พันธะเคมี -พันธะเคมี - แรงดึงดูดซึ่งกันและกันของอะตอมที่นำไปสู่การก่อตัวของโมเลกุลและคริสตัล

ในปัจจุบันยังไม่เพียงพอที่จะบ่งบอกถึงการมีอยู่ของพันธะเคมี แต่จำเป็นต้องชี้แจงประเภทของมัน: ไอออนิกโควาเลนต์ไดโพล - ไดโพลโลหะ พันธะโควาเลนต์ เกิดขึ้นเนื่องจากคู่อิเล็กตรอนทั่วไปที่เกิดขึ้นในเปลือกของอะตอมที่ถูกผูกมัด

มันสามารถเกิดขึ้นได้จากอะตอมขององค์ประกอบเดียวกันทั้งหมดหนึ่งองค์ประกอบจากนั้นจึงไม่มีขั้ว ตัวอย่างเช่นพันธะโควาเลนต์ดังกล่าวมีอยู่ในโมเลกุลของก๊าซองค์ประกอบเดียว H 2, O 2, N 2, Cl 2 เป็นต้น

พันธะโควาเลนต์สามารถเกิดขึ้นได้จากอะตอมขององค์ประกอบต่าง ๆ ที่มีลักษณะทางเคมีคล้ายกันจากนั้นจึงเป็นขั้ว ตัวอย่างเช่นพันธะโควาเลนต์ดังกล่าวมีอยู่ในโมเลกุล H 2 O, NF 3, CO 2 พันธะโควาเลนต์เกิดขึ้นระหว่างอะตอมของธาตุที่มีลักษณะอิเล็กโทรเนกาติวิตี

อิเล็กโทรเนกาติวิตีคือความสามารถของอะตอม องค์ประกอบทางเคมี ดึงคู่อิเล็กตรอนทั่วไปที่เกี่ยวข้องกับการสร้างพันธะเคมี

พันธะโลหะ เกิดขึ้นจากการดีโลแคลไลเซชันบางส่วนของเวเลนซ์อิเล็กตรอนซึ่งเคลื่อนที่ได้อย่างอิสระเพียงพอในโครงตาข่ายโลหะโดยมีปฏิกิริยาทางไฟฟ้าสถิตกับไอออนที่มีประจุบวก แรงยึดเหนี่ยวไม่ได้รับการแปลเป็นภาษาท้องถิ่นและไม่ได้กำหนดทิศทางและอิเล็กตรอนแบบแยกส่วนทำให้เกิดการนำความร้อนและไฟฟ้าสูง

พันธะไอออนิกเป็นกรณีพิเศษของพันธะโคเวเลนต์เมื่อคู่อิเล็กตรอนที่เกิดขึ้นสมบูรณ์เป็นของอะตอมอิเล็กโทรเนกาติวิตีมากขึ้นซึ่งจะกลายเป็นแอนไอออน พื้นฐานสำหรับการแยกพันธะนี้ออกเป็นประเภทที่แยกจากกันคือข้อเท็จจริงที่ว่าสารประกอบที่มีพันธะดังกล่าวสามารถอธิบายได้ในการประมาณไฟฟ้าสถิตโดยถือว่า พันธะไอออนิก เนื่องจากแรงดึงดูดของไอออนบวกและลบ ปฏิกิริยาของไอออนของเครื่องหมายตรงกันข้ามไม่ได้ขึ้นอยู่กับทิศทางและกองกำลังคูลอมบ์ไม่มีคุณสมบัติในการอิ่มตัว ดังนั้นแต่ละไอออนใน สารประกอบไอออนิก ดึงดูดไอออนของเครื่องหมายตรงข้ามจำนวนมากเพื่อสร้างตาข่ายคริสตัล ประเภทไอออนิก... ไม่มีโมเลกุลในผลึกไอออนิก ไอออนแต่ละตัวล้อมรอบด้วยไอออนจำนวนหนึ่งที่มีเครื่องหมายต่างกัน (หมายเลขโคออร์ดิเนชันของไอออน) คู่ไอออนิกสามารถอยู่ในสถานะก๊าซเป็นโมเลกุลที่มีขั้ว ในสถานะก๊าซ NaCl มีไดโพลโมเมนต์ ~ 3 ∙ 10 –29 C ∙ m ซึ่งสอดคล้องกับการกระจัด 0.8 ของอิเล็กตรอนโดยความยาวพันธะ 0.236 นาโนเมตรจาก Na ถึง Cl คือ Na 0.8+ Cl 0.8– .

พันธะไฮโดรเจน การก่อตัวของมันเกิดจากความจริงที่ว่าอันเป็นผลมาจากการกระจัดที่แข็งแกร่ง คู่อิเล็กทรอนิกส์ ไปยังอะตอมอิเล็กโทรเนกาติวิตีอะตอมของไฮโดรเจนที่มีประจุบวกที่มีประสิทธิภาพสามารถโต้ตอบกับอะตอมอิเล็กโทรเนกาติวิตีอื่น (F, O, N, Cl, Br, S) น้อยกว่า พลังงานของปฏิกิริยาไฟฟ้าสถิตดังกล่าวคือ 20–100 kJ ∙ mol –1 พันธะไฮโดรเจนสามารถเป็นภายในและระหว่างโมเลกุล เกิดพันธะไฮโดรเจนในโมเลกุลตัวอย่างเช่นใน acetylacetone และมาพร้อมกับการปิดวงจร

โมเลกุลของกรดคาร์บอกซิลิกในตัวทำละลายที่ไม่มีขั้วจะลดขนาดลงเนื่องจากพันธะไฮโดรเจนสองโมเลกุล

พันธะไฮโดรเจนมีบทบาทสำคัญอย่างยิ่งในโมเลกุลขนาดใหญ่ทางชีววิทยาเช่นสารประกอบอนินทรีย์เช่น H 2 O, H 2 F 2, NH 3 เนื่องจากพันธะไฮโดรเจนน้ำจึงมีจุดหลอมเหลวและจุดเดือดสูงเมื่อเทียบกับ H 2 E (E \u003d S, Se, Te) ถ้า พันธะไฮโดรเจน ขาดแล้วน้ำจะละลายที่ –100 °Сและต้มที่ –80 °С

พันธะ Van der Waals (intermolecular) เป็นพันธะระหว่างโมเลกุลที่เป็นสากลที่สุดซึ่งเกิดจากแรงกระจาย (ไดโพลที่เหนี่ยวนำ - ไดโพลเหนี่ยวนำ) ปฏิสัมพันธ์เชิงอุปนัย (ไดโพลถาวร - ไดโพลเหนี่ยวนำ) และปฏิสัมพันธ์เชิงทิศทาง (ไดโพลถาวร - ไดโพลถาวร) พลังงานของพันธะแวนเดอร์วาลส์น้อยกว่าพันธะไฮโดรเจนและมีปริมาณ 2–20 กิโลจูล∙โมล –1

ตัวเลือกที่ 1

1. กำหนดชนิดของพันธะเคมีในสารประกอบN₂, KF, HF, NH₃และH₂S เขียนสูตรโครงสร้างและอิเล็กทรอนิกส์ของสารประกอบNH₃และ HF

2. วาดสูตรอิเล็กทรอนิกส์ของอะตอมที่เป็นกลางและลิเธียมไอออน โครงสร้างของอนุภาคเหล่านี้แตกต่างกันอย่างไร?
Li: 1s2 2s1 - อะตอมลิเธียมเป็นกลาง
ไอออนบวกลิเธียม (บริจาคอิเล็กตรอน 1 ตัว): Li +: 1s2 2s0

3. กำหนดชนิดของผลึกขัดแตะลักษณะของสารแต่ละชนิดต่อไปนี้: โพแทสเซียมคลอไรด์กราไฟต์น้ำตาลไอโอดีนเพชร
KCl - ตาข่ายไอออนิกอะตอมน้ำตาล - โมเลกุลไอโอดีน - โมเลกุลเพชร - อะตอม

ทางเลือกที่ 2

1. จากสูตรของสารที่กำหนดให้เขียนเฉพาะสูตรของสารประกอบที่มีโควาเลนต์ ลิงค์ขั้ว: CO₂, PH₃, H₂, OF₂, O₂, KF, NaCl
CO2, PH3, OF2

2. สร้างสูตรอิเล็กทรอนิกส์ของคลอรีนCl₂ไฮโดรเจนซัลไฟด์H₂SและฟอสฟีนPH₃

3. สำหรับตัวอย่างเฉพาะให้เปรียบเทียบ คุณสมบัติทางกายภาพ สารที่มีโครงตาข่ายโมเลกุลและคริสตัล

ตัวเลือก 3

1. กำหนดชนิดของพันธะเคมีในสารประกอบSO₃, NCl₃, ClF₃, Br₂, H₂Oและ NaCl

2. สร้างสูตรอิเล็กทรอนิกส์ของโมเลกุลของไอโอดีนI₂น้ำและมีเทนCH₄

3. ใช้ตัวอย่างที่เฉพาะเจาะจงแสดงให้เห็นว่าคุณสมบัติทางกายภาพของสารบางอย่างขึ้นอยู่กับชนิดของตาข่ายคริสตัลของสารเหล่านั้นอย่างไร

ทางเลือกที่ 4

1. จากสูตรของสารที่กำหนดให้เขียนเฉพาะสูตรของสารประกอบที่มีโควาเลนต์ การเชื่อมต่อแบบไม่มีขั้ว: I₂, HCl, O₂, NH₃, H₂O, N₂, Cl₂, PH₃, NaNO₃
I2, O2, N2, Cl2

"เคมีป. 8". อส. Gabrielyan

การก่อตัวของพันธะเคมีระหว่างอะตอมของธาตุ

คำถาม 1 (1)
เนื่องจากค่า EO ของไฮโดรเจนและฟอสฟอรัสเหมือนกันพันธะเคมีในโมเลกุล PH 3 จะเป็น โควาเลนต์ไม่มีขั้ว

คำถาม 2 (2)
І. a) ในพันธะโมเลกุล S 2 โควาเลนต์ไม่มีขั้วตั้งแต่ มันถูกสร้างขึ้นโดยอะตอมขององค์ประกอบเดียวกัน รูปแบบการสร้างการเชื่อมต่อจะเป็นดังนี้: กำมะถัน - องค์ประกอบ กลุ่มย่อยหลัก กลุ่ม VI อะตอมของกำมะถันมีอิเล็กตรอน 6 ตัวที่เปลือกนอก จะมีอิเล็กตรอนสองตัวที่ไม่มีคู่ (8 - 6 \u003d 2) ลองกำหนดอิเล็กตรอนภายนอกจากนั้นรูปแบบการก่อตัวของโมเลกุลกำมะถันจะมีลักษณะดังนี้:

b) ในพันธะโมเลกุล K 2 O ไอออนิกเพราะมันเกิดจากอะตอมของโลหะและองค์ประกอบที่ไม่ใช่โลหะ
โพแทสเซียมเป็นองค์ประกอบของกลุ่มย่อยหลักกลุ่มแรกคือโลหะ อะตอมของมันจะบริจาค 1 อิเล็กตรอนได้ง่ายกว่าที่จะรับอิเล็กตรอน 7 ตัวที่หายไป:

ออกซิเจนเป็นองค์ประกอบของกลุ่มย่อยหลักของกลุ่มที่หกซึ่งเป็นอโลหะ มันง่ายกว่าที่อะตอมของมันจะรับอิเล็กตรอน 2 ตัวซึ่งไม่เพียงพอที่จะทำเลเวลให้เสร็จสมบูรณ์ดีกว่าที่จะบริจาค 6 อิเล็กตรอน:

ลองหาตัวคูณทั่วไปที่เล็กที่สุดระหว่างประจุของไอออนที่เกิดขึ้นมันจะเท่ากับ 2 (2.1) เพื่อให้โพแทสเซียมอะตอมให้อิเล็กตรอน 2 ตัวจำเป็นต้องใช้ 2 เพื่อให้อะตอมของออกซิเจนสามารถรับอิเล็กตรอน 2 ตัวได้จำเป็นต้องใช้อะตอม 1 ตัวดังนั้นรูปแบบการสร้างโพแทสเซียมออกไซด์จะมีลักษณะดังนี้:

c) ในโมเลกุลพันธะ H 2 S ขั้วโควาเลนต์เนื่องจากประกอบด้วยอะตอมของธาตุที่มี EO ต่างกัน รูปแบบการสร้างพันธะเคมีจะเป็นดังนี้:
กำมะถันเป็นองค์ประกอบของกลุ่มย่อยหลักของกลุ่มVІ อะตอมของมันมีอิเล็กตรอน 6 ตัวในเปลือกนอก จะมีอิเล็กตรอนที่ไม่มีคู่ 2 ตัว (8 - 6 \u003d 2)
ไฮโดรเจนเป็นองค์ประกอบของกลุ่มย่อยหลักของกลุ่ม 1 อะตอมของมันประกอบด้วย 1 อิเล็กตรอนในเปลือกนอก อิเล็กตรอนหนึ่งตัวไม่มีการจับคู่ (สำหรับอะตอมไฮโดรเจนระดับสองอิเล็กโทรดจะสมบูรณ์)
มาแสดงถึงอิเล็กตรอนวงนอกของอะตอมของกำมะถันและไฮโดรเจนตามลำดับ:

หรือ
H-S-H
ในโมเลกุลของไฮโดรเจนซัลไฟด์คู่อิเล็กตรอนทั่วไปจะถูกแทนที่ไปยังอะตอมอิเล็กโทรเนกาติวิตี - กำมะถัน:

1. a) ในโมเลกุล N 2 พันธะเป็นโควาเลนต์ไม่มีขั้วเพราะเกิดจากอะตอมของธาตุเดียวกัน รูปแบบการสร้างการเชื่อมต่อมีดังนี้:
ไนโตรเจนเป็นองค์ประกอบของกลุ่มย่อยหลักของกลุ่ม V. อะตอมของมันมีอิเล็กตรอน 5 ตัวอยู่ที่เปลือกนอก มีอิเล็กตรอนสามตัวที่ไม่มีคู่ (8 - 5 \u003d 3)
ให้เราแสดงอิเล็กตรอนวงนอกของอะตอมไนโตรเจนด้วยจุด:

b) ในโมเลกุล Li 3 N พันธะเป็นไอออนิกเพราะเกิดจากอะตอมของโลหะและองค์ประกอบที่ไม่ใช่โลหะ
ลิเธียมเป็นองค์ประกอบของกลุ่มย่อยหลักของกลุ่ม I โลหะ อะตอมของมันจะบริจาค 1 อิเล็กตรอนได้ง่ายกว่าที่จะรับอิเล็กตรอน 7 ตัวที่หายไป:

ไนโตรเจนเป็นองค์ประกอบของกลุ่มย่อยหลักของกลุ่ม V ซึ่งไม่ใช่โลหะ มันง่ายกว่าที่อะตอมจะรับอิเล็กตรอน 3 ตัวซึ่งไม่เพียงพอจนกว่าระดับภายนอกจะเสร็จสมบูรณ์แทนที่จะบริจาคอิเล็กตรอนห้าตัวจากระดับภายนอก:

ให้เราหาตัวคูณร่วมที่เล็กที่สุดระหว่างประจุของไอออนที่เกิดขึ้นนั่นคือ
เท่ากับ 3 (3: 1 \u003d 3) สำหรับอะตอมของลิเธียมที่จะบริจาคอิเล็กตรอน 3 ตัวจำเป็นต้องมี 3 อะตอมเพื่อให้อะตอมของไนโตรเจนสามารถรับอิเล็กตรอนได้ 3 ตัวจำเป็นต้องใช้อะตอมเดียวเท่านั้น:

c) ในโมเลกุล NCl 3 พันธะคือขั้วโควาเลนต์เนื่องจาก ประกอบด้วยอะตอมของธาตุอโลหะที่มีค่า EO ต่างกัน รูปแบบการสร้างการเชื่อมต่อมีดังนี้:
ไนโตรเจนเป็นองค์ประกอบของกลุ่มย่อยหลักของกลุ่ม V. อะตอมของมันมีอิเล็กตรอน 5 ตัวที่เปลือกนอก จะมีอิเล็กตรอนสามตัวที่ไม่มีคู่ (8-5 \u003d 3)
คลอรีนเป็นองค์ประกอบของกลุ่มย่อยหลักของกลุ่ม VII อะตอมของมันประกอบด้วยอิเล็กตรอน 7 ตัวในเปลือกนอก ยังคงไม่ได้จับคู่
1 อิเล็กตรอน (8 - 7 \u003d 1) มาแสดงถึงอิเล็กตรอนวงนอกของอะตอมไนโตรเจนและคลอรีนตามลำดับ:

คู่อิเล็กตรอนทั่วไปมีความเอนเอียงไปทางอะตอมไนโตรเจนซึ่งเป็นอิเล็กโทรเนกาติวิตีมากกว่า:

คำถาม 3 (3)
พันธะในโมเลกุล HCl มีขั้วน้อยกว่าในโมเลกุล HF เนื่องจากในชุดของการเปลี่ยนแปลงของ EO คลอรีนและไฮโดรเจนจะอยู่ห่างจากกันน้อยกว่าฟลูออรีนและไฮโดรเจน

คำถาม 4 (4)
พันธะเคมีโควาเลนต์เกิดจากการทำให้อิเล็กตรอนภายนอกทั่วไป ตามจำนวนคู่อิเล็กตรอนทั่วไปมันอาจเป็นเดี่ยวคู่หรือสามและตามค่าอิเล็กโทรเนกาติวิตีของอะตอมที่ก่อตัวขึ้น - โควาเลนต์มีขั้วและโควาเลนต์ไม่มีขั้ว

ตัวอย่าง 1. พิจารณาว่าโมเลกุลใดต่อไปนี้ F 2, HF, BeF 2, BF 3, PF 3, CF 4 คือ ขั้ว.

การตัดสินใจ: โมเลกุลของไดอะตอมที่เกิดจากอะตอมเดียวกัน (F 2) ไม่มีขั้วและต่างกัน (HF) มีขั้ว ขั้วของโมเลกุลที่ประกอบด้วยอะตอมตั้งแต่สามอะตอมขึ้นไปจะถูกกำหนดโดยโครงสร้างของมัน โครงสร้างของโมเลกุล BeF 2, BF 3, CF 4 ถูกอธิบายโดยใช้แนวคิดของการผสมพันธ์ ออร์บิทัลของอะตอม (ตามลำดับ sp-, sp 2 - และ sp 3 - การผสมพันธุ์) ผลรวมทางเรขาคณิตของโมเมนต์ไดโพล การเชื่อมต่อ E-F ในโมเลกุลเหล่านี้มีค่าเป็นศูนย์ดังนั้นจึงไม่มีขั้ว

เมื่อสร้างโมเลกุล PF 3 จะมีการทับซ้อนกันของสาม p-orbitals ของอะตอมฟอสฟอรัสกับ p-orbitals อิเล็กทรอนิกส์ของฟลูออรีนสามอะตอม เป็นผลให้โมเลกุลนี้มีโครงสร้างเสี้ยม เราได้ข้อสรุปที่คล้ายกันนี้หากเราใช้แนวคิดของ sp 3 - การผสมพันธุ์โดยมีคู่อิเล็กตรอนเดี่ยวเพื่ออธิบายโครงสร้างของโมเลกุล PF 3 โมเมนต์ไดโพลทั้งหมด พันธบัตรР-F ไม่เป็นศูนย์และโมเลกุลนี้มีขั้ว ผลลัพธ์สุดท้ายของการวิเคราะห์ข้างต้นแสดงอยู่ในตาราง

ตัวอย่าง 2. เพื่อแสดงลักษณะความสามารถในการวาเลนซ์ของอะตอมของออกซิเจนและซีลีเนียม

การตัดสินใจ. สูตรอิเล็กทรอนิกส์ของอะตอมออกซิเจน 1s 2 2s 2 2p 4... มีอิเล็กตรอนเพียงหกตัวบนชั้นอิเล็กตรอนด้านนอกของอะตอมนี้ซึ่งสองตัวไม่มีการจับคู่ ดังนั้นในสารประกอบออกซิเจน ความสามารถพิเศษ... นี่เป็นสถานะวาเลนซ์เดียวที่เป็นไปได้ของอะตอมออกซิเจนเนื่องจากองค์ประกอบของช่วงเวลาที่สองขาดไป ง- ออร์บิทัล

ในช่วงที่สี่อะตอมของซีลีเนียมบนชั้นอิเล็กตรอนชั้นนอกนอกเหนือไปจาก เอส- และ ร- นอกจากนี้ยังมีวงโคจร ง- วงโคจรซึ่งเมื่อตื่นเต้นสามารถถ่ายโอนได้ เอส- และ ร- อิเล็กตรอน เป็นผลให้ในกรณีของอะตอมของกำมะถัน (รูปที่ 5.9) ซีลีเนียมในสารประกอบของมันไม่เพียง สองเท่าแต่ยัง สี่- และ เฮกซะวาเลนต์.

ตัวอย่างที่ 3.จัดเรียงโมเลกุล NH 3, H 2 O, SiH 4, PH 3 ตามลำดับเพื่อเพิ่มความยาวของพันธะเคมีของธาตุ - ไฮโดรเจน

การตัดสินใจ: ความยาวของพันธะเคมีจะเพิ่มขึ้นตามการเพิ่มขึ้นของรัศมีของอะตอมที่ผูกกับอะตอมของไฮโดรเจน ตามลำดับความยาวที่เพิ่มขึ้นพันธะจะถูกจัดเรียงดังนี้: H 2 O, NH 3, PH 3, SiH 4

ตัวอย่างที่ 4.จัดเรียงโมเลกุล O 2, N 2, Cl 2, Br 2 ตามลำดับการเพิ่มพลังงานพันธะเคมี

การตัดสินใจ. พลังงานพันธะจะเพิ่มขึ้นตามความยาวที่ลดลงและเพิ่มความทวีคูณของพันธะ ดังนั้นพันธะเดี่ยวในโมเลกุลของคลอรีนจึงแข็งแรงกว่าโมเลกุลโบรมีน พันธะคู่เกิดขึ้นในโมเลกุลออกซิเจน พันธะนี้แข็งแกร่งขึ้น พันธะเดี่ยว โมเลกุลของคลอรีน แต่อ่อนกว่าพันธะสามในโมเลกุลไนโตรเจน เป็นผลให้พลังงานพันธะเคมีเพิ่มขึ้นตามลำดับดังนี้ Br 2, Cl 2, O 2, N 2

ตัวอย่างที่ 5.กำหนดชนิดของตาข่ายคริสตัลสำหรับสารต่อไปนี้: กราไฟต์สังกะสีสังกะสีคลอไรด์คาร์บอนไดออกไซด์แข็ง

การตัดสินใจ. กราไฟท์เช่นเพชรมีตาข่ายคริสตัลอะตอมในขณะที่สังกะสีมีตาข่ายคริสตัลโลหะ สังกะสีคลอไรด์มีตาข่ายผลึกไอออนิก ในโหนดของตาข่ายคริสตัลของคาร์บอนมอนอกไซด์ที่เป็นของแข็ง (IV) มีโมเลกุล CO 2 ดังนั้นสารนี้ในสถานะของแข็งจึงมีตาข่ายผลึกโมเลกุล