10 faktów na temat wiązań kowalencyjnych
Czy zastanawiałeś się kiedyś, co sprawia, że wszechświat skleja się ze sobą? Oto wskazówka: to nie jest przemysłowy słoik z kosmicznym superklejem. Nie, sekretem trzymania rzeczy razem jest proces wiązania chemicznego, znany jako wiązanie wartościowe - gdzie elektrony w zewnętrznych powłokach atomów łączą się ze sobą, tworząc cząsteczki. Wiązania kowalencyjne to jedne z najpotężniejszych wiązań we wszechświecie.
Ojciec wiązań kowalencyjnych - Irving Langmuir
Świat nauk chemicznych został wprowadzony do zasady kowalencji w 1919 roku. Przyszły chemik, laureat Nagrody Nobla, Irving Langmuir, ukuł ten termin, aby opisać wiązania molekularne utworzone przez elektrony w najbardziej zewnętrznej powłoce lub wartościowości atomów. Termin „wiązanie kowalencyjne” po raz pierwszy wszedł w życie w 1939 roku.
Amerykański chemik Irving Langmuir urodził się 31 stycznia 1881 roku na Brooklynie w Nowym Jorku jako trzeci z czterech synów Charlesa Langmuira i Sadie Comings. Langmuir ukończył jako inżynier metalurgii School of Mines na Uniwersytecie Columbia w 1903 i uzyskał tytuł magistra i doktora. w chemii w 1906. Jego praca w chemii powierzchni została nagrodzona Nagrodą Nobla w dziedzinie chemii w 1932.
Atomy i cząsteczki — czy naprawdę mają znaczenie?
Mówiąc prościej, bez atomów wszechświat nie istniałby. Dzieje się tak, ponieważ atomy są podstawowymi elementami budulcowymi materii. Co dokładnie oznacza materia? W naukach fizycznych i chemicznych „materia” jest definiowana jako ta, która zajmuje przestrzeń i posiada masę spoczynkową, zwłaszcza w odróżnieniu od energii. Czyli w wielkim skrócie, „materia” jest wszystkim.
Atomy składają się z trzech podstawowych cząstek subatomowych: protonów, neutronów i elektronów. Protony to cząstki subatomowe, które utrzymują dodatni ładunek elektryczny. Neutrony to cząstki subatomowe, które nie mają ani dodatniego, ani ujemnego ładunku elektrycznego, czyli są neutralne. Protony i neutrony łączą się, tworząc jądro atomu. Elektrony, końcowy typ cząstek subatomowych, utrzymują ujemny ładunek elektryczny i krążą wokół jądra atomowego jak chmura.
Czym więc są cząsteczki? Cząsteczki to nic więcej lub mniej niż atomy, które są przyciągane do innych atomów na tyle, aby utworzyć wiązanie. Wiązanie walencyjne.
Wiązanie molekularne - rodzaje wiązań walentnych
Kiedy atomy łączą się ze sobą, tworząc cząsteczki, proces ten może przebiegać na kilka różnych sposobów. Główny sposób wiązania atomów jest znany jako kowalencyjny. Termin kowalencyjny odnosi się do faktu, że wiązanie obejmuje dzielenie jednej lub więcej par elektronów. Istnieją również inne sposoby, w jakie atomy mogą tworzyć wiązania wartościowe, w tym:
- Wiązania jonowe lub wiązania powstają, gdy jeden atom oddaje jeden lub więcej elektronów innemu atomowi.
- Wiązania metaliczne, rodzaj substancji chemicznej wiązanie który utrzymuje razem atomy metali. Wiązania metaliczne to wymuszone przyciąganie między elektronami walencyjnymi a atomami metalu.
Kowalencyjne wiązania molekularne — pierwiastki kontra związki
Gdy pojawiają się przyciągania wartościowe między atomami, tworzą one wiązania molekularne lub substancje, które są albo związkami, albo pierwiastkami. Chociaż związki i pierwiastki molekularne powstają w wyniku wiązania kowalencyjnego, istnieje również istotna różnica między nimi.
Różnica między cząsteczką związku a cząsteczką pierwiastka polega na tym, że w cząsteczce pierwiastka wszystkie atomy są takie same. Na przykład w cząsteczce wody (związku) znajduje się jeden atom tlenu i dwa atomy wodoru. Ale w cząsteczce tlenu (pierwiastku) oba atomy są tlenem.
Przykłady związków o wiązaniu kowalencyjnym
Istnieje wiele przykładów związków posiadających wiązania kowalencyjne, w tym gazy w naszej atmosferze, popularne paliwa i większość związków w naszym ciele. Oto trzy przykłady.
Cząsteczka metanu (CH4)
Konfiguracja elektronowa węgla wynosi 2,4. Potrzebuje 4 elektronów więcej w swojej zewnętrznej powłoce, aby być jak neon gazu szlachetnego. W tym celu jeden atom węgla dzieli cztery elektrony z pojedynczymi elektronami z czterech atomów wodoru. Cząsteczka metanu ma cztery pojedyncze wiązania C-H.
Cząsteczka wody (H2O)
Jeden atom tlenu łączy się z dwoma atomami wodoru. Cząsteczka wody ma dwa pojedyncze wiązania O-H.
Dwutlenek węgla (CO2)
Jeden atom węgla łączy się z dwoma atomami tlenu. Cząsteczka dwutlenku węgla ma dwa wiązania C=O.
Przykłady elementów wiązania kowalencyjnego
Kiedy podobne atomy tworzą kowalencyjne wiązania molekularne, wynikiem są pierwiastki kowalencyjne. Do niemetalicznych pierwiastków kowalencyjnych występujących w układzie okresowym należą:
- wodór
- węgiel
- azot
- fosfor
- tlen
- siarka i selen.
Dodatkowo wszystkie elementy halogenowe, w tym:
- fluor
- chlor
- brom
- jod i astatyna są kowalencyjnymi pierwiastkami niemetalicznymi.
Polarne i niepolarne wiązania kowalencyjne
W przeciwieństwie do wiązań jonowych, wiązania kowalencyjne często tworzą się między atomami, gdzie jeden z atomów nie może łatwo osiągnąć konfiguracji powłoki elektronowej gazu szlachetnego poprzez utratę lub wzmocnienie jednego lub dwóch elektronów. ... Dlatego atomy, które łączą się kowalencyjnie, dzielą swoje elektrony, aby uzupełnić ich powłokę walencyjną.
Im większa różnica elektroujemności, tym bardziej jonowe jest wiązanie. Wiązania, które są częściowo jonowe, są polarnymi wiązaniami kowalencyjnymi. Niepolarne wiązania kowalencyjne, z równym udziałem elektronów wiązania, powstają, gdy elektroujemności dwóch atomów są równe.
Przykłady polarnych wiązań kowalencyjnych
W polarnym wiązaniu kowalencyjnym elektrony wspólne dla atomów spędzają średnio więcej czasu bliżej jądra tlenu niż jądra wodoru. Wynika to z geometrii cząsteczki i dużej różnicy elektroujemności między atomem wodoru a atomem tlenu.
Przykładem polarnego wiązania kowalencyjnego jest cząsteczka wody, w skrócie H2O. Elektrony są nierówno dzielone, przy czym atom tlenu spędza więcej czasu z elektronami niż atomy wodoru. Ponieważ elektrony spędzają więcej czasu z atomem tlenu, niosą one częściowy ładunek ujemny.
Przykłady niepolarnych wiązań kowalencyjnych
Cząsteczki niepolarne mają mniejsze szanse na rozpuszczanie się w wodzie. Substancja niepolarna to substancja bez dipola, co oznacza, że ma równomierny rozkład elektronów w swojej strukturze molekularnej. Przykłady obejmują dwutlenek węgla, oleje roślinne i produkty naftowe.
Przykładem niepolarnego wiązania kowalencyjnego jest wiązanie między dwoma atomami wodoru, ponieważ mają one równy udział w elektronach. Innym przykładem niepolarnego wiązania kowalencyjnego jest wiązanie między dwoma atomami chloru, ponieważ mają one równy udział w elektronach.
Wiązania kowalencyjne – siedem rzeczy do zapamiętania
Oto kilka kluczowych wniosków, które pomogą Ci zapamiętać to, czego właśnie się dowiedziałeś o wiązaniach kowalencyjnych:
- Wiązania walencyjne i kowalencyjne łączą atomy, tworząc cząsteczki.
- Atomy mogą wiązać się na trzy główne sposoby: wiązania kowalencyjne, wiązania jonowe i wiązania metaliczne.
- Termin wiązanie kowalencyjne opisuje wiązania w związkach, które powstają w wyniku współdzielenia jednej lub więcej par elektronów.
- Wiązania jonowe, w których elektrony przenoszą się między atomami, występują, gdy atomy z zaledwie kilkoma elektronami w zewnętrznej powłoce przekazują elektrony atomom, których w zewnętrznej powłoce brakuje tylko kilku elektronów.
- W wiązaniach metalicznych ogromna liczba atomów traci swoje elektrony. Są one utrzymywane razem w sieci dzięki przyciąganiu między „wolnymi” elektronami a dodatnimi jądrami.
- Atom, który traci elektron, zostaje naładowany dodatnio; atom, który zyskuje elektron, staje się naładowany ujemnie, więc oba atomy są przyciągane przez elektryczne przyciąganie przeciwieństw.
- Ponieważ są naładowane ujemnie, wspólne elektrony są przyciągane w równym stopniu do dodatniego jądra obu zaangażowanych atomów. Atomy są utrzymywane razem przez przyciąganie między każdym jądrem a wspólnymi elektronami.