Definisi pautan kimia, ciri-ciri, bagaimana ia terbentuk, jenis

The ikatan kimia ia adalah daya yang berjaya untuk menjaga atom-atom yang membentuk masalah bersama. Setiap jenis bahan mempunyai ikatan kimia yang khas, yang terdiri daripada penyertaan satu atau lebih elektron. Oleh itu, kuasa-kuasa yang bergabung dengan atom dalam gas adalah berbeza, contohnya, dari logam.

Semua elemen jadual berkala (dengan pengecualian helium dan gas mulia) dapat membentuk ikatan kimia antara satu sama lain. Walau bagaimanapun, sifat ini diubah suai bergantung kepada unsur-unsur yang datang dari elektron yang membentuknya. Parameter penting untuk menjelaskan jenis pautan ialah electronegativity.

Perbezaan dalam elektronegativiti (ΔE) antara dua atom menentukan bukan sahaja jenis ikatan kimia, tetapi juga sifat fizikokimia dari sebatian tersebut. Garam dicirikan dengan mempunyai ikatan ionik (tinggi ΔE), dan banyak sebatian organik, seperti vitamin B₁₂ (imej atas), ikatan kovalen (ΔE rendah).

Dalam struktur molekul atas, setiap baris mewakili ikatan kovalen. The wedges menunjukkan bahawa pautan muncul dari pesawat (ke arah pembaca), dan yang digariskan dari pesawat (jauh dari pembaca). Perhatikan bahawa terdapat ikatan berganda (=) dan atom kobalt diselaraskan dengan lima atom nitrogen dan rantai sampingan R.

Tetapi mengapa bon kimia tersebut terbentuk? Jawapannya terletak pada kestabilan energetik atom dan elektron yang terlibat. Kestabilan ini mesti mengimbangi pengganasan elektrostatik yang dialami antara awan elektronik dan nukleus, dan daya tarik yang dihasilkan oleh nukleus pada elektron atom jiran.

Indeks

• 1 Definisi ikatan kimia
• 2 Ciri-ciri
• 3 Bagaimana mereka terbentuk?
  • 3.1 Sebatian Homonuklear A-A
  • 3.2 Sebatian heteronuklear A-B
• 4 jenis
  • 4.1 - Pautan kovalen
  • 4.2 - Pautan ionik
  • 4.3 Metalik pautan
• 5 Contoh
• 6 Kepentingan ikatan kimia
• 7 Rujukan

Definisi ikatan kimia

Ramai penulis telah memberikan takrif ikatan kimia. Kesemua mereka yang paling penting ialah fizikokimia G. N. Lewis, yang menamakan ikatan kimia sebagai penyertaan sepasang elektron antara dua atom. Jika atom A · dan · B dapat memberikan elektron tunggal, maka pautan mudah A: B atau A-B akan dibentuk di antara mereka.

Sebelum pembentukan bon, kedua-dua A dan B dipisahkan oleh jarak yang tidak ditentukan, tetapi pautan kini wujud suatu kuasa yang membolehkan mereka bersama-sama di perkarangan dwiatom AB dan jarak (atau panjang) pautan.

Ciri-ciri

Ciri-ciri apa yang mempunyai kekuatan ini yang memegang atom bersama? Ini bergantung kepada jenis hubungan antara A dan B daripada struktur elektronik mereka. Sebagai contoh, pautan A-B adalah arah. Apa maksud awak? Bahawa daya yang dikenakan oleh kesatuan sepasang elektron boleh diwakili pada paksi (seolah-olah ia adalah silinder).

Begitu juga, pautan ini memerlukan tenaga untuk pecah. Jumlah tenaga boleh dinyatakan dalam unit kJ / mol atau cal / mol. Sekali tenaga telah digunakan untuk sebatian AB (oleh haba, sebagai contoh), ia akan berpecah kepada atom A dan B yang asal.

Semakin stabil pautan, semakin besar jumlah tenaga yang diperlukan untuk memisahkan atom yang bergabung.

Sebaliknya, jika ikatan dalam sebatian AB adalah ionik, A⁺B^-, maka ia akan menjadi kuasa bukan arah. Mengapa? Kerana A⁺ menimbulkan daya tarikan yang menarik pada B^- (dan sebaliknya) yang lebih bergantung kepada jarak yang memisahkan kedua-dua ion di ruang berbanding dengan lokasi relatifnya.

Bidang tarikan dan penolakan bidang ini mengumpulkan ion lain untuk membentuk apa yang dikenali sebagai kisi kristal (imej atas: kation A⁺ terletak dikelilingi oleh empat anion B^-, dan empat kation ini A⁺ dan sebagainya).

Bagaimana mereka terbentuk?

Sebatian Homonuklear A-A

Untuk sepasang elektron untuk membentuk ikatan terdapat banyak aspek yang mesti dipertimbangkan terlebih dahulu. Nukleus, untuk mengatakan bahawa A, mempunyai proton dan oleh itu positif. Apabila dua atom A jauh dari satu sama lain, yaitu, pada jarak jauh jarak jauh (imej atas), mereka tidak mengalami apa-apa daya tarikan.

Apabila mereka mendekati kedua-dua atom Nuklei mereka menarik awan elektronik atom jiran (lingkaran ungu). Ini adalah daya tarikan yang menarik (A di atas bulatan ungu jiran). Walau bagaimanapun, kedua-dua nukleus A ditolak dengan positif, dan daya ini meningkatkan tenaga potensi ikatan (paksi menegak).

Terdapat jarak internuclear di mana tenaga berpotensi mencapai minimum; iaitu kekuatan yang menarik dan kekuatan yang menjijikkan adalah seimbang (kedua-dua atom A di bahagian bawah imej).

Sekiranya jarak ini menurun selepas titik ini, pautan akan menyebabkan kedua-dua nukleus menghalau dengan kuat, senyawa yang tidak stabil A-A.

Oleh itu, bagi pautan yang akan dibentuk mesti ada jarak internuclear yang mencukupi tenaga; dan di samping itu, orbital atom mestilah bertindih dengan betul supaya elektron dihubungkan.

Sebatian heteronuklear A-B

Bagaimana jika bukannya dua atom A menyertai satu daripada A dan satu lagi dari B? Dalam hal ini graf atas akan berubah kerana salah satu atom akan mempunyai lebih banyak proton daripada yang lain, dan awan elektronik yang berbeza ukurannya.

Apabila ikatan A-B dibentuk pada jarak internuclear yang sepatutnya, sepasang elektron akan dijumpai terutamanya di sekitar atom elektronegatif yang paling. Ini berlaku dengan semua sebatian kimia heteronuklear, yang merupakan sebahagian besar daripada mereka yang diketahui (dan akan diketahui).

Walaupun tidak disebutkan secara mendalam, terdapat banyak pembolehubah yang secara langsung mempengaruhi bagaimana pendekatan atom dan ikatan kimia dibentuk; ada yang termodinamik (reaksi spontan?), elektronik (bagaimana penuh atau kosong ialah orbital atom) dan kinetik lain.

Jenis

Pautan mempersembahkan satu siri ciri yang membezakannya dari satu sama lain. Beberapa daripada mereka boleh dibingkai dalam tiga klasifikasi utama: kovalen, ionik atau logam.

Walaupun terdapat sebatian yang pautannya tergolong dalam satu jenis, banyak yang sebenarnya terdiri daripada campuran watak masing-masing. Fakta ini adalah disebabkan oleh perbezaan elektronegativiti antara atom-atom yang membentuk bon. Oleh itu, sesetengah sebatian boleh menjadi kovalen, tetapi terdapat dalam ikatan mereka sifat ionik tertentu.

Juga, jenis ikatan, struktur dan jisim molekul adalah faktor utama yang menentukan sifat-sifat makroskopik bahan (kecerahan, kekerasan, kelarutan, titik lebur, dan sebagainya).

-Ikatan kovalen

Bon kovalen adalah yang telah dijelaskan setakat ini. Di dalamnya, dua orbital (satu elektron dalam setiap) mesti bertindih dengan nukleus yang dipisahkan pada jarak internuclear yang sesuai.

Menurut teori molekul orbit (TOM), jika pertindihan orbital adalah depan ikatan sigma akan membentuk σ (yang juga dipanggil mudah atau ikatan tunggal). Walaupun jika orbital dibentuk oleh pertindihan sisi dan tegak lurus berkenaan dengan paksi internuclear, pautan π (dua dan tiga) akan hadir:

Pautan mudah

Pautan σ seperti yang dapat dilihat dalam imej dibentuk sepanjang paksi internuclear. Walaupun tidak ditunjukkan, A dan B mungkin mempunyai pautan lain, dan oleh itu, persekitaran kimia mereka sendiri (bahagian yang berlainan struktur molekul). Pautan jenis ini dicirikan oleh kuasa putaran (silinder hijau) dan menjadi yang paling kuat dari semua.

Sebagai contoh, ikatan mudah molekul hidrogen boleh berputar pada paksi internuclear (H-H). Dengan cara yang sama, molekul CA-AB hipotesis boleh melakukannya.

Pautan C-A, A-A dan A-B berputar; tetapi jika C atau B adalah atom atau sekumpulan atom besar, rotasi A-A secara sterik terhalang (kerana C dan B akan terhempas).

Ikatan mudah didapati dalam hampir semua molekul. Atom mereka boleh mempunyai apa-apa hibridisasi kimia selagi tumpang tindih orbital mereka adalah frontal. Kembali ke struktur vitamin B₁₂, mana-mana satu talian (-) menunjukkan satu pautan (contohnya, pautan KONEH₂).

Pautan ganda

Ikatan berganda memerlukan atom-atom (biasanya) hibridisasi sp². P bond tulen, berserenjang dengan tiga orbital hibrid sp², membentuk ikatan berganda, yang ditunjukkan sebagai helaian kelabu.

Ambil perhatian bahawa kedua-dua pautan tunggal (silinder hijau) dan pautan berganda (lembaran kelabu) wujud bersama pada masa yang sama. Walau bagaimanapun, tidak seperti pautan mudah, beregu tidak mempunyai kebebasan berputar yang sama di sekeliling paksi internuclear. Ini kerana, untuk berputar, pautan (atau helaian) mesti dipecahkan; proses yang memerlukan tenaga.

Juga, pautan A = B lebih reaktif daripada A-B. Panjang satu ini lebih kecil dan atom A dan B adalah jarak jauh yang jauh lebih kecil; oleh itu, terdapat penolakan yang lebih besar antara kedua-dua nukleus. Memecahkan kedua-dua pautan, tunggal dan berganda, memerlukan lebih banyak tenaga daripada diperlukan untuk memisahkan atom-atom dalam molekul A-B.

Dalam struktur vitamin B₁₂ beberapa ikatan berganda boleh dilihat: C = O, P = O, dan dalam cincin aromatik.

Pautan triple

Ikatan triple adalah lebih pendek daripada ikatan berganda dan putarannya lebih berkurangan. Di dalamnya, dua pautan π tegak terbentuk (helai kelabu dan ungu), serta pautan mudah.

Biasanya, hibridisasi kimia atom A dan B mestilah sp: dua orbital sp yang dipisahkan oleh 180 °, dan dua orbital p yang tulen berserenjang dengan bekasnya. Ambil perhatian bahawa ikatan triple menyerupai palet, tetapi tanpa kuasa putaran. Pautan ini hanya boleh diwakili sebagai molekul A≡B (N≡N, N-nitrogen₂).

Daripada semua ikatan kovalen, ini adalah yang paling reaktif; tetapi pada masa yang sama, yang memerlukan lebih banyak tenaga untuk pemisahan lengkap atomnya (· A: +: B ·). Sekiranya vitamin B₁₂ mempunyai ikatan triple dalam struktur molekulnya, kesan farmakologinya akan berubah secara drastik.

Dalam ikatan triple, enam elektron mengambil bahagian; dalam beregu, empat elektron; dan dalam sederhana atau mudah, dua.

Pembentukan satu atau lebih daripada bon kovalen ini bergantung pada ketersediaan elektronik atom; iaitu, berapa elektron memerlukan orbital mereka untuk mendapatkan oktet valensi.

Pautan bukan kutub

Satu ikatan kovalen terdiri daripada perkongsian sepasang elektron antara dua atom. Tetapi ini adalah benar hanya dalam kes di mana kedua-dua atom mempunyai elektronegativiti yang sama; iaitu kecenderungan yang sama untuk menarik ketumpatan elektronik persekitarannya dalam sebatian.

Bon non-kutub dicirikan oleh perbezaan elektronegativiti sifar (ΔE≈0). Ini berlaku dalam dua keadaan: dalam sebatian homonuklear (A₂), atau jika persekitaran kimia di kedua-dua belah pautan bersamaan (H₃C-CH₃, molekul etana).

Contoh-contoh pautan bukan kutub dilihat dalam sebatian berikut:

-Hidrogen (H-H)

-Oksigen (O = O)

-Nitrogen (N≡N)

-Fluorin (F-F)

-Klorin (Cl-Cl)

-Acetylene (HC≡CH)

Pautan kutub

Apabila terdapat perbezaan yang ketara dalam elektronegativiti ΔE antara kedua-dua atom, momen dipole dibentuk sepanjang paksi pautan: A^δ+-B^δ-. Dalam kes sebatian heteronuklear AB, B adalah atom elektronegatif yang paling, dan oleh itu, mempunyai ketumpatan elektron tertinggi δ-; manakala A, kurangnya elektronegatif, kekurangan beban δ+.

Untuk ikatan polar berlaku, dua atom yang mempunyai elektronegativade yang berbeza mesti disatukan; dan sebagainya, membentuk sebatian heteronuklear. A-B menyerupai magnet: ia mempunyai tiang positif dan tiang negatif. Ini membolehkan ia berinteraksi dengan molekul lain melalui daya dipole-dipole, di antaranya ialah ikatan hidrogen.

Air mempunyai dua ikatan kovalen kutub, H-O-H, dan geometri molekulnya adalah sudut, yang meningkatkan momentum dipol. Jika geometrinya linear, lautan akan menguap dan air akan mempunyai titik mendidih yang lebih rendah.

Hakikat bahawa sebatian mempunyai ikatan polar, ia tidak bermaksud bahawa ia adalah kutub. Sebagai contoh, karbon tetraklorida, CCl₄, mempunyai empat pautan polar C-Cl, tetapi oleh susunan tetrahedral mereka masa dipole berakhir membatalkan secara vektori.

Pautan penyelaras atau koordinasi

Apabila sebuah atom menghasilkan sepasang elektron untuk membentuk ikatan kovalen dengan atom lain, maka kita bercakap tentang ikatan atau koordinasi. Sebagai contoh, mempunyai B: sepasang elektron yang tersedia, dan A (atau A⁺), kekosongan elektronik, pautan B: A terbentuk.

Dalam struktur vitamin B₁₂ lima atom nitrogen terikat ke pusat logam Co dengan jenis ikatan kovalen ini. Nitrogen ini memberikan sepasang elektron bebas kepada Co kation³⁺, menyelaraskan logam dengan mereka (Co³⁺: N-)

Satu lagi contoh boleh didapati dalam protonasi molekul ammonia untuk membentuk ammonium:

H₃N: + H⁺ => NH₄⁺

Perhatikan bahawa dalam kedua-dua kes itu adalah atom nitrogen yang menyumbang elektron; oleh itu, ikatan koordinasi kovalen atau koordinasi berlaku apabila atom sahaja menyumbang sepasang elektron.

Begitu juga, molekul air boleh diprotonasikan untuk diubah menjadi kation hidronium (atau oxonium):

H₂O + H⁺ => H₃O⁺

Tidak seperti kation ammonium, hidronium masih mempunyai pasangan elektron bebas (H₃O:⁺); Walau bagaimanapun, sangat sukar untuk menerima proton lain untuk membentuk hidronium dihydrogen yang tidak stabil, H₄O²⁺.

-Ikatan ionik

Imej itu menunjukkan bukit garam putih. Garam dicirikan oleh struktur kristal, iaitu, simetri dan diperintahkan; takat lebur dan takat didih tinggi, konduktiviti elektrik yang tinggi apabila lebur atau larut, dan juga, ionnya sangat terikat oleh interaksi elektrostatik.

Interaksi ini membentuk apa yang dikenali sebagai ikatan ionik. Dalam imej kedua, kation A ditunjukkan⁺ dikelilingi oleh empat anion B^-, tetapi ini adalah perwakilan 2D. Dalam tiga dimensi, A⁺ harus mempunyai anion lain B^- ke hadapan dan di belakang kapal terbang, membentuk pelbagai struktur.

Jadi, A⁺ ia boleh mempunyai enam, lapan, atau bahkan dua belas jiran. Bilangan jiran yang mengelilingi ion dalam kristal dikenali sebagai nombor koordinasi (N.C). Bagi setiap N.C satu jenis susunan kristal dikaitkan, yang seterusnya membentuk fasa pepejal garam.

Kristal simetri dan aspek yang dilihat dalam garam adalah disebabkan keseimbangan yang ditubuhkan oleh interaksi tarikan (A⁺ B^-) dan penolakan (A⁺ A⁺, B^- B^-elektrostatik).

Latihan

Tetapi, kenapa A + dan B^-, atau Na⁺ dan Cl^-, tidak membentuk bon kovalen Na-Cl? Kerana atom klorin lebih banyak elektronegatif daripada logam natrium, yang juga dicirikan dengan sangat mudah menyerahkan elektronnya. Apabila unsur-unsur ini ditemui, mereka bertindak balas secara exothermically untuk menghasilkan garam meja:

2Na (s) + Cl₂(g) => 2NaCl (s)

Dua atom natrium menghasilkan elektron valensi unik (Na ·) kepada molekul diatomik Cl₂, untuk membentuk anion Cl^-.

Interaksi antara natrium kation dan anion klorida, walaupun ia mewakili ikatan yang lebih lemah daripada yang kovalen, dapat menyimpannya dengan kuat di dalam pepejal; dan fakta ini tercermin pada titik lebur tinggi garam (801ºC).

Pautan metalik

Yang terakhir dari jenis ikatan kimia adalah logam. Ini boleh didapati di mana-mana bahagian logam atau aloi. Ia dicirikan oleh yang istimewa dan berbeza daripada yang lain, kerana elektron tidak lulus dari satu atom ke yang lain, tetapi ia bergerak, seperti laut, kristal logam.

Oleh itu, atom-atom logam, untuk mengatakan tembaga, bercampur-campur dengan orbital valensi mereka antara satu sama lain untuk membentuk band konduksi; di mana elektron (s, p, d atau f) mengalir di sekeliling atom dan menyimpannya dengan ketat.

Bergantung kepada bilangan elektron yang transit melalui kristal logam, orbital yang disediakan untuk kumpulan, dan pembungkusan atom mereka, logam boleh menjadi lembut (seperti logam alkali), keras, cerah atau konduktor yang baik elektrik dan panas.

Kekuatan yang memegang bersama-sama atom logam, seperti yang membentuk orang kecil dalam imej dan komputer ribanya, lebih tinggi daripada garam.

Ini boleh disahkan secara eksperimen kerana kristal garam boleh dibahagikan kepada beberapa bahagian sebelum daya mekanikal; manakala sekeping logam (terdiri daripada kristal yang sangat kecil) cacat.

Contohnya

Empat sebatian berikut merangkumi jenis ikatan kimia yang dijelaskan:

-Sodium fluoride, NaF (Na⁺F^-): ionik.

-Natrium, Na: logam.

-Fluorine, F₂ (F-F): kovalen bukan kutub, kerana terdapat ΔE nol antara kedua-dua atom kerana ia sama.

-Hidrogen fluorida, HF (H-F): polar kovalen, kerana dalam fluorin sebatian ini lebih elektronegatif daripada hidrogen.

Ada sebatian, seperti vitamin B₁₂, yang mempunyai kedua-dua ikatan kovalen polar dan ionik (dalam pertuduhan negatif kumpulan fosfatnya -POP₄^--). Dalam beberapa struktur kompleks, seperti kluster logam, semua jenis pautan boleh wujud bersama.

Matter menawarkan contoh-contoh ikatan kimia dalam semua manifestasinya. Dari batu di dasar kolam dan air yang mengelilinginya, ke toad yang berkerut di pinggirnya.

Walaupun hubungannya mudah, bilangan dan susunan ruang atom di dalam struktur molekul membuka jalan ke kepelbagaian yang kaya dengan sebatian.

Kepentingan ikatan kimia

Apakah pentingnya ikatan kimia? Jumlah akibat yang tidak boleh terhitung yang akan melepaskan ketiadaan ikatan kimia menyoroti kepentingannya yang sangat penting:

-Tanpa itu, warna tidak akan wujud, kerana elektron mereka tidak akan menyerap radiasi elektromagnetik. Zarah-zarah debu dan ais yang hadir di atmosfer akan hilang, dan oleh itu, warna biru langit akan menjadi gelap.

-Karbon tidak dapat membentuk rantaian yang tidak berkesudahan, dari mana triliunan sebatian organik dan biologi diperolehi.

-Protein tidak dapat ditakrifkan dalam asid amino penyusunnya. Gula dan lemak akan hilang, serta sebatian karbon dalam organisma hidup.

-Bumi akan kehabisan atmosfer, kerana dengan ketiadaan ikatan kimia dalam gasnya, tidak akan ada kekuatan untuk menahannya. Juga tidak ada interaksi antara intermolecular antara mereka.

-Gunung mungkin lenyap, kerana batu dan mineral mereka, walaupun berat, tidak dapat memuat atom mereka yang dibungkus dalam struktur kristal atau amorfus.

-Dunia akan dibentuk oleh atom-atom tunggal yang tidak dapat membentuk bahan padat atau cair. Ini juga akan mengakibatkan kehilangan semua transformasi perkara; iaitu, tidak akan ada reaksi kimia. Hanya segelintir gas di mana sahaja.

Rujukan

1. Harry B. Grey. (1965). Elektron dan Ikatan Kimia. W.A. BENJAMIN, INC. P 36-39.
2. Whitten, Davis, Peck & Stanley. Kimia (Ed ed.). Pembelajaran CENGAGE, ms 233, 251, 278, 279.
3. Kapal R. (2016). Ikatan Kimia. Diperolehi daripada: hyperphysics.phy-astr.gsu.edu
4. Jenis-jenis Bond Kimia. (3 Oktober 2006). Diambil dari: dwb4.unl.edu
5. Pembentukan ikatan kimia: Peranan elektron. [PDF] Diperolehi daripada: cod.edu
6. Yayasan CK-12. (s.f.). Penjanaan Bon Tenaga dan Kovalen. Diperolehi daripada: chem.libretexts.org
7. Quimitube (2012). Pautan kovalen yang diselaraskan atau datif. Diperolehi daripada: quimitube.com