הגדרה כימית הקישור, מאפיינים, איך הם נוצרו, סוגים

ה קשר כימי זה הכוח שמצליח לשמור על האטומים שמרכיבים חומר משותף. לכל סוג של חומר יש קשר כימי אופייני, אשר מורכב מהשתתפות של אלקטרונים אחד או יותר. לפיכך, הכוחות המצטרפים לאטומים בגזים שונים, למשל, ממתכות.

כל האלמנטים של הטבלה המחזורית (למעט הליום וגזים אצילים קלים) יכולים ליצור קשרים כימיים אחד עם השני. עם זאת, טבעם של אלה משתנה בהתאם מה האלמנטים מגיעים האלקטרונים שיוצרים אותם. פרמטר חיוני כדי להסביר את סוג הקישורים הוא electronegativity.

ההבדל electronegativity (ΔE) בין שני אטומים מגדיר לא רק את סוג של קשר כימי, אלא גם את התכונות הפיסיקוכימיות של המתחם. מלחי מאופיינים על ידי קשרים יוניים (גבוה ΔE), ורבים של תרכובות אורגניות, כגון ויטמין B₁₂ (תמונה עליונה), קשרים קוולנטיים (נמוך ΔE).

במבנה המולקולרי העליון, כל אחד מהקווים מייצג קשר קוולנטי. את טריזים עולה כי הקישור עולה מן המטוס (כלפי הקורא), ואת אלה מודגשים מן המטוס (הרחק מן הקורא). שים לב כי ישנם קשרים כפולים (=) ו אטום קובלט מתואמת עם חמישה אטומי חנקן ורשת צדית R.

אבל מדוע נוצרו קשרים כימיים כאלה? התשובה טמונה ביציבות האנרגטית של האטומים המשתתפים והאלקטרונים. יציבות זו חייבת לאזן את הדחפים האלקטרוסטטיים שחוו בין העננים האלקטרוניים לבין הגרעינים, ואת האטרקציה המופעלת על ידי גרעין על האלקטרונים של האטום השכן.

אינדקס

• 1 הגדרת הקשר הכימי
• 2 מאפיינים
• 3 איך הם נוצרו
  • 3.1 תרכובות Homonuclear A-A
  • 3.2 תרכובות הטרונוגרפיות A-B
• 4 סוגים
  • 4.1 - קישור קוולנטי
  • 4.2 - קישור יוני
  • 4.3 קישור מתכתי
• 5 דוגמאות
• 6 חשיבות הקשר הכימי
• 7 הפניות

הגדרת הקשר הכימי

מחברים רבים נתנו הגדרות של הקשר הכימי. מכולן החשוב ביותר היה הפיזיקופיקל ג 'נ' לואיס, שהגדיר את הקשר הכימי כהשתתפות של זוג אלקטרונים בין שני אטומים. אם אטומים A ו- B B יכולים לספק אלקטרון יחיד, אזי ייווצר הקשר הפשוט A: B או A-B ביניהם.

לפני היווצרות של הקישור, הן A ו- B מופרדים על ידי מרחק בלתי מוגדר, אבל כאשר הקישור יש עכשיו כוח שמחזיק אותם יחד במתחם הדיאטומי AB ומרחק (או אורך) של הקישור.

תכונות

אילו תכונות יש לכוח הזה שמחזיק את האטומים יחד? אלה תלויים יותר על סוג של קישור בין A ו- B מאשר על מבנים אלקטרוניים שלהם. לדוגמה, הקישור A-B הוא כיווני. מה זאת אומרת? כי הכוח המופעל על ידי האיחוד של זוג אלקטרונים יכול להיות מיוצג על ציר (כאילו היה גליל).

כמו כן, קישור זה דורש אנרגיה לשבור. כמות זו של אנרגיה יכולה לבוא לידי ביטוי ביחידות של kJ / mol או cal / mol. לאחר מספיק אנרגיה הוחל על תרכובת AB (על ידי חום, למשל), זה יהיה לנתק לתוך המקורי א 'ו · B אטומים.

ככל שהקישור יציב יותר, כך גדל כמות האנרגיה הדרושה כדי להפריד את האטומים המחוברים.

מצד שני, אם הקשר במתחם AB היו יוניים, א⁺ב^-, אז זה יהיה כוח לא כיווני. למה? כי א⁺ מפעיל כוח אטרקטיבי על ב^- (ולהיפך), תלוי יותר במרחק שמפריד בין שני היונים בחלל מאשר במיקום יחסי של אותם.

זה שדה של משיכה ודחייה אוספת יונים אחרים כדי ליצור את מה שמכונה סריג גבישי (התמונה העליונה: קטיון א⁺ שקרים מוקפים ארבעה אניונים ב^-, וארבעת הקטיונים האלה א⁺ וכן הלאה).

איך הם נוצרו

תרכובות Homonuclear A-A

עבור זוג אלקטרונים כדי ליצור קשר יש היבטים רבים כי יש לשקול תחילה. הגרעינים, לומר של A, יש פרוטונים ולכן הם חיוביים. כאשר שני אטומים של A רחוקים זה מזה, כלומר, במרחק גרעיני גדול (התמונה העליונה), הם לא חווים כל אטרקציה.

כאשר הם מתקרבים שני האטומים של הגרעינים שלהם למשוך את הענן האלקטרוני של האטום השכנה (המעגל הסגול). זהו כוח אטרקטיבי (מעל המעגל הסגול השכן). עם זאת, שני הגרעינים של A נדחפים על ידי היותם חיוביים, וכוח זה מגביר את האנרגיה הפוטנציאלית של הקשר (ציר אנכי).

יש מרחק גרעיני שבו האנרגיה הפוטנציאלית מגיעה למינימום; כלומר, הן הכוח האטרקטיבי והן הכוח הדוחה מאוזנים (שני האטומים של A בחלק התחתון של התמונה).

אם זה המרחק יורד לאחר נקודה זו, הקישור יגרום שני גרעינים להדוף מאוד חזק, לערער את התרכובת A-A.

לכן, עבור הקישור להיווצר חייב להיות מרחק אנרגיה נאותה אנרגיה; ובנוסף לכך, האורביטלים האטומיים חייבים להיות חופפים בצורה נכונה כך שהאלקטרונים יהיו מקושרים.

תרכובות גרעיניות A-B

מה אם במקום שני אטומים של A להצטרף אחד ועוד של B? במקרה זה הגרף העליון ישתנה כי אחד האטומים יהיה יותר פרוטונים מאשר אחרים, ואת העננים האלקטרוניים בגדלים שונים.

כאשר הקשר A-B נוצר במרחק גרעיני תקין, זוג אלקטרונים יימצא בעיקר בקרבת האטום electronegative ביותר. זה קורה עם כל התרכובות הכימיות הטרונוגרפיות, המהוות את הרוב המכריע של אלה הידועים (ויהיו ידועים).

אמנם לא הוזכרו לעומק, ישנם משתנים רבים המשפיעים באופן ישיר כיצד הגישה אטומים קשרים כימיים נוצרים; חלקם תרמודינמיים (האם התגובה ספונטנית?), אלקטרוניים (כמה מלאים או ריקים הם האורביטלים של האטומים) וקינטיקה אחרים.

סוגים

הקישורים מציגים שורה של מאפיינים המבדילים אותם זה מזה. כמה מהם יכולים להיות ממוסגרים בשלושה סיווגים עיקריים: קוולנטיים, יוניים או מתכתיים.

אמנם יש תרכובות שהקישורים שלהם שייכים לסוג אחד, רבים למעשה מורכב תערובת של תווים של כל אחד. עובדה זו היא תוצאה של ההבדל electronegativity בין האטומים המרכיבים את הקשרים. לכן, כמה תרכובות יכול להיות קוולנטי, אבל נוכח האג"ח שלהם אופי יונית מסוימים.

כמו כן, סוג הקשר, המבנה והמסה המולקולרית הם גורמי מפתח המגדירים את המאפיינים המאקרוסקופיים של החומר (בהירות, קשיות, מסיסות, נקודת התכה וכו ')..

-קשר קוולנטי

הקשרים הקובליים הם אלה שהוסברו עד כה. בהם, שני אורביטלים (אלקטרון אחד בכל אחד מהם) חייבים להיות חופפים עם הגרעינים המופרדים במרחק גרעיני מתאים.

על פי התיאוריה של מסלול המולקולרי (TOM), אם החפיפה של האורביטלים היא חזיתית, תוקם אגודת sigma σ (הנקראת גם קישור פשוט או פשוט). בעוד אם האורביטלים נוצרים על ידי חפיפות לרוחב ואנכי ביחס לציר הגרעיני, יופיעו הקישורים π (כפולים ומשולשים):

קישור פשוט

הקשר σ כפי שניתן לראות בתמונה נוצר לאורך ציר הגרעין. למרות שהוא אינו מוצג, A ו- B עשויים להיות קישורים אחרים, ולכן, סביבות כימיים שלהם (חלקים שונים של המבנה המולקולרי). סוג זה של קישור מאופיין על ידי כוח הסיבוב שלה (גליל ירוק) ועל ידי להיות החזק מכל.

לדוגמה, הקשר הפשוט של מולקולת המימן יכול לסובב על ציר הגרעין (H-H). באותו אופן, מולקולה היפותטית של CA-AB יכולה לעשות זאת.

C-A, A ו- A ו- B קישורים לסובב; אבל אם C או B הם אטומים או קבוצה של אטומים מגושם, סיבוב A-A הוא הפרעה סטטית (כי C ו- B יקרוס).

קשרים פשוטים נמצאים כמעט בכל המולקולות. האטומים שלהם יכולים להיות כל הכלאה כימית כל עוד החפיפה של האורביטלים שלהם הוא חזיתית. חוזר למבנה של ויטמין B₁₂, כל שורה בודדת (-) מציינת קישור יחיד (לדוגמה, קישורים -CONH₂).

קישור כפול

הקשר הכפול דורש כי אטומים יש (בדרך כלל) הכלאה sp². הקשר p טהור, בניצב לשלושה היברידית היברידי sp², יוצר את הקשר הכפול, שמוצג כסדין אפרפר.

שים לב כי גם הקישור היחיד (גליל ירוק) ואת הקישור הכפול (גיליון אפור) להתקיים בו זמנית. עם זאת, בניגוד קישורים פשוטים, זוגות אין את אותו חופש סיבוב סביב ציר הגרעין. הסיבה לכך היא, כדי לסובב, את הקישור (או גיליון) חייב להיות שבור; תהליך אשר צריך אנרגיה.

כמו כן, הקישור A = B הוא תגובתי יותר מאשר A-B. אורכו של זה קטן יותר, האטומים A ו- B הם מרחק גרעיני קטן יותר; לכן, יש דחייה גדולה יותר בין שני הגרעינים. שוברים את שני הקישורים, יחיד וכפול, דורש יותר אנרגיה ממה שנדרש כדי להפריד את האטומים במולקולת A-B.

במבנה של ויטמין B₁₂ ניתן לראות מספר קשרים כפולים: C = O, P = O, ובתוך הטבעות הארומטיות.

קישור משולש

הקשר המשולש הוא אפילו קצר יותר מאשר הקשר הכפול וסיבובו פגום יותר. בתוך זה, שני ניצב π קישורים נוצרים (הסדינים אפור וסגול), כמו גם קישור פשוט.

בדרך כלל, הכלאה כימית של האטומים של A ו- B חייב להיות sp: שני אורביטלים sp מופרדות על ידי 180 מעלות, ושני אורביטלים טהור p בניצב לשעבר. שים לב כי קשר משולש דומה לוח, אבל ללא כוח סיבוב. קישור זה יכול להיות מיוצג פשוט כמו A≡B (NNN, N- מולקולה N₂).

מכל הקשרים קוולנטיים, זה הוא תגובתי ביותר; אבל באותו זמן, אחד כי צריך יותר אנרגיה עבור ההפרדה המוחלטת של האטומים שלה (· A: +: B ·). אם ויטמין B₁₂ היה קשר משולש בתוך המבנה המולקולרי שלה, אפקט תרופתי שלה ישתנה באופן דרסטי.

בקשרים משולשים, שישה אלקטרונים להשתתף; בזוגות, ארבעה אלקטרונים; ובפשטות או פשוט, שתיים.

היווצרות אחת או יותר של קשרים קוולנטיים אלה תלוי בזמינות האלקטרונית של האטומים; כלומר, כמה electrons צריך האורביטלים שלהם לרכוש octet הערכיות.

קישור לא קוטבי

קשר קוולנטי מורכב משיתוף הוגן של זוג אלקטרונים בין שני אטומים. אבל זה נכון רק במקרה שבו שני האטומים יש electronegativities שווה; כלומר, אותה נטייה למשוך צפיפות אלקטרונית של סביבתה בתוך המתחם.

איגרות חוב לא קוטביות מאופיינות בהפרש אפס electronegativity (ΔE≈ 0). זה קורה בשני מצבים: במתחם homonuclear (A₂), או אם הסביבות הכימיות משני צדי הקישור מקבילות (H₃C-CH₃, מולקולה אתנית).

דוגמאות לקישורים שאינם קוטביים נראות בתרכובות הבאות:

-מימן (H-H)

-חמצן (O = O)

-חנקן (N≡N)

-פלואורין (F-F)

-כלור (Cl-Cl)

-אצטילן (HC≡CH)

קישורים פולאר

כאשר יש הבדל ניכר electronegativity electronegativity ΔE בין שני האטומים, רגע דיפול נוצר לאורך ציר הקישור: A^δ+-ב^δ-. במקרה של התרכובת הגרעינית AB, B הוא האטום החשמלי ביותר, ולכן, יש את צפיפות האלקטרונים הגבוהה ביותר δ-; בעוד A, לפחות electronegative, חוסר עומס δ+.

עבור הקשרים הקוטביים להתרחש, שני אטומים עם electronegativades שונים חייב להיות מחובר; ובכך ליצור תרכובות גרעיניות. A-B דומה למגנט: יש לו מוט חיובי וקוטב שלילי. זה מאפשר לה אינטראקציה עם מולקולות אחרות באמצעות כוחות דיפול דיפול, ביניהם הם קשרי המימן.

למים יש שני קשרים קוולנטיים קוטביים, H-O-H, והגיאומטריה המולקולרית שלה זוויתית, מה שמגדיל את רגע הדיפול שלה. אם הגיאומטריה שלו היתה ליניארית, האוקיינוסים היו מתאדים והמים היו מצליחים בנקודת רתיחה נמוכה יותר.

העובדה כי המתחם יש קשרים קוטביים, זה לא אומר שזה קוטבי. לדוגמה, פחמן tetrachloride, CCl₄, יש ארבעה C-Cl קישורים הקוטב, אבל על ידי הסדר tetrahedral מהם את רגע דיפול בסופו של ביטול וקטורלי.

קישורים Dative או תיאום

כאשר אטום מניב זוג אלקטרונים כדי ליצור קשר קוולנטי עם אטום אחר, אז אנחנו מדברים על הקשר dative או תיאום. לדוגמה, לאחר B: זוג האלקטרונים הזמינים, ו- A (או A⁺), חלל אלקטרוני, קישור B: A נוצר.

במבנה של ויטמין B₁₂ את חמישה אטומי חנקן מלוכדות למרכז המתכתי של Co על ידי סוג זה של הקשר קוולנטי. ניטרוגנים אלה נותנים זוג האלקטרונים שלהם ללא תשלום³⁺, תיאום המתכת עמם (Co³⁺: N-)

דוגמה נוספת ניתן למצוא בפרוטוניון של מולקולת אמוניה ליצירת אמוניום:

ח₃N: + H⁺ => NH₄⁺

שים לב כי בשני המקרים זה אטום חנקן התורם את האלקטרונים; לכן, הקשר dative קוולנטית או קואורדינציה מתרחשת כאשר אטום לבד תורם את זוג האלקטרונים.

באופן דומה, מולקולת המים יכול להיות פרוטוני כדי להפוך את הידרניום (או oxonium) קטיון:

ח₂O + H⁺ => H₃הו⁺

בניגוד קטיון אמוניום, הידרוניום עדיין יש זוג חינם של אלקטרונים (H₃O:⁺); עם זאת, קשה מאוד לקבל פרוטון נוסף כדי ליצור הידרוניום הידרומיום יציב, H₄הו²⁺.

-קשר יוני

בתמונה נראית גבעה לבנה של מלח. המלחים מתאפיינים במבנים גבישיים, כלומר סימטריים ומסודרים; נקודות רתיחה התכה גבוהה, מוליכות חשמלית גבוהה להינמס או להתמוסס, וגם יונים שלהם נמשכים מאוד על ידי אינטראקציות אלקטרוסטטיות.

אינטראקציות אלה לפצות מה שמכונה את הקשר היוני. בתמונה השנייה הוצגה קטיון A⁺ מוקף בארבעה אניונים ב^-, אבל זה ייצוג 2D. בשלושה ממדים, A⁺ צריך להיות אניונים אחרים ב^- קדימה ומאחורי המטוס, ויוצרים מבנים שונים.

אז, א⁺ זה יכול להיות שישה, שמונה, או אפילו שתים עשרה שכנים. מספר השכנים המקיפים יון בגביש ידוע כמספר התיאום (N.C). עבור כל N.C סוג של הסדר גבישי קשור, אשר בתורו מהווה שלב מוצק של מלח.

הגבישים הסימטריים והפנימיים הנראים במלחי נובעים מהשיווי משקל שנקבע על ידי אינטראקציות המשיכה (A⁺ ב^-) ודחייה (א⁺ א⁺, ב^- ב^-אלקטרוסטטית).

הדרכה

אבל, למה A + ו- B^-, או Na⁺ Cl^-, לא יוצרים Na-Cl קשרים קוולנטיים? כי אטום כלור הוא הרבה יותר electronegative מאשר מתכת הנתרן, אשר מאופיין גם בקלות רבה לוותר על האלקטרונים שלה. כאשר יסודות אלו נמצאים, הם מגיבים בצורה אקסקרטית כדי לייצר מלח שולחן:

2Na + Cl₂(g) => 2NaCl (s)

שני אטומי נתרן מניבים את האלקטרון הערכתי הייחודי שלהם (Na ·) למולקולה הדיאטומית של Cl₂, על מנת ליצור אניונים Cl^-.

אינטראקציות בין קטיוני נתרן ואניונים כלורידים, למרות מייצג קשר קוולנטי מ חלש, מסוגלים לשמור אותם וארוזה המוצקה; ועובדה זו משתקפת בנקודת ההתכה הגבוהה של המלח (801ºC).

קישור מתכתי

האחרון של סוגי מליטה כימית הוא מתכתי. זה ניתן למצוא על כל מתכת או סגסוגת חתיכת. הוא מאופיין בכך שהוא מיוחד ושונה מהאחרים, משום שהאלקטרונים אינם עוברים מאטום אחד למשנהו, אלא נוסעים, כמו ים, את גביש המתכות.

לפיכך, האטומים המתכתיים, כדי לומר את הנחושת, מתערבבים בין האורביטלים הערכיים שלהם אחד עם השני כדי להרכיב להקות הולכה; לפיה האלקטרונים (s, p, d או f) עוברים סביב האטומים ומשמרים אותם בחוזקה.

בהתאם למספר של אלקטרונים הנעים דרך זכוכית מטאלי, מסלולית מסופקת הלהקות, ואת האריזה של האטומים, המתכת עשויה להיות רכה (כגון מתכות אלקליות), קשה, מבריקה, או מוליך טוב של חשמל חום.

הכוח המחזיק את האטומים של מתכות, כמו אלה שמרכיבים את האיש הקטן בתמונה ובמחשב הנייד שלו, עולה על זה של המלחים.

זה יכול להיות מאומת בניסוי כי גבישים של מלחים יכול לפצל לכמה חצאים לפני כוח מכני; ואילו חתיכת מתכת (המורכבת מגבישים קטנים מאוד) מעוותת.

דוגמאות

ארבעת התרכובות הבאות מקיפות את סוגי הקשרים הכימיים:

-סודיום פלואוריד, NaF (Na⁺F^-): יונית.

-נתרן, Na: מתכתי.

-פלואור, F₂ (F-F): קוולנטי שאינו קוטבי, שכן יש ΔE null בין שני האטומים כי הם זהים.

-פלואוריד מימן, HF (HF): קוולנטי קוטבי, כמו פלואור המתחם הזה הוא אלקטרו יותר מימן.

ישנם תרכובות, כגון ויטמין B₁₂, אשר מחזיק הן הקוטב וקשרים קוולנטיים יוניים (החיוב השלילי של קבוצת פוספט שלה -PO₄^--). בכמה מבנים מורכבים, כגון אשכולות מתכת, כל אלה סוגים של קישורים יכולים להתקיים.

החומר מציג דוגמאות של קשרים כימיים בכל גילוייו. מן האבן בתחתית הבריכה והמים הסובבים אותה, אל הקרפדות המקרקרות בשוליה.

בעוד הקישורים עשויים להיות פשוטים, מספר וסידור מרחבי של האטומים במבנה המולקולרי לפתוח את הדרך מגוון עשיר של תרכובות.

חשיבות הקשר הכימי

מהי חשיבות הקשר הכימי? מספר התוצאות הבלתי נמנע שישחרר את היעדר הקשר הכימי מדגיש את חשיבותו העצומה בטבע:

-בלי זה, צבעים לא היה קיים, כי האלקטרונים שלהם לא לספוג קרינה אלקטרומגנטית. חלקיקי האבק והקרח הנוכחים באטמוספרה ייעלמו, ולכן צבעם הכחול של השמים יחשיך.

-פחמן לא יכול ליצור את הרשתות האינסופיות, מהן נגזרים טריליונים של תרכובות אורגניות וביולוגיות.

-חלבונים לא יכלו אפילו להגדיר את חומצות האמינו המרכיבים שלהם. סוכרים ושומנים ייעלמו, כמו גם כל תרכובות פחמן אורגניזמים חיים.

-כדור הארץ ייגמר מהאווירה, כי בהעדר קשרים כימיים בגזים שלו, לא יהיה כוח להחזיק אותם יחד. גם לא תהיה אינטראקציה בין-מולקולרית קטנה ביניהם.

-אולי ההרים להיעלם, כי הסלעים והמינרלים שלה, אם כי כבד, לא יכולים להכיל כל האטומים שלהם ארוזים הגבישים שלהם או מבנים אמורפי.

-העולם ייווצר על ידי אטומים בודדים שאינם מסוגלים ליצור חומרים מוצקים או נוזליים. הדבר יביא גם להיעלמותו של כל שינוי בחומר; כלומר, לא תהיה שום תגובה כימית. רק גזים חולפים בכל מקום.

הפניות

1. הארי גריי. (1965). אלקטרונים מליטה כימית. W.A. בנג'מין, INC. P 36-39.
2. ויטן, דייוויס, פק & סטנלי. כימיה (8th ed.). CENGAGE למידה, עמ '233, 251, 278, 279.
3. ספינה ר '(2016). מליטה כימית. מקור: hyperphysics.phy-astr.gsu.edu
4. כימית בונד סוגי. (3 באוקטובר 2006). נלקח מ: dwb4.unl.edu
5. גיבוש קשרים כימיים: תפקיד האלקטרונים. [PDF] מקור: cod.edu
6. קרן CK-12. (s.f.). אנרגיה קוולנטית גיבוש. מקור: chem.libretexts.org
7. קווימיטוב (2012). קישור קוולנטי מתואם או dative. מקור: quimitube.com