Cl2 կապ. Քիմիական կապ. Կովալենտային կապի ձևավորման դոնոր-ընդունիչ մեխանիզմ

1. Հողալկալիական մետաղներն են

5) s-տարրերին

6) p-տարրերին

7) դեպի d-տարրեր

8) f - տարրեր

2. Քանի՞ էլեկտրոն են պարունակում հողալկալիական մետաղների ատոմները արտաքին էներգիայի մակարդակում:

1) Մեկ 2) երկու 3) երեք 4) չորս

3. Բ քիմիական ռեակցիաներալյումինի ատոմները ցուցադրվում են

3) օքսիդացնող հատկություններ 2) թթվային հատկություններ

4) 3) վերականգնող հատկություններ 4) հիմնական հատկությունները

4. Կալցիումի փոխազդեցությունը քլորի հետ ռեակցիա է

1) տարրալուծում 2) միացում 3) փոխարինում 4) փոխանակում

5. Նատրիումի բիկարբոնատի մոլեկուլային զանգվածը կազմում է.

1) 84 2) 87 3) 85 4) 86

3. Ո՞ր ատոմն է ավելի ծանր՝ երկաթը, թե սիլիցիումը, և որքանո՞վ:

4. Որոշի՛ր հարաբերական մոլեկուլային կշիռները պարզ նյութերջրածին, թթվածին, քլոր, պղինձ, ադամանդ (ածխածին): Հիշեք, թե դրանցից որոնք են բաղկացած երկատոմային մոլեկուլներից, և որոնք՝ ատոմներից։
5.Հաշվե՛ք հետևյալ միացությունների հարաբերական մոլեկուլային կշիռները ածխածնի երկօքսիդ CO2 ծծմբաթթու H2SO4 շաքար C12H22O11 էթիլային սպիրտ C2H6O մարմար CaCPO3
6. Ջրածնի պերօքսիդում թթվածնի յուրաքանչյուր ատոմի համար կա մեկ ջրածնի ատոմ: Որոշե՛ք ջրածնի նախաօքսիդի բանաձևը, եթե հայտնի է, որ նրա հարաբերական մոլեկուլային զանգվածը 34 է։ Որքա՞ն է ջրածնի և թթվածնի զանգվածային հարաբերակցությունը այս միացության մեջ։
7. Ածխածնի երկօքսիդի մոլեկուլը քանի՞ անգամ է ծանր թթվածնի մոլեկուլից:

Խնդրում եմ օգնեք ինձ, 8-րդ դասարանի առաջադրանք.

Քիմիական կապերի միասնական տեսություն գոյություն չունի:

Կովալենտային կապ

Կովալենտային կապի ձևավորումը հնարավոր է երեք մեխանիզմներով՝ փոխանակում, դոնոր-ընդունող և դատիվ (Լյուիս):

Ըստ նյութափոխանակության մեխանիզմԿովալենտային կապի ձևավորումը տեղի է ունենում ընդհանուր էլեկտրոնային զույգերի կիսման պատճառով: Այս դեպքում յուրաքանչյուր ատոմ ձգտում է ձեռք բերել իներտ գազի պատյան, այսինքն. ձեռք բերել ավարտված արտաքին էներգիայի մակարդակ: Քիմիական կապի ձևավորումն ըստ փոխանակման տեսակի պատկերված է Լյուիսի բանաձևերի միջոցով, որոնցում ատոմի յուրաքանչյուր վալենտային էլեկտրոն ներկայացված է կետերով (նկ. 1):

Բրինձ. 1 Փոխանակման մեխանիզմով HCl մոլեկուլում կովալենտային կապի առաջացում

Ատոմային կառուցվածքի տեսության մշակմամբ և քվանտային մեխանիկակովալենտային կապի ձևավորումը ներկայացված է որպես էլեկտրոնային օրբիտալների համընկնումը (նկ. 2):

Բրինձ. 2. Էլեկտրոնային ամպերի համընկնման պատճառով կովալենտային կապի առաջացում

Որքան մեծ է ատոմային ուղեծրերի համընկնումը, այնքան ուժեղ է կապը, այնքան կարճ է կապի երկարությունը և այնքան մեծ է կապի էներգիան։ Կովալենտային կապը կարող է առաջանալ տարբեր ուղեծրերի համընկնումով։ Ս-ների համընկնման արդյունքում. s-p ուղեծրեր, ինչպես նաև d-d, p-p, d-p ուղեծրերկողային շեղբերները միացում են կազմում: 2 ատոմների միջուկները միացնող գծին ուղղահայաց կապ է գոյանում։ Մեկ և մեկ կապերը կարող են ձևավորել բազմակի (կրկնակի) կովալենտային կապ, որը բնորոշ է. օրգանական նյութերալկենների դաս, ալկադիեններ և այլն: Մեկ և երկու կապերը կազմում են բազմակի (եռակի) կովալենտային կապ, որը բնորոշ է ալկինների դասի օրգանական նյութերին (ացետիլեններ):

Կովալենտային կապի ձևավորումը ըստ դոնոր-ընդունող մեխանիզմԴիտարկենք ամոնիումի կատիոնի օրինակը.

NH 3 + H + = NH 4 +

7 N 1s 2 2s 2 2p 3

Ազոտի ատոմն ունի էլեկտրոնների ազատ միայնակ զույգ (էլեկտրոններ, որոնք ներգրավված չեն մոլեկուլում քիմիական կապերի ձևավորման մեջ), իսկ ջրածնի կատիոնն ունի ազատ ուղեծր, ուստի դրանք համապատասխանաբար էլեկտրոնների դոնոր և ընդունող են:

Քլորի մոլեկուլի օրինակով դիտարկենք կովալենտային կապի ձևավորման դասական մեխանիզմը:

17 Cl 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 5

Քլորի ատոմն ունի և՛ էլեկտրոնների ազատ միայնակ զույգ, և՛ դատարկ ուղեծրեր, հետևաբար, այն կարող է դրսևորել ինչպես դոնորի, այնպես էլ ընդունողի հատկությունները: Հետևաբար, երբ ձևավորվում է քլորի մոլեկուլ, քլորի մի ատոմը հանդես է գալիս որպես դոնոր, իսկ մյուսը՝ որպես ընդունող։

Հիմնական կովալենտային կապի բնութագրերըհագեցվածությունը (հագեցած կապերը ձևավորվում են, երբ ատոմն իրեն միացնում է այնքան էլեկտրոն, որքան թույլ են տալիս իր վալենտային հնարավորությունները, չհագեցած կապերը ձևավորվում են, երբ կցված էլեկտրոնների թիվը փոքր է ատոմի վալենտային հնարավորություններից). ուղղորդվածություն (այս արժեքը կապված է մոլեկուլի երկրաչափության և «կապերի անկյուն» հասկացության հետ՝ կապերի միջև անկյունը):

Իոնային կապ

Մաքուր իոնային կապով միացություններ չկան, թեև սա հասկացվում է որպես ատոմների քիմիական կապակցված վիճակ, որի դեպքում ատոմի կայուն էլեկտրոնային միջավայր է ստեղծվում, երբ էլեկտրոնի ընդհանուր խտությունը ամբողջությամբ փոխանցվում է ավելի էլեկտրաբացասական տարրի ատոմին: Իոնային կապը հնարավոր է միայն էլեկտրաբացասական և էլեկտրադրական տարրերի ատոմների միջև, որոնք գտնվում են հակառակ լիցքավորված իոնների՝ կատիոնների և անիոնների վիճակում։

ՍԱՀՄԱՆՈՒՄ

Իոնէլեկտրական լիցքավորված մասնիկներ են, որոնք ձևավորվում են ատոմում էլեկտրոնի հեռացման կամ ավելացման արդյունքում:

Էլեկտրոն փոխանցելիս մետաղի և ոչ մետաղի ատոմները հակված են իրենց միջուկի շուրջ ձևավորել կայուն էլեկտրոնային թաղանթ: Ոչ մետաղական ատոմն իր միջուկի շուրջ ստեղծում է հաջորդ իներտ գազի թաղանթ, իսկ մետաղի ատոմը` նախորդ իներտ գազի պատյան (նկ. 3):

Բրինձ. 3. Իոնային կապի առաջացում՝ օգտագործելով նատրիումի քլորիդի մոլեկուլի օրինակը

Մոլեկուլները, որոնցում իոնային կապերը գոյություն ունեն իրենց մաքուր տեսքով, գտնվում են նյութի գոլորշի վիճակում: Իոնային կապը շատ ամուր է, և, հետևաբար, այս կապով նյութերն ունեն բարձր հալման կետ: Ի տարբերություն կովալենտային կապերի, իոնային կապերը չեն բնութագրվում ուղղորդվածությամբ և հագեցվածությամբ, քանի որ իոնների կողմից ստեղծված էլեկտրական դաշտը հավասարապես գործում է բոլոր իոնների վրա գնդաձև համաչափության պատճառով:

Մետաղական միացում

Մետաղական կապն իրականացվում է միայն մետաղների մեջ. սա այն փոխազդեցությունն է, որը մետաղի ատոմները պահում է մեկ վանդակի մեջ: Կապի ձևավորմանը մասնակցում են միայն մետաղի ատոմների վալենտային էլեկտրոնները, որոնք պատկանում են դրա ամբողջ ծավալին։ Մետաղներում էլեկտրոնները մշտապես մերկացվում են ատոմներից և շարժվում են մետաղի ողջ զանգվածով։ Մետաղների ատոմները, զրկված էլեկտրոններից, վերածվում են դրական լիցքավորված իոնների, որոնք հակված են ընդունել շարժվող էլեկտրոններ։ Այս շարունակական գործընթացը մետաղի ներսում ձևավորում է այսպես կոչված «էլեկտրոն գազ», որը ամուր կապում է մետաղի բոլոր ատոմները (նկ. 4):

Մետաղական կապը ամուր է, հետևաբար մետաղները բնութագրվում են հալման բարձր ջերմաստիճանով, իսկ «էլեկտրոն գազի» առկայությունը մետաղներին տալիս է ճկունություն և ճկունություն:

Ջրածնային կապ

Ջրածնային կապը հատուկ միջմոլեկուլային փոխազդեցություն է, քանի որ դրա առաջացումը և ուժը կախված են նյութի քիմիական բնույթից: Այն ձևավորվում է մոլեկուլների միջև, որոնցում ջրածնի ատոմը կապված է բարձր էլեկտրաբացասականություն ունեցող ատոմի հետ (O, N, S): Ջրածնային կապի առաջացումը կախված է երկու պատճառով. նախ՝ ջրածնի ատոմը, որը կապված է էլեկտրաբացասական ատոմի հետ, չունի էլեկտրոններ և հեշտությամբ կարող է ներառվել այլ ատոմների էլեկտրոնային ամպերի մեջ, և երկրորդ՝ ունենալով վալենտական ​​s-օրբիտալ, ջրածնի ատոմն ընդունակ է ընդունել էլեկտրաբացասական ատոմի միայնակ զույգ էլեկտրոնները և կապ ստեղծել դրա հետ դոնոր-ընդունիչ մեխանիզմի միջոցով:

Առաջադրանք թիվ 1

Ներկայացված ցանկից ընտրեք երկու միացություն, որոնք պարունակում են իոնային քիմիական կապ:

• 1. Ca(ClO 2) 2
• 2. HClO 3
• 3.NH4Cl
• 4. HClO 4
• 5.Cl2O7

Պատասխան՝ 13

Դեպքերի ճնշող մեծամասնությունում միացության մեջ իոնային կապի առկայությունը կարող է որոշվել այն փաստով, որ դրա կառուցվածքային միավորները միաժամանակ ներառում են տիպիկ մետաղի ատոմներ և ոչ մետաղի ատոմներ:

Այս հատկանիշի հիման վրա մենք հաստատում ենք, որ թիվ 1 միացության մեջ կա իոնային կապ՝ Ca(ClO 2) 2, քանի որ Նրա բանաձևում կարելի է տեսնել տիպիկ մետաղի կալցիումի ատոմները և ոչ մետաղների՝ թթվածնի և քլորի ատոմները:

Այնուամենայնիվ, այս ցանկում այլևս չկան միացություններ, որոնք պարունակում են և՛ մետաղական, և՛ ոչ մետաղական ատոմներ:

Առաջադրանքում նշված միացություններից է ամոնիումի քլորիդը, որում իոնային կապն իրականացվում է ամոնիումի կատիոնի NH 4 + և քլորիդ իոնի Cl−ի միջև։

Առաջադրանք թիվ 2

Ներկայացված ցանկից ընտրեք երկու միացություն, որոնցում քիմիական կապի տեսակը նույնն է, ինչ ֆտորի մոլեկուլում:

1) թթվածին

2) ազոտի օքսիդ (II)

3) ջրածնի բրոմիդ

4) նատրիումի յոդիդ

Պատասխանների դաշտում գրեք ընտրված կապերի համարները:

Պատասխան՝ 15

Ֆտորի մոլեկուլը (F2) բաղկացած է մեկ ոչ մետաղական քիմիական տարրի երկու ատոմից, հետևաբար այս մոլեկուլում քիմիական կապը կովալենտ է, ոչ բևեռ։

Կովալենտային ոչ բևեռային կապը կարող է իրականացվել միայն նույն ոչ մետաղական քիմիական տարրի ատոմների միջև:

Առաջարկվող տարբերակներից միայն թթվածինը և ադամանդն ունեն կապի կովալենտային ոչ բևեռային տեսակ: Թթվածնի մոլեկուլը երկատոմիկ է, որը բաղկացած է մեկ ոչ մետաղական քիմիական տարրի ատոմներից։ Ադամանդն ունի ատոմային կառուցվածք և իր կառուցվածքով ածխածնի յուրաքանչյուր ատոմ, որը ոչ մետաղ է, կապված է ածխածնի 4 այլ ատոմների հետ։

Ազոտի օքսիդը (II) նյութ է, որը բաղկացած է երկու տարբեր ոչ մետաղների ատոմներից առաջացած մոլեկուլներից։ Քանի որ տարբեր ատոմների էլեկտրաբացասականությունը միշտ տարբեր է, մոլեկուլում ընդհանուր էլեկտրոնային զույգը կողմնակալ է դեպի ավելի էլեկտրաբացասական տարրը, այս դեպքում՝ թթվածինը: Այսպիսով, NO մոլեկուլում կապը բևեռային կովալենտ է:

Ջրածնի բրոմիդը նույնպես բաղկացած է երկատոմային մոլեկուլներից՝ բաղկացած ջրածնի և բրոմի ատոմներից։ H-Br կապը ձևավորող ընդհանուր էլեկտրոնային զույգը տեղափոխվում է ավելի էլեկտրաբացասական բրոմի ատոմ: HBr մոլեկուլում քիմիական կապը նույնպես բևեռային կովալենտ է։

Նատրիումի յոդիդը իոնային կառուցվածքի նյութ է, որը ձևավորվում է մետաղի կատիոնից և յոդիդային անիոնից։ NaI մոլեկուլում կապն առաջանում է 3-ից էլեկտրոնի փոխանցման շնորհիվ ս- նատրիումի ատոմի ուղեծրերը (նատրիումի ատոմը վերածվում է կատիոնի) մինչև թերլրացված 5 էջ-յոդի ատոմի ուղեծիր (յոդի ատոմը վերածվում է անիոնի): Այս քիմիական կապը կոչվում է իոնային:

Առաջադրանք թիվ 3

Ներկայացված ցանկից ընտրեք երկու նյութ, որոնց մոլեկուլները կազմում են ջրածնային կապեր:

• 1. C 2 H 6
• 2. C 2 H 5 OH
• 3.H2O
• 4. CH 3 OCH 3
• 5. CH 3 COCH 3

Պատասխանների դաշտում գրեք ընտրված կապերի համարները:

Պատասխան՝ 23

Բացատրություն:

Ջրածնային կապերը առաջանում են նյութերում մոլեկուլային կառուցվածքը, որոնցում առկա են կովալենտներ H-O պարտատոմսեր, Հ-Ն, Հ-Ֆ. Նրանք. Ջրածնի ատոմի կովալենտային կապերը երեքից բաղկացած ատոմներով քիմիական տարրերամենաբարձր էլեկտրաբացասականությամբ։

Այսպիսով, ակնհայտ է, որ մոլեկուլների միջև կան ջրածնային կապեր.

2) սպիրտներ

3) ֆենոլներ

4) կարբոքսիլաթթուներ

5) ամոնիակ

6) առաջնային և երկրորդային ամիններ

7) ֆտորաթթու

Առաջադրանք թիվ 4

Ներկայացված ցանկից ընտրեք երկու միացություններ իոնային քիմիական կապերով:

• 1.PCl 3
• 2.CO2
• 3. NaCl
• 4.H2S
• 5. MgO

Պատասխանների դաշտում գրեք ընտրված կապերի համարները:

Պատասխան՝ 35

Բացատրություն:

Դեպքերի ճնշող մեծամասնության մեջ միացության մեջ իոնային կապի առկայության մասին եզրակացություն կարելի է անել այն փաստից, որ նյութի կառուցվածքային միավորները միաժամանակ ներառում են տիպիկ մետաղի ատոմներ և ոչ մետաղի ատոմներ:

Այս հատկանիշի հիման վրա մենք հաստատում ենք, որ 3 (NaCl) և 5 (MgO) համարանիշներով միացություններում կա իոնային կապ:

Նշում*

Բացի վերը նշված բնութագրից, միացության մեջ իոնային կապի առկայությունը կարելի է ասել, եթե դրա կառուցվածքային միավորը պարունակում է ամոնիումի կատիոն (NH 4 +) կամ նրա օրգանական անալոգները՝ ալկիլամոնիումի կատիոններ RNH 3 +, դիալկիլամոնիում R 2 NH 2 +, տրիալկիլամոնիումի կատիոններ R 3 NH + կամ տետրալկիլամոնիում R 4 N +, որտեղ R-ը ածխաջրածնային որոշ ռադիկալ է: Օրինակ, կապի իոնային տեսակը հանդիպում է (CH 3) 4 NCl միացության մեջ (CH 3) 4 + կատիոնի և Cl − քլորիդ իոնի միջև։

Առաջադրանք թիվ 5

Տրամադրված ցանկից ընտրեք նույն տեսակի կառուցվածքով երկու նյութ:

4) ճաշի աղ

Պատասխանների դաշտում գրեք ընտրված կապերի համարները:

Պատասխան՝ 23

Առաջադրանք թիվ 8

Առաջարկվող ցանկից ընտրե՛ք ոչ մոլեկուլային կառուցվածքով երկու նյութ։

2) թթվածին

3) սպիտակ ֆոսֆոր

5) սիլիցիում

Պատասխանների դաշտում գրեք ընտրված կապերի համարները:

Պատասխան՝ 45

Առաջադրանք թիվ 11

Առաջարկվող ցանկից ընտրեք երկու նյութ, որոնց մոլեկուլները պարունակում են կրկնակի կապ ածխածնի և թթվածնի ատոմների միջև:

3) ֆորմալդեհիդ

4) քացախաթթու

5) գլիցերին

Պատասխանների դաշտում գրեք ընտրված կապերի համարները:

Պատասխան՝ 34

Առաջադրանք թիվ 14

Տրամադրված ցանկից ընտրե՛ք իոնային կապերով երկու նյութ։

1) թթվածին

3) ածխածնի օքսիդ (IV)

4) նատրիումի քլորիդ

5) կալցիումի օքսիդ

Պատասխանների դաշտում գրեք ընտրված կապերի համարները:

Պատասխան՝ 45

Առաջադրանք թիվ 15

Առաջարկվող ցուցակից ընտրեք երկու նյութ, որոնք ունեն նույն տեսակի բյուրեղյա ցանց, ինչպես ադամանդը:

1) սիլիցիումի SiO 2

2) նատրիումի օքսիդ Na 2 O

3) ածխածնի օքսիդ CO

4) սպիտակ ֆոսֆոր P 4

5) սիլիցիումի Si

Պատասխանների դաշտում գրեք ընտրված կապերի համարները:

Պատասխան՝ 15

Առաջադրանք թիվ 20

Ներկայացված ցանկից ընտրեք երկու նյութ, որոնց մոլեկուլներն ունեն մեկ եռակի կապ:

• 1. HCOOH
• 2.HCOH
• 3. C 2 H 4
• 4. N 2
• 5. C 2 H 2

Պատասխանների դաշտում գրեք ընտրված կապերի համարները:

Պատասխան՝ 45

Բացատրություն:

Ճիշտ պատասխանը գտնելու համար եկեք նկարենք կառուցվածքային բանաձևերմիացումներ ներկայացված ցանկից.

Այսպիսով, մենք տեսնում ենք, որ կա եռակի կապ ազոտի և ացետիլենի մոլեկուլներում: Նրանք. ճիշտ պատասխաններ 45

Առաջադրանք թիվ 21

Առաջարկվող ցանկից ընտրեք երկու նյութ, որոնց մոլեկուլները պարունակում են կովալենտային ոչ բևեռային կապ:

Կապի ամենակարևոր բնութագրիչները ներառում են՝ երկարությունը, բևեռականությունը, դիպոլային պահը, հագեցվածությունը, ուղղությունը, ամրությունը և կապի բազմապատկությունը:

Հղման երկարությունը- մոլեկուլի ատոմների միջուկների միջև հեռավորությունն է: Կապի երկարությունը որոշվում է միջուկների մեծությամբ և էլեկտրոնային ամպերի համընկնման աստիճանով։

ՀՖ-ում կապի երկարությունը 0,92∙10 -10 է, HCl-ում՝ 1,28∙10 մ, որքան կարճ է դրա երկարությունը, այնքան ուժեղ է քիմիական կապը:

Կապի անկյուն (Կապի անկյուն)անվանել քիմիապես կապված ատոմների միջուկներով անցնող երևակայական գծերի անկյունը: ∟HOH=104 0 .5; ∟H 2 S=92.2 0; ∟H 2 S e =91 0 .0.

Քիմիական կապի ամենակարևոր հատկանիշն է էներգիա, սահմանելով այն ուժ։

Կապի ուժը քանակապես բնութագրվում է այն խզելու համար ծախսված էներգիայով և չափվում է կՋ-ով 1 մոլ նյութի համար։

Հետևաբար, կապի ուժը քանակապես բնութագրվում է սուբլիմացիայի էներգիայով E subl. մոլեկուլի տարանջատման նյութերը և էներգիան ատոմների E դիսս. . Սուբլիմացիայի էներգիան վերաբերում է այն էներգիային, որը ծախսվում է նյութը պինդ վիճակից գազային վիճակի անցնելու համար: Դիատոմային մոլեկուլների համար կապի էներգիան հավասար է մոլեկուլի երկու ատոմների տարանջատման էներգիային։

Օրինակ, E diss. (և հետևաբար E St.) H 2 մոլեկուլում 435 կՋ/մոլ է: F 2 մոլեկուլում = 159 կՋ/մոլ, N 2 մոլեկուլում՝ 940 կՋ/մոլ։

Համար ոչ դիատոմիկ, այլ բազմատոմի մոլեկուլներտեսակ AB n միջին կապող էներգիա

AB-ի կողմից n =A+nB:

Օրինակ՝ գործընթացի ընթացքում կլանված էներգիան

հավասար է 924 կՋ/մոլի։

Հաղորդակցման էներգիա

E OH = = = = 462 կՋ/մոլ:

Մոլեկուլների կառուցվածքի և նյութի կառուցվածքի մասին եզրակացություններ են արվում տարբեր մեթոդներով ստացված արդյունքների հիման վրա։ Այս դեպքում ստացված տեղեկատվությունը օգտագործվում է ոչ միայն կապի երկարությունների և էներգիաների, կապի անկյունների, այլ նաև նյութի այլ հատկությունների մասին, ինչպիսիք են մագնիսական, օպտիկական, էլեկտրական, ջերմային և այլն:

Նյութի կառուցվածքի վերաբերյալ փորձարարորեն ստացված տվյալների հավաքածուն լրացնում և ընդհանրացնում է քվանտաքիմիական հաշվարկման մեթոդների արդյունքները, որոնք օգտագործում են քիմիական կապի քվանտային մեխանիկական տեսության հայեցակարգը։ Ենթադրվում է, որ քիմիական կապը հիմնականում պայմանավորված է վալենտային էլեկտրոններով: S- և p-տարրերի համար վալենտային էլեկտրոնները արտաքին շերտի ուղեծրերի էլեկտրոններն են, իսկ d-տարրերի համար էլեկտրոնները արտաքին շերտի s-օրբիտալներն են և մինչարտաքին շերտի d-օրբիտալները: .

Քիմիական կապի բնույթը.

Քիմիական կապը ձևավորվում է միայն այն դեպքում, երբ ատոմները մոտենում են միմյանց ընդհանուր էներգիահամակարգը (E kin. + E pot.) նվազում է։

Դիտարկենք քիմիական կապի բնույթը՝ օգտագործելով մոլեկուլային ջրածնի իոնի H 2 + օրինակը: (Ստացվում է ջրածնի մոլեկուլները H 2 էլեկտրոններով ճառագայթելով, գազի արտանետման մեջ): Նման պարզ մոլեկուլային համակարգի համար Շրյոդինգերի հավասարումը առավել ճշգրիտ է լուծվում։

Ջրածնի իոնում H 2 + մեկ էլեկտրոն շարժվում է երկու միջուկների՝ պրոտոնների դաշտում։ Միջուկների միջև հեռավորությունը 0,106 նմ է, կապի էներգիան (տարանջատումը H ատոմների և H + իոնի)՝ 255,7 կՋ/մոլ։ Այսինքն՝ մասնիկը ուժեղ է։

H 2 + մոլեկուլային իոնում կան երկու տեսակի էլեկտրաստատիկ ուժեր՝ էլեկտրոնի ձգման ուժը երկու միջուկներին և վանման ուժը միջուկների միջև: վանող ուժը դրսևորվում է դրական լիցքավորված H A + և H A + միջուկների միջև, որոնք կարելի է ներկայացնել հետևյալ պատկերի տեսքով. 3. վանող ուժը ձգտում է միջուկները հեռացնել միմյանցից:

Բրինձ. 3. Երկու միջուկների միջև վանման (a) և ձգողականության (b) ուժը, որն առաջանում է, երբ նրանք մոտենում են միմյանց ատոմների չափի կարգի հեռավորությունների վրա։

Գրավիչ ուժերը գործում են բացասական լիցքավորված էլեկտրոնի e-ի և դրական լիցքավորված միջուկների միջև՝ H + և H +: Մոլեկուլ է առաջանում, եթե ձգողականության և վանման ուժերի արդյունքը զրո է, այսինքն՝ միջուկների փոխադարձ վանումը պետք է փոխհատուցվի էլեկտրոնի միջուկների ձգումով։ Նման փոխհատուցումը կախված է էլեկտրոնի e - միջուկների նկատմամբ գտնվելու վայրից (նկ. 3 բ և գ): Այստեղ նկատի ունի ոչ թե էլեկտրոնի դիրքը տարածության մեջ (որը հնարավոր չէ որոշել), այլ էլեկտրոնը տարածության մեջ գտնելու հավանականությունը։ Էլեկտրոնների խտության գտնվելու վայրը տարածության մեջ՝ համապատասխան Նկ. 3.բ) նպաստում է միջուկների մերձեցմանը, իսկ համապատասխան Նկ. 3.գ) – միջուկների վանում, քանի որ այս դեպքում ձգող ուժերն ուղղված են մեկ ուղղությամբ և միջուկների վանումը չի փոխհատուցվում։ Այսպիսով, կա կապող շրջան, երբ էլեկտրոնային խտությունը բաշխվում է միջուկների միջև, և հակակապակցման կամ հակակապակցման շրջան, երբ էլեկտրոնային խտությունը բաշխվում է միջուկների հետևում։

Եթե ​​էլեկտրոնը մտնում է կապի շրջան, առաջանում է քիմիական կապ: Եթե ​​էլեկտրոնն ընկնում է հակակապակցման շրջան, ապա քիմիական կապ չի ձևավորվում։

Կախված կապող տարածքում էլեկտրոնային խտության բաշխման բնույթից՝ առանձնանում են քիմիական կապերի երեք հիմնական տեսակ՝ կովալենտ, իոնային և մետաղական։ Այս կապերն իրենց մաքուր ձևով չեն լինում, և սովորաբար այս տեսակի կապերի համակցությունը առկա է միացություններում:

Միացումների տեսակները.

Քիմիայում առանձնանում են կապերի հետևյալ տեսակները՝ կովալենտ, իոնային, մետաղական, ջրածնային կապ, վան դեր Վալսյան կապ, դոնոր-ընդունող կապ, դաթիվ կապ։

Կովալենտային կապ

Երբ ձևավորվում է կովալենտային կապ, ատոմները միմյանց հետ կիսում են էլեկտրոնները: Կովալենտային կապի օրինակ է քիմիական կապը Cl 2 մոլեկուլում։ Լյուիսը (1916) առաջին անգամ առաջարկեց, որ նման կապում քլորի երկու ատոմներից յուրաքանչյուրը կիսում է իր արտաքին էլեկտրոններից մեկը մյուս քլորի ատոմի հետ: Ատոմային ուղեծրերի համընկնման համար երկու ատոմները պետք է հնարավորինս մոտենան միմյանց: Էլեկտրոնների ընդհանուր զույգը կազմում է կովալենտային կապ: Այս էլեկտրոնները զբաղեցնում են նույն ուղեծրը, և նրանց սպիններն ուղղված են հակառակ ուղղություններով։

Այսպիսով, կովալենտային կապն իրականացվում է տարբեր ատոմներից էլեկտրոններ կիսելու միջոցով՝ էլեկտրոնների հակադիր սպինների հետ զուգակցելու արդյունքում։

Կովալենտային կապը կապի տարածված տեսակ է: Կովալենտային կապերը կարող են առաջանալ ոչ միայն մոլեկուլներում, այլև բյուրեղներում։ Այն տեղի է ունենում միանման ատոմների միջև (H 2, Cl 2, ադամանդի մոլեկուլներում) և տարբեր ատոմների միջև (H 2 O, NH 3 ... մոլեկուլներում):

Կովալենտային կապի ձևավորման մեխանիզմ

Դիտարկենք մեխանիզմը՝ օգտագործելով H 2 մոլեկուլի ձևավորման օրինակը:

H+H=H 2, ∆H=-436 կՋ/մոլ

Ազատ ջրածնի ատոմի միջուկը շրջապատված է գնդաձեւ սիմետրիկ էլեկտրոնային ամպով, որը ձևավորվում է 1s էլեկտրոնի կողմից։ Երբ ատոմները մոտենում են որոշակի հեռավորության, նրանց էլեկտրոնային ամպերը (օրբիտալները) մասամբ համընկնում են (նկ. 4):

Բրինձ. 4. Ջրածնի մոլեկուլում կապի առաջացման մեխանիզմը.

Եթե ​​մինչ դիպչելը մոտեցող ջրածնի ատոմներն ունեն միջուկների միջև 0,106 նմ հեռավորություն, ապա էլեկտրոնային ամպերի համընկնումից հետո այդ հեռավորությունը կազմում է 0,074 նմ։

Արդյունքում միջուկների կենտրոնների միջև առաջանում է մոլեկուլային երկէլեկտրոնային ամպ, որն ունի առավելագույն էլեկտրոնային խտություն միջուկների միջև ընկած տարածության մեջ։ Միջուկների միջև բացասական լիցքի խտության ավելացումը նպաստում է միջուկների միջև ձգողական ուժերի ուժեղ աճին, ինչը հանգեցնում է էներգիայի ազատմանը: Որքան ուժեղ է էլեկտրոնային ուղեծրերի համընկնումը, այնքան ուժեղ է քիմիական կապը: Երկու ջրածնի ատոմների միջև քիմիական կապի ձևավորման արդյունքում նրանցից յուրաքանչյուրը հասնում է էլեկտրոնային կոնֆիգուրացիաազնիվ գազի ատոմ՝ հելիում։

Գոյություն ունեն երկու մեթոդ, որոնք բացատրում են, քվանտային մեխանիկական տեսանկյունից, էլեկտրոնային ամպերի համընկնման տարածքի և համապատասխանաբար կովալենտային կապի ձևավորումը: Դրանցից մեկը կոչվում է մ.թ.ա. մեթոդ ( վալենտային կապեր), մեկ այլ MO (մոլեկուլային օրբիտալներ):

Վալենտային կապի մեթոդը դիտարկում է ընտրված զույգ ատոմների ատոմային ուղեծրերի համընկնումը: MO մեթոդով մոլեկուլը դիտարկվում է որպես ամբողջություն և էլեկտրոնային խտության բաշխումը (մեկ էլեկտրոնից) տարածվում է ամբողջ մոլեկուլի վրա։ H 2-ում MO 2H-ի դիրքից միացված են միջուկների ձգման շնորհիվ այս միջուկների միջև գտնվող էլեկտրոնային ամպին:

Կովալենտային կապի նկարազարդում

Միացումները պատկերված են տարբեր ձևերով.

1). Էլեկտրոնների օգտագործումը որպես կետեր

Այս դեպքում ջրածնի մոլեկուլի առաջացումը ցույց է տրված դիագրամով

N∙ + N∙ → N: N

2). Օգտագործելով քառակուսի բջիջներ (օրբիտալներ), ինչպես, օրինակ, մեկ մոլեկուլային քվանտային բջիջում հակադիր սպիններով երկու էլեկտրոններ տեղադրելը

Այս դիագրամը ցույց է տալիս, որ մոլեկուլային էներգիայի մակարդակը ցածր է սկզբնական ատոմային մակարդակներից, ինչը նշանակում է մոլեկուլային վիճակնյութերն ավելի կայուն են, քան ատոմայինները։

3). Կովալենտային կապը ներկայացված է գծով

Օրինակ, H – N. Այս տողը խորհրդանշում է զույգ էլեկտրոններ:

Եթե ​​ատոմների միջև առաջանում է մեկ կովալենտային կապ (մեկ ընդհանուր էլեկտրոնային զույգ), ապա այն կոչվում է միայնակ, եթե ավելի շատ, ապա բազմապատիկ կրկնակի(երկու ընդհանուր էլեկտրոնային զույգ), եռակի(երեք ընդհանուր էլեկտրոնային զույգ): Մեկ կապը ներկայացված է մեկ տողով, կրկնակի կապը երկու տողով, իսկ եռակի կապը՝ երեք տողով։

Ատոմների միջև գծիկը ցույց է տալիս, որ նրանք ունեն ընդհանրացված զույգ էլեկտրոններ։

Կովալենտային կապերի դասակարգում

Կախված էլեկտրոնային ամպերի համընկնման ուղղությունից՝ առանձնանում են σ-, π-, δ կապերը։ σ կապը առաջանում է, երբ էլեկտրոնային ամպերը համընկնում են փոխազդող ատոմների միջուկները միացնող առանցքի երկայնքով։

σ-պարտատոմսերի օրինակներ.

Բրինձ. 5. s-, p-, d- էլեկտրոնների միջեւ σ կապի առաջացում:

Ջրածնի մոլեկուլում նկատվում է σ կապի առաջացման օրինակ, երբ s-s ամպերը համընկնում են։

Π կապն առաջանում է, երբ առանցքի երկու կողմերում էլեկտրոնային ամպերը համընկնում են՝ միացնելով ատոմների միջուկները։

Բրինձ. 6. p- կապի առաջացում p-, d- էլեկտրոնների միջեւ:

δ-կապը առաջանում է, երբ երկուսը համընկնում են դ-էլեկտրոնային ամպերգտնվում է զուգահեռ հարթություններ. δ կապը պակաս ամուր է, քան π կապը, իսկ π կապը ավելի քիչ ուժեղ է, քան σ կապը:

Կովալենտային կապերի հատկությունները

Ա). Բևեռականություն.

Կովալենտային կապերի երկու տեսակ կա՝ ոչ բևեռային և բևեռային։

Ոչ բևեռային կովալենտային կապի դեպքում էլեկտրոնների ընդհանուր զույգից ձևավորված էլեկտրոնային ամպը տարածության մեջ բաշխված է ատոմային միջուկների նկատմամբ սիմետրիկորեն։ Օրինակ՝ երկատոմային մոլեկուլները, որոնք բաղկացած են մեկ տարրի ատոմներից՝ H 2, Cl 2, O 2, N 2, F 2: Նրանց էլեկտրոնային զույգը հավասարապես պատկանում է երկու ատոմներին։

Բևեռային կապի դեպքում կապը ձևավորող էլեկտրոնային ամպը տեղափոխվում է ավելի բարձր հարաբերական էլեկտրաբացասականություն ունեցող ատոմ:

Օրինակներ են հետևյալ մոլեկուլները՝ HCl, H 2 O, H 2 S, N 2 S, NH 3 և այլն: Դիտարկենք HCl մոլեկուլի ձևավորումը, որը կարելի է ներկայացնել հետևյալ գծապատկերով.

Էլեկտրոնային զույգը տեղափոխվում է քլորի ատոմ, քանի որ քլորի ատոմի հարաբերական էլեկտրաբացասականությունը (2.83) ավելի մեծ է, քան ջրածնի ատոմինը (2.1):

բ). Հագեցվածություն.

Ատոմների ունակությունը՝ մասնակցելու սահմանափակ թվով կովալենտային կապերի ձևավորմանը, կոչվում է կովալենտային կապի հագեցվածություն։ Կովալենտային կապերի հագեցվածությունը պայմանավորված է նրանով, որ ներս քիմիական փոխազդեցությունՄասնակցում են միայն արտաքին էներգիայի մակարդակներից էլեկտրոնները, այսինքն՝ սահմանափակ թվով էլեկտրոններ։

V) . Կենտրոնանալև կովալենտային կապերի հիբրիդացում։

Կովալենտային կապը բնութագրվում է տարածության մեջ ուղղորդվածությամբ: Սա բացատրվում է նրանով, որ էլեկտրոնային ամպերն ունեն որոշակի ձև, և դրանց առավելագույն համընկնումը հնարավոր է որոշակի տարածական կողմնորոշման դեպքում։

Կովալենտային կապի ուղղությունը որոշում է մոլեկուլների երկրաչափական կառուցվածքը։

Օրինակ, ջրի համար այն ունի եռանկյունաձև ձև:

Բրինձ. 7. Ջրի մոլեկուլի տարածական կառուցվածքը.

Փորձնականորեն հաստատվել է, որ H 2 O ջրի մոլեկուլում ջրածնի և թթվածնի միջուկների միջև հեռավորությունը 0,096 նմ է (96 pm): Միջուկներով անցնող գծերի անկյունը 104,5 0 է։ Այսպիսով, ջրի մոլեկուլն ունի անկյունային ձև և նրա կառուցվածքը կարող է արտահայտվել ներկայացված պատկերի տեսքով։

Հիբրիդացում

Որպես փորձարարական և տեսական հետազոտություն(Slater, Pauling) որոշ միացությունների ձևավորման ժամանակ, ինչպիսիք են BeCl 2, BeF 2, BeBr 2, ատոմի վալենտային էլեկտրոնների վիճակը մոլեկուլում նկարագրվում է ոչ մաքուր s-, p-, d- ալիքային ֆունկցիաներով: , բայց իրենց գծային համակցություններով։ Նման խառը կառուցվածքները կոչվում են հիբրիդային օրբիտալներ, իսկ խառնման գործընթացը կոչվում է հիբրիդացում։

Ինչպես ցույց են տալիս քվանտաքիմիական հաշվարկները, ատոմի s- և p-օրբիտալները խառնելը մոլեկուլ առաջացման համար բարենպաստ գործընթաց է: Այս դեպքում ավելի շատ էներգիա է արձակվում, քան մաքուր s- և p-օրբիտալներով կապերի ձևավորման ժամանակ: Հետևաբար, ատոմի էլեկտրոնային ուղեծրերի հիբրիդացումը հանգեցնում է համակարգի էներգիայի մեծ նվազման և, համապատասխանաբար, մոլեկուլի կայունության բարձրացման։ Հիբրիդացված ուղեծրը միջուկի մի կողմում ավելի երկարացված է, քան մյուս կողմում։ Հետևաբար, հիբրիդային ամպի համընկնման շրջանում էլեկտրոնային խտությունը ավելի մեծ կլինի, քան s- և p- ուղեծրերի առանձին համընկնման շրջանում էլեկտրոնային խտությունը, ինչի արդյունքում հիբրիդի էլեկտրոնների կողմից ձևավորված կապը: ուղեծրը բնութագրվում է ավելի մեծ ուժով:

Առաջանում են հիբրիդային վիճակների մի քանի տեսակներ. Երբ s- և p-օրբիտալները հիբրիդացվում են (կոչվում է sp-հիբրիդացում), առաջանում են երկու հիբրիդային ուղեծրեր, որոնք գտնվում են միմյանց նկատմամբ 180 0 անկյան տակ: Այս դեպքում ձևավորվում է գծային կառուցվածք: Այս կոնֆիգուրացիան (կառուցվածքը) հայտնի է հողալկալիական մետաղների հալոգենների մեծ մասի համար (օրինակ՝ BeX 2, որտեղ X = Cl, F, Br), այսինքն. Կապի անկյունը 180 0 C է:

Բրինձ. 8. sp հիբրիդացում

Հիբրիդացման մեկ այլ տեսակ, որը կոչվում է sp 2 հիբրիդացում (առաջանում է մեկ s և երկու p օրբիտալներից), հանգեցնում է երեք հիբրիդային օրբիտալների առաջացմանը, որոնք գտնվում են միմյանց նկատմամբ 120 0 անկյան տակ։ Այս դեպքում տարածության մեջ ձևավորվում է մոլեկուլի եռանկյունաձև կառուցվածք (կամ կանոնավոր եռանկյուն)։ Նման կառուցվածքները հայտնի են BX 3 միացություններով (X=Cl, F, Br):

Բրինձ. 9. sp 2 -հիբրիդացում.

Ոչ պակաս տարածված է sp 3 հիբրիդացումը, որը ձևավորվում է մեկ s- և երեք p- օրբիտալներից։ Այս դեպքում ձևավորվում են չորս հիբրիդային ուղեծրեր, որոնք տարածության մեջ սիմետրիկորեն կողմնորոշված ​​են քառանիստի չորս գագաթներին, այսինքն՝ գտնվում են 109 0 28 անկյան տակ: Այս տարածական դիրքը կոչվում է քառանիստ: Այս կառուցվածքը հայտնի է մոլեկուլներով: NH 3, H 2 O և ընդհանրապես II շրջանի տարրերի համար սխեմատիկորեն դրա տեսքը տարածության մեջ կարող է ցուցադրվել հետևյալ նկարում

Բրինձ. 10. Ամոնիակի մոլեկուլում կապերի տարածական դասավորությունը,

նախագծված ինքնաթիռի վրա:

sp 3 հիբրիդացման պատճառով քառաեզրային կապերի ձևավորումը կարող է ներկայացվել հետևյալ կերպ (նկ. 11).

Բրինձ. 11. Սպ 3 հիբրիդացման ժամանակ քառաեզրային կապերի առաջացում.

Սպ 3 հիբրիդացման ժամանակ քառաեդրային կապերի ձևավորումը՝ օգտագործելով CCl 4 մոլեկուլի օրինակը, ներկայացված է Նկ. 12.

Նկար 12. sp 3-ի ընթացքում քառաեդրային կապերի ձևավորում - CCl 4 մոլեկուլների մեջ հիբրիդացում

Հիբրիդացումը վերաբերում է ոչ միայն s- և p-orbitals-ին: III և դրան հաջորդող ժամանակաշրջանների ստերեոքիմիական տարրերը բացատրելու համար անհրաժեշտ է միաժամանակ կառուցել հիբրիդային օրբիտալներ՝ ներառելով s-, p-, d- ուղեծրերը:

Կովալենտային կապերով նյութերը ներառում են.

1. օրգանական միացություններ;

2. կոշտ ու հեղուկ նյութեր, որոնցում կապեր են առաջանում հալոգենի զույգ ատոմների, ինչպես նաև ջրածնի, ազոտի և թթվածնի զույգ ատոմների միջև, օրինակ՝ H2;

3. VI խմբի տարրեր (օրինակ՝ թելուրի պարուրաձև շղթաներ), V խմբի տարրեր (օրինակ՝ մկնդեղ), IV խմբի տարրեր (ադամանդ, սիլիցիում, գերմանիում);

4. 8-N կանոնին ենթարկվող միացություններ (ինչպիսիք են InSb, CdS, GaAs, CdTe), երբ դրանց բաղկացուցիչ տարրերը գտնվում են պարբերական աղյուսակի II-VI, III-V խմբերում։

Կովալենտային կապերով պինդ մարմիններում նույն նյութի համար կարող են առաջանալ տարբեր բյուրեղային կառուցվածքներ, որոնց կապման էներգիան գրեթե նույնն է։ Օրինակ, ZnS-ի կառուցվածքը կարող է լինել խորանարդ (ցինկբլենդ) կամ վեցանկյուն (վուրցիտ): Ցինկի բլենդում և վուրցիտում մոտակա հարևանների դասավորությունը նույնն է, և այս երկու կառույցների էներգիաների միակ և փոքր տարբերությունը որոշվում է մոտակա ատոմների դասավորությամբ։ Որոշ նյութերի այս ունակությունը կոչվում է ալոտրոպիա կամ պոլիմորֆիզմ։ Ալոտրոպիայի մեկ այլ օրինակ է սիլիցիումի կարբիդը, որն ունի տարբեր կառուցվածքների մի շարք բազմատեսակներ՝ զուտ խորանարդից մինչև վեցանկյուն։ ZnS-ի, SiC-ի այս բազմաթիվ բյուրեղային փոփոխությունները գոյություն ունեն սենյակային ջերմաստիճանում:

Իոնային կապ

Իոնային կապը հակառակ նշանի լիցքերով (այսինքն՝ + և −) իոնների միջև ներգրավման էլեկտրաստատիկ ուժ է:

Իոնային կապի գաղափարը ձևավորվել է Վ.Կոսելի գաղափարների հիման վրա։ Նա առաջարկեց (1916), երբ երկու ատոմները փոխազդում են, մեկը հանձնվում է, իսկ մյուսը ընդունում է էլեկտրոնները։ Այսպիսով, իոնային կապը ձևավորվում է մեկ կամ մի քանի էլեկտրոնների մեկ ատոմից մյուսը տեղափոխելու արդյունքում: Օրինակ՝ նատրիումի քլորիդում իոնային կապ է գոյանում էլեկտրոնի նատրիումի ատոմից քլորի ատոմ տեղափոխելու արդյունքում։ Այս փոխանցման արդյունքում առաջանում է +1 լիցքով նատրիումի իոն և -1 լիցքով քլորի իոն։ Նրանք միմյանց ձգում են էլեկտրաստատիկ ուժերով՝ կազմելով կայուն մոլեկուլ։ Կոսելի առաջարկած էլեկտրոնային փոխանցման մոդելը թույլ է տալիս բացատրել այնպիսի միացությունների առաջացումը, ինչպիսիք են լիթիումի ֆտորիդը, կալցիումի օքսիդը և լիթիումի օքսիդը։

Առավել բնորոշ իոնային միացությունները բաղկացած են I և II խմբերին պատկանող մետաղական կատիոններից պարբերական աղյուսակև անիոններ ոչ մետաղական տարրեր VI և VII խմբերին պատկանող.

Իոնային միացության առաջացման հեշտությունը կախված է նրա բաղկացուցիչ կատիոնների և անիոնների առաջացման հեշտությունից։ Ձևավորման հեշտությունն ավելի բարձր է, այնքան ցածր է ատոմի նվիրատու էլեկտրոնների իոնացման էներգիան (էլեկտրոնների դոնոր), և ատոմը ավելացնող էլեկտրոններ (էլեկտրոն ընդունող) ավելի մեծ կապ ունի էլեկտրոնի նկատմամբ։ Էլեկտրոնների մերձեցումատոմի էլեկտրոն ստանալու ունակության չափումն է։ Այն քանակականացվում է որպես էներգիայի փոփոխություն, որը տեղի է ունենում, երբ մեկ մոլ լիցքավորված անիոնները ձևավորվում են մեկ մոլ ատոմներից: Սա, այսպես կոչված, «առաջին էլեկտրոնի հարաբերակցություն» հասկացությունն է: Երկրորդ էլեկտրոնի հարաբերակցությունը էներգիայի փոփոխությունն է, որը տեղի է ունենում, երբ մեկ մոլ լիցքավորված անիոններից ձևավորվում է մեկ մոլ կրկնակի լիցքավորված անիոններ: Այս հասկացությունները, այսինքն՝ իոնացման էներգիան և էլեկտրոնների մերձեցումը, վերաբերում են գազային նյութերին և հանդիսանում են ատոմների և իոնների բնութագրերը։ գազային վիճակ. Բայց պետք է նկատի ունենալ, որ իոնային միացությունների մեծ մասն առավել կայուն է պինդ վիճակում։ Այս հանգամանքը բացատրվում է նրանց մեջ պինդ վիճակում բյուրեղային ցանցի առկայությամբ։ Հարց է առաջանում. Ինչո՞ւ, ի վերջո, իոնային միացություններն ավելի կայուն են բյուրեղային ցանցերի տեսքով, այլ ոչ գազային վիճակում։ Այս հարցի պատասխանը բյուրեղային ցանցի էներգիայի հաշվարկն է՝ հիմնված էլեկտրաստատիկ մոդելի վրա։ Բացի սրանից, այս հաշվարկը նաև իոնային կապի տեսության թեստ է։

Բյուրեղային ցանցի էներգիան հաշվարկելու համար անհրաժեշտ է որոշել այն աշխատանքը, որը պետք է ծախսվի գազային իոնների առաջացմամբ բյուրեղային ցանցի ոչնչացման վրա։ Հաշվարկն իրականացնելու համար օգտագործվում է ձգողականության և վանման ուժերի գաղափարը։ Միայնակ լիցքավորված իոնների փոխազդեցության պոտենցիալ էներգիայի արտահայտությունը ստացվում է ներգրավման և վանման էներգիայի գումարման միջոցով

E = E մեջ + E դուրս (1):

Հակառակ նշանների իոնների Կուլոնյան ձգողության էներգիան ընդունվում է որպես Eat, օրինակ՝ Na + և Cl - NaCl միացության համար։

E մուտքային = -e 2 /4pe 0 r (2),

քանի որ էլեկտրոնային լիցքի բաշխումը լրացվում է էլեկտրոնային թաղանթգնդաձև սիմետրիկ: Շնորհիվ այն վանման, որը տեղի է ունենում Պաուլիի սկզբունքի շնորհիվ, երբ անիոնի և կատիոնի լցված թաղանթները համընկնում են, հեռավորությունը, որին կարող են մոտենալ իոնները, սահմանափակ է։ վանող էներգիան արագ փոխվում է միջմիջուկային հեռավորության հետ և կարող է գրվել հետևյալ երկու մոտավոր արտահայտություններով.

E ott = A/r n (n≈12) (3)

E ott = B∙exp(-r/ρ) (4),

որտեղ A-ն և B-ն հաստատուններ են, r-ը իոնների միջև հեռավորությունն է, ρ-ն պարամետր է (բնորոշ երկարություն):

Պետք է նշել, որ այս արտահայտություններից ոչ մեկը չի համապատասխանում բարդ քվանտային մեխանիկական գործընթացին, որը հանգեցնում է վանման։

Չնայած այս բանաձևերի մոտավոր բնույթին, դրանք հնարավորություն են տալիս բավականին ճշգրիտ հաշվարկել և համապատասխանաբար նկարագրել քիմիական կապը այնպիսի իոնային միացությունների մոլեկուլներում, ինչպիսիք են NaCl, KCl, CaO:

Քանի որ իոնի էլեկտրական դաշտն ունի գնդաձև համաչափություն (նկ. 13), իոնային կապը, ի տարբերություն կովալենտային կապի, չունի ուղղորդվածություն։ Հակառակ լիցքավորված երկու իոնների փոխազդեցությունը փոխհատուցվում է միայն իոնային միջուկների կենտրոնները այլ ուղղություններով միացնող ուղղությամբ, իոնների էլեկտրական դաշտերի փոխհատուցում չի առաջանում. Հետեւաբար, նրանք կարողանում են փոխազդել այլ իոնների հետ։ Այսպիսով, իոնային կապը հագեցած չէ:

Բրինձ. 13. Էլեկտրաստատիկ դաշտի գնդային համաչափություն

հակառակ լիցքավորված մեղադրանքներ.

Իոնային կապերի ոչ ուղղորդվածության և չհագեցվածության պատճառով այն էներգետիկ առումով առավել բարենպաստ է, երբ յուրաքանչյուր իոն շրջապատված է հակառակ նշանի իոնների առավելագույն քանակով։ Դրա շնորհիվ իոնային միացության գոյության առավել նախընտրելի ձևը բյուրեղն է։ Օրինակ՝ NaCl բյուրեղներում յուրաքանչյուր կատիոն ունի վեց անիոն՝ որպես մոտակա հարևաններ։

Միայն գազային վիճակում գտնվող բարձր ջերմաստիճանի դեպքում իոնային միացություններ գոյություն ունեն չասոցացված մոլեկուլների տեսքով:

Իոնային միացություններում կոորդինացիոն թիվը կախված չէ ատոմների հատուկ էլեկտրոնային կառուցվածքից, ինչպես կովալենտային միացություններում, այլ որոշվում է իոնների չափերի հարաբերակցությամբ։ հարաբերակցությամբ իոնային շառավիղներ 0,41 - 0,73 միջակայքում նկատվում է իոնների ութանիստ կոորդինացիա՝ 0,73-1,37 հարաբերակցությամբ՝ խորանարդ կոորդինացիա և այլն։

Այսպիսով, նորմալ պայմաններում իոնային միացություններ են բյուրեղային նյութեր. Երկու իոնային մոլեկուլների հասկացությունը, օրինակ՝ NaCL, CsCl, նրանց վրա չի տարածվում։ Յուրաքանչյուր բյուրեղ բաղկացած է մեծ թվով իոններից։

Իոնային կապը կարող է ներկայացվել որպես սահմանափակող բևեռային կապ, որի համար ատոմի արդյունավետ լիցքը մոտ է միասնությանը։ Զուտ կովալենտային ոչ բևեռային կապի համար ատոմների արդյունավետ լիցքը զրո է։ Իրական նյութերում հազվադեպ են զուտ իոնային և զուտ կովալենտային կապերը։ Միացությունների մեծ մասն ունեն կապի բնույթ, որը միջանկյալ է ոչ բևեռային կովալենտային և բևեռային իոնային: Այսինքն՝ այս միացություններում կովալենտային կապը մասամբ իոնային է իր բնույթով։ Իրական նյութերում իոնային և կովալենտային կապերի բնույթը ներկայացված է Նկար 14-ում:

Բրինձ. 14. Կապի իոնային և կովալենտային բնույթը.

Կապի իոնային բնույթի համամասնությունը կոչվում է իոնականության աստիճան: Այն բնութագրվում է մոլեկուլում ատոմների արդյունավետ լիցքերով։ Իոնականության աստիճանը մեծանում է այն կազմող ատոմների էլեկտրաբացասականության տարբերության աճով։

Մետաղական միացում

Մետաղների ատոմներում արտաքին վալենտային էլեկտրոնները շատ ավելի թույլ են պահվում, քան ոչ մետաղների ատոմներում։ Սա հանգեցնում է էլեկտրոնների և առանձին ատոմների միջև կապի կորստի բավական երկար ժամանակով և նրանց սոցիալականացում: Ձևավորվում է արտաքին էլեկտրոնների սոցիալականացված համույթ։ Նման էլեկտրոնային համակարգի գոյությունը հանգեցնում է ուժերի առաջացման, որոնք դրական մետաղական իոններ են պահում մոտ վիճակում՝ չնայած դրանց նույնանուն լիցքավորմանը։ Այս կապը կոչվում է մետաղական: Նման կապը բնորոշ է միայն մետաղին և գոյություն ունի նյութի պինդ և հեղուկ վիճակում։ Մետաղական կապը քիմիական կապի տեսակ է: Այն հիմնված է արտաքին էլեկտրոնների սոցիալականացման վրա, որոնք կորցնում են իրենց կապը ատոմի հետ և այդ պատճառով կոչվում են ազատ էլեկտրոններ (նկ. 15)։

Բրինձ. 15. Մետաղական միացում.

Մետաղական կապի առկայությունը հաստատվում է հետևյալ փաստերով. Բոլոր մետաղներն ունեն բարձր ջերմահաղորդականություն և բարձր էլեկտրական հաղորդունակություն, որն ապահովվում է ազատ էլեկտրոնների առկայությամբ։ Բացի այդ, նույն հանգամանքը որոշում է մետաղների լավ անդրադարձելիությունը լույսի ճառագայթման նկատմամբ, դրանց փայլն ու անթափանցիկությունը, բարձր ճկունությունը, դրական ջերմաստիճանի գործակիցըէլեկտրական դիմադրություն.

Մետաղների բյուրեղային ցանցի կայունությունը չի կարող բացատրվել այնպիսի տեսակի կապերով, ինչպիսիք են իոնային և կովալենտային: Իոնային կապը մետաղական ատոմների միջև, որոնք տեղակայված են բյուրեղային ցանցի վայրերում, անհնար է, քանի որ դրանք ունեն նույն լիցքը: Մետաղների ատոմների միջև կովալենտային կապը նույնպես քիչ հավանական է, քանի որ յուրաքանչյուր ատոմ ունի 8-ից 12 մոտակա հարևաններ, և այդքան ընդհանուր էլեկտրոնային զույգերով կովալենտային կապերի ձևավորումն անհայտ է:

Մետաղական կառույցները բնութագրվում են նրանով, որ ունեն ատոմների բավականին հազվադեպ դասավորվածություն (միջմիջուկային մեծ հեռավորություններ) և մեծ թվովյուրաքանչյուր ատոմի մոտակա հարևանները բյուրեղային ցանցում: Աղյուսակ 1-ում ներկայացված են երեք բնորոշ մետաղական կառուցվածքներ:

Աղյուսակ 1

Երեք ամենատարածված մետաղների կառուցվածքների բնութագրերը

Մենք տեսնում ենք, որ յուրաքանչյուր ատոմ մասնակցում է մեծ թվով կապերի առաջացմանը (օրինակ՝ 8 ատոմներով)։ Այդքան մեծ թվով կապեր (8 կամ 12 ատոմներով) չեն կարող միաժամանակ տեղայնացվել տարածության մեջ։ Հաղորդակցությունը պետք է իրականացվի ռեզոնանսի միջոցով տատանողական շարժումյուրաքանչյուր ատոմի արտաքին էլեկտրոնները, որոնց արդյունքում բյուրեղի բոլոր արտաքին էլեկտրոնների կոլեկտիվացումը տեղի է ունենում էլեկտրոնային գազի առաջացմամբ։ Շատ մետաղներում մետաղական կապ ստեղծելու համար բավական է յուրաքանչյուր ատոմից վերցնել մեկ էլեկտրոն։ Սա հենց այն է, ինչ նկատվում է լիթիումի համար, որն ունի միայն մեկ էլեկտրոն իր արտաքին թաղանթում։ Լիթիումի բյուրեղը Li + իոնների (0,068 նմ շառավղով գնդեր) վանդակ է, որը շրջապատված է էլեկտրոնային գազով։

Բրինձ. 16. Տարբեր տեսակի բյուրեղային փաթեթավորում՝ ա-վեցանկյուն փակ փաթեթավորում; բ - դեմքի կենտրոնացված խորանարդ փաթեթավորում; c-մարմնի կենտրոնացված խորանարդ փաթեթավորում:

Նմանություններ կան մետաղական և կովալենտային կապերի միջև։ Այն կայանում է նրանում, որ կապերի երկու տեսակներն էլ հիմնված են վալենտային էլեկտրոնների բաշխման վրա: Այնուամենայնիվ, կովալենտային կապը միացնում է միայն երկու հարակից ատոմները, և ընդհանուր էլեկտրոնները գտնվում են սերտորեն կապված ատոմների հետ: Մետաղական կապում մի քանի ատոմներ մասնակցում են վալենտային էլեկտրոնների փոխանակմանը:

Այսպիսով, մետաղական կապի գաղափարը անքակտելիորեն կապված է մետաղների գաղափարի հետ՝ որպես դրական լիցքավորված իոնային միջուկների հավաքածու՝ մեծ բացերով իոնների միջև, որոնք լցված են էլեկտրոնային գազով, մինչդեռ մակրոսկոպիկ մակարդակում համակարգը մնում է էլեկտրականորեն չեզոք:

Բացի վերը քննարկված քիմիական կապերի տեսակներից, կան նաև այլ տեսակի կապեր, որոնք միջմոլեկուլային են՝ ջրածնային կապ, վան դեր Վալսի փոխազդեցություն, դոնոր-ընդունող փոխազդեցություն։

Մոլեկուլների դոնոր-ընդունիչ փոխազդեցությունը

Մի ատոմի երկէլեկտրոնային ամպի և մյուսի ազատ ուղեծրի պատճառով կովալենտային կապի ձևավորման մեխանիզմը կոչվում է դոնոր-ընդունող։ Այն ատոմը կամ մասնիկը, որն ապահովում է երկու էլեկտրոնային ամպ հաղորդակցության համար, կոչվում է դոնոր: Ազատ ուղեծր ունեցող ատոմը կամ մասնիկը, որն ընդունում է այս էլեկտրոնային զույգը, կոչվում է ակցեպտոր։

Միջմոլեկուլային փոխազդեցությունների հիմնական տեսակները. Ջրածնային կապ

Վալենտով հագեցած մոլեկուլների միջև, մասնիկների չափը գերազանցող հեռավորությունների վրա, կարող են հայտնվել միջմոլեկուլային ձգողության էլեկտրաստատիկ ուժեր։ Դրանք կոչվում են վան դեր Վալսի ուժեր: Վան դեր Վալսի փոխազդեցությունը միշտ գոյություն ունի սերտորեն բաժանված ատոմների միջև, բայց կարևոր դեր է խաղում միայն ավելի ուժեղ կապող մեխանիզմների բացակայության դեպքում: Այս թույլ փոխազդեցությունը 0,2 էՎ/ատոմ բնորոշ էներգիայի հետ տեղի է ունենում չեզոք ատոմների և մոլեկուլների միջև։ Փոխազդեցության անվանումը կապված է վան դեր Վալսի անվան հետ, քանի որ հենց նա առաջինն առաջարկեց, որ վիճակի հավասարումը, հաշվի առնելով գազի մոլեկուլների միջև թույլ փոխազդեցությունը, շատ ավելի լավ է նկարագրում իրական գազերի հատկությունները, քան հավասարումը. իդեալական գազի վիճակ. Սակայն այս գրավիչ ուժի բնույթը բացատրվեց միայն 1930 թվականին Լոնդոնի կողմից։ Ներկայումս փոխազդեցությունների հետևյալ երեք տեսակները դասակարգվում են որպես վան դեր Վալսի գրավչություն՝ կողմնորոշիչ, ինդուկտիվ և ցրող (Լոնդոնի էֆեկտ): Վան դեր Վալսի ներգրավման էներգիան որոշվում է կողմնորոշիչ, ինդուկտիվ և դիսպերսիոն փոխազդեցությունների գումարով։

E in = E կամ + E ind + E disp (5):

Կողմնորոշման փոխազդեցություն (կամ դիպոլ-դիպոլ փոխազդեցություն) տեղի է ունենում բևեռային մոլեկուլների միջև, որոնք մոտենալիս հակառակ բևեռներով շրջվում են (կողմնորոշվում) միմյանց, որպեսզի մոլեկուլների համակարգի պոտենցիալ էներգիան դառնում է նվազագույն։ Որքան մեծ է μ մոլեկուլների դիպոլային պահը և որքան փոքր է նրանց միջև հեռավորությունը l, այնքան ավելի նշանակալի է կողմնորոշման փոխազդեցության էներգիան.

E կամ = -(μ 1 μ 2) 2 / (8π 2 ∙ε 0 ∙l 6) (6),

որտեղ ε 0-ը էլեկտրական հաստատունն է:

Ինդուկտիվ փոխազդեցությունը կապված է շրջակա դիպոլների կողմից մոլեկուլների բևեռացման գործընթացների հետ։ Ավելի նշանակալից է, որքան բարձր է ոչ բևեռային մոլեկուլի α բևեռացման հնարավորությունը և այնքան մեծ է բևեռային մոլեկուլի դիպոլային մոմենտը

E ind = -(ամ 2)/ (8π 2 ∙ε 0 ∙l 6) (7).

Ոչ բևեռային մոլեկուլի α բևեռացման հնարավորությունը կոչվում է դեֆորմացիոն, քանի որ այն կապված է մասնիկի դեֆորմացիայի հետ, մինչդեռ μ-ն բնութագրում է էլեկտրոնային ամպի և միջուկների տեղաշարժը նախորդ դիրքերի համեմատ:

Դիսպերսիոն փոխազդեցություն (Լոնդոնի էֆեկտ) տեղի է ունենում ցանկացած մոլեկուլում՝ անկախ դրանց կառուցվածքից և բևեռականությունից։ Էլեկտրոնային ամպի և միջուկների լիցքերի ծանրության կենտրոնների ակնթարթային անհամապատասխանության պատճառով առաջանում է ակնթարթային դիպոլ, որը այլ մասնիկների մեջ առաջացնում է ակնթարթային դիպոլներ։ Ակնթարթային դիպոլների շարժումը դառնում է հետևողական։ Արդյունքում, հարեւան մասնիկները փոխադարձ ձգողություն են զգում: Դիսպերսիոն փոխազդեցության էներգիան կախված է E I իոնացման էներգիայից և α մոլեկուլների բևեռացումից

E disp = - (E I 1 ∙E I 2)∙ α 1 α 2 /(E I 1 +E I 2) l 6 (8):

Ջրածնային կապը միջանկյալ է վալենտային և միջմոլեկուլային փոխազդեցությունների միջև։ Ջրածնային կապի էներգիան ցածր է՝ 8–80 կՋ/մոլ, բայց ավելի բարձր, քան վան դեր Վալսի փոխազդեցության էներգիան։ Ջրածնային կապը բնորոշ է այնպիսի հեղուկներին, ինչպիսիք են ջուրը, սպիրտները և թթուները և առաջանում է դրականորեն բևեռացված ջրածնի ատոմից: Փոքր չափերը և ներքին էլեկտրոնների բացակայությունը թույլ են տալիս ցանկացած միացության հեղուկում առկա ջրածնի ատոմին լրացուցիչ փոխազդեցության մեջ մտնել մեկ այլ կամ նույն մոլեկուլի բացասական բևեռացված ատոմի հետ, որը կովալենտորեն կապված չէ դրան:

A δ- - H δ+…. A δ- - H δ+.

Այսինքն՝ առաջանում է մոլեկուլների ասոցիացիա։ Մոլեկուլների միավորումը հանգեցնում է անկայունության նվազմանը, եռման կետի և գոլորշիացման ջերմության բարձրացմանը և հեղուկների մածուցիկության և դիէլեկտրական հաստատունի ավելացմանը։

Ջուրը հատկապես հարմար նյութ է ջրածնային կապի համար, քանի որ նրա մոլեկուլն ունի երկու ջրածնի ատոմ և երկու միայնակ զույգ թթվածնի ատոմի վրա: Սա որոշում է մոլեկուլի բարձր դիպոլային պահը (μ D = 1,86 D) և չորս ջրածնային կապեր ձևավորելու ունակությունը. երկուսը որպես պրոտոն դոնոր և երկուսը որպես պրոտոն ընդունող։

(H 2 O….N – O…H 2 O) 2 անգամ:

Փորձերից հայտնի է, որ շարքի մոլեկուլային քաշի փոփոխությամբ ջրածնի միացություններերրորդ և հաջորդ ժամանակաշրջանների տարրերը, եռման կետը մեծանում է: Եթե ​​այս օրինաչափությունը կիրառվում է ջրի վրա, ապա դրա եռման ջերմաստիճանը չպետք է լինի 100 0 C, այլ 280 0 C: Այս հակասությունը հաստատում է ջրածնային կապի առկայությունը ջրում:

Փորձերը ցույց են տվել, որ մոլեկուլային ասոցիացիաները ձևավորվում են հեղուկ և հատկապես պինդ ջրերում։ Սառույցն ունի քառանիստ բյուրեղյա վանդակ: Տետրեդրոնի կենտրոնում կա մեկ ջրի մոլեկուլի թթվածնի ատոմ, չորս գագաթներում կան հարևան մոլեկուլների թթվածնի ատոմներ, որոնք միացված են ջրածնային կապերով իրենց մոտակա հարևաններին։ Հեղուկ ջրի մեջ ջրածնային կապերը մասամբ քայքայվում են, և դրա կառուցվածքը դրսևորվում է դինամիկ հավասարակշռությունասոցացված մոլեկուլների և ազատ մոլեկուլների միջև:

Վալենտային կապի մեթոդ

Վալենտային կապերի կամ տեղայնացված էլեկտրոնային զույգերի տեսությունը ենթադրում է, որ մոլեկուլի ատոմների յուրաքանչյուր զույգ պահվում է մեկ կամ մի քանի ընդհանուր էլեկտրոնային զույգերով։ Վալենտային կապի տեսության մեջ քիմիական կապը տեղայնացված է երկու ատոմների միջև, այսինքն՝ այն երկկենտրոն և երկէլեկտրոն է։

Վալենտային կապի մեթոդը հիմնված է հետևյալ հիմնական սկզբունքների վրա.

Մոլեկուլում ատոմների յուրաքանչյուր զույգ պահվում է մեկ կամ մի քանի ընդհանուր էլեկտրոնային զույգերով.

Մեկ կովալենտային կապը ձևավորվում է երկու էլեկտրոններով, որոնք ունեն հակազուգահեռ սպիններ, որոնք տեղակայված են կապող ատոմների վալենտային ուղեծրերի վրա.

Երբ ձևավորվում է կապ, էլեկտրոնների ալիքային գործառույթները համընկնում են, ինչը հանգեցնում է ատոմների միջև էլեկտրոնային խտության ավելացման և համակարգի ընդհանուր էներգիայի նվազմանը.

Քիմիական կապերի բնութագրերը

Քիմիական կապի ուսմունքը կազմում է ամբողջ տեսական քիմիայի հիմքը։ Քիմիական կապը հասկացվում է որպես ատոմների փոխազդեցություն, որը կապում է դրանք մոլեկուլների, իոնների, ռադիկալների և բյուրեղների մեջ: Քիմիական կապերի չորս տեսակ կա. իոնային, կովալենտ, մետաղական և ջրածին. Նույն նյութերում կարելի է գտնել տարբեր տեսակի կապեր։

1. Հիմքերում՝ հիդրոքսո խմբերում թթվածնի և ջրածնի ատոմների միջև կապը բևեռային կովալենտ է, իսկ մետաղի և հիդրոքսո խմբի միջև՝ իոնային։

2. Աղերի մեջ թթվածին պարունակող թթուներոչ մետաղի ատոմի և թթվային մնացորդի թթվածնի միջև՝ բևեռային կովալենտ, և մետաղի և թթվային մնացորդ- իոնային.

3. Ամոնիումի, մեթիլամոնիումի և այլնի աղերում ազոտի և ջրածնի ատոմների միջև կա բևեռային կովալենտ, իսկ ամոնիումի կամ մեթիլամոնիումի իոնների և թթվային մնացորդի միջև՝ իոնային։

4. Մետաղների պերօքսիդներում (օրինակ՝ Na 2 O 2) թթվածնի ատոմների կապը կովալենտ է, ոչ բևեռ, իսկ մետաղի և թթվածնի միջև՝ իոնային և այլն։

Քիմիական կապերի բոլոր տեսակների և տեսակների միասնության պատճառը դրանց նույնական քիմիական բնույթն է՝ էլեկտրոն-միջուկային փոխազդեցությունը։ Քիմիական կապի առաջացումը ամեն դեպքում ատոմների էլեկտրոն-միջուկային փոխազդեցության արդյունք է, որն ուղեկցվում է էներգիայի արտազատմամբ։

Կովալենտային կապի ձևավորման մեթոդներ

Կովալենտային քիմիական կապկապ է, որն առաջանում է ատոմների միջև՝ ընդհանուր էլեկտրոնային զույգերի ձևավորման պատճառով։

Կովալենտային միացությունները սովորաբար գազեր են, հեղուկներ կամ համեմատաբար ցածր հալեցման պինդ նյութեր։ Հազվագյուտ բացառություններից է ադամանդը, որը հալվում է 3500 °C-ից բարձր: Դա բացատրվում է ադամանդի կառուցվածքով, որը ածխածնի կովալենտային կապով կապված ատոմների շարունակական վանդակ է, այլ ոչ թե առանձին մոլեկուլների հավաքածու։ Իրականում, ցանկացած ադամանդի բյուրեղ, անկախ դրա չափից, մեկ հսկայական մոլեկուլ է:

Կովալենտային կապ է առաջանում, երբ երկու ոչ մետաղական ատոմների էլեկտրոնները միանում են։ Ստացված կառուցվածքը կոչվում է մոլեկուլ։

Նման կապի ձևավորման մեխանիզմը կարող է լինել փոխանակում կամ դոնոր-ընդունող։

Շատ դեպքերում երկու կովալենտային կապով ատոմներն ունեն տարբեր էլեկտրաբացասականություն, և ընդհանուր էլեկտրոնները հավասարապես չեն պատկանում երկու ատոմներին: Շատ ժամանակ նրանք ավելի մոտ են մեկ ատոմին, քան մյուսին: Ջրածնի քլորիդի մոլեկուլում, օրինակ, էլեկտրոնները, որոնք կազմում են կովալենտային կապ, ավելի մոտ են գտնվում քլորի ատոմին, քանի որ դրա էլեկտրաբացասականությունն ավելի բարձր է, քան ջրածինը։ Այնուամենայնիվ, էլեկտրոններ ներգրավելու ունակության տարբերությունը բավականաչափ մեծ չէ, որպեսզի տեղի ունենա էլեկտրոնի ամբողջական փոխանցում ջրածնի ատոմից քլորի ատոմ: Հետևաբար, ջրածնի և քլորի ատոմների միջև կապը կարելի է դիտարկել որպես իոնային կապի (ամբողջական էլեկտրոնի փոխանցում) և ոչ բևեռային կովալենտային կապի (երկու ատոմների միջև զույգ էլեկտրոնների սիմետրիկ դասավորություն) խաչմերուկ։ Ատոմների մասնակի լիցքը նշվում է հունարեն δ տառով: Այդպիսի կապը կոչվում է բևեռային կովալենտ կապ, իսկ ջրածնի քլորիդի մոլեկուլը բևեռային է, այսինքն՝ ունի դրական լիցքավորված վերջ (ջրածնի ատոմ) և բացասական լիցքավորված վերջ (քլորի ատոմ)։

1. Փոխանակման մեխանիզմը գործում է, երբ ատոմները կազմում են ընդհանուր էլեկտրոնային զույգեր՝ միացնելով չզույգված էլեկտրոնները:

1) H 2 - ջրածին.

Կապն առաջանում է ջրածնի ատոմների s-էլեկտրոնների կողմից ընդհանուր էլեկտրոնային զույգի ձևավորման պատճառով (համընկնող s-օրբիտալներ):

2) HCl՝ ջրածնի քլորիդ.

Կապն առաջանում է s- և p-էլեկտրոնների ընդհանուր էլեկտրոնային զույգի ձևավորման շնորհիվ (s-p օրբիտալների համընկնում):

3) Cl 2. քլորի մոլեկուլում կովալենտային կապ է ձևավորվում չզույգված p-էլեկտրոնների պատճառով (համընկնող p-p օրբիտալներ):

4) N ​​2: Ազոտի մոլեկուլում ատոմների միջև ձևավորվում են երեք ընդհանուր էլեկտրոնային զույգեր:

Կովալենտային կապի ձևավորման դոնոր-ընդունիչ մեխանիզմ

Դոնորունի էլեկտրոնային զույգ ընդունող- ազատ ուղեծիր, որը կարող է զբաղեցնել այս զույգը: Ամոնիումի իոնում ջրածնի ատոմների հետ բոլոր չորս կապերը կովալենտ են. երեքը ձևավորվել են ազոտի ատոմի և ջրածնի ատոմների ընդհանուր էլեկտրոնային զույգերի ստեղծման շնորհիվ՝ ըստ փոխանակման մեխանիզմի, մեկը՝ դոնոր-ընդունիչ մեխանիզմի միջոցով։ Կովալենտային կապերը դասակարգվում են էլեկտրոնային ուղեծրերի համընկնման եղանակով, ինչպես նաև դրանց տեղաշարժով դեպի կապված ատոմներից մեկը։ Կապի գծի երկայնքով էլեկտրոնային ուղեծրերի համընկնման արդյունքում առաջացած քիմիական կապերը կոչվում են σ - կապեր(սիգմա պարտատոմսեր): Սիգմա կապը շատ ամուր է:

p ուղեծրերը կարող են համընկնել երկու շրջաններում՝ ձևավորելով կովալենտային կապ կողային համընկնման միջոցով:

Պարտատոմսերի գծից դուրս, այսինքն՝ երկու շրջաններում էլեկտրոնային ուղեծրերի «կողային» համընկնման արդյունքում ձևավորված քիմիական կապերը կոչվում են «pi» կապեր:

Ըստ ընդհանուր էլեկտրոնային զույգերի տեղաշարժման աստիճանի դեպի ատոմներից մեկը, որը նրանք կապում են, կովալենտային կապը կարող է լինել բևեռային կամ ոչ բևեռ: Նույն էլեկտրաբացասականությամբ ատոմների միջև ձևավորված կովալենտային քիմիական կապը կոչվում է ոչ բևեռ: Էլեկտրոնների զույգերը տեղաշարժված չեն դեպի ատոմներից որևէ մեկը, քանի որ ատոմներն ունեն նույն էլեկտրաբացասականությունը՝ այլ ատոմներից վալենտային էլեկտրոններ ներգրավելու հատկություն։ Օրինակ՝

այն է՝ պարզ ոչ մետաղական նյութերի մոլեկուլները առաջանում են կովալենտային ոչ բևեռային կապի միջոցով։ Կովալենտային քիմիական կապն այն տարրերի ատոմների միջև, որոնց էլեկտրաբացասականությունը տարբերվում է, կոչվում է բևեռային:

Օրինակ, NH 3-ը ամոնիակ է: Ազոտը ավելի էլեկտրաբացասական տարր է, քան ջրածինը, ուստի ընդհանուր էլեկտրոնային զույգերը տեղափոխվում են դեպի նրա ատոմը:

Կովալենտային կապի բնութագրերը՝ կապի երկարությունը և էներգիան

Կովալենտային կապի բնորոշ հատկությունները դրա երկարությունն ու էներգիան են։ Կապի երկարությունը ատոմային միջուկների միջև եղած հեռավորությունն է: Որքան կարճ է քիմիական կապի երկարությունը, այնքան ավելի ամուր է այն: Այնուամենայնիվ, կապի ուժի չափանիշը կապի էներգիան է, որը որոշվում է կապը խզելու համար պահանջվող էներգիայի քանակով: Այն սովորաբար չափվում է կՋ/մոլով: Այսպիսով, ըստ փորձարարական տվյալների, H 2, Cl 2 և N 2 մոլեկուլների կապի երկարությունը համապատասխանաբար կազմում է 0,074, 0,198 և 0,109 նմ, իսկ կապի էներգիաները՝ համապատասխանաբար 436, 242 և 946 կՋ/մոլ։

Իոններ. Իոնային կապ

Ատոմի համար ութնյակի կանոնին ենթարկվելու երկու հիմնական հնարավորություն կա. Դրանցից առաջինը իոնային կապերի առաջացումն է։ (Երկրորդը կովալենտային կապի ձևավորումն է, դրա մասին մենք կխոսենքստորև): Երբ իոնային կապ է ձևավորվում, մետաղի ատոմը կորցնում է էլեկտրոններ, իսկ ոչ մետաղական ատոմը ստանում է էլեկտրոններ:

Պատկերացնենք, որ երկու ատոմ «հանդիպում» են՝ I խմբի մետաղի ատոմը և VII խմբի ոչ մետաղի ատոմը։ Մետաղական ատոմն իր արտաքին էներգիայի մակարդակում ունի մեկ էլեկտրոն, մինչդեռ ոչ մետաղական ատոմին ընդամենը մեկ էլեկտրոն է պակասում, որպեսզի արտաքին մակարդակը ամբողջական լինի: Առաջին ատոմը հեշտությամբ կտա երկրորդին իր էլեկտրոնը, որը հեռու է միջուկից և թույլ կապված է դրան, իսկ երկրորդը նրան ազատ տեղ կապահովի իր արտաքին էլեկտրոնային մակարդակում։ Այնուհետև ատոմը, զրկված լինելով իր բացասական լիցքերից մեկից, կդառնա դրական լիցքավորված մասնիկ, իսկ երկրորդը կվերածվի բացասական լիցքավորված մասնիկի՝ առաջացած էլեկտրոնի շնորհիվ։ Նման մասնիկները կոչվում են իոններ:

Սա քիմիական կապ է, որը առաջանում է իոնների միջև: Ատոմների կամ մոլեկուլների թիվը ցույց տվող թվերը կոչվում են գործակիցներ, իսկ այն թվերը, որոնք ցույց են տալիս ատոմների կամ իոնների թիվը մոլեկուլում՝ ինդեքսներ։

Մետաղական միացում

Մետաղներն ունեն հատուկ հատկություններ, որոնք տարբերվում են այլ նյութերի հատկություններից։ Այս հատկությունները համեմատաբար բարձր ջերմաստիճաններհալեցում, լույսն արտացոլելու ունակություն, բարձր ջերմային և էլեկտրական հաղորդունակություն։ Այս հատկանիշները պայմանավորված են մետաղների մեջ հատուկ տեսակի կապի առկայությամբ՝ մետաղական կապով։

Մետաղական կապը մետաղական բյուրեղներում դրական իոնների միջև կապ է, որն իրականացվում է բյուրեղով մեկ ազատ շարժվող էլեկտրոնների ներգրավման շնորհիվ: Մետաղների մեծ մասի ատոմներն են արտաքին մակարդակպարունակում են փոքր թվով էլեկտրոններ՝ 1, 2, 3. Այս էլեկտրոնները հեշտությամբ դուրս գալ, իսկ ատոմները վերածվում են դրական իոնների։ Անջատված էլեկտրոնները շարժվում են մի իոնից մյուսը՝ կապելով դրանք մեկ ամբողջության մեջ։ Կապվելով իոնների հետ՝ այս էլեկտրոնները ժամանակավորապես ձևավորում են ատոմներ, այնուհետև նորից անջատվում և միանում մեկ այլ իոնի հետ և այլն։ Անվերջ տեղի է ունենում մի գործընթաց, որը սխեմատիկորեն կարելի է պատկերել հետևյալ կերպ.

Հետևաբար, մետաղի ծավալում ատոմները շարունակաբար վերածվում են իոնների և հակառակը։ Մետաղների կապը իոնների միջև ընդհանուր էլեկտրոնների միջոցով կոչվում է մետաղական: Մետաղական կապը որոշ նմանություններ ունի կովալենտային կապի հետ, քանի որ այն հիմնված է արտաքին էլեկտրոնների փոխանակման վրա։ Այնուամենայնիվ, կովալենտային կապի դեպքում միայն երկու հարևան ատոմների արտաքին չզույգված էլեկտրոնները կիսվում են, մինչդեռ մետաղական կապով բոլոր ատոմները մասնակցում են այդ էլեկտրոնների կիսմանը: Այդ իսկ պատճառով կովալենտային կապով բյուրեղները փխրուն են, իսկ մետաղական կապով, որպես կանոն, ճկուն են, էլեկտրահաղորդիչ և ունեն մետաղական փայլ։

Մետաղական կապը բնորոշ է ինչպես մաքուր մետաղներին, այնպես էլ տարբեր մետաղների խառնուրդներին՝ համաձուլվածքների պինդ և հեղուկ վիճակում: Այնուամենայնիվ, գոլորշի վիճակում մետաղի ատոմները միմյանց հետ կապված են կովալենտային կապով (օրինակ, նատրիումի գոլորշին լցնում է դեղին լույսի լամպերը փողոցային լուսավորության համար մեծ քաղաքներ). Մետաղական զույգերը բաղկացած են առանձին մոլեկուլներից (միատոմ և երկատոմային):

Մետաղական կապը կովալենտային կապից տարբերվում է նաև ուժով. նրա էներգիան 3-4 անգամ պակաս է կովալենտային կապի էներգիայից։

Կապի էներգիան այն էներգիան է, որն անհրաժեշտ է քիմիական կապը կոտրելու համար բոլոր մոլեկուլներում, որոնք կազմում են նյութի մեկ մոլը: Կովալենտի էներգիան և իոնային կապերսովորաբար մեծ են և կազմում են 100-800 կՋ/մոլ կարգի արժեքներ:

Ջրածնային կապ

Քիմիական կապի միջև մեկ մոլեկուլի դրական բևեռացված ջրածնի ատոմները(կամ դրանց մասերը) և Բարձր էլեկտրաբացասական տարրերի բացասական բևեռացված ատոմներՈւնենալով ընդհանուր էլեկտրոնային զույգեր (F, O, N և ավելի հազվադեպ S և Cl), մեկ այլ մոլեկուլ (կամ դրա մասեր) կոչվում է ջրածին: Ջրածնային կապի առաջացման մեխանիզմը մասամբ էլեկտրաստատիկ է, մասամբ դ պատվավոր-ընդունող կերպար.

Միջմոլեկուլային ջրածնային կապի օրինակներ.

Նման կապի առկայության դեպքում նույնիսկ ցածր մոլեկուլային նյութերը նորմալ պայմաններում կարող են լինել հեղուկներ (ալկոհոլ, ջուր) կամ հեշտությամբ հեղուկացող գազեր (ամոնիակ, ֆտորաջրածին): Կենսապոլիմերներում - սպիտակուցներ (երկրորդային կառուցվածք) - կա ներմոլեկուլային ջրածնային կապ կարբոնիլ թթվածնի և ամինո խմբի ջրածնի միջև.

Պոլինուկլեոտիդային մոլեկուլները՝ ԴՆԹ (դեզօքսիռիբոնուկլեինաթթու) - կրկնակի պարույրներ են, որոնցում նուկլեոտիդների երկու շղթաները միմյանց հետ կապված են ջրածնային կապերով։ Այս դեպքում գործում է կոմպլեմենտարության սկզբունքը, այսինքն՝ այդ կապերը ձևավորվում են որոշակի զույգերի միջև, որոնք բաղկացած են պուրինային և պիրիմիդինային հիմքերից. թիմինը (T) գտնվում է ադենինի նուկլեոտիդին (A), իսկ ցիտոսինը (C)՝ հակառակ։ գուանին (G).

Նյութերի հետ ջրածնային կապունեն մոլեկուլային բյուրեղյա վանդակներ: