İyonik bağ
Kimyasal bağ teorisi alır modern kimyadaki en önemli yer... O atomların neden kimyasal parçacıklar oluşturmak için birleştiğini açıklarve bu parçacıkların kararlılığını karşılaştırmanıza izin verir... Kullanma kimyasal bağ teorisi, Yapabilmek çeşitli bileşiklerin bileşimini ve yapısını tahmin edin... Kavramı bazı kimyasal bağların kopması ve diğerlerinin oluşumu modern kavramların merkezinde yer alır kimyasal reaksiyonlar sırasında maddelerin dönüşümü hakkında.
Kimyasal bağ - bu atomların etkileşimi, kimyasal parçacık kararlılığıveya bir bütün olarak kristal. Kimyasal bağ tarafından oluşturuldu elektrostatik etkileşim arasında yüklü parçacıklar: katyonlar ve anyonlar, çekirdekler ve elektronlar... Atomlar birbirine yaklaştığında, bir atomun çekirdeği ile diğerinin elektronları arasında çekici kuvvetler ve ayrıca çekirdekler ve elektronlar arasındaki itme kuvvetleri arasında hareket etmeye başlar. Açık biraz mesafe bunlar birbirini dengelemeye zorlarve kararlı bir kimyasal parçacık oluşur.
Kimyasal bir bağ oluştuğunda, serbest atomlara kıyasla bileşikteki atomların elektron yoğunluğunun önemli bir yeniden dağılımı gerçekleşebilir.
Aşırı durumda, bu yüklü parçacıkların - iyonların oluşumuna yol açar (Yunanca "iyon" dan - gidiyor).
1 İyonların etkileşimi
Eğer bir atom birini kaybeder veya birkaç elektronSonra o pozitif iyon katyona dönüşür (Yunancadan çevrildi - " inme"). Bu nasıl katyonlar hidrojen Н +, lityum Li +, baryum Ва 2+. Elektron elde ederek atomlar negatif iyonlara - anyonlara dönüşür(Yunanca "anyon" dan - yukarı çıkmak). Anyon örnekleri florür iyonu F -, sülfür iyonu S 2−.
Katyonlar ve anyonlar yapabilirler birbirinizi çekmek... Bu olduğunda kimyasal bağve kimyasal bileşikler oluşur... Bu tür kimyasal bağlara iyonik bağ:
2 İyonik bağın tanımı
İyonik bağ kimyasal bir bağdır, eğitimli pahasına katyonlar arasında elektrostatik çekim ve anyonlar.
Bir iyonik bağın oluşum mekanizması, reaksiyon örneği ile düşünülebilir. sodyum ve klor. Bir alkali metal atomu bir elektronu kolayca kaybedebilir, ve halojen atom - satın alır... Bu sonuçlanır sodyum katyonu ve klorür iyonu... Nedeniyle bir bağlantı oluştururlar aralarında elektrostatik çekim.
Arasındaki etkileşim katyonlarve anyonlar yöne bağlı değildir, yani iyonik bağ hakkında gibi konuşmak yönsüz... Her biri katyon Yapabilmek herhangi bir sayıda anyonu çekmekve tam aksine... Bu yüzden iyonik bağ bir doymamış... Numara katı haldeki iyonlar arasındaki etkileşimler yalnızca kristalin boyutu ile sınırlıdır... Bu nedenle " molekül" iyonik bir bileşik tüm kristal olarak düşünülmelidir.
Ortaya çıkması için iyonik bağ gerekliBöylece iyonlaşma enerjilerinin toplamı E ben (bir katyon oluşturmak için) ve elektron ilgisi Bir e (anyon oluşumu için) olmalıdır enerji açısından faydalı... o aktif metal atomlarının iyonik bağ oluşumunu sınırlar (IA ve IIA gruplarının unsurları, IIIA grubunun bazı unsurları ve bazı geçiş unsurları) ve aktif metal olmayan (halojenler, kalkojenler, nitrojen).
Pratik olarak ideal bir iyonik bağ yoktur... Genellikle olarak adlandırılan bileşiklerde bile iyonik, elektronların bir atomdan diğerine tam geçişi yoktur; elektronlar kısmen ortak kullanımda kalır... Yani, bağlantı lityum florür % 80 oranında iyonikve% 20 oranında - kovalent... Bu nedenle hakkında konuşmak daha doğrudur iyoniklik derecesi (polarite) kovalent kimyasal bağ... Fark için olduğuna inanılıyor elektronegatiflikler elementler 2.1 iletişim açık % 50 iyonik... Ne zaman daha büyük fark bileşik iyonik sayılabilir.
İyonik kimyasal bağ modeli, birçok maddenin özelliklerini tanımlamak için yaygın olarak kullanılmaktadır.her şeyden önce bağlantılar alkali ve metal olmayan alkali toprak metalleri... Bunun nedeni bu tür bileşikleri açıklamanın basitliği: inşa edildiğine inanıyorum sıkıştırılamaz yüklü kürelertepki vermek katyonlar ve anyonlar... Bu durumda iyonlar, aralarındaki çekim kuvvetleri maksimum ve itme kuvvetleri minimum olacak şekilde kendilerini düzenleme eğilimindedir.
İyonik bağ - atomlar arasında güçlü bir kimyasal bağ oluşmuş elektronegatifliklerin büyük farkı (Pauling ölçeğine göre\u003e 1.7), hangisiyle genel elektron çifti daha büyük elektronegatiflik ile tamamen atoma gider. Bu, iyonların zıt yüklü cisimler olarak çekimidir. Bir örnek, "iyoniklik derecesinin"% 97 olduğu CsF bileşiğidir.
İyonik bağ - aşırı zor vaka polarizasyon kovalent kutup bağlantısı ... Arasında oluşan tipik metal ve metal olmayan... Bu durumda metaldeki elektronlar tamamen metal olmayana geç. İyonlar oluşur.
Sahip atomlar arasında kimyasal bir bağ oluşursa çok büyük elektronegatiflik farkı (Pauling'e göre EO\u003e 1.7), o zaman toplam elektron çifti tamamen daha yüksek EO ile atoma gider... Bu, bir bileşiğin oluşumuyla sonuçlanır zıt yüklü iyonlar:
Oluşan iyonlar arasında elektrostatik çekimhangisi denir iyonik bağ... Aksine, böyle bir bakış rahat... Uygulamada iyonik bağ atomlar arasında saf formu hiçbir yerde veya neredeyse hiçbir yerde uygulanmaz, genellikle aslında bağlantı kısmen iyonik, ve kısmen kovalent... Aynı zamanda iletişim karmaşık moleküler iyonlar genellikle tamamen iyonik kabul edilebilir... İyonik bağlar ile diğer kimyasal bağ türleri arasındaki en önemli farklar şunlardır: yönsüzlük ve doymamışlık... Bu nedenle iyonik bağ nedeniyle oluşan kristaller, karşılık gelen iyonların farklı en yoğun paketlenme eğilimindedir.
3 İyonik yarıçap
Basitçe elektrostatik iyonik bağ modeli kavram kullanılıyor iyonik yarıçap. Komşu katyonların ve anyonların yarıçaplarının toplamı, karşılık gelen çekirdek arası mesafeye eşit olmalıdır.:
r 0 = r + + r −
Aynı zamanda kalır belirsiznerede harcanmalı katyon ve anyon arasındaki sınır. Bugün biliniyor, saf iyonik bağ olmadığınıher zamanki gibi elektron bulutlarının bir miktar örtüşmesi var... İçin iyon yarıçaplarının hesaplanması araştırma yöntemlerini kullanınhangi iki atom arasındaki elektron yoğunluğunu belirlemenize izin verir. Nükleer mesafe bir noktaya bölünürnerede elektron yoğunluğu minimumdur.
İyonun boyutu birçok faktöre bağlıdır... Ne zaman artan seri numarası ile sabit iyon şarjı (ve sonuç olarak, nükleer yük) iyon yarıçapı azalır... Bu özellikle dikkat çekicidir lantanitler arasındanerede İyonik yarıçaplar tekdüze olarak 117 pm (La 3+) ile 100 pm (Lu 3+) arasında değişir ve koordinasyon numarası 6'dır... Bu etkiye lantanoid sıkıştırma.
İÇİNDE element grupları iyon yarıçapları genellikle seri numarası arttıkça artar... fakat için d- lantanit sıkışmasına bağlı dördüncü ve beşinci dönem unsurları iyonik yarıçapta bir azalma bile meydana gelebilir (örneğin 4+ Zr için 73 pm'den koordinasyon numarası 4 olan Hf 4+ için 72 pm'ye kadar).
Dönemde iyonik yarıçapta gözle görülür bir azalma varile ilişkili Çekirdeğin yükünde ve iyonun kendisinin yükünde eşzamanlı bir artışla elektronların çekirdeğe çekiciliğini arttırmak: Na + için 116 pm, Mg 2+ için 86 pm, Al 3+ için 68 pm (koordinasyon numarası 6). Aynı sebepten iyon yükündeki bir artış, bir element için iyonik yarıçapta bir azalmaya neden olur: Fe 2+ 77 pm, Fe 3+ 63 pm, Fe 6+ 39 pm (koordinasyon numarası 4).
Karşılaştırma iyonik yarıçap Yapabilmek sadece aynı koordinasyon numarası ile gerçekleştirinolduğu ölçüde karşı iyonlar arasındaki itici kuvvetler nedeniyle iyon boyutunu etkiler... Bu, örnekte açıkça görülmektedir iyon Ag +; iyonik yarıçapı 81, 114 ve 129 öğleden sonra için koordinasyon numaraları 2, 4 ve 6, sırasıyla.
Yapısı ideal iyonik bileşikNedeniyle farklı iyonlar arasındaki maksimum çekim ve benzer iyonların minimum itilmesi, büyük oranda katyonların ve anyonların iyonik yarıçaplarının oranı ile belirlenir... Gösterilebilir basit geometrik yapılar.
4 İyonik bağ enerjisi
Bağ enerjisive iyonik bileşik için - bu enerjihangisinde oluşumu sırasında birbirinden sonsuz uzaklıkta bulunan gazlı karşı iyonlardan salınır. Yalnızca elektrostatik kuvvetler dikkate alındığında, toplam etkileşim enerjisinin yaklaşık% 90'ına karşılık gelirhangi elektrostatik olmayan kuvvetlerin katkısını da içerir(Örneğin, elektronik mermilerin itilmesi).
Ne zaman ... Olsa iyonik bağ ikisi arasında serbest iyon enerjisi onları cazibe Coulomb yasası tarafından belirlenir:
E (dahil) \u003d Q + q− / (4π r ε),
nerede q + ve q− - ücretler etkileşen iyonlar, r - aralarındaki mesafe, ε - ortamın dielektrik sabiti.
Suçlamalardan birinden beri olumsuzsonra enerji değeri Ayrıca olumsuz olacak.
Göre coulomb yasası, üzerinde sonsuz küçük mesafelerde, çekim enerjisi sonsuz büyüklükte olmalıdır.... ama, bu olmuyor, Çünkü iyonlar nokta yükler değildir... Ne zaman yaklaşan iyonlar aralarında itici güçler ortaya çıkıyorNedeniyle elektronik bulutların etkileşimi. İyon itme enerjisitarif doğan denklemi:
E (rep.) \u003d B / rn,
nerede İÇİNDE - biraz sabit, n Yapabilmek 5'den 12'ye kadar değerler al (bağlıdır iyon boyutu). Toplam enerji, çekim ve itme enerjilerinin toplamı ile belirlenir.:
E \u003d E (dahil) + E (muhalefet)
Anlamı geçer minimum. Minimum noktanın koordinatları denge mesafesine karşılık gelir r0 ve iyonlar arasındaki etkileşimin denge enerjisi E0 :
E0 \u003d q + q− (1 - 1 / n) / (4π r0 ε)
İÇİNDE kristal kafes her zaman daha fazla etkileşim var-den bir çift iyon arasında... Bu numara öncelikle türe göre belirlenir kristal kafes ... İçin tüm etkileşimleri hesaba katmak (artan mesafe ile azalan) ifadesine iyonik enerji kristal kafes sözde sabiti tanıtın Madelunga A:
E (dahil) \u003d A q + q− / (4π r ε)
Sabit değer Madelungasadece tanımlı kafes geometrisi ve yok iyonların yarıçapına ve yüküne bağlıdır... Örneğin, sodyum klorit eşit 1,74756 .
5 iyon polarizasyonu
dışında şarj miktarları ve yarıçap önemli özellik ve o onun polarize edici özellikler... Bu konuyu daha ayrıntılı olarak ele alalım. Sahip olmak polar olmayan parçacıklar (atomlar, iyonlar, moleküller), pozitif ve negatif yüklerin ağırlık merkezleri çakışır... Bir elektrik alanında, elektron kabukları, pozitif yüklü plaka yönünde yer değiştirir ve çekirdekler - negatif yüklü plakaya doğru... Nedeniyle parçacık deformasyonu içinde doğar dipol, o olur kutup.
Kaynak İyonik bağ tipine sahip bileşiklerdeki elektrik alanı iyonların kendisidir... Bu nedenle, iyonun polarizasyon özellikleri, gereklibir farklılık yaratmak belirli bir iyonun polarize edici etkisi ve kendisinin bir elektrik alanında kutuplaşma yeteneği.
İyon polarize edici etki Olacak büyük-den güç alanının daha fazlasıyani ne daha fazla şarj ve daha az iyon yarıçapı... Bu nedenle alt gruplar içinde Periyodik Elemanlar Tablosunda iyonların polarize etkisi yukarıdan aşağıya doğru azalırberi yukarıdan aşağıya sabit bir iyon yükü değerine sahip alt gruplar, yarıçapı artar.
bu nedenle alkali metal iyonlarının polarize edici etkisi örneğin sezyumdan lityuma yükselirve arka arkaya halojenür iyonları - I'den F'ye... Dönemlerde iyonların polarize etkisi soldan sağa doğru artar birlikte iyon yükünü artırmak ve yarıçapını azaltmak.
İyon polarize edilebilirliğiyeteneği azalan kuvvet alanı ile deformasyonlar büyür, yani şarjda azalma ve yarıçapı artırmak. Anyonların polarize edilebilirliği genelde daha yüksek-den katyonlar ve arka arkaya halojenürler f'den I'ye büyür.
Açık katyonların polarizasyon özellikleri render dış elektron kabuklarının doğasını etkiler. Katyonların polarizasyon özellikleri nasıl aktifve pasif duyu -de aynı ücret ve yakın yarıçap, dolu bir kabuğa sahip katyonlardan bitmemiş bir dış kabuğa sahip katyonlara ve daha sonra 18 elektronlu bir kabuğa sahip katyonlara giderek büyür.
Örneğin, Mg 2+, Ni 2+, Zn 2+ katyonları serisinde polarizasyon özellikleri yoğunlaştırmak... Bu model, iyonun yarıçapı serisinde ve elektron kabuğunun yapısında verilen değişiklikle tutarlıdır:
Anyonlar için polarizasyon özellikleri bozulur bu sırayla:
I -, Br -, Cl -, CN -, OH -, NO 3 -, F -, ClO 4 -.
Sonuç iyonların polarizasyon etkileşimi bir elektronik kabuklarının deformasyonuve bunun bir sonucu olarak, interiyonik mesafelerin azaltılması ve negatifin eksik ayrılması ve iyonlar arasında pozitif yükler.
Örneğin, bir kristalde sodyum klorit yükleme sodyum iyonu dır-dir +0,9 ve üzerinde klor iyonu - 0.9 yerine beklenen birim... Bir molekülde KClkonumlanmış buhar hali, değer potasyum iyonları üzerindeki yükler ve klor 0.83 şarj birimidirve molekülde hidrojen klorür - sadece 0,17 şarj birimleri.
İyon polarizasyonu render iyonik bağlara sahip bileşiklerin özellikleri üzerinde fark edilir etki, erime ve kaynama noktalarını düşürmek, çözelti ve eriyiklerde elektrolitik ayrışmanın azaltılması, vb..
İyonik bileşikler ne zaman oluştu elementlerin etkileşimi, önemli ölçüde farklı kimyasal özellikler ... Daha fazla periyodik tablodaki unsurların birbirinden çıkarılmasıyani iyonik bağ, bileşiklerinde daha belirgindir. Tam aksinemoleküllerde aynı kimyasal özelliklere sahip elementlerin aynı atomlarından veya atomlarından oluşur, ortaya çıkmak diğer iletişim türleri... bu nedenle iyonik bağ teorisi Var sınırlı kullanım.
6 İyon polarizasyonunun maddelerin özellikleri ve iyonik bağların ve iyonik bileşiklerin özellikleri üzerindeki etkisi
Hakkında fikirler iyon polarizasyonları birçok benzer maddenin özelliklerindeki farklılıkları açıklamaya yardımcı olur... Örnek karşılaştırma sodyum klorit ve gümüş klorürlü potasyum gösterir ki yakın iyonik yarıçap
ag + katyonunun polarize edilebilirliğisahip olmak 18 elektronlu dış kabuk, daha yüksek, ne metal-klor bağının kuvvetinde bir artışa neden olur ve gümüş klorürün suda daha düşük çözünürlüğü.
Karşılıklı iyon polarizasyonu kristal parçalanmasını kolaylaştırır, bu şuna sebebiyet verir maddelerin erime noktalarını düşürmek... Bu yüzden erime sıcaklığı TlF (327 oo) Önemli ölçüde düşükRbF'den (798 oC) daha. Maddelerin ayrışma sıcaklığı da iyonların karşılıklı polarizasyonundaki artışla azalacaktır.... bu nedenle iyodürler genellikle daha düşük sıcaklıklarda ayrışır-den diğer halojenürler, ve lityum bileşikleri - termal olarak daha az kararlı, diğer alkali elementlerin bileşiklerinden.
Elektronik muhafazaların deforme olabilirliği maddelerin optik özelliklerini etkiler... Daha parçacık daha polarize, elektronik geçişlerin enerjisi o kadar düşük... Eğer bir polarizasyon düşük, elektronların uyarılması daha yüksek enerji gerektirirhangi cevaplar spektrumun ultraviyole kısmı... Bu tür maddeler genellikle renksiz... İyonların güçlü polarizasyonu durumunda, elektronların uyarılması, spektrumun görünür bölgesinde elektromanyetik radyasyonun emilmesi üzerine meydana gelir. bu nedenle bazı maddelertarafından oluşturuldu renksiz iyonlar, renkli.
Karakteristik iyonik bileşikler hizmet iyi çözünürlük polar çözücülerde (su, asitler vb.)... Bunun nedeni molekül parçalarının yükü... Nerede çözücü dipoller molekülün yüklü uçlarına çekilir, ve sonuç olarak Brown hareketi, « paket servisi»Molekül maddeler parçalara ayrılır ve onları sarar, yeniden bağlanmaya izin vermemek... Sonuç, çevreleyen iyonlardır. çözücü dipoller.
Bu tür bileşikleri bir kural olarak çözerken, enerji açığa çıktıtoplam enerjiden beri oluşturulmuş bağlantılar solvent-iyon, anyon-katyon bağ enerjisinden daha büyüktür... İstisnalar çoktur tuz nitrik asit (nitratlar)hangi çözüldüğünde ısıyı emer (çözümler soğutulur). İkinci gerçek, yasalar temelinde açıklanmaktadır. fiziksel kimyada düşünüldü.
7 Kristal ızgara
İyonik bileşikler (örneğin sodyum klorür NaCl) - katıve dayanıklı yüzünden iyonlarının yükleri arasında ("+" ve "-") var güçlü elektrostatik çekim kuvvetleri.
Negatif yüklü klor iyonu çekersadece "değil sizin" iyon Na +, Ayrıca çevrenizdeki diğer sodyum iyonları... o sebep olur, ne herhangi bir iyonun yakınında zıt işaretli birden fazla iyon var, ve birkaç (şek. 1).
Şekil: 1. Kristal yapı sodyum klorür NaCl.
Aslında herkes hakkında klor iyonu 6 sodyum iyonu içerirve hakkında her bir sodyum iyonu - 6 klor iyonu.
Bu sıralı iyon paketine iyonik kristal... Ayrı ise klor atomusonra arasında çevreleyen sodyum atomlarızaten onu bulmak imkansız, hangi klor reaksiyona girdi... Birbirine çekilmiş elektrostatik kuvvetler, iyonlar, dış kuvvetin etkisi altında konumlarını değiştirmeye son derece isteksizdir veya sıcaklık artışı... Ama eğer sıcaklık çok yüksek (yaklaşık 1500 ° C), sonra NaCl buharlaşırşekillendirme iki atomlu moleküller... Bu şunu önerir kovalent bağlanma kuvvetleri asla tamamen kapatma.
İyonik kristaller farklılık yüksek erime sıcaklıklarıgenelde önemli bant aralığısahip olmak iyonik iletim -de yüksek sıcaklıklar ve bir dizi spesifik optik özellik (Örneğin, yakın kızılötesi spektrumda şeffaflık). İkisinden de inşa edilebilirler tek atomluve den poliatomik iyonlar... Misal birinci tip iyonik kristaller - alkali halojenür kristallerive alkali toprak metalleri; anyonlar en yakın küresel istifleme yasasına göre düzenlenir veya yoğun top duvarcılık, katyonlar karşılık gelen boşlukları işgal eder... Çoğu karakteristik bu tür yapılar - NaCl, CsCl, CaF2. İkinci tip iyonik kristaller -den inşa edilmiş aynı metallerin ve sonlu veya sonsuz anyonik parçaların tek atomlu katyonları. Nihai anyonlar (asidik kalıntılar) - NO3-, SO42-, CO32- ve diğerleri. Asit artıkları sonsuz zincirlerde birleşebilir, katmanlarveya üç boyutlu bir iskelet oluşturmakboşluklarında katyonlar bulunurörneğin, silikatların kristal yapıları... İçin iyonik kristaller kristal yapının enerjisi hesaplanabilirU (tabloya bakınız), yaklaşık olarak eşittir süblimasyon entalpileri; Sonuçlar deneysel verilere iyi katılıyorum... Denkleme göre Mayer doğdu, için kristaloluşan resmi olarak tek yüklü iyonlar:
U \u003d -A / R + Be-R / r - C / R6 - D / R8 + E0
(R - en kısa interiyonik mesafe, VE - madelung sabiti, bağımlı itibaren yapı geometrisi, İÇİNDE ve r - seçenekler, parçacıklar arasındaki itmeyi tanımlayan, C / R6 ve D / R8 ilgili olanı karakterize etmek iyonların dipol-dipol ve dipol-quadrupol etkileşimi, E0 - sıfır noktası enerjisi, e - elektron yükü). FROM katyonun genişlemesi, dipol-dipol etkileşimlerinin katkısını artırır.
Kimyasal bağ
Bir molekülün yapısını incelerken, molekülü oluşturan nötr atomlar arasında bir bağ sağlayan kuvvetlerin doğası hakkında soru ortaya çıkar. Bir moleküldeki atomlar arasındaki bu tür bağlara kimyasal bağlar denir. İki tür kimyasal bağ vardır:
- iyonik bağ,
- kovalent bağ.
Bu bölünme bir dereceye kadar keyfidir. Çoğu durumda, ilişki her iki tür ilişkinin özelliklerine sahiptir. Sadece ayrıntılı teorik ve ampirik araştırma her durumda bağın "iyoniklik" ve "kovalent" derecesi arasındaki ilişkiyi kurmayı mümkün kılar.
Molekülleri bileşen parçalarına (atomlara) ayırmak için çalışma yapılması gerektiği ampirik olarak kanıtlanmıştır. Bu, molekül oluşumu sürecine enerji salınımının eşlik etmesi gerektiği anlamına gelir. Dolayısıyla, serbest haldeki 2 hidrojen atomu, iki atomlu bir moleküldeki aynı atomlardan daha fazla enerjiye sahiptir.
Deneyler, atomlar arasındaki etkileşim kuvvetlerinin, atomların dış değerlik elektronları nedeniyle ortaya çıktığını göstermiştir. Bu, cinsten bağımsız olarak atomların X-ışını karakteristik spektrumunu değiştirmeden korurken, kimyasal reaksiyonlara giren atomların optik spektrumundaki keskin bir değişiklikle kanıtlanır. kimyasal bileşik... Hat optik spektrumlarının değerlik elektronlarının durumu tarafından belirlendiğini hatırlıyoruz. karakteristik röntgen iç elektronları (durumlarını) belirler. Elektronların, değişmek için nispeten az enerji gerektiren kimyasal etkileşimlere katılması gerektiği açıktır. Bu elektronlar, atomların dış elektronlarıdır. İyonlaşma potansiyelleri, iç kabukların elektronlarından çok daha düşüktür.
İyonik bağ
Bir moleküldeki atomların kimyasal bağının doğası hakkındaki en basit varsayım, dış elektronlar arasında elektriksel nitelikteki etkileşim kuvvetlerinin ortaya çıktığı hipotezidir. Bu durumda, molekülün bu durumda kararlılığı için bir ön koşul, karşılıklı işaretin elektrik yükleri olan etkileşen iki atomun varlığı olacaktır. Bu tür kimyasal bağ sadece bazı moleküllerde gerçekleşir. Bu durumda etkileşen atomlar iyonlara dönüştürülür. Atomlardan biri kendisine bir veya daha fazla elektron bağlayarak negatif iyon olurken, elektron veren diğer atom pozitif iyon olur.
İyonik bağ, zıt işaretlerin yükleri arasındaki çekim kuvvetlerine benzer. Örneğin, pozitif yüklü bir sodyum iyonu ($ (Na) ^ + $), bir NaCl molekülü oluşturmak için negatif yüklü bir klor iyonuna ($ (Cl) ^ - $) çekilir.
İyonik bağ aynı zamanda heteropolar (hetero - farklı) olarak da adlandırılır. İçinde moleküller iyonik tip bağlara iyonik veya heteropolar moleküller denir.
Tek bir iyonik bağ, tüm moleküllerin yapısını açıklamada başarısız olur. Dolayısıyla, iki nötr hidrojen atomunun neden bir molekül oluşturduğunu anlamak imkansızdır. Hidrojen atomlarının aynı olması nedeniyle, bir hidrojen iyonunun pozitif ve diğerinin negatif yük taşıdığı varsayılamaz. Hidrojen molekülündeki (nötr atomlar arasındaki) bağ gibi bir bağ ancak kuantum mekaniği ile açıklanabilir. Denir kovalent bağ.
Kovalent bağ
Bir moleküldeki elektriksel olarak nötr atomlar arasında oluşan kimyasal bağa kovalent veya homeopolar bağ denir (homeo aynıdır). Böyle bir bağ temelinde oluşan moleküller homeopolar veya atomik moleküller olarak adlandırılır.
Klasik fizikte, tarafsız cisimler arasında gerçekleşen bir etkileşim türü bilinmektedir - bu yerçekimidir. Ancak yerçekimi kuvvetleri, homeopolar bir moleküldeki etkileşimi açıklamak için çok zayıftır.
Kovalent bir bağın fiziksel özü aşağıdaki gibidir. Çekirdek alanındaki bir elektron, belirli bir enerji ile belirli bir kuantum halindedir. Çekirdekler arasındaki mesafe değiştiğinde, hem elektronun hareket durumu hem de enerjisi düzeltilir. Atomlar arasındaki mesafe azalırsa, çekirdekler arasındaki etkileşim enerjisi artar, çünkü aralarında itici kuvvetler hareket eder. Ancak mesafe azaldıkça elektron enerjisi çekirdekler arasındaki etkileşim enerjisinden daha hızlı azalırsa, sistemin toplam enerjisi daha az olur. Bu, iki itici çekirdek ve bir elektrondan oluşan sistemde, çekirdekler arasındaki mesafeyi azaltma eğiliminde olan kuvvetler olduğu anlamına gelir (çekim kuvvetleri etki eder). Bu kuvvetler, moleküldeki kovalent bağın oluşmasına neden olur. Ortak bir elektronun varlığından, yani atomlar arasındaki elektronik alışverişten dolayı ortaya çıkarlar ve bu nedenle değişim kuantum kuvvetleridir.
Kovalent bağın doyma özelliği vardır. Bu özellik, atomların belirli bir değeri ile kendini gösterir. Böylece, bir hidrojen atomu bir hidrojen atomuna bağlanabilir, bir karbon atomu dörtten fazla hidrojen atomuna bağlanamaz.
Bu bağlantı, klasik fizik çerçevesinde kapsamlı bir açıklama almayan atomların değerini açıklamayı mümkün kılar. Bu nedenle, doygunluk özelliği, klasik teorideki etkileşimin doğası açısından anlaşılmazdır.
Kovalent bir bağ sadece iki atomlu moleküllerde gözlemlenemez. Çok sayıda inorganik bileşik molekülü için tipiktir (nitrik oksit, amonyak, metan, vb.).
Kovalent bağın kantitatif teorisi, 1927'de W. Heitler ve F. London tarafından kuantum mekaniği kavramları temelinde hidrojen molekülü için oluşturuldu. Kovalent bağa sahip bir molekülün oluşmasına neden olan nedenin, elektronların ayırt edilemezliği ile ilişkilendirilen kuantum mekaniği etkisi olduğu gösterilmiştir. Ana bağ enerjisi değişim integrali tarafından belirlenir. Hidrojen molekülünün sıfıra eşit bir toplam spini vardır, yörüngesel açısal momentumu yoktur ve bu nedenle diyamanyetik olmalıdır. İki hidrojen atomu çarpıştığında, bir molekül yalnızca her iki elektronun dönüşlerinin antiparalel olması koşuluyla ortaya çıkar. Paralel dönüşlerde, hidrojen atomları ittikleri için moleküller oluşturmazlar.
Kovalent bir bağ iki özdeş atomu birbirine bağlarsa, moleküldeki elektron bulutunun düzenlenmesi simetriktir. Kovalent bir bağ iki farklı atomlarmoleküldeki elektron bulutunun düzeni asimetriktir. Asimetrik elektron bulutu dağılımına sahip bir molekül, kalıcı dipol moment ve bu nedenle, kutupsaldır. Sınırlı durumda, bir elektronun atomlardan birinin yakınında bulunma olasılığı, bu elektronun başka bir atomun yakınında bulunma olasılığının önüne geçtiğinde, kovalent bağ iyonik bir bağa dönüşür. İyonik ve kovalent bağlar arasında aşılmaz bir sınır yoktur.
örnek 1
Görev: İki atom bir araya geldiğinde neler olabileceğini açıklayın.
Karar:
Atomlar arasındaki mesafeyi düşürürsek, üç durum mümkündür:
- Bir çift elektron (veya daha fazlası), dikkate alınan atomlar için ortak hale gelir. Bu elektronlar atomlar arasında hareket eder ve orada başka yerlerden daha fazla zaman geçirir. Bu yerçekimi kuvvetleri yaratır.
- İyonik bir bağ belirir. Bu durumda, bir atomun bir (veya daha fazla) elektronu diğerine gidebilir. Böylece birbirini çeken pozitif ve negatif iyonlar ortaya çıkar.
- Bağlantı yok. İki atomun elektronik yapıları örtüşür ve tek bir sistem oluşturur. Uyarınca
Karar:
Listelenen elementler alkali metallerdir ve birinci gruba aittir. Bu elementlerden herhangi birinin atomu s - durumunda tek bir dış elektrona sahiptir. İç kabukların elektronları kısmen dış elektronu nükleer yükten $ (+ Zq_e $) ayırır, sonuç olarak, dış elektronu tutan etkin yük $ (+ q) _e $ olur. Harici bir elektronu böyle bir atomdan çıkarmak için, alkali metal atomları pozitif iyonlara dönüştürülürken nispeten az iş yapılması gerekir. Daha daha fazla atomdeğerlik elektronunun çekirdekten uzaklığı ne kadar büyükse, çekirdeğin onu çektiği kuvvet o kadar az olur. Bu nedenle, belirli bir grup elementte iyonlaşma enerjisi yukarıdan aşağıya doğru azalır. periyodik sistem elementler). Soldan sağa her periyotta iyonlaşma enerjisindeki bir artış, sabit sayıda dahili perdeleme elektronu ile nükleer yükteki bir artışla ilişkilidir.