วิทยาศาสตร์อะตอม-โมเลกุล องค์ประกอบทางเคมี ก๊าซ ของเหลว และของแข็งอยู่ในระบบมหภาค ประเภทของตาข่ายคริสตัล การขึ้นอยู่กับคุณสมบัติของสารในองค์ประกอบและโครงสร้างของสาร

โครงสร้างโมเลกุลและไม่ใช่โมเลกุลของสาร โครงสร้างของสสาร

ไม่ใช่อะตอมหรือโมเลกุลเดี่ยว ๆ ที่เข้าสู่ปฏิกิริยาทางเคมี แต่เป็นสาร สารจำแนกตามประเภทของพันธะ โมเลกุลและ โครงสร้างที่ไม่ใช่โมเลกุล- สารที่ประกอบด้วยโมเลกุลเรียกว่า สารโมเลกุล- พันธะระหว่างโมเลกุลในสารดังกล่าวมีความอ่อนแอมากอ่อนแอกว่าระหว่างอะตอมภายในโมเลกุลมากและแม้ที่อุณหภูมิค่อนข้างต่ำก็แตกสลาย - สารจะกลายเป็นของเหลวแล้วกลายเป็นก๊าซ (การระเหิดของไอโอดีน) จุดหลอมเหลวและจุดเดือดของสารที่ประกอบด้วยโมเลกุลจะเพิ่มขึ้นตามน้ำหนักโมเลกุลที่เพิ่มขึ้น ถึง สารโมเลกุลรวมถึงสารที่มีโครงสร้างอะตอม (C, Si, Li, Na, K, Cu, Fe, W) ในหมู่พวกเขามีโลหะและอโลหะ ให้กับสารต่างๆ โครงสร้างที่ไม่ใช่โมเลกุลได้แก่ สารประกอบไอออนิก สารประกอบของโลหะส่วนใหญ่ที่มีอโลหะจะมีโครงสร้างดังนี้ เกลือทั้งหมด (NaCl, K 2 SO 4) ไฮไดรด์บางส่วน (LiH) และออกไซด์ (CaO, MgO, FeO) เบส (NaOH, KOH) สารไอออนิก (ไม่ใช่โมเลกุล)มีจุดหลอมเหลวและจุดเดือดสูง

ของแข็ง: สัณฐานและผลึก

ของแข็งแบ่งออกเป็น ผลึกและสัณฐาน.

สารอสัณฐานไม่มีจุดหลอมเหลวที่ชัดเจน - เมื่อถูกความร้อนจะค่อยๆอ่อนตัวลงและกลายเป็นสถานะของเหลว ตัวอย่างเช่น ดินน้ำมันและเรซินต่างๆ อยู่ในสถานะสัณฐาน

สารที่เป็นผลึกโดดเด่นด้วยการจัดเรียงที่ถูกต้องของอนุภาคซึ่งประกอบด้วยอะตอมโมเลกุลและไอออน - ณ จุดที่กำหนดไว้อย่างเคร่งครัดในอวกาศ เมื่อจุดเหล่านี้เชื่อมต่อกันด้วยเส้นตรง จะเกิดกรอบเชิงพื้นที่ขึ้น เรียกว่าโครงตาข่ายคริสตัล จุดที่อนุภาคคริสตัลอยู่เรียกว่าโหนดขัดแตะ ขึ้นอยู่กับชนิดของอนุภาคที่อยู่ที่โหนดของโครงตาข่ายคริสตัลและลักษณะของการเชื่อมต่อระหว่างพวกมัน โครงตาข่ายคริสตัลสี่ประเภทมีความโดดเด่น: ไอออนิก, อะตอม, โมเลกุลและโลหะ

โปรยคริสตัลเรียกว่าไอออนิกที่โหนดซึ่งมีไอออนอยู่ พวกมันถูกสร้างขึ้นจากสารที่มีพันธะไอออนิก ซึ่งสามารถจับทั้งไอออนเชิงเดี่ยว Na+, Cl - และเชิงซ้อน SO 4 2-, OH - ดังนั้นเกลือและออกไซด์และไฮดรอกไซด์ของโลหะบางชนิดจึงมีโครงผลึกไอออนิก ตัวอย่างเช่น ผลึกโซเดียมคลอไรด์ถูกสร้างขึ้นจากการสลับ Na + และ Cl - ไอออนบวกและลบ ทำให้เกิดโครงตาข่ายรูปทรงลูกบาศก์ พันธะระหว่างไอออนในผลึกดังกล่าวมีความเสถียรมาก ดังนั้นสารที่มีโครงตาข่ายไอออนิกจึงมีความแข็งและความแข็งแรงค่อนข้างสูง พวกมันทนไฟและไม่ระเหย

ตาข่ายผลึก - a) และตาข่ายอสัณฐาน - b)

ตาข่ายผลึก - a) และตาข่ายอสัณฐาน - b)

โปรยคริสตัลอะตอม

อะตอมเรียกว่าผลึกขัดแตะในโหนดที่มีอะตอมเดี่ยว ในโครงข่ายดังกล่าวอะตอมจะเชื่อมต่อถึงกัน พันธะโควาเลนต์ที่แข็งแกร่งมาก- ตัวอย่างของสสารที่มีโครงผลึกชนิดนี้คือเพชร ซึ่งเป็นหนึ่งในการปรับเปลี่ยนคาร์บอนแบบ allotropic สสารส่วนใหญ่ที่มีโครงผลึกอะตอมมิกมีจุดหลอมเหลวที่สูงมาก (เช่น สำหรับเพชรที่มีอุณหภูมิสูงกว่า 3,500 ° C) มีความแข็งแรงและแข็ง และไม่ละลายในทางปฏิบัติ

โปรยคริสตัลโมเลกุล

โมเลกุลเรียกว่าคริสตัลแลตทิซ (crystal lattices) ซึ่งอยู่ในโหนดที่มีโมเลกุลอยู่ พันธะเคมีในโมเลกุลเหล่านี้สามารถเป็นได้ทั้งแบบมีขั้ว (HCl, H 2 O) และแบบไม่มีขั้ว (N 2, O 2) แม้ว่าอะตอมภายในโมเลกุลจะเชื่อมต่อกันด้วยพันธะโควาเลนต์ที่แข็งแกร่งมากก็ตาม แรงดึงดูดระหว่างโมเลกุลที่อ่อนแอจะกระทำระหว่างโมเลกุลเอง- ดังนั้นสารที่มีโครงผลึกโมเลกุลจึงมีความแข็งต่ำ จุดหลอมเหลวต่ำ และมีการระเหยได้ สารประกอบอินทรีย์ที่เป็นของแข็งส่วนใหญ่มีโครงผลึกโมเลกุล (แนฟทาลีน กลูโคส น้ำตาล)

ตาข่ายคริสตัลโมเลกุล (คาร์บอนไดออกไซด์)

โครงคริสตัลโลหะ

สารด้วย พันธะโลหะมีโครงคริสตัลโลหะ ที่โหนดของโปรยดังกล่าวมีอยู่ อะตอมและไอออน(อะตอมหรือไอออนที่อะตอมของโลหะเปลี่ยนรูปได้ง่าย ทำให้อิเล็กตรอนชั้นนอกหมดไป "เพื่อการใช้งานทั่วไป") โครงสร้างภายในของโลหะนี้จะกำหนดคุณสมบัติทางกายภาพที่เป็นลักษณะเฉพาะ ได้แก่ ความอ่อนตัว ความเหนียว การนำไฟฟ้าและความร้อน ความแวววาวของโลหะที่มีลักษณะเฉพาะ

แผ่นโกง

วิทยาศาสตร์อะตอม - โมเลกุลได้รับการพัฒนาและประยุกต์ใช้เป็นครั้งแรกในวิชาเคมีโดย M.V. Lomonosov นักวิทยาศาสตร์ผู้ยิ่งใหญ่ชาวรัสเซีย บทบัญญัติหลักของหลักคำสอนนี้มีระบุไว้ในงาน “องค์ประกอบของเคมีทางคณิตศาสตร์” (1741) และงานอื่นๆ อีกจำนวนหนึ่ง สาระสำคัญของคำสอนของ Lomonosov สามารถลดลงได้ตามบทบัญญัติต่อไปนี้

1. สารทั้งหมดประกอบด้วย “คอร์ปัสเคิล” (ตามที่โลโมโนซอฟเรียกว่าโมเลกุล)

2. โมเลกุลประกอบด้วย “องค์ประกอบ” (ตามที่ Lomonosov เรียกว่าอะตอม)

3. อนุภาค - โมเลกุลและอะตอม - มีการเคลื่อนที่อย่างต่อเนื่อง สถานะความร้อนของร่างกายเป็นผลมาจากการเคลื่อนที่ของอนุภาค

4. โมเลกุลของสารเชิงเดี่ยวประกอบด้วยอะตอมที่เหมือนกัน โมเลกุลของสารที่ซับซ้อน - ของอะตอมต่างกัน

67 ปีหลังจากโลโมโนซอฟ นักวิทยาศาสตร์ชาวอังกฤษ จอห์น ดาลตัน ได้ประยุกต์การสอนแบบอะตอมมิกส์กับวิชาเคมี เขาสรุปหลักการพื้นฐานของอะตอมมิกส์ไว้ในหนังสือ “ระบบใหม่ของปรัชญาเคมี” (1808) โดยแก่นแท้แล้ว การสอนของดาลตันเป็นการทำซ้ำคำสอนของโลโมโนซอฟ อย่างไรก็ตาม ดาลตันปฏิเสธการมีอยู่ของโมเลกุลในสารธรรมดา ซึ่งนับถอยหลังไปหนึ่งก้าวเมื่อเปรียบเทียบกับคำสอนของโลโมโนซอฟ ตามข้อมูลของดาลตัน สารเชิงเดี่ยวประกอบด้วยอะตอมเท่านั้น และมีเพียงสารเชิงซ้อนเท่านั้นที่ประกอบด้วย “อะตอมเชิงซ้อน” (ในความหมายสมัยใหม่ โมเลกุล) ในที่สุดทฤษฎีอะตอม - โมเลกุลในวิชาเคมีก็ก่อตั้งขึ้นในกลางศตวรรษที่ 19 เท่านั้น ในการประชุมนักเคมีนานาชาติที่เมืองคาร์ลสรูเฮอเมื่อปี พ.ศ. 2403 ได้มีการนำคำจำกัดความของแนวคิดเกี่ยวกับโมเลกุลและอะตอมมาใช้

โมเลกุลเป็นอนุภาคที่เล็กที่สุดของสารที่กำหนดซึ่งมีคุณสมบัติทางเคมี คุณสมบัติทางเคมีของโมเลกุลถูกกำหนดโดยองค์ประกอบและโครงสร้างทางเคมี

อะตอมเป็นอนุภาคที่เล็กที่สุดขององค์ประกอบทางเคมีที่เป็นส่วนหนึ่งของโมเลกุลของสารที่เรียบง่ายและซับซ้อน คุณสมบัติทางเคมีขององค์ประกอบถูกกำหนดโดยโครงสร้างของอะตอม สิ่งนี้นำไปสู่คำจำกัดความของอะตอมที่สอดคล้องกับแนวคิดสมัยใหม่:

อะตอมเป็นอนุภาคที่เป็นกลางทางไฟฟ้าซึ่งประกอบด้วยนิวเคลียสของอะตอมที่มีประจุบวกและอิเล็กตรอนที่มีประจุลบ

ตามแนวคิดสมัยใหม่ สารในสถานะก๊าซและไอประกอบด้วยโมเลกุล ในสถานะของแข็ง เฉพาะสสารที่มีโครงผลึกมีโครงสร้างโมเลกุลเท่านั้นที่ประกอบด้วยโมเลกุล สารอนินทรีย์ที่เป็นของแข็งส่วนใหญ่ไม่มีโครงสร้างโมเลกุล: โครงตาข่ายของพวกมันไม่ประกอบด้วยโมเลกุล แต่เป็นอนุภาคอื่น ๆ (ไอออน, อะตอม); พวกมันมีอยู่ในรูปของมาโครบอดี (คริสตัลของโซเดียมคลอไรด์, ชิ้นส่วนของทองแดง ฯลฯ ) เกลือ โลหะออกไซด์ เพชร ซิลิคอน และโลหะไม่มีโครงสร้างโมเลกุล

องค์ประกอบทางเคมี

วิทยาศาสตร์อะตอม-โมเลกุลทำให้สามารถอธิบายแนวคิดพื้นฐานและกฎเคมีได้ จากมุมมองของทฤษฎีอะตอม-โมเลกุล องค์ประกอบทางเคมีเรียกว่าอะตอมแต่ละประเภท ลักษณะที่สำคัญที่สุดของอะตอมคือประจุบวกของนิวเคลียสซึ่งมีตัวเลขเท่ากับเลขอะตอมของธาตุ ค่าของประจุนิวเคลียร์ทำหน้าที่เป็นคุณสมบัติที่โดดเด่นสำหรับอะตอมประเภทต่าง ๆ ซึ่งช่วยให้เราสามารถให้คำจำกัดความที่สมบูรณ์ยิ่งขึ้นเกี่ยวกับแนวคิดขององค์ประกอบ:

องค์ประกอบทางเคมี- นี่คืออะตอมบางประเภทที่มีประจุบวกเท่ากันบนนิวเคลียส.

มีธาตุที่ทราบแล้ว 107 ธาตุ ปัจจุบันงานยังคงดำเนินต่อไปในการผลิตองค์ประกอบทางเคมีเทียมที่มีเลขอะตอมสูงขึ้น

องค์ประกอบทั้งหมดมักจะแบ่งออกเป็นโลหะและอโลหะ อย่างไรก็ตาม การแบ่งส่วนนี้มีเงื่อนไข ลักษณะสำคัญขององค์ประกอบคือความอุดมสมบูรณ์ในเปลือกโลกเช่น ในเปลือกโลกแข็งตอนบนซึ่งมีความหนาประมาณ 16 กิโลเมตร การกระจายตัวขององค์ประกอบในเปลือกโลกได้รับการศึกษาโดยธรณีเคมี - ศาสตร์แห่งเคมีของโลก นักธรณีเคมี A.P. Vinogradov รวบรวมตารางองค์ประกอบทางเคมีโดยเฉลี่ยของเปลือกโลก จากข้อมูลเหล่านี้ องค์ประกอบที่พบบ่อยที่สุดคือออกซิเจน - 47.2% ของมวลเปลือกโลก ตามด้วยซิลิคอน - 27.6 อลูมิเนียม - 8.80 เหล็ก -5.10 แคลเซียม - 3.6 โซเดียม - 2.64 โพแทสเซียม - 2.6 แมกนีเซียม - 2.10 ไฮโดรเจน - 0.15%

พันธะเคมีโควาเลนต์ พันธุ์และกลไกการก่อตัว ลักษณะของพันธะโควาเลนต์ (ขั้วและพลังงานพันธะ) พันธะไอออนิก การเชื่อมต่อโลหะ พันธะไฮโดรเจน

หลักคำสอนเรื่องพันธะเคมีเป็นพื้นฐานของเคมีเชิงทฤษฎีทั้งหมด

พันธะเคมีเป็นที่เข้าใจกันว่าเป็นปฏิกิริยาระหว่างอะตอมที่เกาะกันเป็นโมเลกุล ไอออน อนุมูล และคริสตัล

พันธะเคมีมีสี่ประเภท: ไอออนิก โควาเลนต์ โลหะ และไฮโดรเจน

การแบ่งพันธะเคมีออกเป็นประเภทต่างๆ นั้นมีเงื่อนไข เนื่องจากพันธะเคมีทั้งหมดมีลักษณะเป็นเอกภาพ

พันธะไอออนิกถือได้ว่าเป็นกรณีที่รุนแรงของพันธะโควาเลนต์มีขั้ว

พันธะโลหะเป็นการผสมผสานระหว่างปฏิกิริยาโควาเลนต์ของอะตอมโดยใช้อิเล็กตรอนที่ใช้ร่วมกันและแรงดึงดูดไฟฟ้าสถิตระหว่างอิเล็กตรอนเหล่านี้กับไอออนของโลหะ

สารมักไม่มีการจำกัดกรณีของพันธะเคมี (หรือพันธะเคมีบริสุทธิ์)

ตัวอย่างเช่น ลิเธียมฟลูออไรด์ $LiF$ ถูกจัดประเภทเป็นสารประกอบไอออนิก ในความเป็นจริง พันธะในนั้นคือไอออนิก $80%$ และโควาเลนต์ $20%$ ดังนั้นจึงชัดเจนกว่าที่จะพูดถึงระดับขั้ว (อิออน) ของพันธะเคมี

ในชุดของไฮโดรเจนเฮไลด์ $HF—HCl—HBr—HI—HAt$ ระดับของขั้วของพันธะจะลดลงเนื่องจากความแตกต่างของค่าอิเลคโตรเนกาติวีตี้ของอะตอมของฮาโลเจนและไฮโดรเจนลดลงและในแอสทาทีนไฮโดรเจนพันธะจะกลายเป็นเกือบ ไม่มีขั้ว $(EO(H) = 2.1; EO(At) = 2.2)$.

พันธะประเภทต่างๆ สามารถพบได้ในสารชนิดเดียวกัน เช่น

1. ในฐาน: ระหว่างอะตอมของออกซิเจนและไฮโดรเจนในกลุ่มไฮดรอกโซพันธะจะเป็นโควาเลนต์มีขั้ว และระหว่างโลหะกับหมู่ไฮดรอกโซจะเป็นไอออนิก
2. ในเกลือของกรดที่ประกอบด้วยออกซิเจน: ระหว่างอะตอมที่ไม่ใช่โลหะกับออกซิเจนของสารตกค้างที่เป็นกรด - ขั้วโควาเลนต์และระหว่างโลหะกับสารตกค้างที่เป็นกรด - ไอออนิก
3. ในแอมโมเนียมเกลือเมทิลแอมโมเนียม ฯลฯ : ระหว่างอะตอมไนโตรเจนและไฮโดรเจน - ขั้วโควาเลนต์และระหว่างแอมโมเนียมหรือเมทิลแอมโมเนียมไอออนกับกรดตกค้าง - ไอออนิก;
4. ในโลหะเปอร์ออกไซด์ (เช่น $Na_2O_2$) พันธะระหว่างอะตอมออกซิเจนเป็นแบบโควาเลนต์ไม่มีขั้ว และระหว่างโลหะกับออกซิเจนคือไอออนิก เป็นต้น

การเชื่อมต่อประเภทต่างๆ สามารถแปลงเป็นการเชื่อมต่ออื่นได้:

— ในระหว่างการแยกตัวด้วยไฟฟ้าของสารประกอบโควาเลนต์ในน้ำ พันธะขั้วโควาเลนต์จะกลายเป็นไอออนิก

- เมื่อโลหะระเหย พันธะโลหะจะกลายเป็นพันธะโควาเลนต์ไม่มีขั้ว เป็นต้น

สาเหตุของความสามัคคีของพันธะเคมีทุกประเภทและทุกประเภทคือธรรมชาติทางเคมีที่เหมือนกัน - ปฏิกิริยาระหว่างอิเล็กตรอนกับนิวเคลียร์ การก่อตัวของพันธะเคมีไม่ว่าในกรณีใดเป็นผลมาจากปฏิกิริยาระหว่างอะตอมกับอิเล็กตรอนพร้อมกับการปล่อยพลังงาน

วิธีสร้างพันธะโควาเลนต์ ลักษณะของพันธะโควาเลนต์: ความยาวพันธะและพลังงาน

พันธะเคมีโควาเลนต์คือพันธะที่เกิดขึ้นระหว่างอะตอมผ่านการก่อตัวของคู่อิเล็กตรอนที่ใช้ร่วมกัน

กลไกการก่อตัวของพันธะดังกล่าวสามารถแลกเปลี่ยนหรือรับผู้บริจาคได้

ฉัน. กลไกการแลกเปลี่ยนทำงานเมื่ออะตอมก่อตัวเป็นคู่อิเล็กตรอนที่ใช้ร่วมกันโดยการรวมอิเล็กตรอนที่ไม่มีคู่เข้าด้วยกัน

1) $H_2$ - ไฮโดรเจน:

พันธะเกิดขึ้นเนื่องจากการก่อตัวของคู่อิเล็กตรอนร่วมด้วย $s$-อิเล็กตรอนของอะตอมไฮโดรเจน (การทับซ้อนกันของ $s$-ออร์บิทัล):

2) $HCl$ - ไฮโดรเจนคลอไรด์:

พันธะเกิดขึ้นเนื่องจากการก่อตัวของคู่อิเล็กตรอนร่วมของ $s-$ และ $p-$อิเล็กตรอน (การทับซ้อนกันของ $s-p-$orbitals):

3) $Cl_2$: ในโมเลกุลคลอรีน พันธะโควาเลนต์เกิดขึ้นเนื่องจาก $p-$อิเล็กตรอนที่ไม่ได้รับการจับคู่ (การทับซ้อนกันของ $p-p-$orbitals):

4) $N_2$: ในโมเลกุลไนโตรเจน คู่อิเล็กตรอนทั่วไปสามคู่เกิดขึ้นระหว่างอะตอม:

ครั้งที่สอง กลไกของผู้บริจาค-ผู้รับลองพิจารณาการก่อตัวของพันธะโควาเลนต์โดยใช้ตัวอย่างของแอมโมเนียมไอออน $NH_4^+$

ผู้บริจาคมีคู่อิเล็กตรอน ตัวรับมีออร์บิทัลว่างที่คู่นี้สามารถครอบครองได้ ในแอมโมเนียมไอออนพันธะทั้งสี่กับอะตอมไฮโดรเจนนั้นเป็นโควาเลนต์: สามพันธะเกิดขึ้นเนื่องจากการสร้างคู่อิเล็กตรอนทั่วไปโดยอะตอมไนโตรเจนและอะตอมไฮโดรเจนตามกลไกการแลกเปลี่ยนหนึ่ง - ผ่านกลไกผู้บริจาค - ผู้รับ

พันธะโควาเลนต์สามารถจำแนกได้โดยวิธีที่ออร์บิทัลของอิเล็กตรอนทับซ้อนกัน เช่นเดียวกับการกระจัดไปยังอะตอมที่ถูกพันธะตัวใดตัวหนึ่ง

พันธะเคมีที่เกิดขึ้นจากการทับซ้อนกันของออร์บิทัลของอิเล็กตรอนตามแนวพันธะเรียกว่า $σ$ -พันธบัตร (พันธบัตรซิกมา)- พันธะซิกมานั้นแข็งแกร่งมาก

$p-$orbitals สามารถทับซ้อนกันในสองบริเวณ ก่อให้เกิดพันธะโควาเลนต์เนื่องจากการทับซ้อนกันด้านข้าง:

พันธะเคมีเกิดขึ้นจากการทับซ้อนกัน "ด้านข้าง" ของออร์บิทัลอิเล็กตรอนนอกสายสื่อสาร เช่น ในสองพื้นที่เรียกว่า $π$ -พันธบัตร (pi-พันธบัตร)

โดย ระดับของการกระจัดอิเล็กตรอนที่ใช้ร่วมกันจับคู่กับอะตอมตัวใดตัวหนึ่งที่พวกมันสร้างพันธะ พันธะโควาเลนต์ก็สามารถเป็นได้ ขั้วโลกและ ไม่ใช่ขั้ว

เรียกว่าพันธะเคมีโควาเลนต์ที่เกิดขึ้นระหว่างอะตอมที่มีค่าอิเลคโตรเนกาติวีตี้เท่ากัน ไม่ใช่ขั้วคู่อิเล็กตรอนจะไม่ถูกเลื่อนไปยังอะตอมใดๆ เนื่องจาก อะตอมมี EO เหมือนกัน - คุณสมบัติในการดึงดูดเวเลนซ์อิเล็กตรอนจากอะตอมอื่น ตัวอย่างเช่น:

เหล่านั้น. โมเลกุลของสารที่ไม่ใช่โลหะอย่างง่ายเกิดขึ้นจากพันธะโควาเลนต์ที่ไม่มีขั้ว พันธะเคมีโควาเลนต์ระหว่างอะตอมขององค์ประกอบซึ่งอิเล็กโทรเนกาติวีตี้ต่างกันเรียกว่า ขั้วโลก

ความยาวและพลังงานของพันธะโควาเลนต์

ลักษณะเฉพาะ คุณสมบัติของพันธะโควาเลนต์- ความยาวและพลังงานของมัน ความยาวลิงค์คือระยะห่างระหว่างนิวเคลียสของอะตอม ยิ่งความยาวของพันธะเคมีสั้นลงเท่าใดก็ยิ่งมีความแข็งแรงมากขึ้นเท่านั้น อย่างไรก็ตามการวัดความแรงของการเชื่อมต่อนั้น พลังงานที่มีผลผูกพันซึ่งกำหนดโดยปริมาณพลังงานที่ต้องใช้เพื่อทำลายพันธะ โดยปกติจะวัดเป็น kJ/mol ดังนั้น ตามข้อมูลการทดลอง ความยาวพันธะของโมเลกุล $H_2, Cl_2$ และ $N_2$ คือ $0.074, 0.198$ และ $0.109$ nm ตามลำดับ และพลังงานของพันธะคือ $436, 242$ และ $946$ kJ/mol ตามลำดับ

ไอออน พันธะไอออนิก

ลองจินตนาการว่าอะตอมสองอะตอม "มาบรรจบกัน": อะตอมของโลหะหมู่ I และอะตอมที่ไม่ใช่โลหะของกลุ่ม VII อะตอมโลหะมีอิเล็กตรอนตัวเดียวที่ระดับพลังงานภายนอก ในขณะที่อะตอมที่ไม่ใช่โลหะขาดอิเล็กตรอนเพียงตัวเดียวเพื่อให้ระดับพลังงานภายนอกสมบูรณ์

อะตอมแรกจะให้อิเล็กตรอนตัวที่สองได้อย่างง่ายดาย ซึ่งอยู่ห่างจากนิวเคลียสและเกาะติดกับมันอย่างอ่อนๆ และอะตอมที่สองจะให้ตำแหน่งว่างกับระดับอิเล็กทรอนิกส์ภายนอกของมัน

จากนั้นอะตอมซึ่งปราศจากประจุลบอันใดอันหนึ่งก็จะกลายเป็นอนุภาคที่มีประจุบวกและอันที่สองจะกลายเป็นอนุภาคที่มีประจุลบเนื่องจากอิเล็กตรอนที่เกิดขึ้น อนุภาคดังกล่าวเรียกว่า ไอออน

พันธะเคมีที่เกิดขึ้นระหว่างไอออนเรียกว่าไอออนิก

ลองพิจารณาการก่อตัวของพันธะนี้โดยใช้ตัวอย่างของสารประกอบโซเดียมคลอไรด์ที่รู้จักกันดี (เกลือแกง):

กระบวนการแปลงอะตอมเป็นไอออนแสดงไว้ในแผนภาพ:

การเปลี่ยนอะตอมเป็นไอออนนี้มักเกิดขึ้นระหว่างปฏิกิริยาระหว่างอะตอมของโลหะทั่วไปและอโลหะทั่วไป

ลองพิจารณาอัลกอริทึม (ลำดับ) ของการให้เหตุผลเมื่อบันทึกการก่อตัวของพันธะไอออนิกเช่นระหว่างอะตอมของแคลเซียมและคลอรีน:

ตัวเลขแสดงจำนวนอะตอมหรือโมเลกุลเรียกว่า ค่าสัมประสิทธิ์และเรียกตัวเลขที่แสดงจำนวนอะตอมหรือไอออนในโมเลกุล ดัชนี

การเชื่อมต่อโลหะ

มาทำความรู้จักกับวิธีที่อะตอมขององค์ประกอบโลหะมีปฏิสัมพันธ์กัน โลหะมักจะไม่มีอยู่ในอะตอมที่แยกได้ แต่อยู่ในรูปของชิ้นส่วน แท่งโลหะ หรือผลิตภัณฑ์โลหะ อะไรเก็บอะตอมของโลหะไว้ในปริมาตรเดียว?

อะตอมของโลหะส่วนใหญ่มีอิเล็กตรอนจำนวนเล็กน้อยที่ระดับด้านนอก - $1, 2, 3$ อิเล็กตรอนเหล่านี้ถูกถอดออกอย่างง่ายดาย และอะตอมก็กลายเป็นไอออนบวก อิเล็กตรอนที่แยกออกมาจะเคลื่อนที่จากไอออนหนึ่งไปยังอีกไอออนหนึ่ง และจับพวกมันไว้เป็นอันหนึ่งอันเดียวกัน เมื่อเชื่อมต่อกับไอออน อิเล็กตรอนเหล่านี้จะก่อตัวเป็นอะตอมชั่วคราว จากนั้นแตกออกอีกครั้งและรวมเข้ากับไอออนอื่น เป็นต้น ดังนั้นในปริมาตรของโลหะ อะตอมจึงถูกแปลงเป็นไอออนอย่างต่อเนื่องและในทางกลับกัน

พันธะในโลหะระหว่างไอออนผ่านอิเล็กตรอนที่ใช้ร่วมกันเรียกว่าโลหะ

รูปนี้แสดงโครงสร้างของชิ้นส่วนโลหะโซเดียมตามแผนผัง

ในกรณีนี้ อิเล็กตรอนที่ใช้ร่วมกันจำนวนเล็กน้อยจะจับไอออนและอะตอมจำนวนมาก

พันธะโลหะมีความคล้ายคลึงกับพันธะโควาเลนต์บางประการ เนื่องจากขึ้นอยู่กับการแบ่งปันอิเล็กตรอนภายนอก อย่างไรก็ตาม ด้วยพันธะโควาเลนต์ อิเล็กตรอนที่ไม่จับคู่ด้านนอกของอะตอมที่อยู่ใกล้เคียงเพียง 2 อะตอมจะถูกใช้ร่วมกัน ในขณะที่พันธะโลหะ อะตอมทั้งหมดจะมีส่วนร่วมในการแบ่งปันอิเล็กตรอนเหล่านี้ นั่นคือเหตุผลว่าทำไมผลึกที่มีพันธะโควาเลนต์จึงเปราะ แต่ตามกฎแล้วพันธะโลหะจะมีความเหนียว นำไฟฟ้าได้ และมีความแวววาวของโลหะ

พันธะโลหะเป็นลักษณะของทั้งโลหะบริสุทธิ์และของผสมของโลหะชนิดต่างๆ ซึ่งเป็นโลหะผสมที่อยู่ในสถานะของแข็งและของเหลว

พันธะไฮโดรเจน

พันธะเคมีระหว่างอะตอมไฮโดรเจนที่มีโพลาไรซ์เชิงบวกของโมเลกุลหนึ่ง (หรือส่วนหนึ่งของมัน) กับอะตอมที่มีโพลาไรซ์เชิงลบของธาตุที่มีอิเล็กโตรเนกาติตีสูงซึ่งมีคู่อิเล็กตรอนเดี่ยว ($F, O, N$ และโดยทั่วไปน้อยกว่า $S$ และ $Cl$) ของอีกโมเลกุลหนึ่ง (หรือบางส่วนของมัน) เรียกว่าไฮโดรเจน

กลไกการเกิดพันธะไฮโดรเจนนั้นเป็นไฟฟ้าสถิตบางส่วน โดยธรรมชาติแล้วจะเป็นผู้รับบริจาค

ตัวอย่างของพันธะไฮโดรเจนระหว่างโมเลกุล:

หากมีการเชื่อมต่อดังกล่าว แม้แต่สารที่มีโมเลกุลต่ำก็สามารถเป็นของเหลว (แอลกอฮอล์ น้ำ) หรือก๊าซเหลวได้ง่าย (แอมโมเนีย ไฮโดรเจนฟลูออไรด์) ภายใต้สภาวะปกติ

สารที่มีพันธะไฮโดรเจนจะมีโครงผลึกโมเลกุล

สารที่มีโครงสร้างโมเลกุลและไม่ใช่โมเลกุล ประเภทของตาข่ายคริสตัล การขึ้นอยู่กับคุณสมบัติของสารในองค์ประกอบและโครงสร้างของสาร

โครงสร้างโมเลกุลและไม่ใช่โมเลกุลของสาร

ไม่ใช่อะตอมหรือโมเลกุลเดี่ยว ๆ ที่เข้าสู่ปฏิกิริยาทางเคมี แต่เป็นสาร ภายใต้สภาวะที่กำหนด สารสามารถอยู่ในสถานะการรวมกลุ่มอย่างใดอย่างหนึ่งจากสามสถานะ: ของแข็ง ของเหลว หรือก๊าซ คุณสมบัติของสารยังขึ้นอยู่กับธรรมชาติของพันธะเคมีระหว่างอนุภาคที่ก่อตัวเป็นโมเลกุล เช่น อะตอม หรือไอออน ขึ้นอยู่กับประเภทของพันธะ จะแยกแยะสารที่มีโครงสร้างโมเลกุลและไม่ใช่โมเลกุล

สารที่ประกอบด้วยโมเลกุลเรียกว่า สารโมเลกุล- พันธะระหว่างโมเลกุลในสารดังกล่าวมีความอ่อนแอมากอ่อนแอกว่าระหว่างอะตอมภายในโมเลกุลมากและแม้ที่อุณหภูมิค่อนข้างต่ำก็แตกสลาย - สารจะกลายเป็นของเหลวแล้วกลายเป็นก๊าซ (การระเหิดของไอโอดีน) จุดหลอมเหลวและจุดเดือดของสารที่ประกอบด้วยโมเลกุลจะเพิ่มขึ้นตามน้ำหนักโมเลกุลที่เพิ่มขึ้น

สารโมเลกุล ได้แก่ สารที่มีโครงสร้างอะตอม ($C, Si, Li, Na, K, Cu, Fe, W$) ในจำนวนนี้มีโลหะและอโลหะ

พิจารณาคุณสมบัติทางกายภาพของโลหะอัลคาไล ความแข็งแรงพันธะระหว่างอะตอมที่ค่อนข้างต่ำทำให้เกิดความแข็งแรงเชิงกลต่ำ โลหะอัลคาไลมีความอ่อนและสามารถตัดด้วยมีดได้ง่าย

ขนาดอะตอมที่ใหญ่ทำให้โลหะอัลคาไลมีความหนาแน่นต่ำ ลิเธียม โซเดียม และโพแทสเซียมมีน้ำหนักเบากว่าน้ำด้วยซ้ำ ในกลุ่มโลหะอัลคาไล จุดเดือดและจุดหลอมเหลวจะลดลงตามเลขอะตอมของธาตุที่เพิ่มขึ้น เนื่องจาก ขนาดอะตอมเพิ่มขึ้นและพันธะอ่อนตัวลง

ให้กับสารต่างๆ ไม่ใช่โมเลกุลโครงสร้างประกอบด้วยสารประกอบไอออนิก สารประกอบของโลหะที่มีอโลหะส่วนใหญ่มีโครงสร้างดังนี้: เกลือทั้งหมด ($NaCl, K_2SO_4$), ไฮไดรด์บางชนิด ($LiH$) และออกไซด์ ($CaO, MgO, FeO$), เบส ($NaOH, KOH$) สารไอออนิก (ไม่ใช่โมเลกุล) มีจุดหลอมเหลวและจุดเดือดสูง

โปรยคริสตัล

ดังที่ทราบกันดีว่าสสารสามารถมีอยู่ได้ในสถานะการรวมตัวสามสถานะ: ก๊าซ ของเหลว และของแข็ง

ของแข็ง: สัณฐานและผลึก

ให้เราพิจารณาว่าลักษณะของพันธะเคมีมีอิทธิพลต่อคุณสมบัติของของแข็งอย่างไร ของแข็งแบ่งออกเป็น ผลึกและ สัณฐาน

สารอสัณฐานไม่มีจุดหลอมเหลวที่ชัดเจน เมื่อถูกความร้อน จะค่อยๆ อ่อนตัวลงและกลายเป็นสถานะของเหลว ตัวอย่างเช่น ดินน้ำมันและเรซินต่างๆ อยู่ในสถานะสัณฐาน

สารที่เป็นผลึกมีลักษณะเฉพาะด้วยการจัดเรียงที่ถูกต้องของอนุภาคที่ประกอบด้วยอะตอม โมเลกุล และไอออน ณ จุดที่กำหนดไว้อย่างเคร่งครัดในอวกาศ เมื่อจุดเหล่านี้เชื่อมต่อกันด้วยเส้นตรง จะเกิดกรอบเชิงพื้นที่ขึ้น เรียกว่าโครงตาข่ายคริสตัล จุดที่อนุภาคคริสตัลอยู่เรียกว่าโหนดขัดแตะ

ขึ้นอยู่กับชนิดของอนุภาคที่อยู่ที่โหนดของโครงตาข่ายคริสตัลและลักษณะของการเชื่อมต่อระหว่างกัน โครงตาข่ายคริสตัลสี่ประเภทมีความโดดเด่น: อิออน, อะตอม, โมเลกุลและ โลหะ.

โครงผลึกไอออนิก

อิออนเรียกว่าคริสตัลโปรยซึ่งในโหนดที่มีไอออนอยู่ พวกมันถูกสร้างขึ้นจากสารที่มีพันธะไอออนิก ซึ่งสามารถจับทั้งไอออนเชิงเดี่ยว $Na^(+), Cl^(-)$ และเชิงซ้อน $SO_4^(2−), OH^-$ ดังนั้นเกลือและออกไซด์และไฮดรอกไซด์ของโลหะบางชนิดจึงมีโครงผลึกไอออนิก ตัวอย่างเช่น ผลึกโซเดียมคลอไรด์ประกอบด้วยไอออน $Na^+$ บวกและลบ $Cl^-$ สลับกัน ทำให้เกิดโครงตาข่ายรูปทรงลูกบาศก์ พันธะระหว่างไอออนในผลึกดังกล่าวมีความเสถียรมาก ดังนั้นสารที่มีโครงตาข่ายไอออนิกจึงมีความแข็งและความแข็งแรงค่อนข้างสูง พวกมันทนไฟและไม่ระเหย

โปรยคริสตัลอะตอม

อะตอมเรียกว่าผลึกขัดแตะในโหนดที่มีอะตอมเดี่ยว ในโครงตาข่ายดังกล่าว อะตอมจะเชื่อมต่อกันด้วยพันธะโควาเลนต์ที่แข็งแกร่งมาก ตัวอย่างของสสารที่มีโครงผลึกชนิดนี้คือเพชร ซึ่งเป็นหนึ่งในการปรับเปลี่ยนคาร์บอนแบบ allotropic

สสารส่วนใหญ่ที่มีโครงผลึกอะตอมมิกมีจุดหลอมเหลวที่สูงมาก (เช่น สำหรับเพชรจะมีอุณหภูมิสูงกว่า 3,500°C) มีความแข็งแรงและแข็ง และไม่ละลายในทางปฏิบัติ

โปรยคริสตัลโมเลกุล

โมเลกุลเรียกว่าคริสตัลแลตทิซ (crystal lattices) ซึ่งอยู่ในโหนดที่มีโมเลกุลอยู่ พันธะเคมีในโมเลกุลเหล่านี้สามารถเป็นได้ทั้งแบบขั้ว ($HCl, H_2O$) และแบบไม่มีขั้ว ($N_2, O_2$) แม้ว่าอะตอมภายในโมเลกุลจะเชื่อมต่อกันด้วยพันธะโควาเลนต์ที่แข็งแกร่งมาก แต่แรงดึงดูดระหว่างโมเลกุลที่อ่อนแอก็ทำหน้าที่ระหว่างโมเลกุลด้วยกัน ดังนั้นสารที่มีโครงผลึกโมเลกุลจึงมีความแข็งต่ำ จุดหลอมเหลวต่ำ และมีการระเหยได้ สารประกอบอินทรีย์ที่เป็นของแข็งส่วนใหญ่มีโครงผลึกโมเลกุล (แนฟทาลีน กลูโคส น้ำตาล)

โครงคริสตัลโลหะ

สารที่มีพันธะโลหะจะมีโครงผลึกโลหะ ที่บริเวณที่มีโครงตาข่ายดังกล่าวจะมีอะตอมและไอออน (ไม่ว่าจะเป็นอะตอมหรือไอออนซึ่งอะตอมของโลหะจะเปลี่ยนรูปได้ง่ายโดยให้อิเล็กตรอนด้านนอก "เพื่อการใช้งานทั่วไป") โครงสร้างภายในของโลหะนี้จะกำหนดคุณสมบัติทางกายภาพที่เป็นลักษณะเฉพาะ ได้แก่ ความอ่อนตัว ความเหนียว การนำไฟฟ้าและความร้อน ความแวววาวของโลหะที่มีลักษณะเฉพาะ