סוגי קשרים כימיים. קשר מתכת: מנגנון היווצרות. קשר כימי מתכת: דוגמאות

לכל אטום יש מספר מסוים של אלקטרונים.

כאשר נכנסים לתגובות כימיות, אטומים תורמים, צוברים או חולקים אלקטרונים, ומשיגים את התצורה האלקטרונית היציבה ביותר. התצורה עם האנרגיה הנמוכה ביותר (כמו באטומי גז אצילים) מתבררת כיציבה ביותר. דפוס זה נקרא "כלל האוקטט" (איור 1).

אוֹרֶז. 1.

כלל זה חל על כולם סוגי חיבורים. קשרים אלקטרוניים בין אטומים מאפשרים להם ליצור מבנים יציבים, מהגבישים הפשוטים ביותר ועד לביומולקולות מורכבות שבסופו של דבר יוצרות מערכות חיות. הם נבדלים מגבישים במטבוליזם הרציף שלהם. במקביל, תגובות כימיות רבות מתרחשות בהתאם למנגנונים העברה אלקטרונית, אשר ממלאים תפקיד קריטי בתהליכי אנרגיה בגוף.

קשר כימי הוא הכוח שמחזיק שני אטומים או יותר, יונים, מולקולות או כל שילוב ביניהם.

טבעו של קשר כימי הוא אוניברסלי: זהו כוח משיכה אלקטרוסטטי בין אלקטרונים בעלי מטען שלילי וגרעינים בעלי מטען חיובי, הנקבע על ידי תצורת האלקטרונים של המעטפת החיצונית של האטומים. היכולת של אטום ליצור קשרים כימיים נקראת ערכיות, או מצב חמצון. הקונספט של אלקטרונים ערכיים- אלקטרונים היוצרים קשרים כימיים, כלומר נמצאים במסלולי האנרגיה הגבוהים ביותר. בהתאם לכך, המעטפת החיצונית של האטום המכילה האורביטלים הללו נקראת מעטפת ערכיות. נכון לעכשיו, לא מספיק לציין את נוכחותו של קשר כימי, אלא יש צורך להבהיר את סוגו: יוני, קוולנטי, דיפול-דיפול, מתכתי.

סוג החיבור הראשון הואיונית קֶשֶׁר

על פי תיאוריית הערכיות האלקטרונית של לואיס וקוסל, אטומים יכולים להשיג תצורה אלקטרונית יציבה בשתי דרכים: ראשית, על ידי אובדן אלקטרונים, הפיכתם קטיונים, שנית, לרכוש אותם, להפוך ל אניונים. כתוצאה מהעברת אלקטרונים, עקב כוח המשיכה האלקטרוסטטי בין יונים בעלי מטענים של סימנים מנוגדים, נוצר קשר כימי, הנקרא על ידי קוסל " אלקטרוולנטי"(נקרא עכשיו יונית).

במקרה זה, אניונים וקטיונים יוצרים תצורה אלקטרונית יציבה עם מעטפת אלקטרונים חיצונית מלאה. קשרים יוניים טיפוסיים נוצרים מקבוצות קטיונים T ו-II בטבלה המחזורית ומאניונים של יסודות לא מתכתיים מקבוצות VI ו-VII (16 ו-17 תת קבוצות, בהתאמה, כולקוגניםו הלוגנים). הקשרים של תרכובות יוניות הם בלתי רוויים ולא כיווניים, ולכן הם שומרים על האפשרות של אינטראקציה אלקטרוסטטית עם יונים אחרים. באיור. איורים 2 ו-3 מציגים דוגמאות לקשרים יוניים התואמים למודל קוסל של העברת אלקטרונים.

אוֹרֶז. 2.

אוֹרֶז. 3.קשר יוני במולקולה של מלח שולחן (NaCl)

כאן ראוי להיזכר בכמה תכונות המסבירות את ההתנהגות של חומרים בטבע, בפרט, לשקול את הרעיון של חומצותו סיבות.

תמיסות מימיות של כל החומרים הללו הם אלקטרוליטים. הם משנים את הצבע בצורה שונה אינדיקטורים. מנגנון הפעולה של האינדיקטורים התגלה על ידי F.V. אוסטוולד. הוא הראה שהאינדיקטורים הם חומצות חלשות או בסיסים, שצבעם שונה במצבים לא מפורקים ומנותקים.

בסיסים יכולים לנטרל חומצות. לא כל הבסיסים מסיסים במים (לדוגמה, חלק מהתרכובות האורגניות שאינן מכילות קבוצות OH אינן מסיסות, במיוחד, triethylamine N(C 2 H 5) 3); בסיסים מסיסים נקראים אלקליות.

תמיסות מימיות של חומצות עוברות תגובות אופייניות:

א) עם תחמוצות מתכת - עם היווצרות מלח ומים;

ב) עם מתכות - עם היווצרות מלח ומימן;

ג) עם קרבונטים - עם היווצרות מלח, מְשׁוּתָף 2 ו נ 2 O.

התכונות של חומצות ובסיסים מתוארות על ידי מספר תיאוריות. בהתאם לתיאוריה של S.A. Arrhenius, חומצה היא חומר שמתנתק ליצירת יונים נ+ , בעוד הבסיס יוצר יונים הוּא- . תיאוריה זו אינה לוקחת בחשבון את קיומם של בסיסים אורגניים שאין להם קבוצות הידרוקסיל.

בְּהֶתְאֵם פּרוֹטוֹןלפי התיאוריה של ברונסטד ולורי, חומצה היא חומר המכיל מולקולות או יונים התורמים פרוטונים ( תורמיםפרוטונים), ובסיס הוא חומר המורכב ממולקולות או יונים המקבלים פרוטונים ( מקבליםפרוטונים). שימו לב שבתמיסות מימיות קיימות יוני מימן בצורה hydrated, כלומר בצורה של יוני הידרוניום H3O+ . תיאוריה זו מתארת תגובות לא רק עם מים ויוני הידרוקסיד, אלא גם כאלה המתבצעות בהיעדר ממס או עם ממס לא מימי.

למשל, בתגובה בין אמוניה נ.ה. 3 (בסיס חלש) ומימן כלורי בשלב הגז, נוצר אמוניום כלורי מוצק, ובתערובת שיווי משקל של שני חומרים יש תמיד 4 חלקיקים, שניים מהם חומצות, והשניים האחרים הם בסיסים:

תערובת שיווי משקל זו מורכבת משני זוגות מצומדים של חומצות ובסיסים:

1)נ.ה. 4+ ו נ.ה. 3

2) HClו Cl ‑

כאן, בכל זוג מצומד, החומצה והבסיס נבדלים בפרוטון אחד. לכל חומצה יש בסיס מצומד. לחומצה חזקה יש בסיס מצומד חלש, ולחומצה חלשה יש בסיס מצומד חזק.

תיאוריית Brønsted-Lowry עוזרת להסביר את התפקיד הייחודי של המים עבור חיי הביוספרה. מים, בהתאם לחומר המקיים איתם אינטראקציה, יכולים להפגין תכונות של חומצה או בסיס. לדוגמה, בתגובות עם תמיסות מימיות של חומצה אצטית, מים הם בסיס, ובתגובות עם תמיסות מימיות של אמוניה, זה חומצה.

1) CH 3 COOH + H2O ↔ H3O + + CH 3 COO- . כאן, מולקולת חומצה אצטית תורמת פרוטון למולקולת מים;

2) NH 3 + H2O ↔ NH 4 + + הוּא- . כאן, מולקולת אמוניה מקבלת פרוטון ממולקולת מים.

לפיכך, מים יכולים ליצור שני זוגות מצומדים:

1) H2O(חומצה) ו הוּא- (בסיס מצומד)

2) H 3 O+ (חומצה) ו H2O(בסיס מצומד).

במקרה הראשון, המים תורמים פרוטון, ובמקרה השני, הם מקבלים אותו.

נכס זה נקרא אמפיפרוטוניזם. נקראים חומרים שיכולים להגיב כחומצות וגם כבסיסים אמפוטרי. חומרים כאלה נמצאים לעתים קרובות בטבע החי. לדוגמה, חומצות אמינו יכולות ליצור מלחים עם חומצות ובסיסים כאחד. לכן, פפטידים יוצרים בקלות תרכובות תיאום עם יוני המתכת הקיימים.

לפיכך, תכונה אופיינית של קשר יוני היא תנועה מלאה של האלקטרונים המחוברים לאחד הגרעינים. זה אומר שבין היונים יש אזור שבו צפיפות האלקטרונים כמעט אפס.

סוג החיבור השני הואקוולנטי קֶשֶׁר

אטומים יכולים ליצור תצורות אלקטרוניות יציבות על ידי שיתוף אלקטרונים.

קשר כזה נוצר כאשר זוג אלקטרונים משותף אחד בכל פעם מכולםאָטוֹם. במקרה זה, אלקטרוני הקשר המשותף מחולקים באופן שווה בין האטומים. דוגמאות לקשרים קוולנטיים כוללים הומו-גרעינידיאטומי מולקולות H 2 , נ 2 , ו 2. אותו סוג של חיבור נמצא באלוטרופים O 2 ואוזון O 3 ולמולקולה פוליאטומית ס 8 וגם מולקולות הטרון-גרעיניותמימן כלורי HCl, פחמן דו חמצני מְשׁוּתָף 2, מתאן CH 4, אתנול עִם 2 נ 5 הוּא, hexafluoride גופרית SF 6, אצטילן עִם 2 נ 2. כל המולקולות הללו חולקות את אותם אלקטרונים, והקשרים שלהן רוויים ומכוונים באותו אופן (איור 4).

לביולוגים חשוב שלקשרים כפולים ומשולשים יש רדיוסים אטומיים קוולנטיים מופחתים בהשוואה לקשר בודד.

אוֹרֶז. 4.קשר קוולנטי במולקולת Cl 2.

סוגי קשרים יוניים וקולנטיים הם שני מקרים קיצוניים של סוגי הקשרים הכימיים הרבים הקיימים, ובפועל רוב הקשרים הם ביניים.

תרכובות של שני יסודות הממוקמים בקצוות מנוגדים של תקופות זהות או שונות של המערכת המחזורית יוצרים בעיקר קשרים יוניים. כאשר יסודות מתקרבים זה לזה בתוך תקופה, האופי היוני של התרכובות שלהם פוחת, והאופי הקוולנטי עולה. לדוגמה, ההלידים והתחמוצות של יסודות בצד שמאל של הטבלה המחזורית יוצרים בעיקר קשרים יוניים ( NaCl, AgBr, BaSO 4, CaCO 3, KNO 3, CaO, NaOH), ואותן תרכובות של יסודות בצד ימין של הטבלה הן קוולנטיות ( H 2 O, CO 2, NH 3, NO 2, CH 4, פנול C6H5OH, גלוקוז C 6 H 12 O 6, אתנול C 2 H 5 OH).

לקשר הקוולנטי, בתורו, יש שינוי אחד נוסף.

ביונים פוליאטומיים ובמולקולות ביולוגיות מורכבות, שני האלקטרונים יכולים להגיע רק מהם אֶחָדאָטוֹם. זה נקרא תוֹרֵםזוג אלקטרונים. אטום שחולק את זוג האלקטרונים הזה עם תורם נקרא מקבלזוג אלקטרונים. סוג זה של קשר קוולנטי נקרא תיאום (תורם-מקבל, אוֹדייב) תִקשׁוֹרֶת(איור 5). סוג קשר זה חשוב ביותר לביולוגיה ולרפואה, שכן הכימיה של יסודות ה-D החשובים ביותר לחילוף החומרים מתוארת במידה רבה על ידי קשרי קואורדינציה.

תְאֵנָה. 5.

ככלל, בתרכובת מורכבת אטום המתכת פועל כמקבל של זוג אלקטרונים; להיפך, בקשרים יוניים וקוולנטיים אטום המתכת הוא תורם אלקטרונים.

את מהות הקשר הקוולנטי ומגוון שלו - קשר הקואורדינציה - ניתן לברר בעזרת תיאוריה נוספת של חומצות ובסיסים שהציע GN. לואיס. הוא הרחיב במידת מה את המושג הסמנטי של המונחים "חומצה" ו"בסיס" לפי תיאוריית ברונסטד-לורי. התיאוריה של לואיס מסבירה את אופי היווצרותם של יונים מורכבים והשתתפותם של חומרים בתגובות החלפה נוקלאופיליות, כלומר ביצירת CS.

לפי לואיס, חומצה היא חומר המסוגל ליצור קשר קוולנטי על ידי קבלת זוג אלקטרונים מבסיס. בסיס לואיס הוא חומר שיש לו זוג אלקטרונים בודד, אשר על ידי תרומת אלקטרונים, יוצר קשר קוולנטי עם חומצת לואיס.

כלומר, התיאוריה של לואיס מרחיבה את מגוון תגובות חומצה-בסיס גם לתגובות שבהן פרוטונים אינם משתתפים כלל. יתרה מכך, הפרוטון עצמו, לפי תיאוריה זו, הוא גם חומצה, שכן הוא מסוגל לקבל זוג אלקטרונים.

לכן, לפי תיאוריה זו, הקטיונים הם חומצות לואיס והאניונים הם בסיסי לואיס. דוגמה לכך תהיה התגובות הבאות:

צוין לעיל כי חלוקת החומרים ליונים ולקוולנטיים היא יחסית, שכן מעבר אלקטרונים מוחלט מאטומי מתכת לאטומי מקבל אינה מתרחשת במולקולות קוולנטיות. בתרכובות עם קשרים יוניים, כל יון נמצא בשדה החשמלי של יונים בסימן ההפוך, ולכן הם מקוטבים הדדית, והקליפות שלהם מעוותות.

יכולת קיטובנקבע על פי המבנה האלקטרוני, המטען והגודל של היון; עבור אניונים זה גבוה יותר מאשר עבור קטיונים. יכולת הקיטוב הגבוהה ביותר בקרב קטיונים היא עבור קטיונים בעלי מטען גבוה יותר וגודל קטן יותר, למשל, Hg 2+, Cd 2+, Pb 2+, Al 3+, Tl 3+. בעל אפקט מקטב חזק נ+ . מכיוון שהשפעת קיטוב היונים היא דו-כיוונית, היא משנה משמעותית את תכונות התרכובות שהם יוצרים.

סוג החיבור השלישי הואדיפול-דיפול קֶשֶׁר

בנוסף לסוגי התקשורת המפורטים, ישנם גם דיפול-דיפול אינטרמולקולריתאינטראקציות, הנקראות גם ואן דר ואלס .

עוצמת האינטראקציות הללו תלויה באופי המולקולות.

ישנם שלושה סוגים של אינטראקציות: דיפול קבוע - דיפול קבוע ( דיפול-דיפולמְשִׁיכָה); דיפול קבוע - דיפול מושרה ( הַשׁרָאָהמְשִׁיכָה); דיפול מיידי - דיפול מושרה ( מפזרמשיכה, או כוחות לונדון; אוֹרֶז. 6).

אוֹרֶז. 6.

רק למולקולות עם קשרים קוולנטיים קוטביים יש מומנט דיפול-דיפול ( HCl, NH 3, SO 2, H 2 O, C 6 H 5 Cl), וחוזק הקשר הוא 1-2 דבאיה(1D = 3.338 × 10‑30 מטר קולומב - C × מ').

בביוכימיה, יש סוג אחר של קשר - מֵימָן חיבור שהוא מקרה מגביל דיפול-דיפולמְשִׁיכָה. קשר זה נוצר על ידי המשיכה בין אטום מימן לאטום אלקטרוני שלילי קטן, לרוב חמצן, פלואור וחנקן. עם אטומים גדולים בעלי אלקטרושליליות דומה (כגון כלור וגופרית), קשר המימן חלש הרבה יותר. אטום המימן נבדל בתכונה משמעותית אחת: כאשר האלקטרונים המחוברים נמשכים משם, הגרעין שלו - הפרוטון - נחשף ואינו מוגן עוד על ידי אלקטרונים.

לכן, האטום הופך לדיפול גדול.

קשר מימן, בניגוד לקשר ואן דר ואלס, נוצר לא רק במהלך אינטראקציות בין מולקולריות, אלא גם בתוך מולקולה אחת - תוך מולקולריקשר מימן. קשרי מימן ממלאים תפקיד חשוב בביוכימיה, למשל, לייצוב מבנה החלבונים בצורה של a-helix, או ליצירת סליל כפול של DNA (איור 7).

איור.7.

קשרי מימן ואן דר ואלס חלשים הרבה יותר מקשרים יוניים, קוולנטיים וקורדינציה. האנרגיה של קשרים בין-מולקולריים מצוינת בטבלה. 1.

טבלה 1.אנרגיה של כוחות בין-מולקולריים

פֶּתֶק: מידת האינטראקציות הבין-מולקולריות משתקפת באנטלפיה של ההיתוך והאידוי (הרתחה). תרכובות יוניות דורשות יותר אנרגיה להפרדת יונים מאשר להפרדת מולקולות. האנטלפיה של התכה של תרכובות יוניות גבוהה בהרבה מזו של תרכובות מולקולריות.

הסוג הרביעי של חיבור הואחיבור מתכת

לבסוף, יש סוג נוסף של קשרים בין מולקולריים - מַתֶכֶת: חיבור של יונים חיוביים של סריג מתכת עם אלקטרונים חופשיים. סוג זה של קשר אינו מתרחש בחפצים ביולוגיים.

מסקירה קצרה של סוגי קשרים מתברר פרט אחד: פרמטר חשוב של אטום מתכת או יון - תורם אלקטרונים, כמו גם אטום - מקבל אלקטרונים, הוא שלו גוֹדֶל.

מבלי להיכנס לפרטים, נציין כי הרדיוסים הקוולנטיים של האטומים, הרדיוסים היוניים של מתכות ורדיוסי ואן דר ואלס של מולקולות המקיימות אינטראקציה גדלים ככל שמספר האטומי שלהן גדל בקבוצות של המערכת המחזורית. במקרה זה, ערכי רדיוסי היונים הם הקטנים ביותר, ורדיוסי ואן דר ואלס הם הגדולים ביותר. ככלל, כאשר נעים למטה בקבוצה, הרדיוסים של כל האלמנטים גדלים, הן קוולנטיות והן ואן דר וואלס.

החשיבות הגדולה ביותר עבור ביולוגים ורופאים הם תֵאוּם(תורם-מקבל) קשרים שנחשבים על ידי כימיה של קואורדינציה.

ביו-אורגניות רפואיות. G.K. ברשקוב

למושג קשר כימי יש חשיבות לא קטנה בתחומים שונים של הכימיה כמדע. זה נובע מהעובדה שבעזרתה אטומים בודדים מסוגלים להתאחד למולקולות, ויוצרים כל מיני חומרים, אשר, בתורם, הם נושא למחקר כימי.

מגוון האטומים והמולקולות קשור להופעתם של סוגים שונים של קשרים ביניהם. סוגים שונים של מולקולות מאופיינות במאפיינים משלהם של חלוקת אלקטרונים, ולכן סוגי הקשרים שלהם.

מושגים בסיסיים

קשר כימינקרא קבוצה של אינטראקציות המובילות לחיבור של אטומים עם היווצרות של חלקיקים יציבים בעלי מבנה מורכב יותר (מולקולות, יונים, רדיקלים), כמו גם אגרגטים (גבישים, כוסות וכו'). אופי האינטראקציות הללו הוא חשמלי באופיים, והן מתעוררות במהלך התפלגות אלקטרונים ערכיים באטומים מתקרבים.

ולנס קיבלשם את היכולת של אטום ליצור מספר מסוים של קשרים עם אטומים אחרים. בתרכובות יוניות, מספר האלקטרונים שמוותר או נצבר נלקח כערך הערכיות. בתרכובות קוולנטיות זה שווה למספר זוגות האלקטרונים המשותפים.

תַחַת מידת החמצון מובנת כתנאיהמטען שיכול להיות על אטום אם כל הקשרים הקוולנטיים הקוטביים היו בטבע יוני.

הריבוי של חיבור נקראמספר זוגות האלקטרונים המשותפים בין האטומים הנבדקים.

ניתן לחלק את הקשרים הנחשבים בענפי הכימיה לשני סוגים של קשרים כימיים: אלו המובילים ליצירת חומרים חדשים (אינטרמולקולריים) , ואלה המתרחשים בין מולקולות (בין מולקולריות).

מאפייני תקשורת בסיסיים

אנרגיה של תקשורתהיא האנרגיה הנדרשת כדי לשבור את כל הקשרים הקיימים במולקולה. זוהי גם האנרגיה המשתחררת במהלך יצירת הקשר.

אורך קישורהוא המרחק בין גרעיני אטומים שכנים במולקולה שבה מאוזנים כוחות המשיכה והדחייה.

שני המאפיינים הללו של קשר כימי בין אטומים הם מדד לחוזק שלו: ככל שהאורך קצר יותר וככל שהאנרגיה גדולה יותר, הקשר חזק יותר.

זווית קשרנהוג לקרוא לזווית בין הקווים המיוצגים העוברים בכיוון התקשורת דרך גרעיני האטומים.

שיטות לתיאור קשרים

שתי הגישות הנפוצות ביותר להסבר הקשר הכימי, שאלו ממכניקת הקוונטים:

שיטת מסלול מולקולרי.הוא רואה במולקולה אוסף של אלקטרונים וגרעינים אטומיים, כאשר כל אלקטרון בודד נע בשדה הפעולה של כל שאר האלקטרונים והגרעינים. למולקולה יש מבנה מסלולי, וכל האלקטרונים שלה מפוזרים במסלולים אלו. שיטה זו נקראת גם MO LCAO, כלומר "שילוב מסלול מולקולרי - ליניארי

שיטת אג"ח וולנס.מייצג מולקולה כמערכת של שני אורביטלים מולקולריים מרכזיים. יתרה מכך, כל אחד מהם מתאים לקשר אחד בין שני אטומים שכנים במולקולה. השיטה מבוססת על ההוראות הבאות:

יצירת קשר כימי מתבצעת על ידי זוג אלקטרונים בעלי ספינים מנוגדים, הממוקמים בין שני האטומים המדוברים. צמד האלקטרונים שנוצר שייך לשני האטומים באופן שווה.
מספר הקשרים הנוצרים על ידי אטום כזה או אחר שווה למספר האלקטרונים הבלתי מזווגים באדמה ובמצבים נרגשים.
אם זוגות אלקטרונים אינם משתתפים ביצירת קשר, אז הם נקראים זוגות בודדים.

אלקטרוני שליליות

ניתן לקבוע את סוג הקשר הכימי בחומרים על סמך ההבדל בערכי האלקטרושליליות של האטומים המרכיבים אותו. תַחַת אלקטרושליליותלהבין את היכולת של אטומים למשוך צמדי אלקטרונים משותפים (ענן אלקטרונים), מה שמוביל לקיטוב הקשר.

ישנן דרכים שונות לקבוע את ערכי האלקטרושליליות של יסודות כימיים. עם זאת, הסולם המשמש ביותר הוא הסולם המבוסס על נתונים תרמודינמיים, שהוצע עוד בשנת 1932 על ידי ל. פאולינג.

ככל שההבדל באלקטרושליליות של אטומים גדול יותר, כך היוניוניות שלו בולטת יותר. להיפך, ערכי אלקטרושליליות שווים או דומים מצביעים על האופי הקוולנטי של הקשר. במילים אחרות, ניתן לקבוע באופן מתמטי איזה קשר כימי נצפה במולקולה מסוימת. כדי לעשות זאת, אתה צריך לחשב ΔХ - ההבדל באלקטרושליליות של אטומים באמצעות הנוסחה: ΔХ=|Х 1 -X 2 |.

אִם ΔХ>1.7,אז הקשר הוא יוני.
אִם 0.5≤ΔХ≤1.7,אז הקשר הקוולנטי הוא קוטבי.
אִם ΔХ=0או קרוב אליו, אז הקשר מסווג כקוולנטי לא קוטבי.

קשר יוני

קשר יוני הוא קשר המופיע בין יונים או עקב נסיגה מלאה של זוג אלקטרונים משותף על ידי אחד האטומים. בחומרים, סוג זה של קשר כימי מתבצע על ידי כוחות משיכה אלקטרוסטטית.

יונים הם חלקיקים טעונים הנוצרים מאטומים על ידי צבירה או איבוד של אלקטרונים. אם אטום מקבל אלקטרונים, הוא רוכש מטען שלילי והופך לאניון. אם אטום מוותר על אלקטרונים ערכיים, הוא הופך לחלקיק בעל מטען חיובי הנקרא קטיון.

זה אופייני לתרכובות הנוצרות על ידי אינטראקציה של אטומים של מתכות טיפוסיות עם אטומים של לא-מתכות טיפוסיות. הסיבה העיקרית לתהליך זה היא הרצון של אטומים לרכוש תצורות אלקטרוניות יציבות. ובשביל זה, מתכות טיפוסיות ולא מתכות צריכות לתת או לקבל רק 1-2 אלקטרונים, מה שהם עושים בקלות.

מנגנון היווצרות של קשר כימי יוני במולקולה נחשב באופן מסורתי באמצעות הדוגמה של האינטראקציה של נתרן וכלור. אטומי מתכת אלקלית מוותרים בקלות על אלקטרון, הנמשך על ידי אטום הלוגן. כתוצאה מכך נוצרים הקטיון Na + והאניון Cl - המוחזקים יחד על ידי משיכה אלקטרוסטטית.

אין קשר יוני אידיאלי. אפילו בתרכובות כאלה, שלעתים קרובות מסווגות כיוניות, ההעברה הסופית של אלקטרונים מאטום לאטום אינה מתרחשת. זוג האלקטרונים שנוצר עדיין נשאר בשימוש נפוץ. לכן, הם מדברים על מידת היוניות של קשר קוולנטי.

קשר יוני מאופיין בשתי תכונות עיקריות הקשורות זו לזו:

אי-כיווניות, כלומר לשדה החשמלי סביב היון יש צורה של כדור;
חוסר רוויה, כלומר, מספר היונים בעלי מטען הפוך שניתן למקם סביב כל יון, נקבע על פי הגדלים שלהם.

קשר כימי קוולנטי

קשר שנוצר על ידי ענני אלקטרונים חופפים של אטומים לא מתכתיים, כלומר מבוצע על ידי זוג אלקטרונים משותף, נקרא קשר קוולנטי. מספר זוגות האלקטרונים המשותפים קובע את ריבוי הקשר. לפיכך, אטומי מימן מחוברים בקשר H··H יחיד, ואטומי חמצן יוצרים קשר כפול O::O.

ישנם שני מנגנונים להיווצרותו:

החלפה - כל אטום מייצג אלקטרון אחד ליצירת זוג משותף: A· + ·B = A:B, בעוד אורביטלים אטומיים חיצוניים, שעליהם נמצא אלקטרון אחד, משתתפים בחיבור.
תורם-מקבל - ליצירת קשר, אחד האטומים (התורם) מספק זוג אלקטרונים, והשני (המקבל) מספק אורביטל חופשי למיקומו: A + : B = A: B.

גם הדרכים שבהן ענני אלקטרונים חופפים במהלך יצירת קשר כימי קוולנטי שונים.

יָשִׁיר. אזור חפיפת העננים נמצא על קו דמיוני ישר המחבר את גרעיני האטומים המדוברים. במקרה זה נוצרים קשרי σ. סוג הקשר הכימי המתרחש במקרה זה תלוי בסוג ענני האלקטרונים החופפים: קשרי s-s, s-p, p-p, s-d או p-d σ. בחלקיק (מולקולה או יון), רק קשר σ אחד אפשרי בין שני אטומים שכנים.
צְדָדִי. זה מתבצע משני צידי הקו המחבר את גרעיני האטומים. כך נוצר קשר π, וגם הזנים שלו אפשריים: p-p, p-d, d-d. קשר π לעולם לא נוצר בנפרד מקשר σ הוא יכול להתרחש במולקולות המכילות קשרים מרובים (כפולים ומשולשים).

תכונות של קשרים קוולנטיים

הם קובעים את התכונות הכימיות והפיזיקליות של תרכובות. המאפיינים העיקריים של כל קשר כימי בחומרים הם הכיווניות שלו, הקוטביות והקיטוב שלו, כמו גם הרוויה.

מוֹקֵדהקשרים נקבעים על ידי התכונות של המבנה המולקולרי של חומרים והצורה הגיאומטרית של המולקולות שלהם. המהות שלו היא שהחפיפה הטובה ביותר של ענני אלקטרונים אפשרית עם אוריינטציה מסוימת במרחב. האפשרויות ליצירת קשרי σ ו-π כבר נדונו לעיל.

תַחַת רִוּוּילהבין את היכולת של אטומים ליצור מספר מסוים של קשרים כימיים במולקולה. מספר הקשרים הקוולנטיים לכל אטום מוגבל במספר האורביטלים החיצוניים.

קוטביותהקשר תלוי בהבדל בערכי האלקטרושליליות של האטומים. אחידות חלוקת האלקטרונים בין גרעיני האטומים תלויה בה. על פי מאפיין זה, קשר קוולנטי יכול להיות קוטבי או לא קוטבי.

אם זוג האלקטרונים המשותף שייך באופן שווה לכל אחד מהאטומים וממוקם באותו מרחק מהגרעינים שלהם, אזי הקשר הקוולנטי אינו קוטבי.
אם זוג אלקטרונים משותף נעקר לכיוון הגרעין של אחד האטומים, אז נוצר קשר כימי קוטבי קוולנטי.

יכולת קיטובמתבטא בעקירה של אלקטרוני קשר בהשפעת שדה חשמלי חיצוני, שעשוי להיות שייך לחלקיק אחר, לקשרים שכנים באותה מולקולה, או להגיע ממקורות חיצוניים של שדות אלקטרומגנטיים. לפיכך, קשר קוולנטי בהשפעתם יכול לשנות את הקוטביות שלו.

בהכלאה של אורביטלים אנו מתכוונים לשינוי בצורות שלהם במהלך קשר כימי. זה הכרחי כדי להשיג את החפיפה היעילה ביותר. קיימים סוגי הכלאה הבאים:

sp3. s אחד ושלושה אורביטלים p יוצרים ארבעה אורביטלים "היברידיים" מאותה צורה. כלפי חוץ הוא דומה לטטרהדרון עם זווית בין הצירים של 109°.
sp2. s-ושני p-אורביטלים אחד יוצרים משולש שטוח עם זווית בין הצירים של 120°.
sp. s-ואחד-p-אורביטל יוצרים שני אורביטלים "היברידיים" עם זווית בין הצירים שלהם של 180°.

תכונה מיוחדת של המבנה של אטומי מתכת היא הרדיוס הגדול למדי שלהם ונוכחותם של מספר קטן של אלקטרונים באורביטלים החיצוניים. כתוצאה מכך, ביסודות כימיים כאלה הקשר בין הגרעין לאלקטרוני הערכיות חלש יחסית ונשבר בקלות.

מַתֶכֶתקשר הוא אינטראקציה בין אטומי מתכת ליונים המתרחשת בעזרת אלקטרונים שהוקפאו.

בחלקיקי מתכת, אלקטרוני ערכיות יכולים לעזוב בקלות את האורביטלים החיצוניים, כמו גם לתפוס מקומות פנויים עליהם. לפיכך, ברגעי זמן שונים אותו חלקיק יכול להיות אטום ויון. האלקטרונים המנותקים מהם נעים בחופשיות לאורך כל נפח סריג הגביש ומבצעים קשר כימי.

לסוג זה של קשר יש קווי דמיון עם קשרים יוניים וקולנטיים. בדיוק כמו קשרים יוניים, קשרים מתכתיים מחייבים קיום יונים. אבל אם יש צורך בקטיונים ואניונים כדי לבצע אינטראקציה אלקטרוסטטית במקרה הראשון, אז במקרה השני, תפקידם של חלקיקים טעונים שלילי ממלאים אלקטרונים. כאשר משווים קשר מתכתי לקשר קוולנטי, שניהם דורשים להיווצרות אלקטרונים משותפים. עם זאת, בניגוד לקשרים כימיים קוטביים, הם אינם ממוקמים בין שני אטומים, אלא שייכים לכל חלקיקי המתכת בסריג הגביש.

קשר מתכתי אחראי לתכונות המיוחדות של כמעט כל המתכות:

פלסטיות קיימת עקב האפשרות של תזוזה של שכבות של אטומים בסריג גביש המוחזק על ידי גז אלקטרונים;
ברק מתכתי, הנצפה עקב השתקפות של קרני אור מאלקטרונים (במצב האבקה אין סריג גביש, ולכן אלקטרונים נעים דרכו);
מוליכות חשמלית, המתבצעת על ידי זרימה של חלקיקים טעונים, ובמקרה זה אלקטרונים קטנים נעים בחופשיות בין יוני מתכת גדולים;
מוליכות תרמית נצפית בשל יכולתם של אלקטרונים להעביר חום.

סוג זה של קשר כימי נקרא לפעמים ביניים בין אינטראקציות קוולנטיות לאינטראקציות בין-מולקולריות. אם לאטום מימן יש קשר עם אחד מהיסודות האלקטרוניטיביים ביותר (כגון זרחן, חמצן, כלור, חנקן), אז הוא מסוגל ליצור קשר נוסף, הנקרא קשר מימן.

זה הרבה יותר חלש מכל סוגי הקשרים שנדונו לעיל (אנרגיה לא יותר מ-40 קילו ג'ל/מול), אבל אי אפשר להזניח אותו. זו הסיבה שקשר כימי מימן מופיע בתור קו מקווקו בתרשים.

התרחשות של קשר מימן אפשרית עקב האינטראקציה האלקטרוסטטית התורם-מקבל בו-זמנית. הבדל גדול בערכי האלקטרושליליות מוביל להופעת צפיפות אלקטרונים עודפת על O, N, F ואטומים אחרים, כמו גם למחסור שלו על אטום המימן. במקרה שאין קשר כימי קיים בין אטומים כאלה, כשהם קרובים מספיק, מופעלים כוחות משיכה. במקרה זה, הפרוטון הוא המקבל של זוג האלקטרונים, והאטום השני הוא התורם.

קשרי מימן יכולים להתרחש הן בין מולקולות שכנות, למשל, מים, חומצות קרבוקסיליות, אלכוהול, אמוניה, והן בתוך מולקולה, למשל, חומצה סליצילית.

נוכחותם של קשרי מימן בין מולקולות מים מסבירה מספר תכונות פיזיקליות ייחודיות שלה:

ערכי קיבולת החום שלו, הקבוע הדיאלקטרי, נקודות הרתיחה וההתכה שלו, בהתאם לחישובים, צריכים להיות נמוכים משמעותית מהאמיתיים, מה שמוסבר על ידי הקישוריות של מולקולות והצורך להוציא אנרגיה על שבירת קשרי מימן בין מולקולריים.
בניגוד לחומרים אחרים, נפח המים גדל ככל שהטמפרטורה יורדת. זה קורה בשל העובדה שהמולקולות תופסות מיקום מסוים במבנה הגבישי של הקרח ומתרחקות זו מזו באורך קשר המימן.

קשר זה ממלא תפקיד מיוחד עבור אורגניזמים חיים, שכן נוכחותו במולקולות חלבון קובעת את המבנה המיוחד שלהם, ולכן את תכונותיהם. בנוסף, חומצות גרעין, המרכיבות את הסליל הכפול של ה-DNA, מחוברות גם הן בקשרי מימן.

קשרים בקריסטלים

לרובם המוחלט של המוצקים יש סריג קריסטל - סידור יחסי מיוחד של החלקיקים היוצרים אותם. במקרה זה, מחזוריות תלת מימדית נצפית, ואטומים, מולקולות או יונים ממוקמים בצמתים, המחוברים בקווים דמיוניים. בהתאם לאופי החלקיקים הללו והקשרים ביניהם, כל המבנים הגבישיים מחולקים לאטומיים, מולקולריים, יוניים ומתכתיים.

הצמתים של סריג הגביש היוני מכילים קטיונים ואניונים. יתר על כן, כל אחד מהם מוקף במספר מוגדר בהחלט של יונים עם המטען ההפוך בלבד. דוגמה טיפוסית היא נתרן כלורי (NaCl). הם נוטים להיות בעלי נקודות התכה וקשיות גבוהות מכיוון שהם דורשים הרבה אנרגיה כדי להתפרק.

בצמתים של סריג הגביש המולקולרי יש מולקולות של חומרים שנוצרו על ידי קשרים קוולנטיים (לדוגמה, I 2). הם מחוברים זה לזה באינטראקציה חלשה של ואן דר ואלס, ולכן קל להרוס מבנה כזה. לתרכובות כאלה יש נקודות רתיחה והתכה נמוכות.

סריג הגביש האטומי נוצר על ידי אטומים של יסודות כימיים בעלי ערכי ערכיות גבוהים. הם מחוברים בקשרים קוולנטיים חזקים, מה שאומר שלחומרים יש נקודות רתיחה והתכה גבוהות וקשיות רבה. דוגמה לכך היא יהלום.

לפיכך, לכל סוגי הקשרים הקיימים בחומרים כימיים יש מאפיינים משלהם, המסבירים את הדקויות של האינטראקציה של חלקיקים במולקולות ובחומרים. תכונות התרכובות תלויות בהן. הם קובעים את כל התהליכים המתרחשים בסביבה.

מאפיינים של קשרים כימיים

הדוקטרינה של קשר כימי מהווה את הבסיס לכל כימיה תיאורטית. קשר כימי מובן כאינטראקציה של אטומים הקושרים אותם למולקולות, יונים, רדיקלים וגבישים. ישנם ארבעה סוגים של קשרים כימיים: יוני, קוולנטי, מתכתי ומימן. ניתן למצוא סוגים שונים של קשרים באותם חומרים.

1. בבסיסים: בין אטומי החמצן והמימן בקבוצות הידרוקסו הקשר הוא קוולנטי קוטבי, ובין המתכת לקבוצת ההידרוקסו הוא יוני.

2. במלחים של חומצות המכילות חמצן: בין האטום הלא מתכתי לחמצן של השריד החומצי - קוטבי קוולנטי, ובין המתכת לשריד החומצי - יוני.

3. במלחי אמוניום, מתיל-אמוניום וכו', בין אטומי החנקן למימן יש קוולנטי קוטבי, ובין יוני אמוניום או מתיל-אמוניום לשארית החומצה - יונית.

4. בפרוקסיד מתכת (למשל Na 2 O 2) הקשר בין אטומי החמצן הוא קוולנטי, לא קוטבי, ובין המתכת לחמצן הוא יוני וכו'.

הסיבה לאחדות של כל סוגי וסוגי הקשרים הכימיים היא האופי הכימי הזהה שלהם - אינטראקציה אלקטרונית-גרעינית. היווצרות של קשר כימי בכל מקרה היא תוצאה של אינטראקציה אלקטרונית-גרעינית של אטומים, המלווה בשחרור אנרגיה.

שיטות ליצירת קשר קוולנטי

קשר כימי קוולנטיהוא קשר שנוצר בין אטומים עקב היווצרות של זוגות אלקטרונים משותפים.

תרכובות קוולנטיות הן בדרך כלל גזים, נוזלים או מוצקים בעלי התכה נמוכה יחסית. אחד היוצאים מן הכלל הנדירים הוא יהלום, הנמס מעל 3,500 מעלות צלזיוס. זה מוסבר על ידי מבנה היהלום, שהוא סריג רציף של אטומי פחמן קשורים קוולנטית, ולא אוסף של מולקולות בודדות. למעשה, כל גביש יהלום, ללא קשר לגודלו, הוא מולקולה אחת ענקית.

קשר קוולנטי מתרחש כאשר האלקטרונים של שני אטומים לא מתכתיים מתאחדים. המבנה שנוצר נקרא מולקולה.

מנגנון היווצרות של קשר כזה יכול להיות חליפין או תורם-מקבל.

ברוב המקרים, לשני אטומים בקשר קוולנטי יש אלקטרושליליות שונה והאלקטרונים המשותפים אינם שייכים לשני האטומים באופן שווה. רוב הזמן הם קרובים יותר לאטום אחד מאשר לאחר. במולקולת מימן כלורי, למשל, האלקטרונים היוצרים קשר קוולנטי ממוקמים קרוב יותר לאטום הכלור מכיוון שהאלקטרושליליות שלו גבוהה מזו של מימן. עם זאת, ההבדל ביכולת למשוך אלקטרונים אינו גדול מספיק כדי להתרחש העברה מלאה של אלקטרונים מאטום המימן לאטום הכלור. לכן, הקשר בין אטומי מימן וכלור יכול להיחשב כהצלבה בין קשר יוני (העברת אלקטרונים מלאה) לקשר קוולנטי לא קוטבי (סידור סימטרי של זוג אלקטרונים בין שני אטומים). המטען החלקי על אטומים מסומן באות היוונית δ. קשר כזה נקרא קשר קוולנטי קוטבי, ונאמר שמולקולת המימן כלורי היא קוטבית, כלומר יש לה קצה מטען חיובי (אטום מימן) וקצה מטען שלילי (אטום כלור).

1. מנגנון ההחלפה פועל כאשר אטומים יוצרים זוגות אלקטרונים משותפים על ידי שילוב אלקטרונים לא מזווגים.

1) H 2 - מימן.

הקשר מתרחש עקב היווצרות זוג אלקטרונים משותף על ידי s-אלקטרונים של אטומי מימן (ס-אורביטלים חופפים).

2) HCl - מימן כלורי.

הקשר מתרחש עקב היווצרות זוג אלקטרונים משותף של s- ו-p-אלקטרונים (אורביטלים s-p חופפים).

3) Cl 2: במולקולת כלור נוצר קשר קוולנטי עקב אלקטרונים p-p לא מזווגים (אורביטלים p-p חופפים).

4) N 2: במולקולת החנקן נוצרים שלושה זוגות אלקטרונים נפוצים בין האטומים.

מנגנון מקבל תורם של יצירת קשר קוולנטי

תוֹרֵםבעל זוג אלקטרונים מקבל- מסלול חופשי שזוג זה יכול לכבוש. ביון האמוניום, כל ארבעת הקשרים עם אטומי מימן הם קוולנטיים: שלושה נוצרו עקב יצירת זוגות אלקטרונים משותפים על ידי אטום החנקן ואטומי מימן על פי מנגנון ההחלפה, האחד - באמצעות מנגנון התורם-המקבל. קשרים קוולנטיים מסווגים לפי האופן שבו אורביטלים האלקטרונים חופפים, כמו גם לפי העקירה שלהם לכיוון אחד האטומים המחוברים. קשרים כימיים הנוצרים כתוצאה מאורביטלים של אלקטרונים חופפים לאורך קו קשר נקראים σ - חיבורים(קשרי סיגמא). הקשר הסיגמא חזק מאוד.

אורביטלים p יכולים לחפוף בשני אזורים, ויוצרים קשר קוולנטי עקב חפיפה לרוחב.

קשרים כימיים הנוצרים כתוצאה מחפיפה "לרוחב" של אורביטלי אלקטרונים מחוץ לקו הקשר, כלומר בשני אזורים, נקראים קשרי pi.

לפי מידת העקירה של זוגות אלקטרונים משותפים לאחד האטומים שהם מחברים, קשר קוולנטי יכול להיות קוטבי או לא קוטבי. קשר כימי קוולנטי שנוצר בין אטומים בעלי אותה אלקטרושליליות נקרא לא קוטבי. צמדי אלקטרונים אינם נעקרים לעבר אף אחד מהאטומים, שכן לאטומים יש את אותה אלקטרושליליות - התכונה למשוך אלקטרוני ערכיות מאטומים אחרים. לְדוּגמָה,

כלומר, מולקולות של חומרים פשוטים שאינם מתכת נוצרות באמצעות קשר לא קוטבי קוולנטי. קשר כימי קוולנטי בין אטומים של יסודות שהאלקטרושליליות שלהם שונה נקרא קוטבי.

לדוגמה, NH 3 הוא אמוניה. חנקן הוא יסוד אלקטרוני יותר שלילי ממימן, ולכן זוגות האלקטרונים המשותפים מוזזים לעבר האטום שלו.

מאפיינים של קשר קוולנטי: אורך הקשר ואנרגיה

התכונות האופייניות של קשר קוולנטי הן אורכו והאנרגיה שלו. אורך הקשר הוא המרחק בין גרעיני אטום. ככל שאורכו של קשר כימי קצר יותר, כך הוא חזק יותר. עם זאת, מדד לחוזק הקשר הוא אנרגיית הקשר, אשר נקבעת על פי כמות האנרגיה הנדרשת כדי לשבור את הקשר. זה נמדד בדרך כלל ב-kJ/mol. לפיכך, על פי נתוני ניסוי, אורכי הקשר של מולקולות H 2, Cl 2 ו-N 2, בהתאמה, הם 0.074, 0.198 ו-0.109 ננומטר, ואנרגיות הקשר, בהתאמה, הן 436, 242 ו-946 קילו-ג'יי/מול.

יונים. קשר יוני

ישנן שתי אפשרויות עיקריות עבור אטום לציית לכלל השמינייה. הראשון שבהם הוא יצירת קשרים יוניים. (השנייה היא יצירת קשר קוולנטי, עליו נדון להלן). כאשר נוצר קשר יוני, אטום מתכת מאבד אלקטרונים, ואטום שאינו מתכת צובר אלקטרונים.

בואו נדמיין ששני אטומים "נפגשים": אטום של מתכת מקבוצה I ואטום שאינו מתכת מקבוצה VII. לאטום מתכת יש אלקטרון בודד ברמת האנרגיה החיצונית שלו, בעוד שלאטום שאינו מתכת פשוט חסר אלקטרון אחד כדי שהרמה החיצונית שלו תהיה שלמה. האטום הראשון ייתן בקלות לשני את האלקטרון שלו, שרחוק מהגרעין וקשור אליו בצורה חלשה, והשני יספק לו מקום פנוי ברמה האלקטרונית החיצונית שלו. אז האטום, שנשלל ממנו אחד מהמטענים השליליים שלו, יהפוך לחלקיק בעל מטען חיובי, והשני יהפוך לחלקיק בעל מטען שלילי בגלל האלקטרון שנוצר. חלקיקים כאלה נקראים יונים.

זהו קשר כימי המתרחש בין יונים. מספרים המציגים את מספר האטומים או המולקולות נקראים מקדמים, ומספרים המציגים את מספר האטומים או היונים במולקולה נקראים מדדים.

חיבור מתכת

למתכות יש תכונות ספציפיות השונות מתכונותיהם של חומרים אחרים. תכונות כאלה הן טמפרטורות התכה גבוהות יחסית, יכולת החזרת אור ומוליכות תרמית וחשמלית גבוהה. תכונות אלו נובעות מקיומו של סוג מיוחד של קשר במתכות – קשר מתכתי.

קשר מתכתי הוא קשר בין יונים חיוביים בגבישי מתכת, המתבצע עקב משיכה של אלקטרונים הנעים בחופשיות ברחבי הגביש. האטומים של רוב המתכות ברמה החיצונית מכילים מספר קטן של אלקטרונים - 1, 2, 3. אלקטרונים אלה לרדת בקלות, והאטומים הופכים ליונים חיוביים. האלקטרונים המנותקים עוברים מיון אחד למשנהו, קושרים אותם למכלול אחד. בחיבור עם יונים, אלקטרונים אלו יוצרים באופן זמני אטומים, ואז מתנתקים שוב ומתאחדים עם יון אחר וכו'. תהליך מתרחש בלי סוף, שניתן לתאר באופן סכמטי באופן הבא:

כתוצאה מכך, בנפח המתכת, אטומים מומרים באופן רציף ליונים ולהיפך. הקשר במתכות בין יונים דרך אלקטרונים משותפים נקרא מתכתי. לקשר המתכתי יש קווי דמיון עם הקשר הקוולנטי, שכן הוא מבוסס על שיתוף אלקטרונים חיצוניים. עם זאת, עם קשר קוולנטי, האלקטרונים החיצוניים הבלתי מזווגים של שני אטומים שכנים משותפים, בעוד שבקשר מתכתי, כל האטומים לוקחים חלק בשיתוף האלקטרונים הללו. לכן גבישים עם קשר קוולנטי הם שבירים, אבל עם קשר מתכת, ככלל, הם רקיעים, מוליכים חשמלית ובעלי ברק מתכתי.

התקשרות מתכתית אופיינית הן למתכות טהורות והן לתערובות של מתכות שונות - סגסוגות במצב מוצק ונוזל. עם זאת, במצב אדים, אטומי מתכת מחוברים זה לזה בקשר קוולנטי (לדוגמה, אדי נתרן ממלאים מנורות אור צהובות כדי להאיר את רחובות הערים הגדולות). זוגות מתכות מורכבים ממולקולות בודדות (מונוטומיות ודיאטומיות).

קשר מתכת שונה גם מקשר קוולנטי בחוזק: האנרגיה שלו קטנה פי 3-4 מהאנרגיה של קשר קוולנטי.

אנרגיית הקשר היא האנרגיה הנדרשת כדי לשבור קשר כימי בכל המולקולות המרכיבות שומה אחת של חומר. האנרגיות של קשרים קוולנטיים ויונים בדרך כלל גבוהות והן בסדר גודל של 100-800 קילו ג'ל/מול.

קשר מימן

קשר כימי בין אטומי מימן מקוטבים חיובי של מולקולה אחת(או חלקים מהם) ו אטומים מקוטבים שליליים של יסודות אלקטרוניים שליליים ביותרלאחר צמדי אלקטרונים משותפים (F, O, N ולעתים רחוקות יותר S ו-Cl), מולקולה אחרת (או חלקים ממנה) נקראת מימן. המנגנון של יצירת קשרי מימן הוא בחלקו אלקטרוסטטי, בחלקו ד דמות מקבלת כבוד.

דוגמאות לקשירת מימן בין מולקולרית:

בנוכחות חיבור כזה, אפילו חומרים בעלי מולקולריים נמוכים יכולים, בתנאים רגילים, להיות נוזלים (אלכוהול, מים) או גזים מנוזלים בקלות (אמוניה, מימן פלואוריד). בביופולימרים - חלבונים (מבנה משני) - קיים קשר מימן תוך מולקולרי בין חמצן קרבוניל למימן מקבוצת האמינו:

מולקולות פולינוקלאוטידים - DNA (חומצה דאוקסיריבונוקלאית) - הן סלילים כפולים שבהם שתי שרשראות של נוקלאוטידים מקושרות זו לזו על ידי קשרי מימן. במקרה זה פועל עקרון ההשלמה, כלומר קשרים אלו נוצרים בין זוגות מסוימים המורכבים מבסיסי פורין ופירימידין: מול נוקלאוטיד האדנין (A) נמצא התימין (T), וכנגד הגואנין (G) נמצא הציטוזין. (ג).

לחומרים בעלי קשרי מימן יש סריג גבישי מולקולרי.

קשר כימי קוולנטי, סוגיו ומנגנוני היווצרותו. מאפיינים של קשרים קוולנטיים (קוטביות ואנרגיית הקשר). קשר יוני. חיבור מתכת. קשר מימן

הדוקטרינה של קשר כימי מהווה את הבסיס לכל כימיה תיאורטית.

קשר כימי מובן כאינטראקציה של אטומים הקושרים אותם למולקולות, יונים, רדיקלים וגבישים.

ישנם ארבעה סוגים של קשרים כימיים: יוניים, קוולנטיים, מתכתיים ומימן.

חלוקת הקשרים הכימיים לסוגים היא מותנית, שכן כולם מאופיינים באחדות מסוימת.

קשר יוני יכול להיחשב כמקרה קיצוני של קשר קוולנטי קוטבי.

קשר מתכתי משלב את האינטראקציה הקוולנטית של אטומים באמצעות אלקטרונים משותפים ואת המשיכה האלקטרוסטטית בין אלקטרונים אלה ליוני מתכת.

חומרים לרוב חסרים מקרים מגבילים של קשר כימי (או קשר כימי טהור).

לדוגמה, ליתיום פלואוריד $LiF$ מסווג כתרכובת יונית. למעשה, הקשר בו הוא $80%$ יוני ו-$20%$ קוולנטי. לכן נכון יותר, מן הסתם, לדבר על מידת הקוטביות (איוניות) של קשר כימי.

בסדרת הלידי המימן $HF—HCl—HBr—HI—HAt$, מידת קוטביות הקשר פוחתת, מכיוון שההבדל בערכי האלקטרושליליות של אטומי הלוגן ומימן פוחת, ובמימן אסטטין הקשר הופך כמעט $(EO(H) = 2.1 לא קוטבי; EO(At) = 2.2)$.

ניתן למצוא סוגים שונים של קשרים באותם חומרים, למשל:

בבסיסים: בין אטומי החמצן והמימן בקבוצות הידרוקסו הקשר הוא קוולנטי קוטבי, ובין המתכת לקבוצת ההידרוקסו הוא יוני;
במלחים של חומצות המכילות חמצן: בין האטום הלא מתכתי לחמצן של השריד החומצי - קוטבי קוולנטי, ובין המתכת לשריד החומצי - יוני;
במלחי אמוניום, מתיל-אמוניום וכו': בין אטומי חנקן ומימן - קוטביים קוולנטיים, ובין יוני אמוניום או מתיל-אמוניום לשארית החומצה - יונית;
בפראוקסיד מתכת (לדוגמה, $Na_2O_2$), הקשר בין אטומי חמצן הוא לא קוטבי קוולנטי, ובין המתכת לחמצן הוא יוני וכו'.

סוגים שונים של קשרים יכולים להפוך אחד לשני:

- במהלך ניתוק אלקטרוליטי של תרכובות קוולנטיות במים, הקשר הקוטבי הקוולנטי הופך ליוני;

- כאשר מתכות מתאדות, הקשר המתכת הופך לקשר קוולנטי לא קוטבי וכו'.

שיטות ליצירת קשרים קוולנטיים. מאפיינים של קשר קוולנטי: אורך הקשר ואנרגיה

קשר כימי קוולנטי הוא קשר שנוצר בין אטומים באמצעות יצירת זוגות אלקטרונים משותפים.

מנגנון היווצרות של קשר כזה יכול להיות חליפין או תורם-מקבל.

אֲנִי. מנגנון החלפהפועל כאשר אטומים יוצרים זוגות אלקטרונים משותפים על ידי שילוב אלקטרונים לא מזווגים.

1) $H_2$ - מימן:

הקשר נוצר עקב היווצרות זוג אלקטרונים משותף על ידי $s$-אלקטרונים של אטומי מימן (חופפים $s$-אורביטלים):

2) $HCl$ - מימן כלורי:

הקשר נוצר עקב היווצרות זוג אלקטרונים משותף של אלקטרונים $s-$ ו-$p-$ (חופפים אורביטלים של $s-p-$):

3) $Cl_2$: במולקולת כלור, נוצר קשר קוולנטי עקב $p-$אלקטרונים לא מזווגים (חופפים לאורביטלים $p-p-$):

4) $N_2$: במולקולת חנקן נוצרים שלושה זוגות אלקטרונים נפוצים בין האטומים:

II. מנגנון מקבל תורםהבה נבחן את היווצרותו של קשר קוולנטי באמצעות הדוגמה של יון האמוניום $NH_4^+$.

לתורם יש זוג אלקטרונים, למקבל יש מסלול ריק שזוג זה יכול לתפוס. ביון האמוניום, כל ארבעת הקשרים עם אטומי מימן הם קוולנטיים: שלושה נוצרו עקב יצירת זוגות אלקטרונים משותפים על ידי אטום החנקן ואטומי מימן על פי מנגנון ההחלפה, אחד - על פי מנגנון התורם-המקבל.

ניתן לסווג קשרים קוולנטיים לפי האופן שבו אורביטלים האלקטרונים חופפים, כמו גם לפי העקירה שלהם לכיוון אחד האטומים המחוברים.

קשרים כימיים הנוצרים כתוצאה מאורביטלים חופפים של אלקטרונים לאורך קו קשר נקראים $σ$ -איגרות (קשרי סיגמא). הקשר הסיגמא חזק מאוד.

אורביטלים $p-$ יכולים לחפוף בשני אזורים, וליצור קשר קוולנטי עקב חפיפה לרוחב:

קשרים כימיים הנוצרים כתוצאה מחפיפה "צדדית" של אורביטלים אלקטרונים מחוץ לקו התקשורת, כלומר. בשני אזורים נקראים $π$ -איגרות (pi-bonds).

עַל יְדֵי מידת העקירהזוגות אלקטרונים משותפים לאחד האטומים שהם קושרים, קשר קוולנטי יכול להיות קוֹטבִיו לא קוטבי.

קשר כימי קוולנטי שנוצר בין אטומים בעלי אותה אלקטרושליליות נקרא לא קוטבי.צמדי האלקטרונים אינם מוזזים לאף אחד מהאטומים, כי לאטומים יש את אותו EO - התכונה למשוך אלקטרוני ערכיות מאטומים אחרים. לְדוּגמָה:

הָהֵן. מולקולות של חומרים פשוטים שאינם מתכת נוצרות באמצעות קשרים קוולנטיים לא קוטביים. קשר כימי קוולנטי בין אטומים של יסודות שהאלקטרושליליות שלהם שונה נקרא קוֹטבִי.

אורך ואנרגיה של קשרים קוולנטיים.

מְאַפיֵן תכונות של קשר קוולנטי- אורכו והאנרגיה שלו. אורך קישורהוא המרחק בין גרעיני האטומים. ככל שאורכו של קשר כימי קצר יותר, כך הוא חזק יותר. עם זאת, מדד לחוזק החיבור הוא אנרגיה מחייבת, אשר נקבעת על פי כמות האנרגיה הנדרשת כדי לשבור קשר. זה נמדד בדרך כלל ב-kJ/mol. לפיכך, על פי נתוני ניסוי, אורכי הקשר של מולקולות $H_2, Cl_2$ ו-$N_2$ הם בהתאמה $0.074, 0.198$ ו-$0.109$ ננומטר, ואנרגיות הקשר הן בהתאמה $436, 242$ ו-$946$ קילו-ג'ל/מול.

יונים. קשר יוני

האטום הראשון ייתן בקלות לשני את האלקטרון שלו, שרחוק מהגרעין וקשור אליו בצורה חלשה, והשני יספק לו מקום פנוי ברמה האלקטרונית החיצונית שלו.

אז האטום, שנשלל ממנו אחד מהמטענים השליליים שלו, יהפוך לחלקיק בעל מטען חיובי, והשני יהפוך לחלקיק בעל מטען שלילי בגלל האלקטרון שנוצר. חלקיקים כאלה נקראים יונים.

הקשר הכימי המתרחש בין יונים נקרא יוני.

הבה נשקול את היווצרות הקשר הזה באמצעות הדוגמה של התרכובת הידועה נתרן כלורי (מלח שולחן):

תהליך המרת אטומים ליונים מתואר בתרשים:

טרנספורמציה זו של אטומים ליונים מתרחשת תמיד במהלך האינטראקציה של אטומים של מתכות טיפוסיות ולא מתכות טיפוסיות.

הבה נשקול את האלגוריתם (רצף) ההיגיון בעת רישום היווצרות של קשר יוני, למשל, בין אטומי סידן וכלור:

מספרים המציגים את מספר האטומים או המולקולות נקראים מקדמים, ומספרים המראים את מספר האטומים או היונים במולקולה נקראים אינדקסים.

חיבור מתכת

בואו נכיר כיצד אטומים של יסודות מתכת מקיימים אינטראקציה זה עם זה. מתכות בדרך כלל אינן קיימות כאטומים מבודדים, אלא בצורה של חתיכה, מטיל או תוצר מתכת. מה מחזיק אטומי מתכת בנפח אחד?

האטומים של רוב המתכות מכילים מספר קטן של אלקטרונים ברמה החיצונית - $1, 2, 3$. האלקטרונים הללו מופשטים בקלות והאטומים הופכים ליונים חיוביים. האלקטרונים המנותקים עוברים מיון אחד למשנהו, קושרים אותם למכלול אחד. בחיבור עם יונים, אלקטרונים אלו יוצרים באופן זמני אטומים, ואז מתנתקים שוב ומתאחדים עם יון אחר וכו'. כתוצאה מכך, בנפח המתכת, אטומים מומרים באופן רציף ליונים ולהיפך.

הקשר במתכות בין יונים דרך אלקטרונים משותפים נקרא מתכתי.

האיור מציג באופן סכמטי את המבנה של שבר מתכת נתרן.

במקרה זה, מספר קטן של אלקטרונים משותפים קושרים מספר רב של יונים ואטומים.

לקשר המתכתי יש קווי דמיון עם הקשר הקוולנטי, שכן הוא מבוסס על שיתוף אלקטרונים חיצוניים. עם זאת, עם קשר קוולנטי, האלקטרונים החיצוניים הבלתי מזווגים של שני אטומים שכנים משותפים, בעוד שבקשר מתכתי, כל האטומים לוקחים חלק בשיתוף האלקטרונים הללו. לכן גבישים עם קשר קוולנטי הם שבירים, אבל עם קשר מתכת, ככלל, הם רקיעים, מוליכים חשמלית ובעלי ברק מתכתי.

קשר מתכתי אופייני הן למתכות טהורות והן לתערובות של מתכות שונות - סגסוגות במצב מוצק ונוזל.

קשר מימן

קשר כימי בין אטומי מימן מקוטבים חיובית של מולקולה אחת (או חלק ממנה) לבין אטומים מקוטבים שליליים של יסודות אלקטרוניים שליליים בעלי צמדי אלקטרונים בודדים ($F, O, N$ ופחות נפוץ $S$ ו-$Cl$) של מולקולה אחרת (או חלקו) נקרא מימן.

המנגנון של יצירת קשרי מימן הוא חלקו אלקטרוסטטי, חלקו תורם-מקבל בטבע.

דוגמאות לקשירת מימן בין מולקולרית:

בנוכחות חיבור כזה, אפילו חומרים בעלי מולקולריים נמוכים יכולים, בתנאים רגילים, להיות נוזלים (אלכוהול, מים) או גזים מנוזלים בקלות (אמוניה, מימן פלואוריד).

לחומרים בעלי קשרי מימן יש סריג גבישי מולקולרי.

חומרים בעלי מבנה מולקולרי ולא מולקולרי. סוג סריג קריסטל. תלות של תכונות החומרים בהרכבם ובמבנהם

מבנה מולקולרי ולא מולקולרי של חומרים

לא אטומים או מולקולות בודדים נכנסים לאינטראקציות כימיות, אלא חומרים. בתנאים נתונים, חומר יכול להיות באחד משלושה מצבי צבירה: מוצק, נוזלי או גזי. תכונותיו של חומר תלויות גם באופי הקשר הכימי בין החלקיקים היוצרים אותו – מולקולות, אטומים או יונים. בהתבסס על סוג הקשר, מבחינים בין חומרים בעלי מבנה מולקולרי ולא מולקולרי.

חומרים המורכבים ממולקולות נקראים חומרים מולקולריים. הקשרים בין המולקולות בחומרים כאלה חלשים מאוד, חלשים הרבה יותר מאשר בין האטומים שבתוך המולקולה, וגם בטמפרטורות נמוכות יחסית הם נשברים - החומר הופך לנוזל ואז לגז (סובלימציה של יוד). נקודות ההיתוך והרתיחה של חומרים המורכבים ממולקולות עולות עם הגדלת המשקל המולקולרי.

חומרים מולקולריים כוללים חומרים בעלי מבנה אטומי ($C, Si, Li, Na, K, Cu, Fe, W$), ביניהם יש מתכות ולא מתכות.

בואו ניקח בחשבון את התכונות הפיזיקליות של מתכות אלקליות. חוזק הקשר הנמוך יחסית בין אטומים גורם לחוזק מכני נמוך: מתכות אלקליות רכות וניתן לחתוך אותן בקלות בסכין.

גדלים אטומיים גדולים מובילים לצפיפות נמוכה של מתכות אלקליות: ליתיום, נתרן ואשלגן קלים אפילו יותר ממים. בקבוצת המתכות האלקליות, נקודות הרתיחה וההיתוך יורדות עם העלייה במספר האטומי של היסוד, בגלל גדלי האטומים גדלים והקשרים נחלשים.

לחומרים לא מולקולרימבנים כוללים תרכובות יוניות. לרוב התרכובות של מתכות עם לא מתכות יש את המבנה הזה: כל המלחים ($NaCl, K_2SO_4$), כמה הידידים ($LiH$) ותחמוצות ($CaO, MgO, FeO$), בסיסים ($NaOH, KOH$). לחומרים יוניים (לא מולקולריים) יש נקודות התכה ורתיחה גבוהות.

סריג קריסטל

חומר, כידוע, יכול להתקיים בשלושה מצבי צבירה: גזי, נוזלי ומוצק.

מוצקים: אמורפיים וגבישים.

הבה נבחן כיצד המאפיינים של קשרים כימיים משפיעים על תכונות המוצקים. מוצקים מחולקים ל גְבִישִׁיו גָלוּם.

לחומרים אמורפיים אין נקודת התכה ברורה כאשר הם מחוממים, הם מתרככים בהדרגה והופכים למצב נוזלי. לדוגמה, פלסטלינה ושרף שונים נמצאים במצב אמורפי.

חומרים גבישיים מאופיינים בסידור נכון של החלקיקים מהם הם מורכבים: אטומים, מולקולות ויונים - בנקודות מוגדרות בהחלט בחלל. כאשר נקודות אלו מחוברות בקווים ישרים, נוצרת מסגרת מרחבית הנקראת סריג קריסטל. הנקודות בהן ממוקמים חלקיקי גביש נקראות צמתים סריג.

בהתאם לסוג החלקיקים הממוקמים בצמתים של סריג הגביש ואופי החיבור ביניהם, מבחינים בארבעה סוגים של סריג קריסטל: יוני, אטומי, מולקולריו מַתֶכֶת.

סריגי קריסטל יוניים.

יוניתנקראים סריג קריסטל, שבצמתים שלהם יש יונים. הם נוצרים על ידי חומרים בעלי קשרים יוניים, שיכולים לקשור גם יונים פשוטים $Na^(+), Cl^(-)$ ומורכבים $SO_4^(2−), OH^-$. כתוצאה מכך, למלחים ולכמה תחמוצות והידרוקסידים של מתכות יש סריגי גביש יוניים. לדוגמה, גביש נתרן כלורי מורכב מיונים חיוביים של $Na^+$ ושליליים $Cl^-$ לסירוגין, ויוצרים סריג בצורת קובייה. הקשרים בין יונים בגביש כזה יציבים מאוד. לכן, חומרים בעלי סריג יוני מאופיינים בקשיות וחוזק גבוהים יחסית, הם עקשניים ולא נדיפים.

סריג קריסטל אטומי.

אָטוֹמִינקראים סריג קריסטל, שבצמתים שלהם יש אטומים בודדים. בסריג כזה, האטומים מחוברים זה לזה בקשרים קוולנטיים חזקים מאוד. דוגמה לחומרים עם סוג זה של סריג קריסטל הוא יהלום, אחד השינויים האלוטרופיים של פחמן.

לרוב החומרים עם סריג גביש אטומי יש נקודות התכה גבוהות מאוד (לדוגמה, עבור יהלום זה מעל $3500 מעלות צלזיוס), הם חזקים וקשים, וכמעט בלתי מסיסים.

סריגי גביש מולקולריים.

מולקולריתנקראים סריג קריסטל, שבצמתים שבהם נמצאות מולקולות. קשרים כימיים במולקולות אלו יכולים להיות גם קוטביים ($HCl, H_2O$) וגם לא קוטביים ($N_2, O_2$). למרות העובדה שהאטומים בתוך המולקולות מחוברים בקשרים קוולנטיים חזקים מאוד, כוחות משיכה בין מולקולריים חלשים פועלים בין המולקולות עצמן. לכן, לחומרים עם סריג גביש מולקולרי יש קשיות נמוכה, נקודות התכה נמוכות והם נדיפים. לרוב התרכובות האורגניות המוצקות יש סריג גבישי מולקולרי (נפטלין, גלוקוז, סוכר).

סריג קריסטל מתכת.

לחומרים בעלי קשרים מתכתיים יש סריג קריסטל מתכתי. באתרים של סריג כזה יש אטומים ויונים (או אטומים או יונים, שלתוכם הופכים אטומי מתכת בקלות, מוותרים על האלקטרונים החיצוניים שלהם "לשימוש נפוץ"). מבנה פנימי זה של מתכות קובע את התכונות הפיזיקליות האופייניות להן: גמישות, משיכות, מוליכות חשמלית ותרמית, ברק מתכתי אופייני.

כל אינטראקציה בין אטומים אפשרית רק אם יש קשר כימי. חיבור כזה הוא הסיבה להיווצרות מערכת פוליאטומית יציבה - יון מולקולרי, מולקולה, סריג גביש. קשר כימי חזק דורש הרבה אנרגיה כדי להישבר, וזו הסיבה שהוא הכמות הבסיסית למדידת חוזק הקשר.

תנאים ליצירת קשר כימי

היווצרות של קשר כימי מלווה תמיד בשחרור אנרגיה. תהליך זה מתרחש עקב ירידה באנרגיה הפוטנציאלית של מערכת של חלקיקים המקיימים אינטראקציה - מולקולות, יונים, אטומים. האנרגיה הפוטנציאלית של מערכת האלמנטים המקיימים אינטראקציה היא תמיד פחותה מהאנרגיה של חלקיקים יוצאים לא קשורים. לפיכך, הבסיס להופעתו של קשר כימי במערכת הוא הירידה באנרגיה הפוטנציאלית של יסודותיה.

אופי האינטראקציה הכימית

קשר כימי הוא תוצאה של אינטראקציה של שדות אלקטרומגנטיים המתעוררים סביב האלקטרונים וגרעיני האטום של אותם חומרים שלוקחים חלק ביצירת מולקולה או גביש חדשים. לאחר גילוי התיאוריה של המבנה האטומי, טבעה של אינטראקציה זו הפך נגיש יותר למחקר.

בפעם הראשונה, הרעיון של הטבע החשמלי של קשר כימי עלה מהפיזיקאי האנגלי G. Davy, שהציע שמולקות נוצרות עקב משיכה חשמלית של חלקיקים בעלי מטען הפוך. הרעיון הזה עניין את הכימאי ומדען הטבע השוודי I.Ya. ברסליוס, שפיתח את התיאוריה האלקטרוכימית של התרחשותם של קשרים כימיים.

התיאוריה הראשונה, שהסבירה את תהליכי האינטראקציה הכימית של חומרים, לא הייתה מושלמת, ועם הזמן היה צריך לנטוש אותה.

התיאוריה של באטלרוב

ניסיון מוצלח יותר להסביר את אופי הקשר הכימי של חומרים נעשה על ידי המדען הרוסי א.מ. מדען זה ביסס את התיאוריה שלו על ההנחות הבאות:

אטומים במצב קשור מחוברים זה לזה בסדר מסוים. שינוי בסדר זה גורם להיווצרות חומר חדש.
אטומים נקשרים זה לזה לפי חוקי הערכיות.
תכונותיו של חומר תלויות בסדר החיבור של האטומים במולקולה של החומר. סידור שונה גורם לשינוי בתכונות הכימיות של החומר.
אטומים המחוברים זה לזה משפיעים בצורה החזקה ביותר זה על זה.

התיאוריה של באטלרוב הסבירה את התכונות של חומרים כימיים לא רק לפי הרכבם, אלא גם לפי סדר סידור האטומים. צו פנימי זה של א.מ. באטלרוב קרא לזה "מבנה כימי".

התיאוריה של המדען הרוסי אפשרה להחזיר את הסדר בסיווג החומרים וסיפקה את ההזדמנות לקבוע את מבנה המולקולות לפי התכונות הכימיות שלהן. התיאוריה גם ענתה על השאלה: מדוע למולקולות המכילות אותו מספר של אטומים יש תכונות כימיות שונות.

תנאים מוקדמים ליצירת תיאוריות של קשר כימי

בתיאוריית המבנה הכימי שלו, באטלרוב לא נגע בשאלה מהו קשר כימי. לשם כך, היו מעט מדי נתונים על המבנה הפנימי של החומר. רק לאחר גילוי המודל הפלנטרי של האטום, החל המדען האמריקני לואיס לפתח את ההשערה שקשר כימי נוצר באמצעות יצירת זוג אלקטרונים השייך בו זמנית לשני אטומים. לאחר מכן, רעיון זה הפך לבסיס לפיתוח התיאוריה של קשרים קוולנטיים.

קשר כימי קוולנטי

תרכובת כימית יציבה יכולה להיווצר כאשר ענני האלקטרונים של שני אטומים שכנים חופפים. התוצאה של חיתוך הדדי כזה היא צפיפות אלקטרונים הולכת וגוברת במרחב הבין-גרעיני. גרעיני האטומים, כידוע, טעונים חיובית, ולכן מנסים להימשך קרוב ככל האפשר לענן האלקטרונים בעל המטען השלילי. משיכה זו חזקה הרבה יותר מכוחות הדחייה בין שני גרעינים בעלי מטען חיובי, ולכן הקשר הזה יציב.

חישובי קשר כימיים בוצעו לראשונה על ידי הכימאים הייטלר ולונדון. הם בחנו את הקשר בין שני אטומי מימן. הייצוג הוויזואלי הפשוט ביותר שלו עשוי להיראות כך:

כפי שאתה יכול לראות, זוג האלקטרונים תופס מקום קוונטי בשני אטומי המימן. הסדר דו-מרכזי זה של אלקטרונים נקרא "קשר כימי קוולנטי". קשרים קוולנטיים אופייניים למולקולות של חומרים פשוטים ולתרכובות הלא מתכתיות שלהם. חומרים הנוצרים על ידי קשרים קוולנטיים בדרך כלל אינם מוליכים חשמל או שהם מוליכים למחצה.

קשר יוני

קשר כימי יוני מתרחש כאשר שני יונים בעלי מטען הפוך מושכים זה את זה. יונים יכולים להיות פשוטים, מורכבים מאטום אחד של חומר. בתרכובות מסוג זה, יונים פשוטים הם לרוב אטומי מתכת בעלי מטען חיובי מקבוצות 1 ו-2 שאיבדו את האלקטרון שלהם. היווצרותם של יונים שליליים טבועה באטומים של לא-מתכות טיפוסיות ובבסיסי החומצה שלהם. לכן, בין התרכובות היוניות האופייניות ישנם הלידים מתכת אלקליים רבים, כגון CsF, NaCl ואחרים.

בניגוד לקשר קוולנטי, יון אינו רווי: ניתן לחבר יון או קבוצת יונים על ידי מספר משתנה של יונים בעלי מטען הפוך. מספר החלקיקים המחוברים מוגבל רק על ידי הממדים הליניאריים של היונים המקיימים אינטראקציה, כמו גם המצב שבו כוחות המשיכה של יונים בעלי מטען הפוך חייבים להיות גדולים יותר מכוחות הדחייה של חלקיקים בעלי מטען שווה המשתתפים בתרכובת הסוג היוני.

קשר מימן

עוד לפני יצירת התיאוריה של המבנה הכימי, הבחינו בניסוי שלתרכובות מימן עם לא-מתכות שונות יש תכונות יוצאות דופן במקצת. לדוגמה, נקודות הרתיחה של מימן פלואוריד ומים גבוהות בהרבה ממה שניתן לצפות.

תכונות אלו ואחרות של תרכובות מימן ניתנות להסבר על ידי היכולת של אטום H + ליצור קשר כימי נוסף. סוג זה של חיבור נקרא "קשר מימן". הסיבות להתרחשות קשר מימן נעוצות בתכונות של כוחות אלקטרוסטטיים. לדוגמה, במולקולת מימן פלואוריד, כל ענן האלקטרונים מוסט כל כך לעבר הפלואור עד שהחלל סביב אטום של חומר זה רווי בשדה חשמלי שלילי. סביב אטום מימן, משולל האלקטרון היחיד שלו, השדה חלש הרבה יותר ויש לו מטען חיובי. כתוצאה מכך נוצר קשר נוסף בין השדות החיוביים של ענני האלקטרונים H + ושלילי F - .

קשר כימי של מתכות

האטומים של כל המתכות ממוקמים בחלל בצורה מסוימת. סידור אטומי המתכת נקרא סריג גביש. במקרה זה, אלקטרונים של אטומים שונים מקיימים אינטראקציה חלשה זה עם זה, ויוצרים ענן אלקטרונים משותף. סוג זה של אינטראקציה בין אטומים לאלקטרונים נקרא "קשר מתכתי".

תנועה חופשית של אלקטרונים במתכות היא שיכולה להסביר את התכונות הפיזיקליות של חומרים מתכתיים: מוליכות חשמלית, מוליכות תרמית, חוזק, התמזגות ואחרות.

אהבתם את הכתבה? שתף אותו

הדפס מאמר זה