Przeczytaj
Dlaczego atomy tworzą związki chemiczne?
Atomy tworzą związki chemiczne, ponieważ dążą do obniżenia energii. Wszystkie atomy pierwiastków chemicznych charakteryzują się specyficznymi dla siebie konfiguracjami elektronowymi, które wpływają na ich tendencje do tworzenia związków chemicznych. Uznaje się, że najbardziej optymalną trwałą konfiguracją dla wszystkich pierwiastków jest konfiguracja najbliższego gazu szlachetnego (helowca). Otrzymanie takiej trwałej konfiguracji jest możliwe poprzez utworzenie wiązań jonowych, kowalencyjnychkowalencyjnych lub koordynacyjnych.
Wiązania kowalencyjne
Wiązanie kowalencyjneWiązanie kowalencyjne to takie, które powstaje w wyniku uwspólnienia elektronów między atomami. Atomy tworzące takie wiązanie mają identyczne lub dość podobne energie jonizacji i powinowactwa elektronów. Ich przykładem są dwa atomy wodoru tworzące cząsteczkę , z czego każdy z nich ma po dwa stabilizujące go elektrony, co w rezultacie daje każdemu atomowi taką samą liczbę elektronów walencyjnych, jak gaz szlachetny (reguła dubletu elektronowego).
Linus Pauling był uczonym, który otrzymał dwie niezależne Nagrody Nobla. Jedna z nich została mu przyznana w r. za pracę nad naturą wiązań chemicznych, z kolei druga była pokojową Nagrodą Nobla i przyznana została w r. za sprzeciw wobec broni masowego zniszczenia. Ponadto uczony ten zasłynął z opracowania wielu teorii naszego obecnego rozumienia chemii, w tym elektroujemności i struktur rezonansowychstruktur rezonansowych. Był osobą niezwykle utalentowaną – swoimi badaniami nad anemią sierpowatą utorował drogę do rozwoju genetyki molekularnej. Mało tego – udowodnił, że opad promieniotwórczy stanowi zagrożenie dla zdrowia publicznego.
Anemia sierpowata (inaczej niedokrwistość sierpowata) to wrodzona choroba genetyczna, spowodowana punktową mutacją w obrębie łańcucha beta hemoglobiny, która powoduje nieprawidłową budowę hemoglobiny.
Jak powstają wiązania kowalencyjne niespolaryzowane?
Wiązanie kowalencyjne niespolaryzowaneWiązanie kowalencyjne niespolaryzowane powstaje pomiędzy atomami tego samego niemetalu, np. dla cząsteczki , w której jest ono tworzone między atomami wodoru, wygląda to w następujący sposób.
Jak pokazano na powyższym wykresie, początkowo dwa oddzielne atomy wodoru (skrajna prawa strona wykresu) zbliżają się do siebie (w lewo na wykresie), a ich orbitale walencyjne () zaczynają się nakładać. Następnie pojedyncze elektrony w każdym z atomów oddziałują z jądrami atomowymi i zajmują przestrzeń wokół obu atomów. Silne przyciąganie każdego z nich stabilizuje układ, a energia potencjalna maleje wraz ze spadkiem odległości miedzy atomami. Długość tego wiązania jest zależna od odległości, przy której osiągana jest najniższa możliwa energia potencjalna. Proces tworzenia wiązania jest procesem egzotermicznym, co oznacza, że w czasie jego powstawania uwalniana jest energia. Aby więc możliwe było zerwanie tego wiązania, należy wykonać pracę dla cząsteczki , której wiązanie kowalencyjne niespolaryzowane jest bardzo silne – musi wynosić na cząsteczek wodoru.
Narysuj wzór elektronowy cząsteczki
Konfiguracja elektronowa tlenu jest następująca:
Klatkowy zapis struktury powłoki walencyjnej tego atomu wygląda następująco:
Dwa orbitale mają niesparowane elektrony i tym samym mogą uwspólnić po jednym elektronie. Dlatego też wzór Lewisa dla cząsteczki , wygląda następująco:
Powyżej opisane wiązanie jest przykładem homoatomowego („czystego”) wiązania kowalencyjnego, zwanego wiązaniem kowalencyjnym niespolaryzowanym lub wiązaniem atomowych niespolaryzowanym. Oznacza to, że atomy je tworzące są identyczne, a chmura elektronowa symetrycznie otacza oba jądra atomowe.
Wiązanie kowalencyjne spolaryzowane
Inny typ wiązania tworzy się, kiedy mamy do czynienia z atomami różnych pierwiastków o różnicy elektroujemności od włącznie do . Wówczas mowa o wiązaniu kowalencyjnym spolaryzowanymwiązaniu kowalencyjnym spolaryzowanym. W tym przypadku elektrony wiążące są również uwspólnione, lecz są przyciągane mocniej do jednego z atomów w tym wiązaniu. To sprawia, że chmura elektronowa jest przesunięta w kierunku jądra tego atomu, który ma większą elektroujemność. Wtedy charakteryzuje się on częściowym ładunkiem ujemnym, podczas gdy drugi atom tworzący wiązanie cechuje się częściowym ładunkiem dodatnim. Przykładem takiego wiązania jest cząsteczka , w której elektrony tworzące wiązanie są przesunięte w stronę jądra atomu chloru. Zatem w cząsteczce chlorowodoru atom chloru posiada częściowy ładunek ujemny, a atom wodoru cząstkowy ładunek dodatni.
PolarnośćPolarność wiązań zapisuje się za pomocą małej litery greckiej „delta” , odpowiednio ze znakiem plus lub znakiem minus przy atomach, wskazując tym samym, czy atom ma częściowy ładunek dodatni (), czy częściowy ładunek ujemny ().
Narysuj wzór elektronowy cząsteczki .
Konfiguracja elektronowa chloru jest następująca:
Klatkowy zapis struktury powłoki walencyjnej tego atomu wygląda następująco:
Konfiguracja elektronowa wodoru jest następująca:
Klatkowy zapis struktury powłoki walencyjnej tego atomu wygląda następująco:
Obydwa wolne orbitale w atomach mają po jednym niesparowanym elektronie. Orbitale atomów nakładają się na siebie i powstaje orbital cząsteczkowy. Dlatego wzór Lewisa dla cząsteczki wygląda następująco:
Jak sprawdzić typ wiązania występujący w cząsteczce?
O tym, czy analizowane wiązanie jest polarne, czy też niepolarne, można dowiedzieć się z różnicy elektroujemności tych atomów. Elektroujemność jest miarą zdolności atomów do przyciągania uwspólnionych w wiązaniu elektronów, a jej wartość jest tym większa, im silniej atom przyciąga elektrony. W wiązaniach kowalencyjnych spolaryzowanych, ten atom, w kierunku którego przesunięte są elektrony, jest bardziej elektroujemny.
TYP WIĄZANIA | RÓŻNICA ELEKTROUJEMNOŚCI |
---|---|
Kowalencyjne | |
Kowalencyjne spolaryzowane | |
Jonowe |
Wartości elektroujemności zostały zaproponowane w w. przez L. Paulinga. Ogólnie przyjmując, w układzie okresowym elektroujemność wzrasta od lewej do prawej i maleje w grupach.
I chociaż dla większości związków chemicznych przedstawione korelacje miedzy elektroujemnością a typem wiązania są słuszne, to należy pamiętać, że istnieją pewne wyjątki – z różnicą elektroujemności równą tworzy wiązanie kowalencyjne spolaryzowane, natomiast z różnicą jest związkiem jonowym. Przy ustalaniu, jaki typ wiązania występuje w danym związku, należy zatem wziąć pod uwagę rodzaj atomów, ich położenie w układzie okresowym oraz mechanizm powstawania potencjalnego wiązania. Zatem wiązanie między dwoma niemetalami są kowalencyjne, a wiązanie metalu z niemetalem jest często wiązaniem jonowym.
Związki zawierające wiązania kowalencyjne mają ogólnie znacznie niższe temperatury topnienia i wrzenia niż związki jonowe. Większość związków kowalencyjnych to w temperaturze pokojowej ciecze lub gazy, które są elektrycznie obojętne.
Słownik
wiązanie chemiczne, które polega na uwspólnianiu par elektronowych atomów tego samego pierwiastka
wiązanie chemiczne, które polega na uwspólnianiu par elektronowych, przesuniętych w kierunku atomu silniej elektroujemnego
właściwość indywiduów chemicznych, która polega na występowaniu w nich elektrycznego momentu dipolowego, na skutek nierównomiernego rozłożenia cząstkowych ładunków elektrycznych na atomach
struktury różniące się jedynie położeniem elektronów w cząsteczce
Bibliografia
Encyklopedia PWN
Hejwowska S., Marcinkowski R., Chemia ogólna i nieorganiczna, Gdynia 2005.
Pirisi K., Nag L., Fekete Z., i in., Identification of the vibrational marker of tyrosine cation radical using ultrafast transient infrared spectroscopy of flavoprotein systems, „Photochemical&Photobiological Sciences” 2021, t. 20, s. 369‑378, online: https://openstax.org/books/chemistry-atoms-first-2e/pages/4-2-covalent-bonding, dostęp: 26.04.2021.