Pse atomet mund të kombinohen me njëri-tjetrin për të formuar molekula? Cila është arsyeja e ekzistencës së mundshme të substancave, të cilat përfshijnë atome të elementeve kimike krejtësisht të ndryshme? Këto janë çështje globale që prekin konceptet themelore të shkencës moderne fizike dhe kimike. Ju mund t'u përgjigjeni atyre, duke pasur një ide për strukturën elektronike të atomeve dhe duke ditur karakteristikat e lidhjes kovalente, e cila është baza bazë për shumicën e klasave të përbërjeve. Qëllimi i artikullit tonë është të njihemi me mekanizmat e formimit të llojeve të ndryshme të lidhjeve kimike dhe veçoritë e vetive të përbërjeve që i përmbajnë ato në molekulat e tyre.
Struktura elektronike e atomit
Grimcat elektroneutrale të materies, të cilat janë elementet strukturore të saj, kanë një strukturë që pasqyron strukturën e sistemit diellor. Ndërsa planetët rrotullohen rreth yllit qendror - Diellit, kështu që elektronet në atom lëvizin rreth bërthamës së ngarkuar pozitivisht. Për të karakterizuarNë një lidhje kovalente, elektronet e vendosura në nivelin e fundit të energjisë dhe më të largët nga bërthama do të jenë domethënëse. Meqenëse lidhja e tyre me qendrën e atomit të tyre është minimale, ata janë në gjendje të tërhiqen lehtësisht nga bërthamat e atomeve të tjera. Kjo është shumë e rëndësishme për shfaqjen e ndërveprimeve ndëratomike që çojnë në formimin e molekulave. Pse forma molekulare është lloji kryesor i ekzistencës së materies në planetin tonë? Le ta zbulojmë.
Vetitë themelore të atomeve
Aftësia e grimcave neutrale elektrike për të bashkëvepruar, duke çuar në një fitim të energjisë, është tipari i tyre më i rëndësishëm. Në të vërtetë, në kushte normale, gjendja molekulare e materies është më e qëndrueshme se gjendja atomike. Dispozitat kryesore të teorisë moderne atomike dhe molekulare shpjegojnë si parimet e formimit të molekulave ashtu edhe karakteristikat e një lidhjeje kovalente. Kujtojmë që niveli i jashtëm i energjisë i një atomi mund të përmbajë nga 1 deri në 8 elektrone, në rastin e fundit shtresa do të jetë e plotë, që do të thotë se do të jetë shumë e qëndrueshme. Atomet e gazeve fisnike kanë një strukturë të tillë të nivelit të jashtëm: argon, kripton, ksenon - elementë inertë që plotësojnë çdo periudhë në sistemin e D. I. Mendeleev. Përjashtim këtu është heliumi, i cili ka jo 8, por vetëm 2 elektrone në nivelin e fundit. Arsyeja është e thjeshtë: në periudhën e parë ekzistojnë vetëm dy elementë, atomet e të cilëve kanë një shtresë të vetme elektronike. Të gjithë elementët e tjerë kimikë kanë nga 1 deri në 7 elektrone në shtresën e fundit, jo të plotë. Në procesin e bashkëveprimit me njëri-tjetrin, atomet do tëpërpiquni të mbusheni me elektrone deri në një oktet dhe të rivendosni konfigurimin e një atomi të një elementi inert. Një gjendje e tillë mund të arrihet në dy mënyra: me humbjen e vetes ose me pranimin e grimcave të huaja të ngarkuara negativisht. Këto forma të ndërveprimit shpjegojnë se si të përcaktohet nëse një lidhje jonike ose kovalente do të formohet midis atomeve që reagojnë.
Mekanizmat për formimin e një konfigurimi elektronik të qëndrueshëm
Le të imagjinojmë se dy substanca të thjeshta hyjnë në reaksionin e përbërjes: natriumi metalik dhe klori i gaztë. Formohet një substancë e klasës së kripërave - klorur natriumi. Ka një lidhje kimike të llojit jonik. Pse dhe si lindi? Le të kthehemi përsëri te struktura e atomeve të substancave fillestare. Natriumi ka vetëm një elektron në shtresën e fundit, i lidhur dobët me bërthamën për shkak të rrezes së madhe të atomit. Energjia e jonizimit të të gjitha metaleve alkaline, të cilat përfshijnë natriumin, është e ulët. Prandaj, elektroni i nivelit të jashtëm largohet nga niveli energjetik, tërhiqet nga bërthama e atomit të klorit dhe mbetet në hapësirën e tij. Kjo krijon një precedent për kalimin e atomit Cl në formën e një joni të ngarkuar negativisht. Tani nuk kemi të bëjmë më me grimca neutrale elektrike, por me katione të ngarkuara të natriumit dhe anionet e klorit. Në përputhje me ligjet e fizikës, forcat e tërheqjes elektrostatike lindin midis tyre dhe përbërja formon një rrjetë kristalore jonike. Mekanizmi i formimit të llojit jonik të një lidhjeje kimike të konsideruar nga ne do të ndihmojë për të sqaruar më qartë specifikat dhe karakteristikat kryesore të një lidhjeje kovalente.
Çiftet e përbashkëta të elektroneve
Nëse ndodh një lidhje jonike midis atomeve të elementeve që janë shumë të ndryshëm në elektronegativitet, d.m.th., metaleve dhe jometaleve, atëherë lloji kovalent shfaqet kur atomet e elementeve të njëjtë ose të ndryshëm jometalikë ndërveprojnë. Në rastin e parë, është zakon të flasim për jopolare, dhe në tjetrën, për formën polare të një lidhje kovalente. Mekanizmi i formimit të tyre është i zakonshëm: secili prej atomeve jep pjesërisht elektrone për përdorim të përbashkët, të cilat kombinohen në çifte. Por rregullimi hapësinor i çifteve të elektroneve në lidhje me bërthamat e atomeve do të jetë i ndryshëm. Mbi këtë bazë, dallohen llojet e lidhjeve kovalente - jo polare dhe polare. Më shpesh, në përbërjet kimike të përbëra nga atome të elementeve jometalike, ka çifte të përbëra nga elektrone me rrotullime të kundërta, d.m.th., që rrotullohen rreth bërthamave të tyre në drejtime të kundërta. Meqenëse lëvizja e grimcave të ngarkuara negativisht në hapësirë çon në formimin e reve elektronike, e cila përfundimisht përfundon në mbivendosjen e tyre reciproke. Cilat janë pasojat e këtij procesi për atomet dhe në çfarë çon ai?
Vetitë fizike të një lidhje kovalente
Rezulton se midis qendrave të dy atomeve që ndërveprojnë ekziston një re me dy elektrone me një densitet të lartë. Forcat elektrostatike të tërheqjes midis vetë resë së ngarkuar negativisht dhe bërthamave të atomeve rriten. Një pjesë e energjisë lëshohet dhe distancat midis qendrave atomike zvogëlohen. Për shembull, në fillim të formimit të një molekule H2 distanca midis bërthamave të atomeve të hidrogjenitështë 1,06 A, pas mbivendosjes së reve dhe formimit të një çifti elektronik të përbashkët - 0,74 A. Shembuj të një lidhjeje kovalente të formuar sipas mekanizmit të mësipërm mund të gjenden si midis substancave inorganike të thjeshta dhe komplekse. Karakteristika kryesore e tij dalluese është prania e çifteve të zakonshme të elektroneve. Si rezultat, pas shfaqjes së një lidhje kovalente midis atomeve, për shembull, hidrogjenit, secila prej tyre fiton konfigurimin elektronik të heliumit inert dhe molekula që rezulton ka një strukturë të qëndrueshme.
Forma hapësinore e një molekule
Një tjetër veti fizike shumë e rëndësishme e një lidhjeje kovalente është drejtimi. Varet nga konfigurimi hapësinor i molekulës së substancës. Për shembull, kur dy elektrone mbivendosen me një re sferike, pamja e molekulës është lineare (klorur hidrogjeni ose brom hidrogjeni). Forma e molekulave të ujit, në të cilën retë s dhe p hibridizohen, është këndore dhe grimcat shumë të forta të azotit të gaztë duken si një piramidë.
Struktura e substancave të thjeshta - jometalet
Pasi zbuluam se çfarë lloj lidhjeje quhet kovalente, çfarë shenjash ka, tani është koha të merremi me varietetet e saj. Nëse atomet e të njëjtit jometal - klori, azoti, oksigjeni, bromi, etj., Ndërveprojnë me njëri-tjetrin, atëherë formohen substancat e thjeshta përkatëse. Çiftet e tyre të përbashkëta elektronike janë të vendosura në të njëjtën distancë nga qendrat e atomeve, pa zhvendosje. Për komponimet me një lloj lidhjeje kovalente jopolare, karakteristikat e mëposhtme janë të natyrshme: pika të ulëta vlimi dheshkrirja, pazgjidhshmëria në ujë, vetitë dielektrike. Më pas, do të zbulojmë se cilat substanca karakterizohen nga një lidhje kovalente, në të cilën ndodh një zhvendosje e çifteve të përbashkëta elektronike.
Elektronegativiteti dhe efekti i tij në llojin e lidhjes kimike
Vetia e një elementi të caktuar për të tërhequr elektrone nga një atom i një elementi tjetër në kimi quhet elektronegativitet. Shkalla e vlerave për këtë parametër, e propozuar nga L. Pauling, mund të gjendet në të gjitha tekstet shkollore të kimisë inorganike dhe të përgjithshme. Vlera e tij më e lartë - 4.1 eV - ka fluor, më e vogla - jometale të tjera aktive, dhe treguesi më i ulët është tipik për metalet alkaline. Nëse elementët që ndryshojnë në elektronegativitetin e tyre reagojnë me njëri-tjetrin, atëherë në mënyrë të pashmangshme një, më aktive, do të tërheqë grimcat e ngarkuara negativisht të një atomi të një elementi më pasiv në bërthamën e tij. Kështu, vetitë fizike të një lidhjeje kovalente varen drejtpërdrejt nga aftësia e elementeve për të dhuruar elektrone për përdorim të përbashkët. Çiftet e zakonshme që rezultojnë nuk janë më të vendosura në mënyrë simetrike në lidhje me bërthamat, por janë zhvendosur drejt elementit më aktiv.
Veçoritë e përbërjeve me një lidhje polare
Substancat në molekulat e të cilave çiftet e elektroneve të përbashkëta janë asimetrike në lidhje me bërthamat e atomeve përfshijnë halidet e hidrogjenit, acidet, komponimet e kalkogjeneve me hidrogjen dhe oksidet acide. Këto janë acide sulfate dhe nitrate, okside të squfurit dhe fosforit, sulfurit të hidrogjenit, etj. Për shembull, një molekulë e klorurit të hidrogjenit përmban një çift elektronik të përbashkët,formohen nga elektronet e paçiftuara të hidrogjenit dhe klorit. Zhvendoset më afër qendrës së atomit Cl, i cili është një element më elektronegativ. Të gjitha substancat me një lidhje polare në tretësirat ujore shpërndahen në jone dhe përcjellin një rrymë elektrike. Komponimet që kanë një lidhje kovalente polare, shembujt e të cilave kemi dhënë, kanë gjithashtu pika shkrirjeje dhe vlimi më të larta në krahasim me substancat e thjeshta jometalike.
Metodat për thyerjen e lidhjeve kimike
Në kiminë organike, reaksionet e zëvendësimit të hidrokarbureve të ngopura me halogjene ndjekin një mekanizëm radikal. Një përzierje e metanit dhe klorit në dritë dhe në temperaturë të zakonshme reagon në atë mënyrë që molekulat e klorit fillojnë të ndahen në grimca që bartin elektrone të paçiftëzuara. Me fjalë të tjera, vërehet shkatërrimi i çiftit të përbashkët elektronik dhe formimi i radikalëve shumë aktivë -Cl. Ata janë në gjendje të ndikojnë në molekulat e metanit në atë mënyrë që të thyejnë lidhjen kovalente midis atomeve të karbonit dhe hidrogjenit. Formohet një grimcë aktive -H dhe valenca e lirë e atomit të karbonit merr një radikal klori dhe klorometani bëhet produkti i parë i reaksionit. Një mekanizëm i tillë për ndarjen e molekulave quhet homolitik. Nëse çifti i përbashkët i elektroneve kalon plotësisht në zotërimin e njërit prej atomeve, atëherë ata flasin për një mekanizëm heterolitik karakteristik të reaksioneve që ndodhin në tretësirat ujore. Në këtë rast, molekulat polare të ujit do të rrisin shkallën e shkatërrimit të lidhjeve kimike të përbërjes së tretur.
Dyfish dhe trefishlidhje
Shumica dërrmuese e substancave organike dhe disa përbërje inorganike përmbajnë në molekulat e tyre jo një, por disa çifte elektronike të zakonshme. Shumësia e lidhjes kovalente zvogëlon distancën midis atomeve dhe rrit stabilitetin e përbërjeve. Zakonisht ato quhen kimikisht rezistente. Për shembull, në një molekulë azoti ka tre palë elektrone, ato tregohen në formulën strukturore me tre pika dhe përcaktojnë forcën e saj. Substanca e thjeshtë azoti është kimikisht inerte dhe mund të reagojë me përbërës të tjerë, si hidrogjeni, oksigjeni ose metalet, vetëm kur nxehet ose në presion të lartë, si dhe në prani të katalizatorëve.
Lidhjet e dyfishta dhe të trefishta janë të natyrshme në klasa të tilla të përbërjeve organike si hidrokarburet diene të pangopura, si dhe substancat e serisë së etilenit ose acetilenit. Lidhjet e shumta përcaktojnë vetitë kimike kryesore: reaksionet e shtimit dhe polimerizimit që ndodhin në pikat e thyerjes së tyre.
Në artikullin tonë, ne dhamë një përshkrim të përgjithshëm të lidhjes kovalente dhe shqyrtuam llojet kryesore të saj.
