоструке и троструке):

Извор: Габриел Боливар

Једноставна веза

Σ веза, као што се може видети на слици, формира се дуж међунуклеарне осе. Иако нису приказане, А и Б могу имати и друге везе, а самим тим и своје хемијско окружење (различити делови молекуларне структуре). Ову врсту везе карактерише ротациона снага (зелени цилиндар) и најјача од свих.

На пример, једнострука веза у молекулу водоника може да се окреће око међунуклеарне осе (Х - Х). Слично томе, хипотетички молекул ЦА - АБ може.

Везе Ц - А, А - А и А - Б се окрећу; али ако су Ц или Б атоми или група гломазних атома, ротација А - А је стерилно ометана (јер би се Ц и Б сударали).

Појединачне везе налазе се у практично свим молекулима. Њени атоми могу имати било какву хемијску хибридизацију све док је преклапање њихових орбитала фронтално. Враћајући се структури витамина Б ₁₂ , свака појединачна линија (-) указује на једну везу (на пример, –ЦОНХ ₂ везе ).

Двострука веза

Доубле веза подразумева атоме да (обицно) сп ² хибридизују . Чиста п веза, окомита на три сп ² хибридне орбитале , формира двоструку везу, која је приказана као сивкаст лист.

Имајте на уму да и једнострука веза (зелени цилиндар) и двострука веза (сиви лист) коегзистирају истовремено. Међутим, за разлику од појединачних веза, двоструке везе немају исту слободу ротације око међунуклеарне осе. То је зато што се за ротирање веза (или фолија) мора прекинути; процес коме је потребна енергија.

Такође, веза А = Б је реактивнија од А - Б. Његова дужина је краћа, а атоми А и Б су на краћем међунуклеарном растојању; према томе, већа је одбојност између обе језгре. За разбијање и једноструке и двоструке везе потребно је више енергије него што је потребно за одвајање атома у молекули А - Б.

У структури витамина Б ₁₂ може се приметити више двоструких веза: Ц = О, П = О, и унутар ароматичних прстенова.

Трострука веза

Трострука веза је чак краћа од двоструке, а ротација јој је енергетски ометанија. У њему су формиране две π везе окомито једна на другу (сивкасто-љубичасти листови), као и једна веза.

Обично, хемијска хибридизација атома А и Б мора бити сп: две сп орбитале једнаке 180 ° и две чисте п орбитале окомито на прву. Имајте на уму да трострука веза изгледа као весло, али без снаге ротације. Ова веза може бити једноставно представљени као А≡Б (Н≡Н, азот молекула Н ₂ ).

Од свих ковалентних веза, ова је најактивнија; али истовремено, оној којој је потребно више енергије за потпуно одвајање његових атома (· А: +: Б ·). Када би витамин Б ₁₂ имао троструку везу у својој молекуларној структури, његов фармаколошки ефекат драматично би се променио.

Шест електрона учествује у троструким везама; у паровима, четири електрона; а у једноставном или једноставном, два.

Формирање једне или више ових ковалентних веза зависи од електронске доступности атома; то јест, колико електрона својој орбитали треба да би стекли један октет валенције.

Неполарна веза

Ковалентна веза састоји се од једнаког дељења пара електрона између два атома. Али то је тачно тачно само у случају када оба атома имају једнаке електронегативности; то јест иста тенденција привлачења густине електрона из његове околине у једињење.

За неполарне везе карактеристична је нулта разлика електронегативности (ΔЕ≈0). Ово се дешава у две ситуације: у хомонуцлеар једињењу (А ₂ ), или уколико су хемијском окружењу на обе стране везе еквивалент (Х ₃ Ц - ЦХ ₃ , етан молекул).

Примери неполарних веза виде се у следећим једињењима:

Водоник (Х - Х)

-Кисик (О = О)

-Ноген (Н≡Н)

-Флуор (Ф - Ф)

-Хлоро (Цл - Цл)

-Ацетилен (ХЦ≡ЦХ)

Поларне везе

Када постоји изражена разлика у електронегативности ΔЕ између оба атома, формира се диполни момент дуж осе осе: А ^{δ +} –Б ^δ- . У случају хетеронуклеарног једињења АБ, Б је највећи електронегативни атом, и самим тим, он има већу густину електрона δ-; док А, најмање електронегативан, има недостатак δ + набоја.

Да би се појавиле поларне везе, морају се придружити два атома са различитим електронегативностима; и на тај начин формирају хетеронуклеарна једињења. А - Б подсећа на магнет: има позитиван и негативан пол. То му омогућава интеракцију с другим молекулима преко диполо-диполних сила, међу којима су водоничне везе.

Вода има две поларне ковалентне везе, Х - О - Х, а њена молекуларна геометрија је угласта, што повећава њен диполни момент. Да је његова геометрија линеарна, океани би испарали и вода би имала нижу тачку кључања.

Чињеница да неко једињење има поларне везе не значи да је поларно . На пример, угљен тетрахлорид, ЦЦЛ ₄ , има четири поларне ЦЦЛ обвезнице, али због тетраедарске аранжмана, диполни момент завршава се вецториалли поништена.

Дативе или координационе везе

Када атом одустане од пара електрона да би формирао ковалентну везу са другим атомом, тада говоримо о дативној или координационој вези. На пример, са Б: расположивим паром електрона и А (или А ⁺ ), електронским слободним местом, формира се веза Б: А.

У структури витамина Б ₁₂ пет атома азота је повезано са металним центром Цо путем ове врсте ковалентне везе. Ови нитрогени дају свој пар слободних електрона ^{катиону} Цо ³⁺ , метал који координира са њима (Цо ³⁺ : Н–)

Други пример се може наћи у протонирању молекула амонијака да би се створио амонијак:

Х ₃ Н: + Х ⁺ => НХ ₄ ⁺

Имајте на уму да у оба случаја атом душика доприноси електронима; према томе, давативна или координациона ковалентна веза настаје када једини атом доприноси пару електрона.

На исти начин, молекул воде може бити протонизован да постане катон хидронијум (или оксонијум):

Х ₂ О + Х ⁺ => Х ₃ О ⁺

За разлику од амонијум катјон, хидронијум даље има слободан пар електрона (Х ₃ О: ⁺ ); Међутим, веома је тешко да то прихвати неки други протон формира нестабилну хидронијум дицатион Х ₄ О ²⁺ .

-Јонска веза

Извор: Пикабаи

На слици је бело брдо соли. За соли је карактеристично да имају кристалне структуре, то јест симетричне и наручене; високе талишта и врелишта, велике електричне проводљивости при топљењу или растварању, а такође, њени јони су снажно везани електростатичким интеракцијама.

Ове интеракције чине оно што је познато као јонска веза. На другој слици приказан је А ⁺ катион окружен са четири Б ^- аниона , али ово је 2Д приказ. У три димензије, А ⁺ треба да има друге Б анионе ^- испред и иза равнине, формирајући различите структуре.

Дакле, А ⁺ може имати шест, осам или чак дванаест суседа. Број суседа који окружују јон у кристалу познат је под називом координациони број (НЦ). За сваки НЦ повезан је тип кристалног распореда који са своје стране представља чврсту фазу соли.

Симетрични и фасетирани кристали који се виде у соли настају из равнотеже успостављене електростатичким интеракцијама привлачења (А ⁺ Б ^- ) и одбијања (А ⁺ А ⁺ , Б ^- Б ^- ).

обука

Али зашто А + и Б ^- , или На ⁺ и Цл ^- , не формирају На-Цл ковалентне везе? Зато што је атом хлора много електронегативнији од метала натријума, који се карактерише и тиме што се лако одустаје од својих електрона. Кад се ови елементи састану, они егзотермично реагују да би се створила трпезаријска со:

2на (с) + Цл ₂ (г) => 2НаЦл (с)

Два натријум атома одрекну јединственог Валентност електрона (На ·) на двоатомски молекулу Цл ₂ , формирајући Цл ^- ањона .

Интеракције између натријум-катиона и анионима хлорида, иако представљају слабију везу од ковалентних, могу их држати снажно уједињенима у чврстом телу; а та се чињеница огледа у високом талишту соли (801 ° Ц).

Метална веза

Извор: Пикнио

Последња од врста хемијских веза је метална. Ово се може наћи на било ком делу метала или легуре. Карактерише га по томе што је посебан и другачији од осталих, због чињенице да електрони не прелазе из једног атома у други, већ путују, попут мора, кроз кристал метала.

Тако метални атоми, да кажемо бакар, мешају своје валентне орбитале један с другим да би формирали кондукционе траке; кроз које електрони (с, п, доф) пролазе око атома и чврсто их држе заједно.

У зависности од броја електрона који пролазе кроз метални кристал, орбитале предвиђене за појасеве и паковање његових атома, метал може бити мекан (попут алкалних метала), тврд, сјајан или добар проводник електричне енергије и вруће.

Сила која држи атоме метала, попут оних који чине малог човека на слици и његовог лаптопа, већа је од силе соли.

Ово се може експериментално верификовати, јер се кристали соли могу поделити у неколико половина пре механичке силе; док се метални комад (састављен од веома малих кристала) деформише.

Примери веза

Следећа четири једињења обухватају објасњене типове хемијских веза:

-Натријум флуорид, НаФ (На ⁺ Ф ^- ): јонски.

-Натријум, На: металик.

-Фиуор, Ф ₂ (Ф - Ф): неполарне ковалентно због чињенице да постоји нула ΔЕ између обе атома јер су идентични.

-Хидроген флуорид, ХФ (Х-Ф): поларни ковалент, јер је у овом једињењу флуор више електронегативан од водоника.

Постоје једињења, попут витамина Б ₁₂ , која имају и поларну и јонску ковалентну везу (у негативном набоју његове фосфатне групе –ПО ₄ ^- -). У неким сложеним структурама, попут металних кластера, све ове врсте веза могу чак и да коегзистирају.

Материја у свим својим манифестацијама нуди примере хемијских веза. Од камена на дну језерца и воде која га окружује, до жаба који се крећу по његовим ивицама.

Иако су везе можда једноставне, број и просторни распоред атома у молекуларној структури омогућавају богату разноликост једињења.

Важност хемијске везе

Која је важност хемијске везе? Непоредиви број последица које би изостало хемијско везивање указује на његов огроман значај у природи:

- Без тога, боје не би постојале, јер њени електрони не би апсорбирали електромагнетско зрачење. Честице прашине и леда присутне у атмосфери би нестале и због тога би плава боја неба постала тамна.

-Парбон не може формирати своје бескрајне ланце из којих потичу милијарде органских и биолошких једињења.

- Протеини се нису могли чак ни дефинисати у њиховим саставним аминокиселинама. Нестали би шећери и масти, као и сва угљенична једињења у живим организмима.

- Земља не би имала атмосферу, јер у недостатку хемијских веза у својим гасовима, не би било снаге да их држи заједно. Такође не би постојала ни најмања интермолекуларна интеракција између њих.

-Горови могу нестати, јер њихове стијене и минерали, иако тешки, не могу да садрже своје атоме упаковане унутар њихових кристалних или аморфних структура.

-Свету би сачињавали солитарни атоми неспособни да формирају чврсте или течне супстанце. То би такође резултирало нестанком свих трансформација материје; то јест, не би било хемијских реакција. Само пролазни гасови свуда.

Референце

1. Харри Б. Греи. (1965). Електрони и хемијско везивање. ВА БЕЊАМИН, ИНЦ. П 36-39.
2. Вхиттен, Давис, Пецк и Станлеи. Хемија. (8. изд.). ЦЕНГАГЕ Леарнинг, п. 233, 251, 278, 279.
3. Наве Р. (2016). Хемијско везивање. Опоравак од: хиперпхисицс.пхи-астр.гсу.еду
4. Врсте хемијских обвезница. (3. октобар 2006). Преузето са: двб4.унл.еду
5. Формирање хемијских веза: Улога електрона. . Опоравак од: цод.еду
6. Фондација ЦК-12. (сф) Формирање енергије и ковалентне везе. Опоравак од: цхем.либретектс.орг
7. Куимитубе. (2012). Координатна или дативна ковалентна веза. Опоравак од: куимитубе.цом