พันธะโควาเลนต์: มีขั้ว, ไม่มีขั้ว, กลไกการปรากฏตัวของมัน ตัวอย่างของพันธะโควาเลนต์ที่ไม่มีขั้ว พันธะโควาเลนต์มีขั้วและไม่มีขั้ว

พันธะเคมี- ปฏิกิริยาระหว่างไฟฟ้าสถิตระหว่างอิเล็กตรอนและนิวเคลียสทำให้เกิดการก่อตัวของโมเลกุล

พันธะเคมีเกิดขึ้นจากเวเลนซ์อิเล็กตรอน สำหรับองค์ประกอบ s และ p เวเลนซ์อิเล็กตรอนคืออิเล็กตรอนของชั้นนอก สำหรับองค์ประกอบ d คือ เอสอิเล็กตรอนของชั้นนอก และ d-อิเล็กตรอนของชั้นนอกก่อน เมื่อมีการสร้างพันธะเคมี อะตอมจะทำให้เปลือกอิเล็กตรอนชั้นนอกของพวกมันสมบูรณ์จนกลายเป็นเปลือกของก๊าซมีตระกูลที่สอดคล้องกัน

ความยาวลิงค์- ระยะห่างเฉลี่ยระหว่างนิวเคลียสของอะตอมที่มีพันธะเคมีสองอะตอม

พลังงานพันธะเคมี- ปริมาณพลังงานที่ต้องใช้เพื่อทำลายพันธะและโยนชิ้นส่วนของโมเลกุลออกไปในระยะทางที่กว้างใหญ่อย่างไม่สิ้นสุด

มุมบอนด์- มุมระหว่างเส้นที่เชื่อมอะตอมที่มีพันธะเคมี

รู้จักพันธะเคมีประเภทหลักต่อไปนี้: โควาเลนต์ (มีขั้วและไม่มีขั้ว) ไอออนิก โลหะ และไฮโดรเจน.

โควาเลนต์เรียกว่าพันธะเคมีที่เกิดขึ้นเนื่องจากการก่อตัวของคู่อิเล็กตรอนร่วม

หากพันธะเกิดขึ้นจากอิเล็กตรอนคู่หนึ่งที่ใช้ร่วมกันซึ่งมีอะตอมที่เชื่อมต่อกันเท่ากันก็จะเรียกว่าพันธะนั้น ไม่ใช่โควาเลนต์ พันธะขั้วโลก . พันธะนี้มีอยู่ในโมเลกุล H 2, N 2, O 2, F 2, Cl 2, Br 2, I 2 พันธะโควาเลนต์ไม่มีขั้วเกิดขึ้นระหว่างอะตอมที่เหมือนกัน และเมฆอิเล็กตรอนที่เชื่อมต่อพวกมันจะมีการกระจายอย่างเท่าเทียมกันระหว่างอะตอมเหล่านั้น

ในโมเลกุลระหว่างสองอะตอมสามารถเกิดพันธะโควาเลนต์จำนวนที่แตกต่างกันได้ (ตัวอย่างเช่นหนึ่งในโมเลกุลฮาโลเจน F 2, Cl 2, Br 2, I 2, สามในโมเลกุลไนโตรเจน N 2)

พันธะขั้วโลกโควาเลนต์เกิดขึ้นระหว่างอะตอมที่มีอิเล็กโตรเนกาติวีตี้ต่างกัน คู่อิเล็กตรอนที่ก่อตัวจะเลื่อนไปทางอะตอมที่มีอิเล็กโทรเนกาติตีมากกว่า แต่ยังคงสัมพันธ์กับนิวเคลียสทั้งสอง ตัวอย่างของสารประกอบที่มีพันธะโควาเลนต์: HBr, HI, H 2 S, N 2 O เป็นต้น

อิออนเรียกว่ากรณีจำกัดของพันธะขั้วโลก ซึ่งคู่อิเล็กตรอนถูกถ่ายโอนจากอะตอมหนึ่งไปยังอีกอะตอมหนึ่งโดยสมบูรณ์ และอนุภาคที่ถูกพันธะจะกลายเป็นไอออน

พูดอย่างเคร่งครัด มีเพียงสารประกอบที่มีค่าอิเล็กโตรเนกาติวีตี้ต่างกันมากกว่า 3 เท่านั้นที่สามารถจัดเป็นสารประกอบที่มีพันธะไอออนิกได้ แต่มีเพียงไม่กี่สารประกอบเท่านั้นที่รู้จัก ซึ่งรวมถึงฟลูออไรด์ของโลหะอัลคาไลและอัลคาไลน์เอิร์ท เชื่อกันโดยทั่วไปว่าพันธะไอออนิกเกิดขึ้นระหว่างอะตอมขององค์ประกอบซึ่งความแตกต่างของอิเล็กโตรเนกาติวีตี้มากกว่า 1.7 ในระดับพอลลิง. ตัวอย่างของสารประกอบที่มีพันธะไอออนิก: NaCl, KBr, Na 2 O เราจะกล่าวถึงรายละเอียดเพิ่มเติมในบทเรียนถัดไปเกี่ยวกับมาตราส่วน Pauling

โลหะเรียกพันธะเคมีระหว่างไอออนบวกในผลึกโลหะ ซึ่งเกิดขึ้นจากแรงดึงดูดของอิเล็กตรอนที่เคลื่อนที่อย่างอิสระทั่วผลึกโลหะ

อะตอมของโลหะจะถูกแปลงเป็นแคตไอออนและกลายเป็นโลหะ ตาข่ายคริสตัล. พวกมันถูกกักไว้ในโครงตาข่ายนี้โดยอิเล็กตรอนที่มีร่วมกันกับโลหะทั้งหมด (แก๊สอิเล็กตรอน)

งานฝึกอบรม

1. สารแต่ละชนิดที่มีสูตรเกิดขึ้นจากพันธะโควาเลนต์ไม่มีขั้ว

1) O 2, H 2, N 2
2) อัล, โอ 3, เอช 2 เอส 4
3) นา, เอช 2, นาเบอร์
4) H 2 O, O 3, Li 2 SO 4

2. สารแต่ละชนิดที่มีสูตรเกิดขึ้นจากพันธะโควาเลนต์

1) O 2, H 2 SO 4, N 2
2) H 2 SO 4, H 2 O, HNO 3
3) NaBr, H 3 PO 4, HCl
4) H 2 O, O 3, Li 2 SO 4

3. สารแต่ละชนิดที่มีสูตรเกิดขึ้นจากพันธะไอออนิกเท่านั้น

1) CaO, H 2 SO 4, N 2
2) BaSO 4, BaCl 2, BaNO 3
3) NaBr, K 3 PO 4, HCl
4) RbCl, นา 2 S, LiF

4. การเชื่อมโลหะเป็นเรื่องปกติสำหรับองค์ประกอบรายการ

1) บา, Rb, เซ
2) Cr, บา, ศรี
3) นา, พี, มก
4) Rb, Na, Cs

5. สารประกอบที่มีเพียงพันธะไอออนิกและโควาเลนต์เท่านั้นตามลำดับ

1) HCl และ Na 2 S
2) Cr และอัล(OH) 3
3) NaBr และ P 2 O 5
4) P 2 O 5 และ CO 2

6. พันธะไอออนิกเกิดขึ้นระหว่างองค์ประกอบ

1) คลอรีนและโบรมีน
2) โบรมีนและซัลเฟอร์
3) ซีเซียมและโบรมีน
4) ฟอสฟอรัสและออกซิเจน

7. พันธะขั้วโควาเลนต์เกิดขึ้นระหว่างองค์ประกอบ

1) ออกซิเจนและโพแทสเซียม
2) ซัลเฟอร์และฟลูออรีน
3) โบรมีนและแคลเซียม
4) รูบิเดียมและคลอรีน

8. ในสารประกอบไฮโดรเจนระเหยง่ายของธาตุหมู่ VA คาบที่ 3 เรียกว่าพันธะเคมี

1) ขั้วโควาเลนต์
2) โควาเลนต์ไม่มีขั้ว
3) อิออน
4) โลหะ

9. ในออกไซด์ที่สูงกว่าของธาตุในช่วงที่ 3 ประเภทของพันธะเคมีจะเปลี่ยนไปตามเลขอะตอมของธาตุที่เพิ่มขึ้น

1) จากพันธะไอออนิกไปจนถึงพันธะโควาเลนต์
2) จากโลหะไปเป็นโควาเลนต์ไม่มีขั้ว
3) จากพันธะขั้วโควาเลนต์ไปจนถึงพันธะไอออนิก
4) จากพันธะขั้วโควาเลนต์ไปจนถึงพันธะโลหะ

10. ความยาวของพันธะเคมี E–H จะเพิ่มขึ้นในสารจำนวนหนึ่ง

1) HI – PH 3 – HCl
2) PH 3 – HCl – H 2 ส
3) ไฮ – เอชซีแอล – เอช 2 ส
4) HCl – H 2 S – PH 3

11. ความยาวของพันธะเคมี E–H ลดลงในสารจำนวนหนึ่ง

1) NH 3 – H 2 O – HF
2) PH 3 – HCl – H 2 ส
3) HF – H 2 O – HCl
4) HCl – H 2 S – HBr

12. จำนวนอิเล็กตรอนที่มีส่วนร่วมในการก่อตัว พันธะเคมีในโมเลกุลไฮโดรเจนคลอไรด์ -

1) 4
2) 2
3) 6
4) 8

13. จำนวนอิเล็กตรอนที่มีส่วนร่วมในการก่อตัวของพันธะเคมีในโมเลกุล P 2 O 5 คือ

1) 4
2) 20
3) 6
4) 12

14. ในฟอสฟอรัส (V) คลอไรด์พันธะเคมีคือ

1) อิออน
2) ขั้วโควาเลนต์
3) โควาเลนต์ไม่มีขั้ว
4) โลหะ

15. พันธะเคมีที่มีขั้วมากที่สุดในโมเลกุล

1) ไฮโดรเจนฟลูออไรด์
2) ไฮโดรเจนคลอไรด์
3) น้ำ
4) ไฮโดรเจนซัลไฟด์

16. พันธะเคมีมีขั้วน้อยที่สุดในโมเลกุล

1) ไฮโดรเจนคลอไรด์
2) ไฮโดรเจนโบรไมด์
3) น้ำ
4) ไฮโดรเจนซัลไฟด์

17. เนื่องจากคู่อิเล็กตรอนร่วมทำให้เกิดพันธะในสาร

1) มก
2) H2
3) โซเดียมคลอไรด์
4) CaCl2

18. พันธะโควาเลนต์เกิดขึ้นระหว่างธาตุที่มีเลขอะตอม

1) 3 และ 9
2) 11 และ 35
3) 16 และ 17
4) 20 และ 9

19. พันธะไอออนิกเกิดขึ้นระหว่างธาตุที่มีเลขอะตอม

1) 13 และ 9
2) 18 และ 8
3) 6 และ 8
4) 7 และ 17

20. ในรายการสารที่มีสูตรเป็นสารประกอบที่มีพันธะไอออนิกเพียงอย่างเดียวคือ

1) NaF, CaF 2
2) นาโน 3, ยังไม่มีข้อความ 2
3) โอ 2 ดังนั้น 3
4) Ca(NO 3) 2, AlCl 3

และการสื่อสารแบบสองอิเล็กตรอนสามจุดศูนย์กลาง

เมื่อคำนึงถึงการตีความทางสถิติของฟังก์ชันคลื่น M. Born ความหนาแน่นของความน่าจะเป็นในการค้นหาอิเล็กตรอนที่มีพันธะจะกระจุกตัวอยู่ในช่องว่างระหว่างนิวเคลียสของโมเลกุล (รูปที่ 1) ทฤษฎีการผลักกันของคู่อิเล็กตรอนพิจารณามิติทางเรขาคณิตของคู่เหล่านี้ ดังนั้น สำหรับองค์ประกอบของแต่ละคาบ จะมีรัศมีเฉลี่ยของคู่อิเล็กตรอน (Å):

0.6 สำหรับองค์ประกอบจนถึงนีออน 0.75 สำหรับองค์ประกอบจนถึงอาร์กอน 0.75 สำหรับองค์ประกอบจนถึงคริปทอน และ 0.8 สำหรับองค์ประกอบจนถึงซีนอน

คุณสมบัติเฉพาะของพันธะโควาเลนต์

คุณสมบัติลักษณะพันธะโควาเลนต์ - ทิศทาง, ความอิ่มตัว, ขั้ว, ความสามารถในการโพลาไรซ์ - กำหนดสารเคมีและ คุณสมบัติทางกายภาพการเชื่อมต่อ

• ทิศทางของการเชื่อมต่อถูกกำหนดโดยโครงสร้างโมเลกุลของสารและรูปทรงเรขาคณิตของโมเลกุล

มุมระหว่างพันธะทั้งสองเรียกว่ามุมพันธะ

• ความอิ่มตัวคือความสามารถของอะตอมในการสร้างพันธะโควาเลนต์ในจำนวนที่จำกัด จำนวนพันธะที่เกิดจากอะตอมจะถูกจำกัดด้วยจำนวนออร์บิทัลอะตอมด้านนอก

• ความเป็นขั้วของพันธะเกิดจากการแจกแจงความหนาแน่นของอิเล็กตรอนไม่เท่ากันเนื่องจากความแตกต่างของอิเลคโตรเนกาติวีตี้ของอะตอม

บนพื้นฐานนี้พันธะโควาเลนต์จะถูกแบ่งออกเป็นแบบไม่มีขั้วและแบบขั้ว (ไม่มีขั้ว - โมเลกุลไดอะตอมมิกประกอบด้วยอะตอมที่เหมือนกัน (H 2, Cl 2, N 2) และเมฆอิเล็กตรอนของแต่ละอะตอมมีการกระจายแบบสมมาตรสัมพันธ์กับอะตอมเหล่านี้ ; ขั้วโลก - โมเลกุลไดอะตอมมิกประกอบด้วยอะตอมที่แตกต่างกัน องค์ประกอบทางเคมีและเมฆอิเล็กตรอนทั้งหมดเคลื่อนไปทางอะตอมใดอะตอมหนึ่ง ทำให้เกิดความไม่สมดุลของการกระจายตัว ค่าไฟฟ้าในโมเลกุลทำให้เกิดโมเมนต์ไดโพลของโมเลกุล)

• ความสามารถในการโพลาไรซ์ของพันธะจะแสดงออกมาในการแทนที่ของพันธะอิเล็กตรอนภายใต้อิทธิพลของภายนอก สนามไฟฟ้ารวมถึงอนุภาคที่ทำปฏิกิริยาอีกตัวหนึ่ง ความสามารถในการโพลาไรซ์ถูกกำหนดโดยการเคลื่อนที่ของอิเล็กตรอน ความเป็นขั้วและความสามารถเชิงขั้วของพันธะโควาเลนต์จะเป็นตัวกำหนดปฏิกิริยาของโมเลกุลต่อสารรีเอเจนต์ที่มีขั้ว

อย่างไรก็ตาม ผู้ชนะสองครั้ง รางวัลโนเบลแอล. พอลิงชี้ให้เห็นว่า “ในบางโมเลกุลมีพันธะโควาเลนต์เนื่องจากอิเล็กตรอนหนึ่งหรือสามตัวแทนที่จะเป็นคู่ร่วม” พันธะเคมีหนึ่งอิเล็กตรอนเกิดขึ้นในโมเลกุลไฮโดรเจนไอออน H 2 +

โมเลกุลไฮโดรเจนไอออน H2+ ประกอบด้วยโปรตอนสองตัวและอิเล็กตรอนหนึ่งตัว อิเล็กตรอนตัวเดียวของระบบโมเลกุลจะชดเชยแรงผลักไฟฟ้าสถิตของโปรตอนสองตัวและคงไว้ที่ระยะห่าง 1.06 Å (ความยาวของพันธะเคมี H 2+) จุดศูนย์กลางความหนาแน่นของอิเล็กตรอนของเมฆอิเล็กตรอนของระบบโมเลกุลนั้นอยู่ห่างจากโปรตอนทั้งสองตัวเท่ากันที่รัศมีบอร์ α 0 = 0.53 A และเป็นจุดศูนย์กลางของความสมมาตรของโมเลกุลไฮโดรเจนไอออน H 2 + .

ประวัติความเป็นมาของคำนี้

คำว่า "พันธะโควาเลนต์" ได้รับการประกาศเกียรติคุณครั้งแรกโดย Irving Langmuir ผู้ได้รับรางวัลโนเบลในปี 1919 คำนี้หมายถึงพันธะเคมีเนื่องจากการครอบครองอิเล็กตรอนร่วมกัน ซึ่งตรงกันข้ามกับพันธะโลหะซึ่งมีอิเล็กตรอนเป็นอิสระ หรือพันธะไอออนิกซึ่งอะตอมตัวหนึ่งปล่อยอิเล็กตรอนและกลายเป็นไอออนบวก และ อีกอะตอมหนึ่งรับอิเล็กตรอนและกลายเป็นไอออน

การสื่อสารการศึกษา

พันธะโควาเลนต์เกิดขึ้นจากอิเล็กตรอนคู่หนึ่งที่ใช้ร่วมกันระหว่างสองอะตอม และอิเล็กตรอนเหล่านี้จะต้องอยู่ในวงโคจรที่เสถียรสองตัว โดยหนึ่งวงมาจากแต่ละอะตอม

A + + B → A: B

จากการขัดเกลาทางสังคม อิเล็กตรอนจึงเกิดระดับพลังงานที่เต็มเปี่ยม พันธะจะเกิดขึ้นหากพลังงานรวมในระดับนี้น้อยกว่าในสถานะเริ่มต้น (และพลังงานที่แตกต่างกันจะไม่มีอะไรมากไปกว่าพลังงานพันธะ)

ตามทฤษฎีของออร์บิทัลโมเลกุล การทับซ้อนกันของออร์บิทัลของอะตอม 2 อัน ในกรณีที่ง่ายที่สุดจะทำให้เกิดการก่อตัวของออร์บิทัลโมเลกุล 2 อัน (MO): การเชื่อมโยง MOและ ป้องกันการผูกมัด (คลาย) MO. อิเล็กตรอนที่ใช้ร่วมกันจะอยู่ที่พันธะพลังงานที่ต่ำกว่า MO

การเกิดพันธะระหว่างการรวมตัวใหม่ของอะตอม

อย่างไรก็ตาม กลไกของการมีปฏิสัมพันธ์ระหว่างอะตอมยังไม่ทราบมาเป็นเวลานาน เฉพาะในปี 1930 F. London ได้เปิดตัวแนวคิดเรื่องแรงดึงดูดการกระจายตัว - ปฏิสัมพันธ์ระหว่างไดโพลที่เกิดขึ้นทันทีและเหนี่ยวนำ (เหนี่ยวนำ) ปัจจุบันแรงดึงดูดที่เกิดจากปฏิสัมพันธ์ระหว่างไดโพลไฟฟ้าที่ผันผวนของอะตอมและโมเลกุลเรียกว่า "แรงลอนดอน"

พลังงานของการโต้ตอบดังกล่าวเป็นสัดส่วนโดยตรงกับกำลังสองของความสามารถในการโพลาไรซ์ทางอิเล็กทรอนิกส์ α และแปรผกผันกับระยะห่างระหว่างอะตอมหรือโมเลกุลสองอะตอมถึงกำลังที่หก

การสร้างพันธะโดยกลไกผู้บริจาคและผู้รับ

นอกเหนือจากกลไกที่เป็นเนื้อเดียวกันของการสร้างพันธะโควาเลนต์ที่อธิบายไว้ในส่วนก่อนหน้าแล้ว ยังมีกลไกที่ต่างกัน - ปฏิกิริยาของไอออนที่มีประจุตรงข้าม - H + โปรตอนและไฮโดรเจนไอออนลบ H - เรียกว่าไฮไดรด์ไอออน:

เอช + + เอช - → เอช 2

เมื่อไอออนเข้าใกล้ เมฆอิเล็กตรอนสองตัว (คู่อิเล็กตรอน) ของไฮไดรด์ไอออนจะถูกดึงดูดเข้ากับโปรตอนและท้ายที่สุดก็กลายเป็นเรื่องปกติในนิวเคลียสของไฮโดรเจนทั้งสอง กล่าวคือ มันจะกลายเป็นคู่อิเล็กตรอนที่มีพันธะ อนุภาคที่จ่ายคู่อิเล็กตรอนเรียกว่าผู้บริจาค และอนุภาคที่รับคู่อิเล็กตรอนนี้เรียกว่าตัวรับ กลไกการเกิดพันธะโควาเลนต์นี้เรียกว่าผู้บริจาค-ผู้รับ

เอช + + เอช 2 โอ → เอช 3 โอ +

โปรตอนโจมตีคู่อิเล็กตรอนเดี่ยวของโมเลกุลของน้ำ และก่อให้เกิดไอออนบวกที่เสถียรซึ่งมีอยู่ในสารละลายกรดที่เป็นน้ำ

ในทำนองเดียวกัน โปรตอนจะถูกเติมเข้าไปในโมเลกุลแอมโมเนียเพื่อสร้างแอมโมเนียมไอออนบวกที่ซับซ้อน:

NH 3 + H + → NH 4 +

ด้วยวิธีนี้ (ตามกลไกของผู้บริจาคและผู้รับของการสร้างพันธะโควาเลนต์) จะได้สารประกอบหัวหอมขนาดใหญ่ซึ่งรวมถึงแอมโมเนียม, ออกโซเนียม, ฟอสโฟเนียม, ซัลโฟเนียมและสารประกอบอื่น ๆ

โมเลกุลไฮโดรเจนสามารถทำหน้าที่เป็นผู้บริจาคคู่อิเล็กตรอนซึ่งเมื่อสัมผัสกับโปรตอนจะนำไปสู่การก่อตัวของโมเลกุลไฮโดรเจนไอออน H 3 +:

ชม 2 + ชม + → ชม 3 +

คู่อิเล็กตรอนพันธะของโมเลกุลไฮโดรเจนไอออน H 3 + เป็นของโปรตอนสามตัวพร้อมกัน

ประเภทของพันธะโควาเลนต์

พันธะเคมีโควาเลนต์มีสามประเภท ซึ่งมีกลไกการก่อตัวที่แตกต่างกัน:

1. พันธะโควาเลนต์อย่างง่าย. สำหรับการก่อตัว แต่ละอะตอมจะให้อิเล็กตรอนที่ไม่มีการจับคู่หนึ่งตัว เมื่อเกิดพันธะโควาเลนต์อย่างง่าย ประจุอย่างเป็นทางการของอะตอมยังคงไม่เปลี่ยนแปลง

• หากอะตอมที่สร้างพันธะโควาเลนต์อย่างง่ายเท่ากัน ประจุที่แท้จริงของอะตอมในโมเลกุลก็จะเท่ากันเช่นกัน เนื่องจากอะตอมที่สร้างพันธะจะมีคู่อิเล็กตรอนร่วมกันเท่ากัน การเชื่อมต่อนี้เรียกว่า พันธะโควาเลนต์ที่ไม่มีขั้ว. สารเชิงเดี่ยวมีความเชื่อมโยงกัน เช่น 2, 2, 2 แต่ไม่เพียงแต่อโลหะประเภทเดียวกันเท่านั้นที่สามารถสร้างพันธะโควาเลนต์ไม่มีขั้วได้ พันธะโควาเลนต์ไม่มีขั้วสามารถเกิดขึ้นได้จากองค์ประกอบที่ไม่ใช่โลหะซึ่งมีอิเลคโตรเนกาติวีตี้อยู่ มูลค่าเท่ากันตัวอย่างเช่น ในโมเลกุล PH 3 พันธะเป็นแบบโควาเลนต์ไม่มีขั้ว เนื่องจาก EO ของไฮโดรเจนเท่ากับ EO ของฟอสฟอรัส

• หากอะตอมแตกต่างกัน ระดับการครอบครองของอิเล็กตรอนคู่ที่ใช้ร่วมกันจะถูกกำหนดโดยความแตกต่างในอิเล็กโตรเนกาติวีตี้ของอะตอม อะตอมที่มีค่าอิเลคโตรเนกาติวีตี้มากกว่าจะดึงดูดอิเล็กตรอนคู่ที่มีพันธะเข้าหาตัวมันเองอย่างแรงยิ่งขึ้น และประจุที่แท้จริงของมันก็จะกลายเป็นลบ อะตอมที่มีค่าอิเล็กโตรเนกาติวีตี้ต่ำกว่าจะได้ประจุบวกที่มีขนาดเท่ากัน หากสารประกอบเกิดขึ้นระหว่างอโลหะสองชนิดที่แตกต่างกัน สารประกอบดังกล่าวจะถูกเรียกว่า พันธะขั้วโลกโควาเลนต์.

ในโมเลกุลเอทิลีน C 2 H 4 มีพันธะคู่ CH 2 = CH 2 สูตรอิเล็กทรอนิกส์: H:C::C:H นิวเคลียสของอะตอมเอทิลีนทั้งหมดอยู่ในระนาบเดียวกัน เมฆอิเล็กตรอนสามก้อนของแต่ละอะตอมของคาร์บอนก่อให้เกิดพันธะโควาเลนต์สามพันธะกับอะตอมอื่น ๆ ในระนาบเดียวกัน (โดยมีมุมระหว่างพันธะประมาณ 120°) เมฆของเวเลนซ์อิเล็กตรอนตัวที่สี่ของอะตอมคาร์บอนตั้งอยู่ด้านบนและด้านล่างระนาบของโมเลกุล เมฆอิเล็กตรอนของอะตอมคาร์บอนทั้งสองซึ่งทับซ้อนกันบางส่วนด้านบนและด้านล่างระนาบของโมเลกุล ก่อให้เกิดพันธะที่สองระหว่างอะตอมของคาร์บอน พันธะโควาเลนต์แรกที่แข็งแกร่งกว่าระหว่างอะตอมของคาร์บอนเรียกว่าพันธะ σ; พันธะโควาเลนต์ที่สองที่อ่อนกว่าเรียกว่า π (\displaystyle \pi )- การสื่อสาร.

ข้าว. 2.1.การก่อตัวของโมเลกุลจากอะตอมจะตามมาด้วย การกระจายตัวของอิเล็กตรอนของเวเลนซ์ออร์บิทัลและนำไปสู่ ได้รับพลังงานเนื่องจากพลังงานของโมเลกุลจะน้อยกว่าพลังงานของอะตอมที่ไม่มีปฏิกิริยากัน รูปนี้แสดงแผนภาพการก่อตัวของพันธะเคมีโควาเลนต์ที่ไม่มีขั้วระหว่างอะตอมไฮโดรเจน

§2 พันธะเคมี

ภายใต้สภาวะปกติ สถานะโมเลกุลจะมีเสถียรภาพมากกว่าสถานะอะตอม (รูปที่ 2.1) การก่อตัวของโมเลกุลจากอะตอมจะมาพร้อมกับการกระจายตัวของอิเล็กตรอนในเวเลนซ์ออร์บิทัลและนำไปสู่การได้รับพลังงานเนื่องจากพลังงานของโมเลกุลน้อยกว่าพลังงานของอะตอมที่ไม่ทำปฏิกิริยากัน(ภาคผนวก 3) แรงที่ยึดอะตอมไว้ในโมเลกุลเรียกรวมกันว่า พันธะเคมี.

พันธะเคมีระหว่างอะตอมกระทำโดยเวเลนซ์อิเล็กตรอนและมีลักษณะเป็นไฟฟ้า . พันธะเคมีมีสี่ประเภทหลัก: โควาเลนต์,อิออน,โลหะและ ไฮโดรเจน.

1 พันธะโควาเลนต์

พันธะเคมีที่เกิดจากคู่อิเล็กตรอนเรียกว่าอะตอมหรือโควาเลนต์ . สารประกอบที่มีพันธะโควาเลนต์เรียกว่าอะตอมหรือโควาเลนต์ .

เมื่อพันธะโควาเลนต์เกิดขึ้น การทับซ้อนของเมฆอิเล็กตรอนของอะตอมที่มีปฏิสัมพันธ์จะเกิดขึ้นพร้อมกับการปล่อยพลังงาน (รูปที่ 2.1) ในกรณีนี้ เมฆที่มีประจุลบหนาแน่นเพิ่มขึ้นจะปรากฏขึ้นระหว่างนิวเคลียสของอะตอมที่มีประจุบวก เนื่องจากการกระทำของแรงดึงดูดระหว่างประจุคูลอมบ์ระหว่างประจุที่ต่างกัน ความหนาแน่นที่เพิ่มขึ้นของประจุลบจึงเอื้อต่อการรวมตัวของนิวเคลียส

พันธะโควาเลนต์เกิดขึ้นจากอิเล็กตรอนที่ไม่มีการจับคู่ในเปลือกนอกของอะตอม . ในกรณีนี้จะเกิดอิเล็กตรอนที่มีการหมุนตรงข้ามกัน คู่อิเล็กตรอน(รูปที่ 2.2) เหมือนกับอะตอมที่มีปฏิสัมพันธ์กัน หากมีพันธะโควาเลนต์หนึ่งพันธะ (คู่อิเล็กตรอนร่วมหนึ่งคู่) เกิดขึ้นระหว่างอะตอม จะเรียกว่าพันธะเดี่ยว คู่ คู่ เป็นต้น

พลังงานคือการวัดความแข็งแรงของพันธะเคมี อี sv ใช้ในการทำลายพันธะ (ได้รับพลังงานเมื่อสร้างสารประกอบจากแต่ละอะตอม) โดยทั่วไปพลังงานนี้จะวัดต่อ 1 โมล สารและแสดงเป็นกิโลจูลต่อโมล (kJ·mol –1) พลังงานของพันธะโควาเลนต์เดี่ยวอยู่ในช่วง 200–2000 kJmol –1

ข้าว. 2.2.พันธะโควาเลนต์มีมากที่สุด แบบฟอร์มทั่วไปพันธะเคมีที่เกิดจากการแบ่งปันคู่อิเล็กตรอนผ่านกลไกการแลกเปลี่ยน (ก)เมื่อแต่ละอะตอมที่ทำปฏิกิริยากันจ่ายอิเล็กตรอนหนึ่งตัว หรือผ่านกลไกของผู้บริจาคและตัวรับ (ข)เมื่อคู่อิเล็กตรอนถูกถ่ายโอนเพื่อการใช้งานทั่วไปโดยอะตอมหนึ่ง (ผู้บริจาค) ไปยังอีกอะตอมหนึ่ง (ตัวรับ)

พันธะโควาเลนต์มีคุณสมบัติ ความอิ่มตัวและ จุดสนใจ . ความอิ่มตัวของพันธะโควาเลนต์เป็นที่เข้าใจกันว่าเป็นความสามารถของอะตอมในการสร้างพันธะกับเพื่อนบ้านในจำนวนที่จำกัด โดยพิจารณาจากจำนวนเวเลนซ์อิเล็กตรอนที่ไม่จับคู่กัน ทิศทางของพันธะโควาเลนต์สะท้อนถึงความจริงที่ว่าแรงที่ยึดอะตอมอยู่ใกล้กันนั้นมีทิศทางเป็นเส้นตรงที่เชื่อมนิวเคลียสของอะตอม นอกจาก, พันธะโควาเลนต์อาจเป็นแบบมีขั้วหรือไม่มีขั้วก็ได้ .

เมื่อไร ไม่ใช่ขั้วในพันธะโควาเลนต์ เมฆอิเล็กตรอนที่เกิดจากอิเล็กตรอนคู่ร่วมมีการกระจายในอวกาศอย่างสมมาตรสัมพันธ์กับนิวเคลียสของอะตอมทั้งสอง พันธะโควาเลนต์แบบไม่มีขั้วเกิดขึ้นระหว่างอะตอมของสารอย่างง่าย เช่น ระหว่างอะตอมของก๊าซที่เหมือนกันซึ่งก่อตัวเป็นโมเลกุลไดอะตอมมิก (O 2, H 2, N 2, Cl 2 เป็นต้น)

เมื่อไร ขั้วโลกในพันธะโควาเลนต์ เมฆอิเล็กตรอนของพันธะจะเลื่อนไปทางอะตอมตัวใดตัวหนึ่ง การก่อตัวของพันธะโควาเลนต์มีขั้วระหว่างอะตอมเป็นลักษณะของสารเชิงซ้อน ตัวอย่างคือโมเลกุลของสารประกอบอนินทรีย์ระเหย: HCl, H 2 O, NH 3 เป็นต้น

ระดับของการกระจัดของเมฆอิเล็กตรอนทั้งหมดต่ออะตอมตัวใดตัวหนึ่งในระหว่างการก่อตัวของพันธะโควาเลนต์ (ระดับของขั้วของพันธะ ) กำหนดโดยค่าธรรมเนียมเป็นหลัก นิวเคลียสของอะตอมและรัศมีของอะตอมที่มีปฏิสัมพันธ์กัน .

ยิ่งประจุนิวเคลียสของอะตอมมากเท่าใด ก็จะยิ่งดึงดูดกลุ่มเมฆอิเล็กตรอนได้แรงมากขึ้นเท่านั้น ในเวลาเดียวกัน ยิ่งรัศมีของอะตอมมีมากขึ้น อิเล็กตรอนชั้นนอกก็จะยิ่งอ่อนแอลงใกล้กับนิวเคลียสของอะตอม ผลรวมของทั้งสองปัจจัยแสดงออกมาในความสามารถที่แตกต่างกัน อะตอมที่แตกต่างกัน“ดึง” กลุ่มเมฆพันธะโควาเลนต์เข้าหาตัวมันเอง

ความสามารถของอะตอมในโมเลกุลในการดึงดูดอิเล็กตรอนเข้าสู่ตัวมันเองเรียกว่าอิเลคโตรเนกาติวีตี้ . ดังนั้นอิเลคโตรเนกาติวีตี้จึงเป็นลักษณะของความสามารถของอะตอมในการโพลาไรซ์พันธะโควาเลนต์: ยิ่งอิเล็กโตรเนกาติวีตี้ของอะตอมมากเท่าไร เมฆอิเล็กตรอนของพันธะโควาเลนต์ก็จะเคลื่อนเข้าหาอะตอมมากขึ้นเท่านั้น .

มีการเสนอวิธีการหลายวิธีเพื่อหาปริมาณอิเลคโตรเนกาติวีตี้ ในกรณีนี้ ความหมายทางกายภาพที่ชัดเจนที่สุดคือวิธีการที่เสนอโดยนักเคมีชาวอเมริกัน Robert S. Mulliken ซึ่งเป็นผู้กำหนดอิเลคโตรเนกาติวีตี้  ของอะตอมเท่ากับครึ่งหนึ่งของพลังงานทั้งหมด อี จความสัมพันธ์และพลังงานของอิเล็กตรอน อี ฉันไอออไนเซชันของอะตอม:

. (2.1)

พลังงานไอออไนเซชันอะตอมคือพลังงานที่ต้องใช้เพื่อ "ฉีก" อิเล็กตรอนออกจากมันและกำจัดมันออกไปในระยะทางที่ไม่สิ้นสุด พลังงานไอออไนเซชันถูกกำหนดโดยโฟโตไรเซชันของอะตอมหรือโดยการระดมยิงอะตอมด้วยอิเล็กตรอนที่ถูกเร่งในสนามไฟฟ้า ค่าที่น้อยที่สุดของพลังงานโฟตอนหรืออิเล็กตรอนที่เพียงพอต่อการแตกตัวของอะตอมเรียกว่าพลังงานไอออไนซ์ อี ฉัน. พลังงานนี้มักจะแสดงเป็นอิเล็กตรอนโวลต์ (eV): 1 eV = 1.610 –19 J.

อะตอมเต็มใจที่จะสละอิเล็กตรอนชั้นนอกออกไปมากที่สุด โลหะซึ่งมีอิเล็กตรอนที่ไม่จับคู่ (1, 2 หรือ 3) จำนวนเล็กน้อยอยู่บนเปลือกนอก อะตอมเหล่านี้มีพลังงานไอออไนเซชันต่ำที่สุด ดังนั้น ขนาดของพลังงานไอออไนเซชันสามารถทำหน้าที่เป็นตัววัด "ความเป็นโลหะ" ขององค์ประกอบได้มากหรือน้อย กล่าวคือ ยิ่งพลังงานไอออไนเซชันต่ำลงเท่าใด ความเด่นชัดก็จะยิ่งเด่นชัดมากขึ้นเท่านั้น โลหะคุณสมบัติองค์ประกอบ.

ในกลุ่มย่อยเดียวกันของระบบธาตุของ D.I. Mendeleev เมื่อเลขอะตอมขององค์ประกอบเพิ่มขึ้นพลังงานไอออไนเซชันของมันจะลดลง (ตารางที่ 2.1) ซึ่งสัมพันธ์กับการเพิ่มขึ้นของรัศมีอะตอม (ตารางที่ 1.2) และ ส่งผลให้พันธะของอิเล็กตรอนภายนอกกับแกนกลางอ่อนลง สำหรับธาตุที่มีคาบเดียวกัน พลังงานไอออไนเซชันจะเพิ่มขึ้นตามเลขอะตอมที่เพิ่มขึ้น นี่เป็นเพราะรัศมีอะตอมลดลงและประจุนิวเคลียร์เพิ่มขึ้น

พลังงาน อี จซึ่งถูกปล่อยออกมาเมื่ออิเล็กตรอนถูกเพิ่มเข้าไปในอะตอมอิสระเรียกว่า ความสัมพันธ์ของอิเล็กตรอน(แสดงเป็น eV ด้วย) การปลดปล่อยพลังงาน (แทนที่จะดูดซับ) เมื่ออิเล็กตรอนที่มีประจุเกาะติดกับอะตอมที่เป็นกลางบางอะตอม อธิบายได้จากข้อเท็จจริงที่ว่าอะตอมที่เสถียรที่สุดในธรรมชาติคืออะตอมที่มีเปลือกนอกเต็มอยู่ ดังนั้นสำหรับอะตอมเหล่านั้นที่เปลือกเหล่านี้ "ไม่ได้บรรจุเล็กน้อย" (นั่นคือขาดอิเล็กตรอน 1, 2 หรือ 3 ตัวก่อนที่จะเติม) จึงเป็นการดีที่จะยึดอิเล็กตรอนเข้ากับตัวเองโดยเปลี่ยนเป็นไอออนที่มีประจุลบ 1 ตัวอย่างเช่นอะตอมดังกล่าวรวมถึงอะตอมของฮาโลเจน (ตารางที่ 2.1) - องค์ประกอบของกลุ่มที่เจ็ด (กลุ่มย่อยหลัก) ของระบบธาตุของ D.I. Mendeleev ความสัมพันธ์ของอิเล็กตรอนของอะตอมโลหะมักจะเป็นศูนย์หรือลบ เช่น มันไม่เอื้ออำนวยในทางพลังงานสำหรับพวกมันที่จะแนบอิเล็กตรอนเพิ่มเติม จำเป็นต้องมีพลังงานเพิ่มเติมเพื่อให้พวกมันอยู่ภายในอะตอม ความสัมพันธ์ของอิเล็กตรอนของอะตอมของอโลหะจะเป็นค่าบวกเสมอ และยิ่งมากเท่าไรก็ยิ่งใกล้กับก๊าซมีตระกูล (เฉื่อย) ของอโลหะมากขึ้นเท่านั้น ตารางธาตุ. สิ่งนี้บ่งบอกถึงการเพิ่มขึ้น คุณสมบัติที่ไม่ใช่โลหะเมื่อเราเข้าใกล้จุดสิ้นสุดของช่วงเวลา

จากที่กล่าวมาทั้งหมดเป็นที่ชัดเจนว่าอิเลคโตรเนกาติวีตี้ (2.1) ของอะตอมจะเพิ่มขึ้นในทิศทางจากซ้ายไปขวาสำหรับองค์ประกอบแต่ละคาบ และลดลงในทิศทางจากบนลงล่างสำหรับองค์ประกอบของกลุ่มเดียวกันของคาบเมนเดเลเยฟ ระบบ. อย่างไรก็ตาม ไม่ใช่เรื่องยากที่จะเข้าใจว่าการระบุระดับขั้วของพันธะโควาเลนต์ระหว่างอะตอมนั้น ไม่ใช่ค่าสัมบูรณ์ของอิเล็กโตรเนกาติวีตี้ที่สำคัญ แต่เป็นอัตราส่วนของอิเล็กโตรเนกาติวีตีของอะตอมที่ก่อพันธะ นั่นเป็นเหตุผล ในทางปฏิบัติพวกเขาใช้ค่าอิเลคโตรเนกาติวีตี้สัมพัทธ์(ตารางที่ 2.1) โดยคำนึงถึงอิเลคโตรเนกาติวีตี้ของลิเธียมเป็นเอกภาพ

เพื่อระบุลักษณะขั้วของพันธะเคมีโควาเลนต์ จะใช้ความแตกต่างในอิเลคโตรเนกาติวีตี้สัมพัทธ์ของอะตอม. โดยทั่วไปแล้ว พันธะระหว่างอะตอม A และ B ถือเป็นโควาเลนต์ล้วนๆ ถ้า |  ก – บี|0.5.

ไม่มีทฤษฎีที่เป็นเอกภาพเกี่ยวกับพันธะเคมี พันธะเคมีแบ่งออกเป็นโควาเลนต์ (พันธะสากล) ไอออนิก (กรณีพิเศษของพันธะโควาเลนต์) โลหะ และไฮโดรเจน

พันธะโควาเลนต์

การก่อตัวของพันธะโควาเลนต์เกิดขึ้นได้จากกลไก 3 ประการ ได้แก่ การแลกเปลี่ยน ผู้บริจาค-ผู้รับ และการกำหนด (ลิวอิส)

ตาม กลไกการเผาผลาญการก่อตัวของพันธะโควาเลนต์เกิดขึ้นเนื่องจากการแบ่งปันคู่อิเล็กตรอนร่วมกัน ในกรณีนี้ แต่ละอะตอมมีแนวโน้มที่จะได้รับเปลือกก๊าซเฉื่อย กล่าวคือ รับระดับพลังงานภายนอกที่สมบูรณ์ การก่อตัวของพันธะเคมีตามประเภทของการแลกเปลี่ยนนั้นแสดงโดยใช้สูตรของ Lewis ซึ่งแต่ละเวเลนซ์อิเล็กตรอนของอะตอมจะแสดงด้วยจุด (รูปที่ 1)

ข้าว. 1 การก่อตัวของพันธะโควาเลนต์ในโมเลกุล HCl โดยกลไกการแลกเปลี่ยน

ด้วยการพัฒนาทฤษฎีโครงสร้างอะตอมและกลศาสตร์ควอนตัม การก่อตัวของพันธะโควาเลนต์จะแสดงเป็นการทับซ้อนของออร์บิทัลอิเล็กทรอนิกส์ (รูปที่ 2)

ข้าว. 2. การก่อตัวของพันธะโควาเลนต์เนื่องจากการทับซ้อนกันของเมฆอิเล็กตรอน

ยิ่งวงโคจรของอะตอมทับซ้อนกันมากเท่าใด พันธะก็จะยิ่งแข็งแรงขึ้น ความยาวพันธะก็จะสั้นลง และพลังงานของพันธะก็จะยิ่งมากขึ้นเท่านั้น พันธะโควาเลนต์สามารถเกิดขึ้นได้โดยการทับซ้อนกันของวงโคจรที่แตกต่างกัน อันเป็นผลมาจากการทับซ้อนกันของ s-s, s-p orbitals เช่นเดียวกับ d-d, p-p, d-p orbitals ที่มีกลีบด้านข้างทำให้เกิดพันธะเกิดขึ้น พันธะเกิดขึ้นตั้งฉากกับเส้นที่เชื่อมนิวเคลียสของ 2 อะตอม พันธะหนึ่งและหนึ่งสามารถสร้างพันธะโควาเลนต์หลายพันธะได้ ซึ่งเป็นลักษณะของ อินทรียฺวัตถุคลาสของอัลคีน อัลคาเดียน ฯลฯ พันธะหนึ่งและสองก่อให้เกิดพันธะโควาเลนต์พหุคูณ (สามเท่า) ซึ่งเป็นลักษณะของสารอินทรีย์ในกลุ่มอัลคีน (อะเซทิลีน)

การก่อตัวของพันธะโควาเลนต์โดย กลไกของผู้บริจาคและผู้รับลองดูตัวอย่างแอมโมเนียมไอออนบวก:

NH 3 + H + = NH 4 +

7 N 1s 2 2s 2 2p 3

อะตอมไนโตรเจนมีอิเล็กตรอนคู่อิสระหนึ่งคู่ (อิเล็กตรอนไม่เกี่ยวข้องกับการก่อตัวของพันธะเคมีภายในโมเลกุล) และไฮโดรเจนไอออนบวกมีวงโคจรอิสระ ดังนั้นจึงเป็นผู้บริจาคและผู้รับอิเล็กตรอนตามลำดับ

ให้เราพิจารณากลไกการเกิดพันธะโควาเลนต์โดยใช้ตัวอย่างโมเลกุลของคลอรีน

17 Cl 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 5

อะตอมของคลอรีนมีทั้งอิเล็กตรอนคู่โดดเดี่ยวและออร์บิทัลว่าง ดังนั้นจึงสามารถแสดงคุณสมบัติของทั้งผู้บริจาคและผู้รับ ดังนั้นเมื่อโมเลกุลของคลอรีนเกิดขึ้น อะตอมของคลอรีนหนึ่งจะทำหน้าที่เป็นผู้บริจาคและอีกอะตอมหนึ่งจะทำหน้าที่เป็นตัวรับ

หลัก ลักษณะของพันธะโควาเลนต์คือ: ความอิ่มตัว (พันธะอิ่มตัวเกิดขึ้นเมื่ออะตอมยึดอิเล็กตรอนเข้ากับตัวเองมากที่สุดเท่าที่ความสามารถเวเลนซ์ของมันอนุญาต พันธะไม่อิ่มตัวเกิดขึ้นเมื่อจำนวนอิเล็กตรอนที่เกาะติดน้อยกว่าความสามารถของเวเลนซ์ของอะตอม) ทิศทาง (ค่านี้เกี่ยวข้องกับเรขาคณิตของโมเลกุลและแนวคิดของ "มุมพันธะ" - มุมระหว่างพันธะ)

พันธะไอออนิก

ไม่มีสารประกอบที่มีพันธะไอออนิกบริสุทธิ์ แม้ว่าสิ่งนี้จะเข้าใจได้ว่าเป็นสถานะพันธะเคมีของอะตอม โดยสภาพแวดล้อมทางอิเล็กทรอนิกส์ที่เสถียรของอะตอมจะถูกสร้างขึ้นเมื่อความหนาแน่นของอิเล็กตรอนทั้งหมดถูกถ่ายโอนไปยังอะตอมของธาตุที่มีอิเล็กโตรเนกาติตีมากกว่าอย่างสมบูรณ์ พันธะไอออนิกเกิดขึ้นได้เฉพาะระหว่างอะตอมขององค์ประกอบอิเลคโตรเนกาติตีและอิเล็กโตรบวกซึ่งอยู่ในสถานะของไอออนที่มีประจุตรงข้าม - แคตไอออนและแอนไอออน

คำนิยาม

ไอออนเป็นอนุภาคที่มีประจุไฟฟ้าซึ่งเกิดจากการเอาออกหรือเติมอิเล็กตรอนเข้ากับอะตอม

เมื่อถ่ายโอนอิเล็กตรอน อะตอมของโลหะและอโลหะมีแนวโน้มที่จะสร้างโครงสร้างเปลือกอิเล็กตรอนที่เสถียรรอบนิวเคลียสของพวกมัน อะตอมที่ไม่ใช่โลหะจะสร้างเปลือกของก๊าซเฉื่อยต่อมารอบๆ แกนของมัน และอะตอมของโลหะจะสร้างเปลือกของก๊าซเฉื่อยก่อนหน้านี้ (รูปที่ 3)

ข้าว. 3. การก่อตัวของพันธะไอออนิกโดยใช้ตัวอย่างโมเลกุลโซเดียมคลอไรด์

โมเลกุลที่มีพันธะไอออนิกอยู่ในรูปบริสุทธิ์จะพบได้ในสถานะไอของสาร พันธะไอออนิกมีความแข็งแรงมาก ดังนั้นสารที่มีพันธะนี้มีจุดหลอมเหลวสูง พันธะไอออนิกไม่เหมือนกับพันธะโควาเลนต์เนื่องจากไม่มีการกำหนดทิศทางและความอิ่มตัว สนามไฟฟ้าที่สร้างขึ้นโดยไอออน ทำหน้าที่เท่าเทียมกันกับไอออนทั้งหมดเนื่องจากความสมมาตรของทรงกลม

การเชื่อมต่อโลหะ

พันธะโลหะเกิดขึ้นได้ในโลหะเท่านั้น - นี่คือปฏิกิริยาที่เก็บอะตอมของโลหะไว้ในตาข่ายเดียว มีเพียงเวเลนซ์อิเล็กตรอนของอะตอมโลหะที่อยู่ในปริมาตรทั้งหมดเท่านั้นที่มีส่วนร่วมในการก่อตัวของพันธะ ในโลหะ อิเล็กตรอนจะถูกดึงออกจากอะตอมอย่างต่อเนื่องและเคลื่อนที่ไปทั่วทั้งมวลของโลหะ อะตอมของโลหะที่ปราศจากอิเล็กตรอนจะกลายเป็นไอออนที่มีประจุบวก ซึ่งมีแนวโน้มที่จะรับอิเล็กตรอนที่กำลังเคลื่อนที่ กระบวนการต่อเนื่องนี้ก่อให้เกิดสิ่งที่เรียกว่า "ก๊าซอิเล็กตรอน" ภายในโลหะ ซึ่งยึดอะตอมของโลหะทั้งหมดเข้าด้วยกันอย่างแน่นหนา (รูปที่ 4)

พันธะโลหะมีความแข็งแรง โลหะจึงมีลักษณะเฉพาะ ความร้อนละลายและการมีอยู่ของ " ก๊าซอิเล็กตรอน“ทำให้โลหะมีความอ่อนตัวและความเหนียวได้

พันธะไฮโดรเจน

พันธะไฮโดรเจนเป็นปฏิกิริยาระหว่างโมเลกุลที่จำเพาะเพราะว่า การเกิดขึ้นและความแข็งแกร่งนั้นขึ้นอยู่กับ ลักษณะทางเคมีสาร มันถูกสร้างขึ้นระหว่างโมเลกุลที่อะตอมไฮโดรเจนถูกพันธะกับอะตอมที่มีค่าอิเล็กโตรเนกาติวีตี้สูง (O, N, S) การเกิดขึ้นของพันธะไฮโดรเจนขึ้นอยู่กับเหตุผลสองประการ ประการแรก อะตอมไฮโดรเจนที่เกี่ยวข้องกับอะตอมของอิเล็กโทรเนกาติตีไม่มีอิเล็กตรอนและสามารถรวมตัวเข้ากับเมฆอิเล็กตรอนของอะตอมอื่นได้อย่างง่ายดาย และประการที่สอง มีเวเลนซ์ s-orbital อะตอมไฮโดรเจนสามารถรับอิเล็กตรอนคู่เดียวของอะตอมอิเลคโตรเนกาติตีและสร้างพันธะกับมันผ่านกลไกผู้บริจาคและตัวรับ

สารที่มีโครงสร้างโมเลกุลเกิดขึ้นจากการเชื่อมต่อแบบพิเศษ พันธะโควาเลนต์ในโมเลกุลทั้งแบบมีขั้วหรือไม่มีขั้ว เรียกอีกอย่างว่าพันธะอะตอม ชื่อนี้มาจากภาษาละตินว่า "co" - "together" และ "vales" - "มีกำลัง" ในวิธีการสร้างสารประกอบนี้ อิเล็กตรอนคู่หนึ่งจะใช้ร่วมกันระหว่างอะตอมสองอะตอม

พันธะโควาเลนต์แบบมีขั้วและแบบไม่มีขั้วคืออะไร? หากมีสารประกอบใหม่เกิดขึ้นในลักษณะนี้แล้วการขัดเกลาทางสังคมของคู่อิเล็กตรอนโดยทั่วไปแล้วสารดังกล่าวมีโครงสร้างโมเลกุล: H 2, O 3, HCl, HF, CH 4

นอกจากนี้ยังมีสารที่ไม่ใช่โมเลกุลซึ่งอะตอมเชื่อมต่อกันในลักษณะนี้ สิ่งเหล่านี้เรียกว่าผลึกอะตอม: เพชร, ซิลิคอนไดออกไซด์, ซิลิคอนคาร์ไบด์ ในนั้นแต่ละอนุภาคจะเชื่อมต่อกับอนุภาคอีกสี่ตัว ส่งผลให้ได้ผลึกที่มีความแข็งแกร่งมาก ผลึกที่มีโครงสร้างโมเลกุลมักจะไม่แข็งแรงมาก

คุณสมบัติของวิธีการสร้างสารประกอบนี้:

• ความหลากหลาย;
• ทิศทาง;
• ระดับของขั้ว
• โพลาไรซ์;
• การจับคู่

Multiplicity คือจำนวนคู่อิเล็กตรอนที่ใช้ร่วมกัน อาจมีตั้งแต่หนึ่งถึงสาม ออกซิเจนมีอิเล็กตรอนไม่เพียงพอที่จะเติมเปลือกของมัน ดังนั้นมันจึงเพิ่มเป็นสองเท่า ในโมเลกุลไนโตรเจน N2 มีค่าเป็นสามเท่า

ความสามารถในการโพลาไรซ์ - ความเป็นไปได้ของการสร้างพันธะโควาเลนต์และพันธะที่ไม่มีขั้ว ยิ่งกว่านั้นมันอาจมีขั้วไม่มากก็น้อยใกล้กับไอออนิกหรือในทางกลับกัน - นี่คือคุณสมบัติของระดับขั้ว

ทิศทางหมายความว่าอะตอมมีแนวโน้มที่จะเชื่อมต่อกันในลักษณะที่ยังคงมีความหนาแน่นของอิเล็กตรอนอยู่ระหว่างพวกมันมากที่สุดเท่าที่จะเป็นไปได้ เป็นเรื่องสมเหตุสมผลที่จะพูดถึงทิศทางเมื่อ p หรือ d ออร์บิทัลเชื่อมต่อกัน S-orbitals มีความสมมาตรเป็นทรงกลม เพราะทุกทิศทางเท่ากัน ใน p-orbitals พันธะโควาเลนต์แบบไม่มีขั้วหรือแบบมีขั้วจะพุ่งไปตามแกนของพวกมัน เพื่อให้ "แปด" ทั้งสองซ้อนทับกันที่จุดยอด นี่คือพันธะ σ นอกจากนี้ยังมีพันธะ π ที่แข็งแกร่งน้อยกว่าอีกด้วย ในกรณีของ p-orbitals ออร์บิทัล "แปด" จะซ้อนทับกันโดยด้านข้างด้านนอกแกนของโมเลกุล ในกรณีสองหรือสาม p ออร์บิทัลจะเกิดพันธะ σ หนึ่งพันธะ และส่วนที่เหลือจะเป็นชนิด π

การผันคือการสลับระหว่างจำนวนเฉพาะและจำนวนทวีคูณ ทำให้โมเลกุลมีเสถียรภาพมากขึ้น คุณสมบัตินี้เป็นลักษณะของสารประกอบอินทรีย์เชิงซ้อน

ประเภทและวิธีการสร้างพันธะเคมี

ขั้ว

สำคัญ!จะทราบได้อย่างไรว่าสารที่มีพันธะโควาเลนต์ไม่มีขั้วหรือพันธะมีขั้วอยู่ตรงหน้าเรา? มันง่ายมาก: สิ่งแรกเกิดขึ้นระหว่างอะตอมที่เหมือนกันเสมอ และอย่างที่สอง - ระหว่างอะตอมต่าง ๆ ที่มีอิเล็กโตรเนกาติวีตี้ไม่เท่ากัน

ตัวอย่างของพันธะโควาเลนต์ไม่มีขั้ว - สารอย่างง่าย:

• ไฮโดรเจนเอช 2;
• ไนโตรเจน N2;
• ออกซิเจน O 2;
• คลอรีน Cl2

รูปแบบการก่อตัวของพันธะโควาเลนต์ไม่มีขั้วแสดงให้เห็นว่าโดยการรวมคู่อิเล็กตรอนเข้าด้วยกัน อะตอมมีแนวโน้มที่จะเสริมเปลือกนอกให้เป็นอิเล็กตรอน 8 หรือ 2 ตัว ตัวอย่างเช่น ฟลูออรีนคืออิเล็กตรอนหนึ่งตัวที่มีเปลือกอิเล็กตรอนเพียงแปดอิเล็กตรอน หลังจากเกิดคู่อิเล็กตรอนที่ใช้ร่วมกันแล้ว ก็จะถูกเติมเต็ม สูตรทั่วไปสำหรับสารที่มีพันธะโควาเลนต์ไม่มีขั้วคือโมเลกุลไดอะตอมมิก

โดยปกติแล้วโพลาร์จะเชื่อมต่อเท่านั้น:

• เอช 2 โอ;
• CH4.

แต่มีข้อยกเว้น เช่น AlCl 3 อะลูมิเนียมมีคุณสมบัติเป็นแอมโฟเทอริซิตี้ กล่าวคือ ในสารประกอบบางชนิดจะมีพฤติกรรมเหมือนโลหะ และในสารประกอบบางชนิดก็มีพฤติกรรมเหมือนอโลหะ ความแตกต่างของอิเลคโตรเนกาติวีตี้ในสารประกอบนี้มีน้อย ดังนั้นอะลูมิเนียมจึงรวมตัวกับคลอรีนในลักษณะนี้ ไม่ใช่ตามประเภทไอออนิก

ในกรณีนี้โมเลกุลจะถูกสร้างขึ้น องค์ประกอบที่แตกต่างกันแต่ความแตกต่างของอิเลคโตรเนกาติวีตี้นั้นไม่มากจนทำให้อิเล็กตรอนถูกถ่ายโอนจากอะตอมหนึ่งไปอีกอะตอมหนึ่งอย่างสมบูรณ์ เช่นเดียวกับในสารที่มีโครงสร้างไอออนิก

แบบแผนสำหรับการก่อตัวของโครงสร้างโควาเลนต์ประเภทนี้แสดงให้เห็นว่าความหนาแน่นของอิเล็กตรอนเปลี่ยนไปเป็นอะตอมที่มีอิเลคโตรเนกาติตีมากขึ้นนั่นคือคู่อิเล็กตรอนที่ใช้ร่วมกันนั้นอยู่ใกล้กับหนึ่งในนั้นมากกว่าอะตอมที่สอง ชิ้นส่วนของโมเลกุลได้รับประจุซึ่งแสดงด้วยตัวอักษรกรีกเดลต้า ตัวอย่างเช่น ในไฮโดรเจนคลอไรด์ คลอรีนจะมีประจุลบมากขึ้น และไฮโดรเจนจะมีประจุบวกมากขึ้น ประจุจะเป็นบางส่วนและไม่ทั้งหมดเหมือนกับไอออน

สำคัญ!ขั้วของพันธะไม่ควรสับสนกับขั้วของโมเลกุล ตัวอย่างเช่น ในมีเทน CH4 อะตอมมีพันธะแบบขั้ว แต่ตัวโมเลกุลเองก็ไม่มีขั้ว

วิดีโอที่มีประโยชน์: พันธะโควาเลนต์แบบมีขั้วและแบบไม่มีขั้ว

กลไกการศึกษา

การก่อตัวของสารใหม่สามารถเกิดขึ้นได้ผ่านกลไกการแลกเปลี่ยนหรือตัวรับผู้บริจาคในกรณีนี้ ออร์บิทัลของอะตอมจะรวมกัน มีวงโคจรของโมเลกุลตั้งแต่หนึ่งวงขึ้นไปเกิดขึ้น ต่างกันตรงที่พวกมันขยายทั้งสองอะตอม เช่นเดียวกับอะตอมอิเล็กตรอน มันสามารถมีอิเล็กตรอนได้ไม่เกินสองตัว และการหมุนของพวกมันจะต้องไปในทิศทางที่ต่างกันด้วย

จะทราบได้อย่างไรว่ากลไกใดที่เกี่ยวข้อง? ซึ่งสามารถทำได้โดยจำนวนอิเล็กตรอนในออร์บิทัลด้านนอก

แลกเปลี่ยน

ในกรณีนี้ คู่อิเล็กตรอนในวงโคจรของโมเลกุลจะถูกสร้างขึ้นจากอิเล็กตรอนสองตัวที่ไม่ได้รับการจับคู่ ซึ่งแต่ละอิเล็กตรอนอยู่ในอะตอมของมันเอง แต่ละคนมุ่งมั่นที่จะเติมเปลือกอิเล็กตรอนด้านนอกและทำให้อิเล็กตรอนแปดหรือสองอิเล็กตรอนมีความเสถียร นี่คือวิธีที่สารที่มีโครงสร้างไม่มีขั้วมักเกิดขึ้น

ตัวอย่างเช่น ลองพิจารณาดู กรดไฮโดรคลอริกเอชซีแอล ไฮโดรเจนมีอิเล็กตรอนหนึ่งตัวอยู่ในระดับภายนอก คลอรีนมีเจ็ด เมื่อวาดไดอะแกรมของการก่อตัวของโครงสร้างโควาเลนต์แล้วเราจะเห็นว่าแต่ละอันขาดอิเล็กตรอนหนึ่งตัวเพื่อเติมเต็มเปลือกนอก ด้วยการใช้คู่อิเล็กตรอนร่วมกัน พวกมันก็จะสามารถทำให้เปลือกนอกสมบูรณ์ได้ หลักการเดียวกันนี้ใช้เพื่อสร้างโมเลกุลไดอะตอมมิกของสารอย่างง่าย เช่น ไฮโดรเจน ออกซิเจน คลอรีน ไนโตรเจน และอโลหะอื่นๆ

กลไกการศึกษา

ผู้บริจาค-ผู้รับ

ในกรณีที่สอง อิเล็กตรอนทั้งสองเป็นคู่เดียวและอยู่ในอะตอมเดียวกัน (ผู้บริจาค) อีกอัน (ตัวรับ) มีวงโคจรว่างเปล่า

สูตรของสารที่มีพันธะโควาเลนต์เกิดขึ้นในลักษณะนี้ เช่น แอมโมเนียม ไอออน NH 4 + มันถูกสร้างขึ้นจากไฮโดรเจนไอออนซึ่งมีวงโคจรว่างเปล่าและแอมโมเนีย NH3 ซึ่งมีอิเล็กตรอน "พิเศษ" หนึ่งตัว คู่อิเล็กตรอนจากแอมโมเนียถูกเข้าสังคม

การผสมพันธุ์

เมื่อคู่อิเล็กตรอนถูกใช้ร่วมกันระหว่างออร์บิทัล รูปทรงต่างๆตัวอย่างเช่น s และ p จะเกิดเมฆอิเล็กตรอนลูกผสม sp วงโคจรดังกล่าวทับซ้อนกันมากขึ้นดังนั้นจึงผูกแน่นยิ่งขึ้น

นี่คือโครงสร้างโมเลกุลของมีเทนและแอมโมเนีย ในโมเลกุลมีเทน CH 4 ควรเกิดพันธะ 3 พันธะใน p-orbitals และ 1 พันธะใน s ในทางกลับกัน ออร์บิทัลผสมรวมกับ p ออร์บิทัล 3 อัน ส่งผลให้ออร์บิทัลลูกผสม sp3 3 อันมีรูปร่างเป็นหยดยาว สิ่งนี้เกิดขึ้นเนื่องจากอิเล็กตรอน 2s และ 2p มีพลังงานใกล้เคียงกัน และมีปฏิสัมพันธ์ซึ่งกันและกันเมื่อรวมกับอะตอมอื่น จากนั้นจึงเกิดวงโคจรลูกผสมขึ้น โมเลกุลที่ได้จะมีรูปร่างคล้ายจัตุรมุข โดยมีไฮโดรเจนอยู่ที่จุดยอด

ตัวอย่างอื่นๆ ของสารที่มีการผสมข้ามพันธุ์:

• อะเซทิลีน;
• เบนซิน;
• เพชร;
• น้ำ.

คาร์บอนมีลักษณะเฉพาะด้วยการผสมพันธุ์ sp3 ดังนั้นจึงมักพบในสารประกอบอินทรีย์

วิดีโอที่เป็นประโยชน์: พันธะโควาเลนต์มีขั้ว

บทสรุป

พันธะโควาเลนต์แบบมีขั้วหรือไม่มีขั้วเป็นลักษณะของสารที่มีโครงสร้างโมเลกุล อะตอมของธาตุหนึ่งมีพันธะแบบไม่มีขั้ว ในขณะที่อะตอมของธาตุต่างกันจะมีพันธะแบบขั้ว แต่มีอิเลคโตรเนกาติวีตี้ต่างกันเล็กน้อย โดยปกติแล้วองค์ประกอบที่ไม่ใช่โลหะจะเชื่อมต่อกันในลักษณะนี้ แต่มีข้อยกเว้น เช่น อะลูมิเนียม