الرابطة القطبية التساهمية: الصيغة والخصائص والميزات. الرابطة الكيميائية

الرابطة التساهميةتشكلت من تفاعل اللافلزات. تتمتع الذرات اللافلزية بسالبية كهربية عالية وتميل إلى ملء طبقة الإلكترون الخارجية بالإلكترونات الأجنبية. يمكن أن تصل ذرتان من هذه الذرات إلى حالة مستقرة إذا تم دمج إلكتروناتهما .

دعونا نفكر في تكوين رابطة تساهمية في بسيط مواد.

1.تكوين جزيء الهيدروجين.

كل ذرة هيدروجين لديه إلكترون واحد. للانتقال إلى حالة مستقرة، فإنه يحتاج إلى إلكترون واحد آخر.

عندما تقترب ذرتان، تتداخل السحب الإلكترونية. يتم تشكيل زوج إلكترون مشترك، والذي يربط ذرات الهيدروجين في الجزيء.

يتقاسم الفضاء بين نواتين إلكترونات أكثر من الأماكن الأخرى. منطقة ذات زيادة كثافة الإلكترونوالشحنة السالبة. تنجذب إليه النوى الموجبة الشحنة، ويتكون الجزيء.

في هذه الحالة، تتلقى كل ذرة مستوى خارجيًا مكتملًا مكونًا من إلكترونين وتنتقل إلى حالة مستقرة.

تسمى الرابطة التساهمية الناتجة عن تكوين زوج إلكترون مشترك مفردة.

تتشكل أزواج الإلكترونات المشتركة (الروابط التساهمية) بسبب الإلكترونات غير الزوجية, تقع على مستويات الطاقة الخارجية للذرات المتفاعلة.

يحتوي الهيدروجين على إلكترون واحد غير متزاوج. أما بالنسبة للعناصر الأخرى فعددها هو 8 - رقم المجموعة.

اللافلزات سابعاوالمجموعات (الهالوجينات) لها إلكترون واحد غير مزدوج على الطبقة الخارجية.

في غير المعادن السادسأتحتوي المجموعات (الأكسجين والكبريت) على اثنين من هذه الإلكترونات.

في غير المعادن الخامسوالمجموعات (النيتروجين، الفوسفور) لديها ثلاثة إلكترونات غير متزاوجة.

2.تكوين جزيء الفلور.

ذرة فلوريد لديه سبعة إلكترونات في المستوى الخارجي. ستة منهم يشكلون أزواجًا، والسابع غير مزدوج.

عندما تتحد الذرات، يتكون زوج إلكترون مشترك، أي تتكون رابطة تساهمية واحدة. تتلقى كل ذرة طبقة خارجية مكتملة مكونة من ثمانية إلكترونات. الرابطة الموجودة في جزيء الفلور هي أيضًا مفردة. توجد نفس الروابط الفردية في الجزيئات الكلور والبروم واليود .

إذا كانت الذرات تحتوي على عدة إلكترونات غير متزاوجة، فسيتم تشكيل اثنين أو ثلاثة أزواج مشتركة.

3.تكوين جزيء الأكسجين.

عند الذرة الأكسجينيوجد في المستوى الخارجي إلكترونين غير متزاوجين.

عندما تتفاعل ذرتان الأكسجين ينشأ زوجان من الإلكترونات المشتركة. تملأ كل ذرة مستواها الخارجي بما يصل إلى ثمانية إلكترونات. يحتوي جزيء الأكسجين على رابطة مزدوجة.

الرابطة التساهمية(الرابطة الذرية، هومو اتصال قطبي) - رابطة كيميائية تتكون من تداخل (مشاركة) السحب الإلكترونية شبه التكافؤ. تسمى السحب الإلكترونية (الإلكترونات) التي توفر الاتصال زوج الإلكترون المشترك.

خصائص مميزةالرابطة التساهمية - الاتجاهية والتشبع والقطبية والاستقطاب - تحدد المادة الكيميائية و الخصائص الفيزيائيةروابط.

يتم تحديد اتجاه الاتصال من خلال التركيب الجزيئي للمادة والشكل الهندسي لجزيئها. تسمى الزوايا الموجودة بين رابطتين زوايا الرابطة.

التشبع هو قدرة الذرات على تكوين عدد محدود من الروابط التساهمية. عدد الروابط التي تشكلها الذرة محدود بعدد مداراتها الذرية الخارجية.

ترجع قطبية الرابطة إلى التوزيع غير المتكافئ لكثافة الإلكترون بسبب الاختلافات في السالبية الكهربية للذرات. وعلى هذا الأساس تنقسم الروابط التساهمية إلى غير قطبية وقطبية (غير قطبية - جزيء ثنائي الذرة يتكون من ذرات متطابقة (H2، Cl2، N2) وتتوزع السحب الإلكترونية لكل ذرة بشكل متناظر بالنسبة لهذه الذرات قطبي - يتكون الجزيء ثنائي الذرة من ذرات مختلفة العناصر الكيميائية، وتتحول سحابة الإلكترون الكلية نحو إحدى الذرات، مما يشكل عدم تناسق في التوزيع الشحنة الكهربائيةفي الجزيء، مما يؤدي إلى توليد عزم ثنائي القطب للجزيء).

يتم التعبير عن قابلية استقطاب السندات في إزاحة إلكترونات الرابطة تحت تأثير خارجي الحقل الكهربائي، بما في ذلك جسيم متفاعل آخر. يتم تحديد الاستقطاب من خلال حركة الإلكترون. تحدد قطبية الروابط التساهمية وقابليتها للاستقطاب تفاعل الجزيئات تجاه الكواشف القطبية.

الاتصالات التعليمية

تتكون الرابطة التساهمية من زوج من الإلكترونات المشتركة بين ذرتين، ويجب أن تشغل هذه الإلكترونات مدارين مستقرين، واحد من كل ذرة.

أ + + ب → أ: ب

نتيجة للتنشئة الاجتماعية، تشكل الإلكترونات مستوى طاقة ممتلئ. يتم تشكيل الرابطة إذا كان إجمالي طاقتها عند هذا المستوى أقل مما كانت عليه في الحالة الأولية (ولن يكون الفرق في الطاقة أكثر من طاقة الرابطة).

ملء المدارات الذرية (على طول الحواف) والجزيئية (في الوسط) في جزيء H 2 بالإلكترونات. يتوافق المحور الرأسي مع مستوى الطاقة، ويتم الإشارة إلى الإلكترونات بواسطة أسهم تعكس دورانها.

وفقًا لنظرية المدارات الجزيئية، فإن تداخل مدارين ذريين يؤدي، في أبسط الحالات، إلى تكوين مدارين جزيئيين (MO): ربط موو مكافحة ملزمة (تخفيف) MO. توجد الإلكترونات المشتركة على رابطة الطاقة المنخفضة MO.

أنواع الروابط التساهمية

هناك ثلاثة أنواع من الروابط الكيميائية التساهمية، تختلف في آلية تكوينها:

1. رابطة تساهمية بسيطة. لتكوينها، توفر كل ذرة إلكترونًا واحدًا غير متزاوج. عندما تتشكل رابطة تساهمية بسيطة، تظل الشحنات الرسمية للذرات دون تغيير.

· إذا كانت الذرات التي تشكل رابطة تساهمية بسيطة هي نفسها، فإن الشحنات الحقيقية للذرات في الجزيء هي نفسها أيضًا، لأن الذرات التي تشكل الرابطة تمتلك بالتساوي زوجًا إلكترونيًا مشتركًا. يسمى هذا الاتصال الرابطة التساهمية اللاقطبية. المواد البسيطة لها مثل هذا الارتباط، على سبيل المثال: O 2، N 2، Cl 2. ولكن ليس فقط اللافلزات من نفس النوع يمكنها تكوين تساهمية الرابطة غير القطبية. يمكن أيضًا تكوين روابط تساهمية غير قطبية بواسطة عناصر غير معدنية لها سالبية كهربية قيمة متساويةعلى سبيل المثال، في جزيء PH 3 تكون الرابطة تساهمية غير قطبية، نظرًا لأن EO للهيدروجين يساوي EO للفوسفور.

· إذا كانت الذرات مختلفة فإن درجة امتلاك زوج مشترك من الإلكترونات تتحدد باختلاف السالبية الكهربية للذرات. تجذب الذرة ذات السالبية الكهربية الأكبر زوجًا من الإلكترونات الرابطة بقوة أكبر نحو نفسها، وتصبح شحنتها الحقيقية سالبة. وبالتالي فإن الذرة ذات السالبية الكهربية المنخفضة تكتسب شحنة موجبة بنفس الحجم. إذا تم تكوين مركب بين اثنين من اللافلزات المختلفة، فإن هذا المركب يسمى الرابطة القطبية التساهمية.

2. رابطة المانحين والمتقبلين. لتكوين هذا النوع من الروابط التساهمية، يتم توفير كلا الإلكترونين بواسطة إحدى الذرات - جهات مانحة. تسمى ثاني الذرات المشاركة في تكوين الرابطة متقبل. في الجزيء الناتج، تزداد الشحنة الرسمية للمانح بمقدار واحد، وتنخفض الشحنة الرسمية للمستقبل بمقدار واحد.

3. اتصال نصف قطبي. يمكن اعتباره بمثابة رابطة قطبية بين المانحين والمتقبلين. يتكون هذا النوع من الروابط التساهمية بين ذرة تحتوي على زوج وحيد من الإلكترونات (النيتروجين، الفوسفور، الكبريت، الهالوجينات، إلخ) وذرة تحتوي على إلكترونين غير مزدوجين (الأكسجين، الكبريت). يحدث تكوين الرابطة شبه القطبية على مرحلتين:

1. انتقال إلكترون واحد من ذرة بها زوج وحيد من الإلكترونات إلى ذرة بها إلكترونين غير متزوجين. ونتيجة لذلك، تتحول الذرة التي تحتوي على زوج وحيد من الإلكترونات إلى كاتيون جذري (جسيم موجب الشحنة مع إلكترون غير متزاوج)، وتتحول الذرة التي تحتوي على إلكترونين غير متزاوجين إلى أنيون جذري (جسيم سالب الشحنة مع إلكترون غير متزاوج). .

2. تقاسم الإلكترونات غير المتزاوجة (كما في حالة الرابطة التساهمية البسيطة).

عندما تتشكل رابطة شبه قطبية، فإن الذرة التي تحتوي على زوج وحيد من الإلكترونات تزيد من شحنتها الرسمية بمقدار واحد، والذرة التي تحتوي على إلكترونين غير متزوجين تقلل من شحنتها الرسمية بمقدار واحد.

σ السندات و π السندات

روابط سيجما (σ) -، pi (π) هي وصف تقريبي لأنواع الروابط التساهمية في جزيئات المركبات المختلفة؛ تتميز الرابطة σ بحقيقة أن كثافة سحابة الإلكترون تكون قصوى على طول المحور المتصل نواة الذرات. عندما تتشكل رابطة، يحدث ما يسمى بالتداخل الجانبي للسحب الإلكترونية، وتكون كثافة السحابة الإلكترونية بحد أقصى "فوق" و"أسفل" مستوى الرابطة σ. على سبيل المثال، لنأخذ الإيثيلين والأسيتيلين والبنزين.

يوجد في جزيء الإيثيلين C 2 H 4 رابطة مزدوجة CH 2 = CH 2، صيغتها الإلكترونية: H:C::C:H. تقع نوى جميع ذرات الإيثيلين في نفس المستوى. تشكل السحب الإلكترونية الثلاثة لكل ذرة كربون ثلاث روابط تساهمية مع ذرات أخرى في نفس المستوى (بزوايا بينها حوالي 120 درجة). تقع سحابة إلكترون التكافؤ الرابع لذرة الكربون أعلى وأسفل مستوى الجزيء. تشكل هذه السحب الإلكترونية المكونة من ذرات الكربون، والتي تتداخل جزئيًا فوق وتحت مستوى الجزيء، رابطة ثانية بين ذرات الكربون. تسمى الرابطة التساهمية الأولى الأقوى بين ذرات الكربون بالرابطة σ؛ أما الرابطة التساهمية الثانية الأقل قوة فتسمى رابطة.

في جزيء الأسيتيلين الخطي

N-S≡S-N (N: S::: S: N)

توجد روابط σ بين ذرات الكربون والهيدروجين، ورابطة σ واحدة بين ذرتي الكربون، ورابطتين σ بين نفس ذرات الكربون. توجد رابطتان فوق مجال عمل الرابطة σ في طائرتين متعامدتين بشكل متبادل.

جميع ذرات الكربون الستة لجزيء البنزين الحلقي C 6 H 6 تقع في نفس المستوى. توجد روابط σ بين ذرات الكربون في مستوى الحلقة؛ كل ذرة كربون لها نفس الروابط مع ذرات الهيدروجين. ولتكوين هذه الروابط، تنفق ذرات الكربون ثلاثة إلكترونات. توجد سحب من إلكترونات التكافؤ الرابع من ذرات الكربون، على شكل أرقام ثمانية، بشكل عمودي على مستوى جزيء البنزين. وتتداخل كل سحابة من هذه السحابة بالتساوي مع السحب الإلكترونية لذرات الكربون المجاورة. في جزيء البنزين، لا تتشكل ثلاث روابط منفصلة، ​​بل يتكون نظام إلكتروني واحد من ستة إلكترونات، مشتركة بين جميع ذرات الكربون. الروابط بين ذرات الكربون في جزيء البنزين هي نفسها تمامًا.

أمثلة على المواد التي لها روابط تساهمية

تربط رابطة تساهمية بسيطة الذرات في جزيئات الغازات البسيطة (H 2، Cl 2، إلخ) والمركبات (H 2 O، NH 3، CH 4، CO 2، HCl، إلخ). مركبات ذات رابطة مانح ومتقبل - الأمونيوم NH 4 + ، أنيون رباعي فلوروبورات BF 4 - إلخ. مركبات ذات رابطة نصف قطبية - أكسيد النيتروز N 2 O، O - -PCl 3 +.

البلورات ذات الروابط التساهمية هي عوازل أو أشباه الموصلات. الأمثلة النموذجية للبلورات الذرية (الذرات التي ترتبط ببعضها البعض بواسطة روابط تساهمية (ذرية) هي الماس والجرمانيوم والسيليكون.

الوحيد شخص معروفومن المواد التي تحتوي على مثال الرابطة التساهمية بين المعدن والكربون السيانوكوبالامين، المعروف باسم فيتامين ب12.

الرابطة الأيونية- رابطة كيميائية قوية جدًا تتشكل بين الذرات بفارق كبير (> 1.5 على مقياس بولينج) في السالبية الكهربية، حيث ينتقل زوج الإلكترون المشترك بالكامل إلى ذرة ذات سالبية كهربية أكبر. وهذا هو تجاذب الأيونات كأجسام مشحونة بشكل معاكس . ومن الأمثلة على ذلك مركب CsF، حيث تبلغ "درجة الأيونية" 97٪. دعونا نفكر في طريقة التكوين باستخدام كلوريد الصوديوم NaCl كمثال. التكوين الإلكترونيةيمكن تمثيل ذرات الصوديوم والكلور على النحو التالي: 11 Na 1s2 2s2 2p 6 3s1؛ 17 سل 1s2 2s2 2p6 3s2 3r5. هذه ذرات ذات مستويات طاقة غير كاملة. ومن الواضح، لإكمالها، أنه من الأسهل على ذرة الصوديوم أن تتخلى عن إلكترون واحد بدلاً من اكتساب سبعة إلكترونات، وبالنسبة لذرة الكلور فمن الأسهل أن تكتسب إلكترونًا واحدًا بدلاً من التخلي عن سبعة. أثناء التفاعل الكيميائي، تتخلى ذرة الصوديوم تمامًا عن إلكترون واحد، وتستقبله ذرة الكلور. من الناحية التخطيطية، يمكن كتابة هذا على النحو التالي: Na. - l e -> Na+ أيون الصوديوم، غلاف مستقر بثمانية إلكترونات 1s2 2s2 2p6 بسبب مستوى الطاقة الثاني. :Cl + 1е --> .Cl - أيون الكلور، غلاف مستقر بثمانية إلكترونات. تنشأ قوى الجذب الكهروستاتيكية بين أيونات Na+ و Cl-، مما يؤدي إلى تكوين مركب. الرابطة الأيونية هي حالة متطرفة من استقطاب الرابطة التساهمية القطبية. تتشكل بين المعدن النموذجي وغير المعدني. في هذه الحالة، يتم نقل الإلكترونات من المعدن بالكامل إلى اللافلز. تتشكل الأيونات.

إذا تم تكوين رابطة كيميائية بين ذرات لها اختلاف كبير جدًا في السالبية الكهربية (EO> 1.7 وفقًا لبولينج)، فسيتم نقل زوج الإلكترون المشترك بالكامل إلى الذرة ذات EO الأعلى. والنتيجة هي تكوين مركب من الأيونات المشحونة بشكل معاكس:

يحدث تجاذب كهروستاتيكي بين الأيونات الناتجة، وهو ما يسمى الترابط الأيوني. أو بالأحرى هذه النظرة مريحة. في الواقع، الرابطة الأيونية بين الذرات في شكلها النقي لا تتحقق في أي مكان أو في أي مكان تقريبًا؛ وفي الوقت نفسه، يمكن في كثير من الأحيان اعتبار رابطة الأيونات الجزيئية المعقدة أيونية بحتة. أهم الاختلافات بين الروابط الأيونية والأنواع الأخرى من الروابط الكيميائية هي عدم الاتجاه وعدم التشبع. وهذا هو السبب في أن البلورات المتكونة بسبب الروابط الأيونية تنجذب نحو عبوات كثيفة مختلفة من الأيونات المقابلة.

صفاتتتمتع هذه المركبات بقابلية ذوبان جيدة في المذيبات القطبية (الماء والأحماض وغيرها). يحدث هذا بسبب الأجزاء المشحونة من الجزيء. في هذه الحالة، تنجذب ثنائيات أقطاب المذيب إلى الأطراف المشحونة للجزيء، ونتيجة لذلك، الحركة البراونية"تمزيق" جزيء المادة إلى قطع وتطويقها، مما يمنعها من الاتصال مرة أخرى. والنتيجة هي الأيونات المحاطة بثنائيات أقطاب المذيبات.

عندما يتم إذابة هذه المركبات، يتم إطلاق الطاقة عادةً، نظرًا لأن الطاقة الإجمالية لروابط الأيونات المذيبة المتكونة أكبر من طاقة رابطة الأيونات الموجبة. وتشمل الاستثناءات العديد من الأملاح حمض النيتريك(النترات) التي تمتص الحرارة عند ذوبانها (تبرد المحاليل). يتم شرح الحقيقة الأخيرة على أساس القوانين التي يتم أخذها في الاعتبار في الكيمياء الفيزيائية.

تم التعبير عن فكرة تكوين رابطة كيميائية باستخدام زوج من الإلكترونات التي تنتمي إلى الذرتين المتصلتين في عام 1916 من قبل الكيميائي الفيزيائي الأمريكي ج. لويس.

توجد روابط تساهمية بين الذرات في كل من الجزيئات والبلورات. ويحدث بين الذرات المتطابقة (على سبيل المثال، في جزيئات H 2، Cl 2، O 2، في بلورة الماس)، وبين ذرات مختلفة(على سبيل المثال، في جزيئات H 2 O و NH 3، في بلورات SiC). تقريبا جميع الروابط في الجزيئات مركبات العضويةتساهمية (CC، C-H، C-N، الخ).

هناك آليتان لتكوين الروابط التساهمية:

1) التبادل؛

2) المانح المتقبل.

آلية تبادل تكوين الرابطة التساهميةيكمن في حقيقة أن كل من الذرات المتصلة توفر إلكترونًا واحدًا غير متزاوج لتكوين زوج إلكترون مشترك (رابطة). يجب أن يكون لإلكترونات الذرات المتفاعلة دوران معاكس.

دعونا نفكر، على سبيل المثال، في تكوين رابطة تساهمية في جزيء الهيدروجين. عندما تقترب ذرات الهيدروجين، تخترق سحبها الإلكترونية بعضها البعض، وهو ما يسمى تداخل السحب الإلكترونية (الشكل 3.2)، وتزداد كثافة الإلكترون بين النوى. تجذب النواة بعضها البعض. ونتيجة لذلك، تنخفض طاقة النظام. عندما تقترب الذرات من بعضها البعض بشكل كبير، يزداد تنافر النوى. لذلك هناك المسافة المثلىبين النوى (طول الرابطة l)، حيث يكون لدى النظام الحد الأدنى من الطاقة. في هذه الحالة يتم إطلاق طاقة تسمى طاقة الربط E St.

أرز. 3.2. رسم تخطيطي لتداخل السحابة الإلكترونية أثناء تكوين جزيء الهيدروجين

يمكن تمثيل تكوين جزيء الهيدروجين من الذرات بشكل تخطيطي على النحو التالي (النقطة تعني إلكترون، والخط يعني زوج من الإلكترونات):

N + N → N: N أو N + N → N - N.

في منظر عاملجزيئات AB من مواد أخرى:

أ + ب = أ: ب.

آلية المانح والمتقبل لتشكيل الرابطة التساهميةيكمن في أن الجسيم الأول - المانح - يمثل زوجًا من الإلكترونات لتكوين رابطة، والثاني - المستقبل - يمثل مدارًا حرًا:

أ: + ب = أ: ب.

المتلقي المانحة

دعونا نفكر في آليات تكوين الروابط الكيميائية في جزيء الأمونيا وأيون الأمونيوم.

1. التعليم

تحتوي ذرة النيتروجين على إلكترونين مقترنين وثلاثة إلكترونات غير مقترنة في مستوى الطاقة الخارجي:

تحتوي ذرة الهيدروجين الموجودة في المستوى الفرعي s على إلكترون واحد غير متزاوج.

في جزيء الأمونيا، تشكل إلكترونات 2p غير المتزاوجة من ذرة النيتروجين ثلاثة أزواج من الإلكترونات مع إلكترونات 3 ذرات هيدروجين:

.

في جزيء NH3 تتشكل ثلاث روابط تساهمية وفقا لآلية التبادل.

2. تكوين أيون معقد - أيون الأمونيوم.

NH 3 + HCl = NH 4 Cl أو NH 3 + H + = NH 4 +

تبقى ذرة النيتروجين مع زوج وحيد من الإلكترونات، أي إلكترونين لهما دوران عكسي متوازي في مدار ذري واحد. لا يحتوي المدار الذري لأيون الهيدروجين على إلكترونات (المدار الشاغر). عندما يقترب جزيء الأمونيا وأيون الهيدروجين من بعضهما البعض، يحدث تفاعل بين زوج الإلكترونات الوحيد لذرة النيتروجين والمدار الشاغر لأيون الهيدروجين. ويصبح الزوج الوحيد من الإلكترونات مشتركًا بين ذرات النيتروجين والهيدروجين، ويحدث رابطة كيميائية وفقًا لآلية المانح والمستقبل. ذرة النيتروجين في جزيء الأمونيا هي المتبرع، وأيون الهيدروجين هو المتقبل:

.

تجدر الإشارة إلى أنه في أيون NH 4 + تكون جميع الروابط الأربعة متكافئة ولا يمكن تمييزها، وبالتالي، في الأيون تكون الشحنة غير متمركزة (مشتتة) في جميع أنحاء المجمع.

توضح الأمثلة المدروسة أن قدرة الذرة على تكوين روابط تساهمية لا يتم تحديدها فقط بواسطة إلكترون واحد، ولكن أيضًا بواسطة سحب ثنائية الإلكترون أو وجود مدارات حرة.

وفقا لآلية المانح والمتقبل، تتشكل الروابط في مركبات معقدة: -؛ 2+ ; 2- الخ.

تتميز الرابطة التساهمية بالخصائص التالية:

- التشبع؛

- اتجاه؛

- القطبية والاستقطاب.

الرابطة التساهمية(من اللاتينية "co" معًا و "vales" ذات القوة) يتم تنفيذها بسبب زوج الإلكترون الذي ينتمي إلى كلتا الذرتين. تتشكل بين ذرات غير معدنية.

تكون السالبية الكهربية لللافلزات عالية جدًا، بحيث يكون النقل الكامل للإلكترونات من واحدة إلى أخرى (كما في الحالة) مستحيلًا أثناء التفاعل الكيميائي بين ذرتين غير معدنيتين. في هذه الحالة، مطلوب تجميع الإلكترون لإكمال.

على سبيل المثال، دعونا نناقش تفاعل ذرات الهيدروجين والكلور:

H 1s 1 - إلكترون واحد

كل 1س 2 2س 2 2 ص 6 3 ق 2 3 ص5 - سبعة إلكترونات في المستوى الخارجي

تفتقد كل ذرتين إلكترونًا واحدًا حتى يكون لها غلاف خارجي كامل من الإلكترونات. وتنطلق كل ذرة الاستخدام الشائع"إلكترون واحد في كل مرة. وبذلك يتم استيفاء قاعدة الثمانيات. من الأفضل تمثيل ذلك باستخدام صيغ لويس:

تكوين الرابطة التساهمية

تنتمي الإلكترونات المشتركة الآن إلى كلتا الذرتين. تحتوي ذرة الهيدروجين على إلكترونين (خاص بها والإلكترون المشترك لذرة الكلور)، وذرة الكلور بها ثمانية إلكترونات (خاص بها بالإضافة إلى الإلكترون المشترك لذرة الهيدروجين). يشكل هذان الإلكترونان المشتركان رابطة تساهمية بين ذرات الهيدروجين والكلور. يسمى الجسيم الناتج عن اتحاد ذرتين مركب.

الرابطة التساهمية اللاقطبية

يمكن أيضًا أن تتشكل رابطة تساهمية بين اثنين تطابقالذرات. على سبيل المثال:

يشرح هذا الرسم البياني سبب وجود الهيدروجين والكلور كجزيئات ثنائية الذرة. بفضل الاقتران والتشارك بين إلكترونين، من الممكن تحقيق قاعدة الثماني لكلا الذرتين.

بالإضافة إلى الروابط الفردية، يمكن تكوين رابطة تساهمية مزدوجة أو ثلاثية، كما هو الحال، على سبيل المثال، في جزيئات الأكسجين O 2 أو النيتروجين N 2. تحتوي ذرات النيتروجين على خمسة إلكترونات تكافؤ، لذا يلزم وجود ثلاثة إلكترونات إضافية لإكمال الغلاف. ويتم تحقيق ذلك من خلال مشاركة ثلاثة أزواج من الإلكترونات، كما هو موضح أدناه:

تكون المركبات التساهمية عادةً غازات أو سوائل أو مواد صلبة منخفضة الذوبان نسبيًا. أحد الاستثناءات النادرة هو الألماس، الذي ينصهر عند درجة حرارة تزيد عن 3500 درجة مئوية. ويفسر ذلك بنية الماس، وهو عبارة عن شبكة متواصلة من ذرات الكربون المترابطة تساهميا، وليس مجموعة من الجزيئات الفردية. في الواقع، أي بلورة ألماس، بغض النظر عن حجمها، هي جزيء واحد ضخم.

تحدث الرابطة التساهمية عندما تتحد إلكترونات ذرتين غير معدنيتين. ويسمى الهيكل الناتج جزيء.

الرابطة التساهمية القطبية

في معظم الحالات، يكون هناك ذرتان مرتبطتان تساهميًا مختلفالسالبية الكهربية والإلكترونات المشتركة لا تنتمي إلى ذرتين متساويتين. وفي أغلب الأحيان تكون أقرب إلى ذرة منها إلى أخرى. في جزيء كلوريد الهيدروجين، على سبيل المثال، تقع الإلكترونات التي تشكل رابطة تساهمية بالقرب من ذرة الكلور لأن سالبيتها الكهربية أعلى من الهيدروجين. ومع ذلك، فإن الفرق في القدرة على جذب الإلكترونات ليس كبيرًا بدرجة كافية لحدوث انتقال كامل للإلكترون من ذرة الهيدروجين إلى ذرة الكلور. لذلك، يمكن اعتبار الرابطة بين ذرات الهيدروجين والكلور بمثابة تقاطع بين الرابطة الأيونية (نقل الإلكترون الكامل) والرابطة التساهمية غير القطبية (ترتيب متماثل لزوج من الإلكترونات بين ذرتين). يُشار إلى الشحنة الجزئية للذرات بالحرف اليوناني δ. يسمى هذا الاتصال التساهمية القطبية الرابطة، ويقال إن جزيء كلوريد الهيدروجين قطبي، أي أن له نهاية موجبة الشحنة (ذرة الهيدروجين) ونهاية مشحونة سالبة (ذرة الكلور).

يسرد الجدول أدناه الأنواع الرئيسية من الروابط وأمثلة للمواد:

آلية التبادل والمتلقي والمانح لتكوين الرابطة التساهمية

1) آلية الصرف. تساهم كل ذرة بإلكترون واحد غير متزاوج في زوج إلكترون مشترك.

2) آلية المانح والمتقبل. توفر ذرة واحدة (المانحة) زوجًا من الإلكترونات، وتوفر الذرة الأخرى (المستقبلة) مدارًا فارغًا لذلك الزوج.

لا توجد نظرية موحدة للروابط الكيميائية؛ وتنقسم الروابط الكيميائية تقليديًا إلى تساهمية (نوع عالمي من الروابط)، وأيونية (حالة خاصة من الروابط التساهمية)، ومعدنية وهيدروجينية.

الرابطة التساهمية

يمكن تكوين رابطة تساهمية من خلال ثلاث آليات: التبادل، والمتلقي والمانح، وحالة الجر (لويس).

وفق آلية التمثيل الغذائييحدث تكوين رابطة تساهمية بسبب مشاركة أزواج الإلكترون المشتركة. في هذه الحالة، تميل كل ذرة إلى اكتساب غلاف من غاز خامل، أي. الحصول على مستوى الطاقة الخارجي الكامل. يتم تصوير تكوين الرابطة الكيميائية حسب نوع التبادل باستخدام صيغ لويس، حيث يتم تمثيل كل إلكترون تكافؤ للذرة بالنقاط (الشكل 1).

أرز. 1 تكوين رابطة تساهمية في جزيء HCl بواسطة آلية التبادل

مع تطور نظرية التركيب الذري وميكانيكا الكم، تم تمثيل تكوين الرابطة التساهمية على شكل تداخل المدارات الإلكترونية (الشكل 2).

أرز. 2. تكوين رابطة تساهمية بسبب تداخل السحب الإلكترونية

كلما زاد تداخل المدارات الذرية، زادت قوة الرابطة، وقصر طول الرابطة، وزادت طاقة الرابطة. يمكن تكوين رابطة تساهمية عن طريق تداخل مدارات مختلفة. نتيجة لتداخل المدارات s-s و sp-p وكذلك المدارات d-d و p-p و d-p مع الفصوص الجانبية، يحدث تكوين الروابط. تتشكل الرابطة بشكل عمودي على الخط الذي يربط بين نواة ذرتين. الرابطة الواحدة والواحدة قادرة على تكوين رابطة تساهمية متعددة (مزدوجة) مميزة لـ المواد العضويةفئة الألكينات والألكاديينات وما إلى ذلك. تشكل الرابطة الواحدة والاثنتين رابطة تساهمية متعددة (ثلاثية) مميزة للمواد العضوية من فئة الألكينات (الأسيتيلين).

تكوين رابطة تساهمية بواسطة آلية المانح والمتلقيدعونا نلقي نظرة على مثال كاتيون الأمونيوم:

NH3 + H + = NH4 +

7 ن 1 ق 2 2 ق 2 2 ع 3

تحتوي ذرة النيتروجين على زوج حر وحيد من الإلكترونات (الإلكترونات غير المشاركة في تكوين روابط كيميائية داخل الجزيء)، وكاتيون الهيدروجين له مدار حر، لذا فهما مانح للإلكترون ومستقبل، على التوالي.

دعونا نفكر في الآلية الأصلية لتكوين الرابطة التساهمية باستخدام مثال جزيء الكلور.

17 كل 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 5

تحتوي ذرة الكلور على زوج وحيد حر من الإلكترونات ومدارات شاغرة، وبالتالي، يمكنها إظهار خصائص كل من المانح والمستقبل. لذلك، عندما يتم تكوين جزيء الكلور، تعمل ذرة الكلور الواحدة كمتبرع والأخرى كمستقبل.

رئيسي خصائص الرابطة التساهميةهي: التشبع (تتشكل الروابط المشبعة عندما ترتبط الذرة بنفسها بعدد من الإلكترونات بقدر ما تسمح به قدرات التكافؤ الخاصة بها؛ وتتشكل الروابط غير المشبعة عندما يكون عدد الإلكترونات المرتبطة أقل من قدرات التكافؤ للذرة)؛ الاتجاهية (ترتبط هذه القيمة بهندسة الجزيء ومفهوم "زاوية الرابطة" - الزاوية بين الروابط).

الرابطة الأيونية

لا توجد مركبات ذات رابطة أيونية نقية، على الرغم من أن هذا يُفهم على أنه حالة ترابط كيميائي للذرات يتم فيها إنشاء بيئة إلكترونية مستقرة للذرة عندما يتم نقل كثافة الإلكترون الإجمالية بالكامل إلى ذرة عنصر أكثر سالبية كهربية. الترابط الأيوني ممكن فقط بين ذرات العناصر السالبة والكهربائية الموجودة في حالة الأيونات المشحونة بشكل معاكس - الكاتيونات والأنيونات.

تعريف

أيونهي جسيمات مشحونة كهربائيًا تتشكل عن طريق إزالة أو إضافة إلكترون إلى الذرة.

عند نقل الإلكترون، تميل الذرات المعدنية وغير المعدنية إلى تكوين غلاف إلكتروني مستقر حول نواتها. تشكل الذرة غير المعدنية غلافًا من الغاز الخامل اللاحق حول قلبها، وتكوّن الذرة المعدنية غلافًا من الغاز الخامل السابق (الشكل 3).

أرز. 3. تكوين رابطة أيونية باستخدام مثال جزيء كلوريد الصوديوم

الجزيئات التي توجد فيها روابط أيونية في شكلها النقي توجد في الحالة البخارية للمادة. الرابطة الأيونية قوية جدًا، وبالتالي فإن المواد التي لها هذه الرابطة لها درجة انصهار عالية. على عكس الروابط التساهمية، لا تتميز الروابط الأيونية بالاتجاهية والتشبع الحقل الكهربائي، التي تم إنشاؤها بواسطة الأيونات، تعمل بالتساوي على جميع الأيونات بسبب التماثل الكروي.

اتصال معدني

تتحقق الرابطة المعدنية فقط في المعادن - وهذا هو التفاعل الذي يحمل ذرات المعدن في شبكة واحدة. فقط إلكترونات التكافؤ لذرات المعدن التي تنتمي إلى كامل حجمها تشارك في تكوين الرابطة. في المعادن، يتم تجريد الإلكترونات باستمرار من الذرات وتتحرك عبر كامل كتلة المعدن. تتحول ذرات المعدن، المحرومة من الإلكترونات، إلى أيونات موجبة الشحنة، والتي تميل إلى قبول الإلكترونات المتحركة. تشكل هذه العملية المستمرة ما يسمى بـ "غاز الإلكترون" داخل المعدن، والذي يربط جميع ذرات المعدن معًا بقوة (الشكل 4).

الرابطة المعدنية قوية، لذلك تتميز المعادن حرارةذوبان ووجود" غاز الإلكترون"يعطي المعادن المرونة والليونة.

رابطة الهيدروجين

الرابطة الهيدروجينية هي تفاعل محدد بين الجزيئات، لأن يعتمد حدوثه وقوته على الطبيعة الكيميائيةمواد. ويتكون بين الجزيئات التي ترتبط فيها ذرة الهيدروجين بذرة ذات سالبية كهربية عالية (O، N، S). يعتمد حدوث الرابطة الهيدروجينية على سببين: أولاً، أن ذرة الهيدروجين المرتبطة بذرة سالبية كهربية لا تحتوي على إلكترونات ويمكن دمجها بسهولة في السحب الإلكترونية للذرات الأخرى، وثانيًا، وجود مدار تكافؤ s، ذرة الهيدروجين قادرة على قبول زوج إلكترونات وحيد من الذرة السالبة كهربيًا وتكوين رابطة معها من خلال آلية المانح والمتقبل.