Koncepti i një lidhjeje kimike ka një rëndësi jo të vogël në fusha të ndryshme të kimisë si shkencë. Kjo për faktin se me ndihmën e tij atomet individuale janë në gjendje të kombinohen në molekula, duke formuar të gjitha llojet e substancave, të cilat, nga ana tjetër, janë objekt i kërkimit kimik.
Larmia e atomeve dhe molekulave është e lidhur me shfaqjen e llojeve të ndryshme të lidhjeve midis tyre. Klasat e ndryshme të molekulave karakterizohen nga veçoritë e tyre të shpërndarjes së elektroneve, dhe si rrjedhim nga llojet e tyre të lidhjeve.
Konceptet themelore
Një lidhje kimike është një grup ndërveprimesh që çojnë në lidhjen e atomeve për të formuar grimca të qëndrueshme të një strukture më komplekse (molekula, jone, radikale), si dhe agregate (kristale, gota, etj.). Natyra e këtyre ndërveprimeve është e natyrës elektrike dhe ato lindin gjatë shpërndarjes së elektroneve të valencës në atomet që afrohen.
Valenca zakonisht quhet aftësia e një atomi për të formuar një numër të caktuar lidhjesh me atome të tjera. Në përbërjet jonike, numri i elektroneve të dhëna ose të bashkangjitura merret si vlerë e valencës. ATnë komponimet kovalente, është e barabartë me numrin e çifteve të zakonshme të elektroneve.
Gjendja e oksidimit kuptohet si ngarkesa e kushtëzuar që mund të jetë në një atom nëse të gjitha lidhjet kovalente polare do të ishin jonike.
Shumësia e lidhjes është numri i çifteve të përbashkëta të elektroneve midis atomeve të konsideruara.
Lidhjet e konsideruara në degë të ndryshme të kimisë mund të ndahen në dy lloje lidhjesh kimike: ato që çojnë në formimin e substancave të reja (intramolekulare) dhe ato që lindin midis molekulave (ndërmolekulare).
Karakteristikat themelore të komunikimit
Energjia lidhëse është energjia e nevojshme për të thyer të gjitha lidhjet ekzistuese në një molekulë. Është gjithashtu energjia e çliruar gjatë formimit të lidhjes.
Gjatësia e lidhjes është distanca midis bërthamave ngjitur të atomeve në një molekulë, në të cilën forcat e tërheqjes dhe zmbrapsjes janë të balancuara.
Këto dy karakteristika të lidhjes kimike të atomeve janë një masë e forcës së saj: sa më e shkurtër të jetë gjatësia dhe sa më e madhe të jetë energjia, aq më e fortë është lidhja.
Këndi i lidhjes zakonisht quhet këndi ndërmjet vijave të paraqitura që kalojnë në drejtim të lidhjes nëpër bërthamat e atomeve.
Metodat për përshkrimin e lidhjeve
Dy qasjet më të zakonshme për shpjegimin e lidhjes kimike, të huazuara nga mekanika kuantike:
Metoda e orbitaleve molekulare. Ai e konsideron një molekulë si një grup elektronesh dhe bërthamash atomesh, ku secili elektron individual lëviz në fushën e veprimit të të gjitha elektroneve dhe bërthamave të tjera. Molekula ka një strukturë orbitale dhe të gjitha elektronet e saj shpërndahen përgjatë këtyre orbitave. Gjithashtu, kjo metodë quhet MO LCAO, e cila qëndron për "orbital molekular - një kombinim linear i orbitaleve atomike".
Metoda e lidhjeve të valencës. Paraqet një molekulë si një sistem i dy orbitaleve molekulare qendrore. Për më tepër, secila prej tyre korrespondon me një lidhje midis dy atomeve ngjitur në molekulë. Metoda bazohet në dispozitat e mëposhtme:
- Formimi i një lidhjeje kimike kryhet nga një çift elektronesh me rrotullime të kundërta, të cilat ndodhen midis dy atomeve të konsideruara. Çifti elektronik i formuar u përket dy atomeve në mënyrë të barabartë.
- Numri i lidhjeve të formuara nga një ose një atom tjetër është i barabartë me numrin e elektroneve të paçiftëzuara në tokë dhe gjendje të ngacmuar.
- Nëse çiftet e elektroneve nuk marrin pjesë në formimin e një lidhjeje, atëherë ato quhen çifte të vetmuara.
Elektronegativiteti
Është e mundur të përcaktohet lloji i lidhjes kimike në substanca bazuar në ndryshimin në vlerat e elektronegativitetit të atomeve përbërëse të tij. Elektronegativiteti kuptohet si aftësia e atomeve për të tërhequr çifte të përbashkëta elektronike (re elektronike), e cila çon në polarizimin e lidhjes.
Ka mënyra të ndryshme për të përcaktuar vlerat e elektronegativitetit të elementeve kimike. Megjithatë, më e përdorura është shkalla e bazuar në të dhënat termodinamike, e cila u propozua në vitin 1932 nga L. Pauling.
Sa më i madh të jetë ndryshimi në elektronegativitetin e atomeve, aq më i theksuar është jonikiteti i tij. Përkundrazi, vlerat e barabarta ose të afërta të elektronegativitetit tregojnë natyrën kovalente të lidhjes. Me fjalë të tjera, është e mundur të përcaktohet se cila lidhje kimike vërehet në një molekulë të veçantë matematikisht. Për ta bërë këtë, ju duhet të llogaritni ΔX - ndryshimin në elektronegativitetin e atomeve sipas formulës: ΔX=|X 1 -X 2 |.
- Nëse ΔХ>1, 7, atëherë lidhja është jonike.
- Nëse 0,5≦ΔХ≦1,7, atëherë lidhja kovalente është polare.
- Nëse ΔХ=0 ose afër saj, atëherë lidhja është kovalente jopolare.
Lidhja jonike
Jonike është një lidhje e tillë që shfaqet midis joneve ose për shkak të tërheqjes së plotë të një çifti elektronik të përbashkët nga një prej atomeve. Në substanca, kjo lloj lidhjeje kimike kryhet nga forcat e tërheqjes elektrostatike.
Ionet janë grimca të ngarkuara të formuara nga atomet si rezultat i fitimit ose humbjes së elektroneve. Kur një atom pranon elektrone, ai fiton një ngarkesë negative dhe bëhet një anion. Nëse një atom dhuron elektrone valence, ai bëhet një grimcë e ngarkuar pozitivisht e quajtur kation.
Është karakteristikë e përbërjeve të formuara nga bashkëveprimi i atomeve të metaleve tipike me atomet e jometaleve tipike. Kryesorja e këtij procesi është aspirata e atomeve për të fituar konfigurime elektronike të qëndrueshme. Dhe për këtë, metalet dhe jometalet tipike duhet të japin ose pranojnë vetëm 1-2 elektrone,të cilën ata e bëjnë me lehtësi.
Mekanizmi i formimit të një lidhjeje kimike jonike në një molekulë konsiderohet tradicionalisht duke përdorur shembullin e ndërveprimit të natriumit dhe klorit. Atomet e metaleve alkali dhurojnë lehtësisht një elektron të tërhequr nga një atom halogjen. Rezultati është kationi Na+ dhe anioni Cl-, të cilët mbahen së bashku nga tërheqja elektrostatike.
Nuk ka asnjë lidhje jonike ideale. Edhe në komponime të tilla, të cilat shpesh quhen jonike, transferimi përfundimtar i elektroneve nga atomi në atom nuk ndodh. Çifti elektronik i formuar mbetet ende në përdorim të përbashkët. Prandaj, ata flasin për shkallën e jonikitetit të një lidhje kovalente.
Lidhja jonike karakterizohet nga dy veti kryesore të lidhura me njëra-tjetrën:
- jodrejtues, d.m.th. fusha elektrike rreth jonit ka formën e një sfere;
- Pangopja, d.m.th. numri i joneve të ngarkuar në mënyrë të kundërt që mund të vendosen rreth çdo joni, përcaktohet nga madhësia e tyre.
Lidhja kimike kovalente
Lidhja e formuar kur retë elektronike të atomeve jometale mbivendosen, domethënë, kryhen nga një çift elektronik i përbashkët, quhet lidhje kovalente. Numri i çifteve të përbashkëta të elektroneve përcakton shumësinë e lidhjes. Kështu, atomet e hidrogjenit janë të lidhur me një lidhje të vetme H··H, dhe atomet e oksigjenit formojnë një lidhje të dyfishtë O::O.
Ka dy mekanizma për formimin e tij:
- Shkëmbim - çdo atom përfaqëson një elektron për formimin e një çifti të përbashkët: A +B=A: B, ndërsa lidhja përfshin orbitale atomike të jashtme, në të cilat ndodhet një elektron.
- Dhurues-pranues - për të formuar një lidhje, njëri nga atomet (dhuruesi) siguron një çift elektronesh, dhe i dyti (pranuesi) - një orbital i lirë për vendosjen e tij: A +:B=A:B.
Mënyrat në të cilat retë elektronike mbivendosen kur formohet një lidhje kimike kovalente janë gjithashtu të ndryshme.
- Drejtpërdrejt. Rajoni i mbivendosjes së reve shtrihet në një vijë të drejtë imagjinare që lidh bërthamat e atomeve të konsideruara. Në këtë rast formohen lidhje-σ. Lloji i lidhjes kimike që ndodh në këtë rast varet nga lloji i reve elektronike që pësojnë mbivendosje: lidhjet σ-s, s-p, p-p, s-d ose p-d. Në një grimcë (molekulë ose jon), vetëm një lidhje σ mund të ndodhë ndërmjet dy atomeve fqinje.
- Anë. Ajo kryhet në të dy anët e vijës që lidh bërthamat e atomeve. Kështu formohet një lidhje π, dhe varietetet e saj janë gjithashtu të mundshme: p-p, p-d, d-d. E ndarë nga lidhja σ, lidhja π nuk formohet kurrë; ajo mund të jetë në molekula që përmbajnë lidhje të shumta (të dyfishta dhe të trefishta).
Vetitë e lidhjes kovalente
Ato përcaktojnë karakteristikat kimike dhe fizike të përbërjeve. Vetitë kryesore të çdo lidhjeje kimike në substanca janë drejtimi, polariteti dhe polarizimi i saj, si dhe ngopja.
Drejtimi i lidhjes përcakton veçoritë e molekulësstruktura e substancave dhe forma gjeometrike e molekulave të tyre. Thelbi i tij qëndron në faktin se mbivendosja më e mirë e reve elektronike është e mundur me një orientim të caktuar në hapësirë. Opsionet për formimin e lidhjeve σ- dhe π janë konsideruar tashmë më lart.
Ngopja kuptohet si aftësia e atomeve për të formuar një numër të caktuar lidhjesh kimike në një molekulë. Numri i lidhjeve kovalente për çdo atom është i kufizuar nga numri i orbitaleve të jashtme.
Polariteti i lidhjes varet nga ndryshimi në vlerat e elektronegativitetit të atomeve. Ai përcakton uniformitetin e shpërndarjes së elektroneve midis bërthamave të atomeve. Një lidhje kovalente mbi këtë bazë mund të jetë polare ose jopolare.
- Nëse çifti elektronik i përbashkët i përket në mënyrë të barabartë secilit prej atomeve dhe ndodhet në të njëjtën distancë nga bërthamat e tyre, atëherë lidhja kovalente është jopolare.
- Nëse çifti i përbashkët i elektroneve zhvendoset në bërthamën e njërit prej atomeve, atëherë formohet një lidhje kimike polare kovalente.
Polarizueshmëria shprehet me zhvendosjen e elektroneve të lidhjes nën veprimin e një fushe elektrike të jashtme, e cila mund t'i përkasë një grimce tjetër, lidhjeve fqinje në të njëjtën molekulë ose të vijë nga burime të jashtme të fushave elektromagnetike. Pra, një lidhje kovalente nën ndikimin e tyre mund të ndryshojë polaritetin e saj.
Nën hibridizimin e orbitaleve kuptoni ndryshimin e formave të tyre në zbatimin e një lidhjeje kimike. Kjo është e nevojshme për të arritur mbivendosjen më efektive. Ekzistojnë llojet e mëposhtme të hibridizimit:
- sp3. Një orbitale s dhe tre p formojnë katërorbitale "hibride" të së njëjtës formë. Nga pamja e jashtme, ai i ngjan një katërkëndëshi me një kënd midis boshteve prej 109 °.
- sp2. Një orbitale s dhe dy p formojnë një trekëndësh të sheshtë me një kënd midis boshteve 120°.
- sp. Një orbitale s dhe një orbitale p formojnë dy orbitale "hibride" me një kënd midis boshteve të tyre prej 180°.
Lidhja metalike
Një tipar i strukturës së atomeve metalike është një rreze mjaft e madhe dhe prania e një numri të vogël elektronesh në orbitalet e jashtme. Si rezultat, në elementë të tillë kimikë, lidhja midis bërthamës dhe elektroneve të valencës është relativisht e dobët dhe thyhet lehtësisht.
Lidhja metalike është një ndërveprim i tillë ndërmjet atomeve-joneve metalike, i cili kryhet me ndihmën e elektroneve të delokalizuara.
Në grimcat metalike, elektronet e valencës mund të lënë lehtësisht orbitalet e jashtme, si dhe të zënë vende të lira në to. Kështu, në kohë të ndryshme, e njëjta grimcë mund të jetë një atom dhe një jon. Elektronet e shkëputura prej tyre lëvizin lirshëm në të gjithë vëllimin e rrjetës kristalore dhe kryejnë një lidhje kimike.
Kjo lloj lidhjeje ka ngjashmëri me jonike dhe kovalente. Ashtu si për jonike, jonet janë të nevojshme për ekzistencën e një lidhjeje metalike. Por nëse për zbatimin e ndërveprimit elektrostatik në rastin e parë nevojiten katione dhe anione, atëherë në të dytën, rolin e grimcave të ngarkuara negativisht e luajnë elektronet. Nëse krahasojmë një lidhje metalike me një lidhje kovalente, atëherë formimi i të dyjave kërkon elektrone të përbashkëta. Megjithatë, nëndryshe nga një lidhje kimike polare, ato nuk janë të lokalizuara midis dy atomeve, por i përkasin të gjitha grimcave metalike në rrjetën kristalore.
Lidhjet metalike janë përgjegjëse për vetitë e veçanta të pothuajse të gjitha metaleve:
- plasticitet, i pranishëm për shkak të mundësisë së zhvendosjes së shtresave të atomeve në rrjetën kristalore të mbajtur nga gazi elektronik;
- shkëlqim metalik, i cili vërehet për shkak të reflektimit të rrezeve të dritës nga elektronet (në gjendje pluhuri nuk ka rrjetë kristalore dhe, për rrjedhojë, elektronet lëvizin përgjatë saj);
- përçueshmëria elektrike, e cila kryhet nga një rrymë grimcash të ngarkuara, dhe në këtë rast, elektronet e vogla lëvizin lirshëm midis joneve të mëdha metalike;
- përçueshmëri termike, e vërejtur për shkak të aftësisë së elektroneve për të transferuar nxehtësinë.
Lidhja hidrogjenore
Ky lloj lidhjeje kimike nganjëherë quhet një ndërmjetës midis ndërveprimit kovalent dhe ndërmolekular. Nëse një atom hidrogjeni ka një lidhje me një nga elementët elektronegativë të fortë (si fosfori, oksigjeni, klori, azoti), atëherë ai është në gjendje të formojë një lidhje shtesë, të quajtur hidrogjen.
Është shumë më e dobët se të gjitha llojet e lidhjeve të konsideruara më sipër (energjia nuk është më shumë se 40 kJ/mol), por nuk mund të neglizhohet. Kjo është arsyeja pse lidhja kimike e hidrogjenit në diagram duket si një vijë me pika.
Shfaqja e një lidhjeje hidrogjeni është e mundur për shkak të ndërveprimit elektrostatik dhurues-pranues në të njëjtën kohë. Diferenca e madhe në vleraelektronegativiteti çon në shfaqjen e densitetit të tepërt të elektroneve në atomet O, N, F dhe të tjerët, si dhe në mungesën e tij në atomin e hidrogjenit. Në rast se nuk ka lidhje kimike ekzistuese midis atomeve të tilla, forcat tërheqëse aktivizohen nëse ato janë mjaft afër. Në këtë rast, protoni është një pranues i çiftit elektronik, dhe atomi i dytë është një dhurues.
Lidhja e hidrogjenit mund të ndodhë si ndërmjet molekulave fqinje, për shembull, ujit, acideve karboksilike, alkooleve, amoniakut dhe brenda një molekule, për shembull, acidit salicilik.
Prania e një lidhjeje hidrogjeni ndërmjet molekulave të ujit shpjegon një sërë vetive fizike unike të tij:
- Vlerat e kapacitetit të tij të nxehtësisë, konstantës dielektrike, pikave të vlimit dhe shkrirjes, në përputhje me llogaritjet, duhet të jenë shumë më të vogla se ato reale, gjë që shpjegohet me lidhjen e molekulave dhe nevojën për të shpenzuar. energji për të thyer lidhjet ndërmolekulare të hidrogjenit.
- Ndryshe nga substancat e tjera, kur temperatura bie, vëllimi i ujit rritet. Kjo për faktin se molekulat zënë një pozicion të caktuar në strukturën kristalore të akullit dhe largohen nga njëra-tjetra për nga gjatësia e lidhjes hidrogjenore.
Kjo lidhje luan një rol të veçantë për organizmat e gjallë, pasi prania e saj në molekulat e proteinave përcakton strukturën e tyre të veçantë, dhe për rrjedhojë vetitë e tyre. Përveç kësaj, acidet nukleike, që përbëjnë spiralen e dyfishtë të ADN-së, janë gjithashtu të lidhura pikërisht me lidhje hidrogjeni.
Komunikimet në kristale
Shumica dërrmuese e trupave të ngurtë kanë një rrjetë kristali - një të veçantërenditja e ndërsjellë e grimcave që i formojnë ato. Në këtë rast, vërehet periodiciteti tredimensional, dhe atomet, molekulat ose jonet janë të vendosura në nyjet, të cilat lidhen me linja imagjinare. Në varësi të natyrës së këtyre grimcave dhe lidhjeve ndërmjet tyre, të gjitha strukturat kristalore ndahen në atomike, molekulare, jonike dhe metalike.
Ka katione dhe anione në nyjet e rrjetës kristalore jonike. Për më tepër, secila prej tyre është e rrethuar nga një numër i përcaktuar rreptësisht i joneve me vetëm ngarkesë të kundërt. Një shembull tipik është kloruri i natriumit (NaCl). Ata priren të kenë pika të larta shkrirjeje dhe fortësi pasi kërkojnë shumë energji për t'u thyer.
Molekulat e substancave të formuara nga një lidhje kovalente janë të vendosura në nyjet e rrjetës kristalore molekulare (për shembull, I2). Ata janë të lidhur me njëri-tjetrin nga një ndërveprim i dobët van der Waals, dhe për këtë arsye, një strukturë e tillë është e lehtë për t'u shkatërruar. Komponime të tilla kanë pika të ulëta vlimi dhe shkrirjeje.
Rrjeta atomike kristalore formohet nga atome të elementeve kimike me vlera të larta valence. Ato lidhen me lidhje të forta kovalente, që do të thotë se substancat kanë pika të larta vlimi, pika shkrirjeje dhe fortësi të lartë. Një shembull është një diamant.
Kështu, të gjitha llojet e lidhjeve që gjenden në kimikate kanë karakteristikat e tyre, të cilat shpjegojnë ndërlikimet e ndërveprimit të grimcave në molekula dhe substanca. Vetitë e komponimeve varen prej tyre. Ato përcaktojnë të gjitha proceset që ndodhin në mjedis.
