E.N.Frenkel
Kimya eğitimi
Kimyayı bilmeyen ama öğrenmek ve anlamak isteyenler için bir el kitabı
Bölüm I. Genel kimyanın unsurları
(birinci zorluk seviyesi)
Devam. Görmek Sayı 13, 18, 23/2007'de;
6/2008
Bölüm 4. Kimyasal bağ kavramı
Bu kılavuzun önceki bölümlerinde maddenin moleküllerden, moleküllerin de atomlardan oluştuğu gerçeği tartışılmıştı. Hiç merak ettiniz mi: Bir molekülü oluşturan atomlar neden farklı yönlere uçmuyor? Bir moleküldeki atomları tutan şey nedir?
Onları geri tutuyor Kimyasal bağ .
Kimyasal bir bağın doğasını anlamak için basit bir fiziksel deneyi hatırlamak yeterlidir. İpler üzerinde yan yana asılı duran iki top birbirine hiçbir şekilde "tepki vermez". Ancak toplardan birine pozitif yük, diğerine negatif yük verirseniz birbirlerini çekeceklerdir. Atomları birbirine çeken kuvvet bu değil mi? Gerçekten de araştırmalar şunu gösterdi kimyasal bağ elektriksel niteliktedir.
Nötr atomlardaki yükler nereden geliyor?
Bu makale desteğiyle yayımlanmıştır. çevrimiçi kurs Birleşik Devlet Sınavı "Sınavı" için hazırlık. Sitede her şeyi bulacaksınız gerekli malzemelerİçin bireysel çalışma Birleşik Devlet Sınavı için - her kullanıcı için benzersiz bir hazırlık planı hazırlamak, konunun her bir konusundaki ilerlemeyi, teoriyi ve görevleri izlemek. Tüm görevler en son değişikliklere ve eklemelere uygundur. Puan almak ve çalışmayı değerlendirme kriterlerine göre analiz etmek için Birleşik Devlet Sınavının yazılı kısmından uzmanlara görevler göndermek de mümkündür. Deneyim birikimi, seviyeleri tamamlama, bonus ve ödüller alma, Birleşik Devlet Sınavı Arenasında arkadaşlarla yarışmalar içeren görevler şeklinde görevler. Hazırlanmaya başlamak için bağlantıyı takip edin: https://examer.ru.
Atomların yapısı açıklanırken soy gaz atomları dışındaki tüm atomların elektron alma veya verme eğiliminde olduğu gösterilmiştir. Bunun nedeni, kararlı bir sekiz elektronlu dış seviyenin (soy gazlar gibi) oluşmasıdır. Elektron alırken veya verirken elektrik yükleri ortaya çıkar ve bunun sonucunda parçacıklar arasında elektrostatik etkileşim oluşur. Bu şekilde ortaya çıkıyor iyonik bağ yani iyonlar arasındaki bağ.
İyonlar, elektronların kabul edilmesi veya kaybedilmesi sonucu oluşan kararlı yüklü parçacıklardır.
Örneğin, aktif bir metalin ve aktif bir ametalin atomu bir reaksiyona katılır:
Bu süreçte bir metal atomu (sodyum) elektronlarını verir:
a) Böyle bir parçacık kararlı mıdır?
b) Sodyum atomunda kaç elektron kaldı?
c) Bu parçacığın bir yükü olacak mı?
Böylece bu süreçte yükü olan kararlı bir parçacık (dış seviyede 8 elektron) oluştu, çünkü sodyum atomunun çekirdeği hala +11 yüküne sahiptir ve geri kalan elektronların toplam yükü -10'dur. Bu nedenle sodyum iyonunun yükü +1'dir. Bu sürecin kısa bir kaydı şöyle görünür:
Kükürt atomuna ne olur? Bu atom dış seviye tamamlanıncaya kadar elektronları kabul eder:
Basit bir hesaplama bu parçacığın bir yüke sahip olduğunu gösterir:
Zıt yüklü iyonlar birbirini çekerek iyonik bir bağ ve bir "iyonik molekül" oluşturur:
Bölüm 6'da tartışılacak olan iyon oluşturmanın başka yolları da vardır.
İyonlardan oluşan madde yaklaşık olarak aşağıdaki yapıya sahip olmasına rağmen, resmi olarak sodyum sülfitin tam olarak bu moleküler bileşime sahip olduğu düşünülmektedir (Şekil 1):
Böylece, İyonlardan oluşan maddeler ayrı ayrı moleküller içermez! Bu durumda ancak şartlı bir “iyonik molekül”den bahsedebiliriz.
Görev 4.1. Atomlar arasında iyonik bir bağ oluştuğunda elektron transferinin nasıl gerçekleştiğini gösterin:
a) kalsiyum ve klor;
b) alüminyum ve oksijen.
HATIRLAMAK! Bir metal atomu dış elektronlardan vazgeçer; Ametal atom eksik elektronları alır.
Çözüm. Yukarıda açıklanan mekanizmaya göre, aktif metallerin ve aktif ametallerin atomları arasında iyonik bir bağ oluşur.
Ancak araştırmalar, elektronların bir atomdan diğerine tam transferinin her zaman gerçekleşmediğini göstermektedir. Çoğu zaman, kimyasal bir bağ elektron alıp vererek değil, ortak elektron çiftlerinin* oluşması sonucu oluşur. Bu bağlantıya denir kovalent .
Paylaşılan elektron çiftlerinin oluşması nedeniyle kovalent bir bağ oluşur. Bu tür bağ örneğin metal olmayan atomlar arasında oluşur. Böylece, bir nitrojen molekülünün iki atomdan (N2) oluştuğu bilinmektedir. Bu atomlar arasında kovalent bağ nasıl oluşur? Bu soruyu cevaplamak için nitrojen atomunun yapısını dikkate almak gerekir:
Soru. Dış seviye tamamlanmadan önce kaç elektron eksiktir?
CEVAP: Üç elektron eksiktir. Bu nedenle, dış seviyedeki her elektronu bir nokta ile göstererek şunu elde ederiz:
Soru. Üç elektron neden tek noktalarla temsil ediliyor?
CEVAP: Mesele şu ki, ortaklaşa kullanılan elektron çiftlerinin oluşumunu göstermek istiyoruz. Bir çift iki elektrondur. Böyle bir çift, özellikle her atomun bir çift oluşturmak için bir elektron sağlaması durumunda ortaya çıkar. Nitrojen atomunun dış seviyeyi tamamlaması için üç elektron eksiktir. Bu, gelecekteki çiftleri oluşturmak için üç tek elektronu "hazırlaması" gerektiği anlamına gelir (Şekil 2).
Kabul edilmiş molekülün elektron formülü nitrojen, bu da her nitrojen atomunun artık sekiz elektrona sahip olduğunu gösterir (bunlardan altısı oval şeklinde daire içine alınmıştır artı kendilerine ait 2 elektron); atomlar arasında (dairelerin kesişimi) üç ortak elektron çifti ortaya çıktı.
Her elektron çifti bir kovalent bağa karşılık gelir. Kaç tane kovalent bağ oluştu? Üç. Her bağı (paylaşılan her elektron çiftini) bir çizgi (değerlik vuruşu) kullanarak gösteririz:
Ancak tüm bu formüller şu soruya cevap vermiyor: Kovalent bir bağ oluştuğunda atomları birbirine bağlayan şey nedir? Elektronik formül, atomlar arasında ortak bir elektron çiftinin bulunduğunu gösterir. Uzayın bu bölgesinde aşırı bir negatif yük ortaya çıkıyor. Ve bilindiği gibi atom çekirdekleri pozitif yüke sahiptir. Böylece, her iki atomun çekirdeği, ortak elektron çiftleri (daha kesin olarak elektron bulutlarının kesişmesi) nedeniyle ortaya çıkan ortak bir negatif yüke çekilir (Şekil 3).
Farklı atomlar arasında böyle bir bağ oluşabilir mi? Belki. Bir nitrojen atomunun hidrojen atomlarıyla etkileşime girmesine izin verin:
Hidrojen atomunun yapısı atomun bir elektrona sahip olduğunu gösterir. Nitrojen atomunun “istediğini”, yani üç elektronu alabilmesi için bu atomlardan kaç tanesinin alınması gerekir? Açıkçası üç hidrojen atomu
(Şekil 4):
Şekil 2'de çapraz. 4 hidrojen atomunun elektronlarını gösterir. Amonyak molekülünün elektronik formülü, nitrojen atomunun artık sekiz elektrona sahip olduğunu ve her hidrojen atomunun artık iki elektrona sahip olduğunu (ve ilk enerji seviyesinde daha fazlası olamaz) gösterir.
Grafiksel formül, nitrojen atomunun üç değerliğe (üç çizgi veya üç değer çizgisi) sahip olduğunu ve her hidrojen atomunun bir değerliğe (bir çizgi) sahip olduğunu gösterir.
Hem N2 hem de NH3 molekülleri aynı nitrojen atomunu içermesine rağmen atomlar arasındaki kimyasal bağlar birbirinden farklıdır. Azot molekülü N2'de kimyasal bağlar oluşur özdeş atomlar yani paylaşılan elektron çiftleri atomların ortasında bulunur. Atomlar nötr kalır. Bu kimyasal bağa denir polar olmayan .
Amonyak molekülü NH3'te kimyasal bir bağ oluşur farklı atomlar. Bu nedenle atomlardan biri (bu durumda nitrojen atomu) ortak elektron çiftini daha güçlü çeker. Ortak elektron çiftleri nitrojen atomuna doğru kaydırılır ve üzerinde küçük bir negatif yük belirir ve hidrojen atomunda pozitif bir yük belirir, elektrik kutupları ortaya çıkar - bir bağ kutupsal (Şekil 5).
Kovalent bağlar kullanılarak oluşturulan maddelerin çoğu ayrı moleküllerden oluşur (Şekil 6).
Şek. Şekil 6, atomlar arasında kimyasal bağların olduğunu, ancak moleküller arasında bunların bulunmadığını veya önemsiz olduğunu göstermektedir.
Kimyasal bağın türü, bir maddenin özelliklerini ve çözeltilerdeki davranışını etkiler. Dolayısıyla, parçacıklar arasındaki çekim ne kadar büyük olursa, onları birbirlerinden koparmak o kadar zor olur ve bir katıyı gaz veya sıvı duruma dönüştürmek de o kadar zor olur. Aşağıdaki diyagramda hangi parçacıkların daha büyük etkileşim kuvvetlerine sahip olduğunu ve hangi kimyasal bağın oluştuğunu belirlemeye çalışın (Şekil 7).
Bölümü dikkatli okursanız cevabınız şu şekilde olacaktır: Parçacıklar arasındaki maksimum etkileşim I (iyonik bağ) durumunda gerçekleşir. Dolayısıyla bu tür maddelerin tümü katıdır. Yüksüz parçacıklar arasındaki en az etkileşim (durum III - polar olmayan kovalent bağ). Bu tür maddeler çoğunlukla gazlardır.
Görev 4.2. Maddelerdeki atomlar arasında hangi kimyasal bağın oluştuğunu belirleyin: NaCl, HCl, Cl 2, AlCl 3, H 2 O. Açıklamalar verin.
Görev 4.3. Kovalent bir bağın varlığını belirlediğiniz görev 4.2'deki maddeler için elektronik ve grafik formüller oluşturun. İyonik bağ için elektron transfer diyagramlarını çizin.
Bölüm 5. Çözümler
Dünya üzerinde çözümleri görmeyen hiç kimse yoktur. Ve o ne?
Bir çözelti, iki veya daha fazla bileşenin (bileşenler veya maddeler) homojen bir karışımıdır.
Homojen karışım nedir? Bir karışımın homojenliği, onu oluşturan maddeler arasında eksik arayüz. Bu durumda, belirli bir karışımın kaç maddeden oluştuğunu belirlemek en azından görsel olarak imkansızdır. Örneğin, bir bardaktaki musluk suyuna bakıldığında, su moleküllerinin yanı sıra bir düzine iyon ve molekül (O 2, CO 2, Ca 2 + vb.) de içerdiğini hayal etmek zordur. Ve hiçbir mikroskop bu parçacıkları görmenize yardımcı olamaz.
Ancak bir arayüzün yokluğu homojenliğin tek işareti değildir. Homojen bir karışımda karışımın bileşimi her noktada aynıdır. Bu nedenle bir çözüm elde etmek için onu oluşturan bileşenleri (maddeleri) iyice karıştırmanız gerekir.
Çözümler farklı toplama durumlarına sahip olabilir:
Gazlı çözeltiler (örneğin hava - O2, N2, C02, Ar gazlarının bir karışımı);
Sıvı solüsyonlar (örneğin kolonya, şurup, salamura);
Katı çözümler (örneğin alaşımlar).
Çözeltiyi oluşturan maddelerden birine denir çözücü. Çözücü, çözeltiyle aynı toplanma durumuna sahiptir. Yani sıvı çözeltiler için bu bir sıvıdır: su, yağ, benzin vb. Pratikte çoğu zaman sulu çözeltiler kullanılır. Bunlar daha ayrıntılı olarak tartışılacaktır (ilgili bir rezervasyon yapılmadığı sürece).
Çeşitli maddeler suda çözündüğünde ne olur? Neden bazı maddeler suda iyi çözünürken diğerleri zayıf çözünür? Çözünürlüğü ne belirler - bir maddenin suda çözünme yeteneği?
Bunu bir bardakta hayal edelim ılık su bir parça şeker koyun. Orada kaldı, küçüldü ve... ortadan kayboldu. Nerede? Maddenin (kütlesi, enerjisi) korunumu yasası ihlal ediliyor mu? HAYIR. Ortaya çıkan solüsyondan bir yudum alın ve suyun tatlı olduğuna ve şekerin kaybolmadığına ikna olacaksınız. Ama neden görünmüyor?
Gerçek şu ki, çözünme sırasında maddenin ezilmesi (öğütülmesi) meydana gelir. Bu durumda bir parça şeker moleküllerine parçalanmıştır ama biz onları göremiyoruz. Evet ama neden masanın üzerindeki şeker moleküllerine ayrılmıyor? Suya batırılan bir parça margarin de neden kaybolmaz? Ancak çözünür maddenin parçalanması bir çözücünün, örneğin suyun etkisi altında meydana geldiğinden. Ancak çözücü, kristali, yani katı maddeyi, bu parçacıkları "yakalamayı" başarırsa, moleküllere "çekebilecek". Başka bir deyişle, bir madde çözündüğünde madde ve çözücü arasındaki etkileşim.
Böyle bir etkileşim ne zaman mümkündür? Sadece maddelerin yapısının (hem çözünür hem de çözücü) benzer olması durumunda. Simyacıların kuralı uzun zamandır biliniyor: "benzer benzer içinde çözülür." Örneklerimizde şeker molekülleri polardır ve onlarla polar su molekülleri arasında belirli etkileşim kuvvetleri vardır. Polar olmayan yağ molekülleri ile polar su molekülleri arasında böyle bir kuvvet yoktur. Bu nedenle yağlar suda çözünmez. Böylece, çözünürlük çözünen maddenin ve çözücünün doğasına bağlıdır.
Çözünen madde ile su arasındaki etkileşimin bir sonucu olarak bileşikler oluşur - hidratlar. Bunlar çok güçlü bağlantılar olabilir:
Bu tür bileşikler ayrı maddeler olarak mevcuttur: bazlar, oksijen içeren asitler. Doğal olarak bu bileşiklerin oluşumu sırasında güçlü kimyasal bağlar ortaya çıkar ve ısı açığa çıkar. Yani CaO (sönmemiş kireç) suda çözüldüğünde o kadar çok ısı açığa çıkar ki karışım kaynar.
Peki neden şeker veya tuz suda çözüldüğünde ortaya çıkan çözelti ısınmıyor? İlk olarak, tüm hidratlar sülfürik asit veya kalsiyum hidroksit kadar güçlü değildir. Tuzların hidratları var (kristal hidratlar), ısıtıldığında kolayca ayrışır:
İkinci olarak, çözünme sırasında daha önce de belirtildiği gibi bir kırma işlemi meydana gelir. Bu da enerji tüketir ve ısıyı emer.
Her iki süreç de aynı anda meydana geldiğinden, hangi sürecin baskın olduğuna bağlı olarak çözüm ısınabilir veya soğuyabilir.
Görev 5.1. Her durumda hangi işlemin (ezme veya hidrasyon) baskın olduğunu belirleyin:
a) çözelti ısıtılırsa sülfürik asidi suda çözerken;
b) amonyum nitrat suda çözüldüğünde, çözelti soğumuşsa;
c) sofra tuzu suda çözüldüğünde, çözeltinin sıcaklığı hemen hemen değişmeden kalırsa.
Çözünme sırasında çözeltinin sıcaklığı değiştiğinden, şunu varsaymak doğaldır: çözünürlük sıcaklığa bağlıdır. Aslında çoğu katının çözünürlüğü ısıtmayla artar. Gazların çözünürlüğü ısıtıldıkça azalır. Bu nedenle katılar genellikle sıcak veya sıcak su ve gazlı içecekler soğukta saklanır.
çözünürlük(çözünme yeteneği) maddeler maddenin öğütülmesine veya karıştırma yoğunluğuna bağlı değildir. Ancak sıcaklığı artırarak, maddeyi öğüterek, bitmiş çözeltiyi karıştırarak çözünme sürecini hızlandırabilirsiniz. Çözelti elde etme koşulları değiştirilerek farklı bileşimlerde çözeltiler elde etmek mümkündür. Doğal olarak, maddenin artık suda çözünmediğini keşfetmenin kolay olduğu bir sınır vardır. Bu çözüme denir zengin. Çözünürlüğü yüksek maddeler için doymuş bir çözelti çok fazla çözünen madde içerecektir. Böylece, 100 °C'deki doymuş bir KNO3 çözeltisi, 100 g su başına (345 g çözelti içinde) 245 g tuz içerir; konsantreçözüm. Az çözünen maddelerin doymuş çözeltileri, ihmal edilebilir miktarda çözünmüş bileşik içerir. Dolayısıyla doymuş bir gümüş klorür çözeltisi 100 g su içinde 0,15 mg AgCl içerir. Bu çok seyreltilmişçözüm.
Yani bir çözelti, çözücüye göre çok fazla çözünen madde içeriyorsa buna konsantre, az madde varsa seyreltik denir. Çoğu zaman özellikleri ve dolayısıyla uygulaması çözeltinin bileşimine bağlıdır.
Bu nedenle, tatlandırıcı olarak seyreltilmiş bir asetik asit çözeltisi (sofra sirkesi) kullanılır ve bu asidin konsantre bir çözeltisi (ağızdan alındığında asetik öz) ölümcül yanığa neden olabilir.
Çözümlerin niceliksel bileşimini yansıtmak için adı verilen bir değer kullanın. çözünen maddenin kütle oranı :
Nerede M(v-va) – çözeltideki çözünen maddenin kütlesi; M(çözelti) – bir çözünen ve bir çözücü içeren bir çözeltinin toplam kütlesi.
Yani 100 gr sirke 6 gr asetik asit içeriyorsa, o zaman% 6'lık bir asetik asit çözeltisinden bahsediyoruz (bu sofra sirkesidir). Çözünen kütle fraksiyonu kavramını kullanarak problem çözme yöntemleri Bölüm 8'de tartışılacaktır.
5. Bölüme ilişkin sonuçlar.Çözeltiler, biri çözücü, diğeri çözünen olarak adlandırılan en az iki maddeden oluşan homojen karışımlardır. Çözündüğünde, bu madde çözünen maddenin ezilmesi nedeniyle çözücü ile etkileşime girer. Bir çözeltinin bileşimi, çözeltideki çözünen maddenin kütle oranı kullanılarak ifade edilir.
* Bu elektron çiftleri elektron bulutlarının kesişiminde meydana gelir.
Devam edecek
169338 0
Her atomun belirli sayıda elektronu vardır.
Kimyasal reaksiyonlara girerken atomlar elektron verir, kazanır veya paylaşarak en kararlı elektronik konfigürasyona ulaşır. En düşük enerjiye sahip konfigürasyonun (soy gaz atomlarında olduğu gibi) en kararlı olduğu ortaya çıkar. Bu modele “sekizli kural” denir (Şekil 1).
Pirinç. 1.
Bu kural herkes için geçerlidir bağlantı türleri. Atomlar arasındaki elektronik bağlantılar, en basit kristallerden en sonunda canlı sistemler oluşturan karmaşık biyomoleküllere kadar kararlı yapılar oluşturmalarına olanak tanır. Sürekli metabolizmaları nedeniyle kristallerden farklıdırlar. Aynı zamanda birçok kimyasal reaksiyon mekanizmalara göre ilerlemektedir. elektronik aktarım Vücuttaki enerji süreçlerinde kritik bir rol oynayanlar.
Kimyasal bağ, iki veya daha fazla atomu, iyonu, molekülü veya bunların herhangi bir kombinasyonunu bir arada tutan kuvvettir..
Kimyasal bağın doğası evrenseldir: negatif yüklü elektronlar ile pozitif yüklü çekirdekler arasındaki, atomların dış kabuğundaki elektronların konfigürasyonuyla belirlenen elektrostatik bir çekim kuvvetidir. Bir atomun kimyasal bağ oluşturma yeteneğine denir değerlik, veya paslanma durumu. Kavramı değerlik elektronları- kimyasal bağlar oluşturan, yani en yüksek enerji yörüngelerinde bulunan elektronlar. Buna göre atomun bu yörüngeleri içeren dış kabuğuna denir. değerlik kabuğu. Şu anda kimyasal bir bağın varlığını belirtmek yeterli değildir, ancak türünü açıklığa kavuşturmak gerekir: iyonik, kovalent, dipol-dipol, metalik.
İlk bağlantı türüiyonik bağlantı
Lewis ve Kossel'in elektronik değerlik teorisine göre atomlar kararlı bir elektronik konfigürasyona iki şekilde ulaşabilirler: Birincisi, elektronları kaybederek, katyonlar ikincisi, onları elde etmek, dönüştürmek anyonlar. Elektron transferi sonucunda zıt işaretli yüklere sahip iyonlar arasındaki elektrostatik çekim kuvveti nedeniyle Kossel'in " elektrovalent"(Şimdi çağırdı iyonik).
Bu durumda anyonlar ve katyonlar dolu bir dış elektron kabuğu ile kararlı bir elektronik konfigürasyon oluşturur. Tipik iyonik bağlar T ve II gruplarının katyonlarından oluşur periyodik tablo ve metalik olmayan elementlerin anyonları VI ve VII grupları(16 ve 17 alt grup - sırasıyla, kalkojenler Ve halojenler). İyonik bileşiklerin bağları doymamış ve yönsüz olduğundan diğer iyonlarla elektrostatik etkileşim olasılığını korurlar. İncirde. Şekil 2 ve 3, Kossel elektron transfer modeline karşılık gelen iyonik bağların örneklerini göstermektedir.
Pirinç. 2.
Pirinç. 3. Sofra tuzu (NaCl) molekülündeki iyonik bağ
Burada maddelerin doğadaki davranışını açıklayan bazı özellikleri hatırlamak, özellikle de şu düşünceyi dikkate almak yerinde olacaktır: asitler Ve sebepler.
Tüm bu maddelerin sulu çözeltileri elektrolitlerdir. Farklı renk değiştiriyorlar göstergeler. Göstergelerin etki mekanizması F.V. Ostwald. Göstergelerin, rengi ayrışmamış ve ayrışmamış hallerde farklılık gösteren zayıf asitler veya bazlar olduğunu gösterdi.
Bazlar asitleri nötralize edebilir. Bazların hepsi suda çözünmez (örneğin bazıları çözünmez) organik bileşiklerözellikle -OH grupları içermeyen, trietilamin N(C2H5)3); çözünür bazlara denir alkaliler.
Asitlerin sulu çözeltileri karakteristik reaksiyonlara girer:
a) metal oksitlerle - tuz ve su oluşumuyla;
b) metallerle - tuz ve hidrojen oluşumuyla;
c) karbonatlarla - tuz oluşumuyla, CO 2 ve N 2 Ö.
Asitlerin ve bazların özellikleri çeşitli teorilerle açıklanmaktadır. S.A.'nın teorisine göre. Arrhenius, asit iyonlara ayrışan bir maddedir N+, baz iyon oluştururken O- . Bu teori, hidroksil grupları olmayan organik bazların varlığını hesaba katmaz.
Uyarınca proton Brønsted ve Lowry'nin teorisine göre asit, proton veren moleküller veya iyonlar içeren bir maddedir ( bağışçılar protonlar) ve baz, protonları kabul eden moleküllerden veya iyonlardan oluşan bir maddedir ( kabul edenler protonlar). Sulu çözeltilerde hidrojen iyonlarının hidratlı formda, yani hidronyum iyonları formunda bulunduğunu unutmayın. H3O+ . Bu teori, yalnızca su ve hidroksit iyonlarıyla değil, aynı zamanda bir çözücünün yokluğunda veya sulu olmayan bir çözücüyle gerçekleştirilen reaksiyonları da açıklar.
Örneğin amonyak arasındaki reaksiyonda N.H. 3 (zayıf baz) ve gaz fazında hidrojen klorür, katı amonyum klorür oluşur ve iki maddenin denge karışımında her zaman ikisi asit, diğer ikisi baz olmak üzere 4 parçacık bulunur:
Bu denge karışımı iki eşlenik asit ve baz çiftinden oluşur:
1)N.H. 4+ ve N.H. 3
2) HC1 Ve Cl ‑
Burada her eşlenik çiftte asit ve baz bir proton kadar farklılık gösterir. Her asitin bir konjuge bazı vardır. Güçlü bir asidin zayıf bir konjuge bazı vardır ve zayıf bir asidin güçlü bir konjuge bazı vardır.
Brønsted-Lowry teorisi, suyun biyosferin yaşamındaki benzersiz rolünü açıklamaya yardımcı olur. Su, etkileşime girdiği maddeye bağlı olarak asit veya baz özellikleri gösterebilir. Örneğin, sulu asetik asit çözeltileri ile reaksiyonlarda su bir bazdır ve sulu amonyak çözeltileri ile reaksiyonlarda bir asittir.
1) CH3COOH + H2O ↔ H3O + + CH 3 COO- . Burada bir asetik asit molekülü, bir su molekülüne bir proton bağışlıyor;
2) NH3 + H2O ↔ NH4 + + O- . Burada bir amonyak molekülü, bir su molekülünden bir protonu kabul eder.
Böylece su iki eşlenik çift oluşturabilir:
1) H2O(asit) ve O- (eşlenik baz)
2) H3O+ (asit) ve H2O(eşlenik baz).
İlk durumda su bir proton verir, ikincisinde ise onu kabul eder.
Bu özelliğe denir amfiprotonizm. Hem asit hem baz olarak tepkimeye girebilen maddelere denir amfoterik. Bu tür maddeler genellikle canlı doğada bulunur. Örneğin amino asitler hem asitlerle hem de bazlarla tuz oluşturabilirler. Bu nedenle peptitler, mevcut metal iyonlarıyla kolayca koordinasyon bileşikleri oluşturur.
Bu nedenle, iyonik bir bağın karakteristik bir özelliği, bağlanan elektronların çekirdeklerden birine tam hareketidir. Bu, iyonlar arasında elektron yoğunluğunun neredeyse sıfır olduğu bir bölge olduğu anlamına gelir.
İkinci bağlantı türü isekovalent bağlantı
Atomlar, elektronları paylaşarak kararlı elektronik konfigürasyonlar oluşturabilirler.
Böyle bir bağ, bir çift elektronun teker teker paylaşılmasıyla oluşur herkesten atom. Bu durumda paylaşılan bağ elektronları atomlar arasında eşit olarak dağıtılır. Kovalent bağların örnekleri şunları içerir: homonükleer iki atomlu H molekülleri 2 , N 2 , F 2. Allotroplarda aynı tür bağlantı bulunur Ö 2 ve ozon Ö 3 ve çok atomlu bir molekül için S 8 ve ayrıca heteronükleer moleküller hidrojen klorür HC1, karbon dioksit CO 2, metan CH 4, etanol İLE 2 N 5 O, sülfür hekzaflorid SF 6, asetilen İLE 2 N 2. Bu moleküllerin tümü aynı elektronları paylaşır ve bağları aynı şekilde doyurulur ve yönlendirilir (Şekil 4).
Biyologlar için çift ve üçlü bağların, tekli bağa kıyasla daha düşük kovalent atom yarıçapına sahip olması önemlidir.
Pirinç. 4. Cl2 molekülündeki kovalent bağ.
İyonik ve kovalent bağ türleri, mevcut birçok kimyasal bağ türünün iki uç örneğidir ve pratikte bağların çoğu orta düzeydedir.
Bir veya birinin zıt uçlarında bulunan iki elemanın bağlantıları farklı dönemler Mendeleev'in sistemleri ağırlıklı olarak iyonik bağlar oluşturur. Elementler bir periyotta birbirine yaklaştıkça bileşiklerinin iyonik yapısı azalır ve kovalent karakter artar. Örneğin sol taraftaki elementlerin halojenürleri ve oksitleri periyodik tablo ağırlıklı olarak iyonik bağlar oluşturur ( NaCl, AgBr, BaSO 4, CaCO 3, KNO 3, CaO, NaOH) ve tablonun sağ tarafındaki elementlerin aynı bileşikleri kovalenttir ( H 2 O, CO 2, NH 3, NO 2, CH 4, fenol C6H5OH, glikoz C 6 H 12 Ç 6, etanol C 2 H 5 OH).
Kovalent bağın ise bir modifikasyonu daha vardır.
Çok atomlu iyonlarda ve karmaşık biyolojik moleküllerde her iki elektron da yalnızca bir atom. denir bağışçı elektron çifti. Bu elektron çiftini bir donörle paylaşan atoma denir. akseptör elektron çifti. Bu tip kovalent bağa denir koordinasyon (bağışçı-alıcı, veyadatif) iletişim(Şekil 5). Bu tür bir bağ, biyoloji ve tıp için çok önemlidir, çünkü metabolizma için en önemli olan d-elementlerin kimyası büyük ölçüde koordinasyon bağları ile tanımlanır.
İncir. 5.
Kural olarak, karmaşık bağlantı metal atomu bir elektron çifti alıcısı olarak görev yapar; aksine iyonik ve kovalent bağlarda metal atomu bir elektron donörüdür.
Kovalent bağın özü ve çeşitliliği - koordinasyon bağı - GN tarafından önerilen başka bir asit ve baz teorisi yardımıyla açıklığa kavuşturulabilir. Lewis. Brønsted-Lowry teorisine göre "asit" ve "baz" terimlerinin anlamsal kavramını bir miktar genişletti. Lewis'in teorisi, karmaşık iyonların oluşumunun doğasını ve maddelerin nükleofilik ikame reaksiyonlarına, yani CS oluşumuna katılımını açıklar.
Lewis'e göre asit, bir bazdan bir elektron çifti alarak kovalent bağ oluşturabilen bir maddedir. Lewis bazı, elektron bağışlayarak Lewis asidi ile kovalent bir bağ oluşturan, yalnız elektron çiftine sahip bir maddedir.
Yani Lewis'in teorisi asit-baz reaksiyonlarının kapsamını protonların hiç katılmadığı reaksiyonlara kadar genişletiyor. Üstelik bu teoriye göre protonun kendisi de bir asittir çünkü bir elektron çiftini kabul edebilmektedir.
Dolayısıyla bu teoriye göre katyonlar Lewis asitleri, anyonlar ise Lewis bazlarıdır. Bir örnek aşağıdaki reaksiyonlar olabilir:
Yukarıda, kovalent moleküllerde metal atomlarından alıcı atomlara tam elektron transferi meydana gelmediğinden, maddelerin iyonik ve kovalent olarak bölünmesinin göreceli olduğu belirtilmişti. İyonik bağ içeren bileşiklerde her iyon Elektrik alanı zıt işaretli iyonlar karşılıklı olarak polarize olurlar ve kabukları deforme olur.
Polarize edilebilirlik iyonun elektronik yapısı, yükü ve boyutuna göre belirlenir; anyonlar için katyonlardan daha yüksektir. Katyonlar arasında en yüksek polarize edilebilirlik, daha büyük yüklü ve daha küçük boyutlu katyonlar içindir; örneğin, Hg 2+, Cd 2+, Pb 2+, Al 3+, Tl 3+. Güçlü bir polarizasyon etkisine sahiptir N+ . İyon polarizasyonunun etkisi iki yönlü olduğundan oluşturdukları bileşiklerin özelliklerini önemli ölçüde değiştirir.
Üçüncü bağlantı türü isedipol-dipol bağlantı
Listelenen iletişim türlerine ek olarak dipol-dipol de vardır. moleküller arası etkileşimler de denir van der Waals .
Bu etkileşimlerin gücü moleküllerin doğasına bağlıdır.
Üç tür etkileşim vardır: kalıcı dipol - kalıcı dipol ( dipol-dipol cazibe); kalıcı dipol - indüklenen dipol ( tümevarım cazibe); anlık dipol - indüklenen dipol ( dağıtıcı cazibe veya Londra kuvvetleri; pirinç. 6).
Pirinç. 6.
Yalnızca polar kovalent bağları olan moleküllerin dipol-dipol momenti vardır ( HCl, NH3, S02, H20, C6H5Cl) ve bağ gücü 1-2'dir Debaya(1D = 3,338 × 10‑30 coulomb metre - C × m).
Biyokimyada başka bir tür bağlantı daha vardır: hidrojen sınırlayıcı bir durum olan bağlantı dipol-dipol cazibe. Bu bağ, bir hidrojen atomu ile küçük bir elektronegatif atom (çoğunlukla oksijen, flor ve nitrojen) arasındaki çekimle oluşur. Benzer elektronegatifliğe sahip büyük atomlarda (klor ve kükürt gibi) hidrojen bağı çok daha zayıftır. Hidrojen atomu bir açıdan farklılık gösterir gerekli özellik: Bağlayıcı elektronlar çekildiğinde çekirdeği (proton) açığa çıkar ve elektronlar tarafından korunmaya son verilir.
Bu nedenle atom büyük bir dipole dönüşür.
Van der Waals bağından farklı olarak bir hidrojen bağı yalnızca moleküller arası etkileşimler sırasında değil aynı zamanda bir molekül içinde de oluşur. moleküliçi hidrojen bağı. Hidrojen bağları biyokimyada önemli bir rol oynar, örneğin proteinlerin yapısını a-sarmal formunda stabilize etmek veya DNA'nın çift sarmalının oluşumu için (Şekil 7).
Şekil 7.
Hidrojen ve van der Waals bağları iyonik, kovalent ve koordinasyon bağlarından çok daha zayıftır. Moleküller arası bağların enerjisi tabloda gösterilmiştir. 1.
Tablo 1. Moleküller arası kuvvetlerin enerjisi
Not: Moleküller arası etkileşimlerin derecesi erime ve buharlaşma (kaynama) entalpisi ile yansıtılır. İyonik bileşikler, iyonları ayırmak için molekülleri ayırmaktan çok daha fazla enerji gerektirir. İyonik bileşiklerin erime entalpisi moleküler bileşiklerinkinden çok daha yüksektir.
Dördüncü bağlantı türü isemetal bağlantı
Son olarak başka bir tür moleküller arası bağ daha vardır: metal: metal bir kafesin pozitif iyonlarının serbest elektronlarla bağlantısı. Bu tür bir bağlantı biyolojik nesnelerde oluşmaz.
Bağ türlerinin kısa bir incelemesinden bir ayrıntı netleşir: Bir metal atomunun veya iyonunun (bir elektron vericisi) ve bir atomun (elektron alıcısı) önemli bir parametresi, onun boyut.
Ayrıntılara girmeden, periyodik sistemin gruplarında atom sayıları arttıkça atomların kovalent yarıçaplarının, metallerin iyonik yarıçaplarının ve etkileşen moleküllerin van der Waals yarıçaplarının arttığını not ediyoruz. Bu durumda iyon yarıçaplarının değerleri en küçük, van der Waals yarıçapları ise en büyüğüdür. Kural olarak, grupta aşağı doğru ilerledikçe hem kovalent hem de van der Waals olmak üzere tüm elementlerin yarıçapları artar.
Biyologlar ve doktorlar için en büyük öneme sahip olan Koordinasyon(bağışçı-alıcı) koordinasyon kimyası tarafından dikkate alınan bağlar.
Tıbbi biyoinorganikler. G.K. Baraşkov
NH3 en ünlü ve kullanışlı olanlardan biridir kimyasal maddeler. Tarım endüstrisinde ve ötesinde geniş uygulama alanı buldu. Çeşitli endüstrilerde kullanıldığı için benzersiz kimyasal özellikleriyle ayırt edilir.
NH3 nedir
NH3 kimya konusunda en cahil kişiler tarafından bile bilinmektedir. Amonyak. Amonyak (NH3) aksi takdirde hidrojen nitrür olarak adlandırılır ve bir normal koşullar maddenin belirgin bir koku özelliğine sahip renksiz bir gaz. Ayrıca NH3 gazının (amonyak olarak adlandırılır) havadan neredeyse iki kat daha hafif olduğunu da belirtmek gerekir!
Gazın yanı sıra yaklaşık 70 ° C sıcaklıkta sıvı olabilir veya bir çözelti (amonyak çözeltisi) formunda bulunabilir. Ayırt edici özellik sıvı NH3, D.I. Mendeleev elementleri tablosunun (yani alkali ve alkali toprak metalleri) yanı sıra magnezyum, alüminyum, europium ve iterbiyumun I ve II gruplarının ana alt gruplarının metallerini kendi içinde çözme yeteneğidir. . Sudan farklı olarak sıvı amonyak yukarıdaki elementlerle etkileşime girmez, ancak tam olarak bir çözücü görevi görür. Bu özellik, solventin (NH3) buharlaştırılması yoluyla metallerin orijinal hallerinde izole edilmesini sağlar. Aşağıdaki şekilde sıvı amonyakta çözünmüş sodyumun neye benzediğini görebilirsiniz.
Amonyak kimyasal bağlar açısından neye benziyor?
Amonyak diyagramı (NH3) ve mekansal yapısı en açık şekilde üçgen piramit ile gösterilmiştir. Amonyak "piramidinin" tepesi, aşağıdaki resimde görülebileceği gibi nitrojen atomudur (mavi renkle vurgulanmıştır).
Amonyak (NH3) adı verilen maddedeki atomlar, tıpkı su molekülünde olduğu gibi hidrojen bağlarıyla bir arada tutulur. Ancak amonyak molekülündeki bağların su molekülüne göre daha zayıf olduğunu unutmamak çok önemlidir. Bu, NH3'ün erime ve kaynama noktalarının H2O'ya kıyasla neden daha düşük olduğunu açıklar.
Kimyasal özellikler
Amonyak adı verilen NH3 maddesini üretmenin en yaygın 2 yöntemi. Endüstri, özü hava nitrojeni ve hidrojeni (metandan elde edilen) bu gazların bir karışımını ısıtılmış bir katalizör üzerinden yüksek basınçta geçirerek bağlamak olan Haber sürecini kullanıyor.
Laboratuvarlarda amonyak sentezi çoğunlukla konsantre amonyum klorürün katı sodyum hidroksit ile etkileşimine dayanır.
NH3'ün kimyasal özelliklerinin doğrudan incelenmesine geçelim.
1) NH3 zayıf bir baz görevi görür. Bu nedenle aşağıdaki denklem su ile etkileşimi açıklamaktadır:
NH3 + H20 = NH4 + + OH -
2) Ayrıca NH3'ün temel özelliklerine dayanan, asitlerle reaksiyona girme ve karşılık gelen amonyum tuzlarını oluşturma yeteneğidir:
NH3 + HNO3 = NH4NO3 (amonyum nitrat)
3) Daha önce belirli bir grup metalin sıvı amonyakta çözündüğü söylenmişti. Bununla birlikte, bazı metaller sadece çözünmekle kalmayıp aynı zamanda NH3 ile amid adı verilen bileşikler de oluşturabilirler:
Na (tv) + NH3 (g) = NaNH2 + H2
Na (katı) + NH3 (l) = NaNH2 + H2 (reaksiyon, katalizör olarak demir varlığında gerçekleştirilir)
4) NH3, Fe 3+, Cr 3+, Al 3+, Sn 4+, Sn 2+ metalleriyle etkileşime girdiğinde karşılık gelen metal hidroksitler ve amonyum katyonu oluşur:
Fe3+ + NH3 + H2O = Fe(OH)3 + NH4 +
5) NH3'ün Cu 2+, Ni 2+, Co 2+, Pd 2+, Pt 2+, Pt 4+ metalleriyle etkileşiminin sonucu çoğunlukla karşılık gelen metal kompleksleridir:
Cu 2+ + NH3 + H20 = Cu(OH)2 + NH4 +
Cu(OH)2 + NH3 = 2 + + OH -
İnsan vücudunda NH3'ün oluşumu ve ileri yolu
Amino asitlerin insan vücudundaki biyokimyasal süreçlerin ayrılmaz bir parçası olduğu iyi bilinmektedir. Bunlar, oksidatif deaminasyonlarının (çoğunlukla) sonucu olan, amonyak adı verilen bir madde olan NH3'ün ana kaynağıdır. Ne yazık ki amonyak insan vücudu için toksiktir, hücrelerde biriken yukarıda belirtilen amonyum katyonunu (NH4 +) kolaylıkla oluşturur. Daha sonra en önemli biyokimyasal döngüler yavaşlar ve bunun sonucunda üretilen ATP düzeyi azalır.
Vücudun, salınan NH3'ü bağlamak ve nötralize etmek için mekanizmalara ihtiyacı olduğunu tahmin etmek zor değil. Aşağıdaki diyagram insan vücudundaki amonyağın kaynaklarını ve bazı bağlayıcı ürünlerini göstermektedir.
Kısaca söylemek gerekirse amonyak, dokularda taşıma formlarının (örneğin glutamin ve alanin) oluşması, idrarla atılması ve ana madde olan üre biyosentezi yoluyla nötralize edilir. doğal bir şekilde insan vücudunda NH3'ün nötrleştirilmesi.
NH3 uygulaması - amonyak adı verilen bir madde
Modern zamanlarda sıvı amonyak, tarımda kullanılan en konsantre ve en ucuz azotlu gübredir. tarım kaba toprakların ve turbanın amonyaklanması için. Toprağa sıvı amonyak eklendiğinde mikroorganizmaların sayısı artar, ancak örneğin katı gübrelerden kaynaklanan olumsuz sonuçlar yoktur. Aşağıdaki şekil bunlardan birini göstermektedir olası ayarlar Amonyak gazının sıvı nitrojenle sıvılaştırılması için.
Sıvı amonyak buharlaştıkça emilir. çevreçok fazla ısı soğumaya neden olur. Bu özellik, soğutma ünitelerinde elde etmek için kullanılır. yapay buz Bozulabilir gıda ürünlerini saklarken. Ayrıca yer altı yapılarının inşaatı sırasında toprağın dondurulması amacıyla da kullanılmaktadır. Amonyağın sulu çözeltileri kimya endüstrisinde (endüstriyel susuz bir çözücüdür), laboratuvar uygulamalarında (örneğin, kimyasal ürünlerin elektrokimyasal üretiminde bir çözücü olarak), tıpta ve ev kullanımında kullanılmaktadır.
7.11. Kovalent bağ içeren maddelerin yapısı
Her türlü kimyasal bağdan yalnızca kovalent olanın mevcut olduğu maddeler iki eşit olmayan gruba ayrılır: moleküler (çok fazla) ve moleküler olmayan (çok daha az).
Katı moleküler maddelerin kristalleri, moleküllerin moleküller arası etkileşim kuvvetleri tarafından birbirine zayıf şekilde bağlanan moleküllerden oluşur. Bu tür kristallerin yüksek mukavemeti ve sertliği yoktur (buz veya şekeri düşünün). Erime ve kaynama noktaları da düşüktür (bkz. Tablo 22).
Tablo 22. Bazı moleküler maddelerin erime ve kaynama noktaları
Madde |
Madde |
||||
| H2 | – 259 | – 253 | BR 2 | – 7 | 58 |
| N 2 | – 210 | – 196 | H2O | 0 | 100 |
| HC1 | – 112 | – 85 | S4 | 44 | 257 |
| NH3 | – 78 | – 33 | C 10 H 8 (naftalin) | 80 | 218 |
| SO2 | – 75 | – 10 | S8 | 119 |
Kovalent bağlara sahip moleküler olmayan maddeler, moleküler benzerlerinden farklı olarak çok sert kristaller oluşturur. Elmas kristalleri (en sert madde) bu türe aittir.
Bir elmas kristalinde (Şekil 7.5), her karbon atomu diğer dört karbon atomuna basit kovalent bağlarla (sp3 hibridizasyonu) bağlanır. Karbon atomları üç boyutlu bir çerçeve oluşturur. Esasen elmas kristalinin tamamı devasa ve çok güçlü bir moleküldür.
Radyo elektroniği ve elektronik mühendisliğinde yaygın olarak kullanılan silikon kristalleri de aynı yapıya sahiptir.
Elmastaki karbon atomlarının yarısını, kristalin çerçeve yapısını bozmadan silikon atomlarıyla değiştirirseniz, yine aşındırıcı bir malzeme olarak kullanılan çok sert bir madde olan silisyum karbür SiC kristalini elde edersiniz. Sıradan kuvars kumu (silikon dioksit) de bu tür kristalli maddeye aittir. Kuvars çok sert bir maddedir; "Zımpara" adı altında aşındırıcı bir malzeme olarak da kullanılır. Kuvars yapısı, bir silikon kristalindeki her iki silikon atomunun arasına oksijen atomlarının yerleştirilmesiyle kolaylıkla elde edilir. Bu durumda, her silikon atomu dört oksijen atomuyla ve her oksijen atomu iki silikon atomuyla ilişkilendirilecektir.
Elmas, silikon, kuvars ve benzeri yapıdaki kristallere atom kristalleri denir.
Atomik kristal, kimyasal bağlarla birbirine bağlanan bir veya daha fazla elementin atomlarından oluşan bir kristaldir.
Atomik bir kristaldeki kimyasal bağ kovalent veya metalik olabilir.
Zaten bildiğiniz gibi, iyonik kristal gibi herhangi bir atom kristali çok büyük bir "süper moleküldür". Yapısal formül Böyle bir "süper molekül" yazılamaz - yalnızca onun parçasını gösterebilirsiniz, örneğin:
Moleküler maddelerin aksine, atomik kristaller oluşturan maddeler en dayanıklı maddeler arasındadır (bkz. tablo 23.).
Tablo 23. Bazı moleküler olmayan maddelerin erime ve kaynama noktalarıİle kovalent bağlar
Bu maddeler eridiğinde kırılan şeyin zayıf moleküller arası bağlar değil, güçlü kimyasal bağlar olduğunu hatırlarsak, bu kadar yüksek erime sıcaklıkları oldukça anlaşılırdır. Aynı sebepten dolayı, atomik kristaller oluşturan birçok madde ısıtıldığında erimez, ancak ayrışır veya hemen buhar durumuna (süblimasyon) dönüşür, örneğin 3700 o C'de grafit süblimleşir.
| Silikon – Si.Çok sert, kırılgan silikon kristalleri metal gibi görünür ancak yine de metal değildir. Elektriksel iletkenlik türüne bağlı olarak bu madde, modern dünyada büyük önemini belirleyen yarı iletken olarak sınıflandırılır. Silikon en önemli yarı iletken malzemedir. Radyolar, televizyonlar, bilgisayarlar, modern telefonlar, elektronik saatler, Solar paneller ve diğer birçok ev ve endüstriyel cihaz, en önemli yapısal elemanlar olarak yüksek saflıkta silikonun tek kristallerinden yapılmış transistörler, mikro devreler ve fotoseller içerir. Teknik silikon çelik üretiminde ve demir dışı metalurjide kullanılır. Kimyasal özellikleri açısından silikon oldukça inert bir maddedir, yalnızca yüksek sıcaklıklarda reaksiyona girer. Silikon dioksit – SiO2 . Bu maddenin bir diğer adı silikadır. Silikon dioksit doğada iki biçimde bulunur: kristal ve amorf. Yarı değerli ve süs taşlarının çoğu kristal silikon dioksitin (kuvars) çeşitleridir: kaya kristali, jasper, kalsedon, akik. ve opal silikanın amorf bir şeklidir. Kuvars doğada çok yaygındır çünkü çöllerdeki kumullar, nehir ve denizlerdeki kumsalların tümü kuvars kumudur. Kuvars renksiz kristalimsi, çok sert ve refrakter bir maddedir. Sertliği elmas ve korindondan daha düşüktür, ancak yine de aşındırıcı bir malzeme olarak yaygın olarak kullanılmaktadır. Kuvars kumu inşaat ve yapı malzemeleri endüstrisinde yaygın olarak kullanılmaktadır. Kuvars camı ani sıcaklık değişimlerinde çatlamadığından laboratuvar cam eşyaları ve bilimsel aletlerin yapımında kullanılır. Kimyasal özellikleri açısından silikon dioksit asidik bir oksittir ancak alkalilerle yalnızca kaynaştığında reaksiyona girer. Şu tarihte: yüksek sıcaklıklar Silisyum dioksit ve grafitten silisyum karbür elde edilir - karborundum. Carborundum elmastan sonra ikinci en sert maddedir; aynı zamanda yapımında da kullanılır. taşlama ve "zımpara kağıdı" kağıdı. |
7.12. Kovalent bir bağın polaritesi. Elektronegatiflik
Farklı elementlerin izole edilmiş atomlarının elektronları kabul etme ve kabul etme konusunda farklı eğilimlere sahip olduğunu hatırlayın. Bu farklılıklar kovalent bağ oluştuktan sonra da devam eder. Yani, bazı elementlerin atomları, kovalent bağın elektron çiftini diğer elementlerin atomlarına göre daha güçlü bir şekilde kendilerine çekme eğilimindedir.
Bir molekül düşünün HC1.
Bu örneği kullanarak, molar iyonizasyon enerjilerini ve elektrona yönelik araçları kullanarak elektron iletişim bulutunun yer değiştirmesini nasıl tahmin edebileceğimizi görelim. 1312 kJ/mol ve 1251 kJ/mol - fark önemsizdir, yaklaşık %5. 73 kJ/mol ve 349 kJ/mol - burada fark çok daha büyüktür: klor atomunun elektron ilgi enerjisi, hidrojen atomununkinden neredeyse beş kat daha fazladır. Bundan, hidrojen klorür molekülündeki kovalent bağın elektron çiftinin büyük ölçüde klor atomuna doğru kaydığı sonucuna varabiliriz. Başka bir deyişle, bağlanan elektronlar, klor atomunun yakınında, hidrojen atomunun yakınında olduğundan daha fazla zaman harcarlar. Elektron yoğunluğunun bu eşit olmayan dağılımı, molekül içindeki elektrik yüklerinin yeniden dağılımına yol açar, atomlarda kısmi (fazla) yükler ortaya çıkar; hidrojen atomunda pozitiftir ve klor atomunda negatiftir.
Bu durumda bağın polarize olduğu söylenir ve bağın kendisi de polar kovalent bağ olarak adlandırılır.
Bir kovalent bağın elektron çifti bağlı atomlardan herhangi birine yer değiştirmemişse, yani bağ elektronları bağlı atomlara eşit derecede aitse, bu tür bir bağa polar olmayan kovalent bağ denir.
Kovalent bağ durumunda "formal yük" kavramı da geçerlidir. Sadece tanımda iyonlardan değil atomlardan bahsetmeliyiz. Genel olarak aşağıdaki tanımı vermek mümkündür.
Kovalent bağların yalnızca değişim mekanizmasıyla oluşturulduğu moleküllerde atomların formal yükleri sıfıra eşittir. Dolayısıyla HCl molekülünde hem klor hem de hidrojen atomlarındaki formal yükler sıfırdır. Sonuç olarak, bu molekülde klor ve hidrojen atomları üzerindeki gerçek (etkili) yükler, kısmi (fazla) yüklere eşittir.
Molar iyonizasyon enerjilerine ve elektrot afinitesine dayanarak bir moleküldeki bir veya başka bir elementin atomundaki kısmi yükün işaretini belirlemek, yani elektron bağ çiftlerinin hangi yönde olduğunu tahmin etmek her zaman kolay değildir. değişti. Genellikle bu amaçlar için bir atomun başka bir enerji özelliği kullanılır - elektronegatiflik.
Şu anda elektronegatiflik için genel kabul görmüş tek bir tanım yoktur. E/O harfleriyle gösterilebilir. Elektronegatifliği hesaplamak için genel kabul görmüş tek bir yöntem de yoktur. Basitleştirilmiş bir şekilde, molar iyonlaşma enerjilerinin ve elektron ilgisinin toplamının yarısı olarak temsil edilebilir; bu, onu hesaplamanın ilk yollarından biriydi.
Atomların elektronegatifliğinin mutlak değerleri çeşitli unsurlarçok nadir kullanılır. En yaygın kullanılanı, c ile gösterilen bağıl elektronegatifliktir. Başlangıçta bu değer, belirli bir elementin atomunun elektronegatifliğinin, lityum atomunun elektronegatifliğine oranı olarak tanımlandı. Daha sonra hesaplama yöntemleri biraz değişti.
Bağıl elektronegatiflik boyutsuz bir miktardır. Değerleri Ek 10’da verilmiştir.
Bağıl elektronegatiflik öncelikle atomun iyonlaşma enerjisine bağlı olduğundan (elektronun ilgi enerjisi her zaman çok daha düşüktür), o zaman sistemde kimyasal elementler iyonizasyon enerjisiyle yaklaşık olarak aynı şekilde değişir, yani sezyumdan (0,86) florine (4,10) çapraz olarak artar. Tabloda verilen helyum ve neonların göreceli elektronegatiflik değerlerinin pratik bir önemi yoktur, çünkü bu elementler bileşik oluşturmaz.
Elektronegatiflik tablosunu kullanarak, bu atomları bağlayan elektronların iki atomdan hangisine doğru kaydığını ve dolayısıyla bu atomlarda oluşan kısmi yüklerin işaretlerini kolayca belirleyebilirsiniz.
| H2O | Bağlantı kutupsaldır | |||
| H2 | Atomlar aynı | H...H | Bağlantı kutupsal değil | |
| CO2 | Bağlantı kutupsaldır | |||
| Cl2 | Atomlar aynı | Cl--Cl | Bağlantı kutupsal değil | |
| H2S | Bağlantı kutupsaldır |
Böylece, farklı elementlerin atomları arasında kovalent bağ oluşması durumunda, böyle bir bağ her zaman polar olacaktır ve aynı elementin atomları arasında (basit maddelerde) kovalent bağ oluşması durumunda, bağ çoğu durumda polar değildir.
Bağlanan atomların elektronegatifliğindeki fark ne kadar büyük olursa, bu atomlar arasındaki kovalent bağın da o kadar polar olduğu ortaya çıkar.
| Hidrojen sülfür H 2 S– çürük yumurtaların karakteristik kokusuna sahip renksiz bir gaz; zehirli. Termal olarak kararsızdır ve ısıtıldığında ayrışır. Hidrojen sülfür suda az çözünür, su çözümü hidrojen sülfit asit denir. Hidrojen sülfür metallerin korozyonunu tetikler (katalize eder), gümüşün kararmasından “suçlu” olan bu gazdır. Doğal olarak bazı maden sularında bulunur. Yaşam sürecinde bazı bakteriler tarafından oluşturulur. Hidrojen sülfür tüm canlılara zarar verir. Karadeniz'in derinliklerinde hidrojen sülfür tabakası keşfedildi ve bilim adamlarını endişelendiriyor: hayat deniz canlıları sürekli tehdit altındadır. |
POLAR KOVALENT BAĞ, POLAR OLMAYAN KOVALENT BAĞ, MUTLAK ELEKTRONEGATIVİTE, BAĞIL ELEKRONEGATIVİTE.
1. Deneyler ve sonraki hesaplamalar, silikon tetraflorürdeki silikonun etkili yükünün +1,64 e ve ksenon heksaflorürdeki ksenonun +2,3 e olduğunu gösterdi.Bu bileşiklerdeki flor atomları üzerindeki kısmi yüklerin değerlerini belirleyin. 2. Aşağıdaki maddelerin yapısal formüllerini oluşturun ve " " ve " " notasyonlarını kullanarak bu bileşiklerin moleküllerindeki kovalent bağların polaritesini karakterize edin: a) CH4, CCl4, SiCl4; b) H20, H2S, H2Se, H2Te; c) NH3, NF3, NC13; d) S02, Cl20, OF2.
3. Elektronegatiflik tablosunu kullanarak bağın hangi bileşiklerde daha polar olduğunu belirtin: a) CCl4 veya SiCl4; b) H2S veya H20; c) NF3 veya NCl3; d) Cl20 veya OF2.
7.13. Bağ oluşumunun donör-alıcı mekanizması
Önceki paragraflarda iki tür bağ hakkında ayrıntılı bilgi edindiniz: iyonik ve kovalent. Bir elektronun bir atomdan diğerine tamamen aktarılmasıyla iyonik bir bağın oluştuğunu hatırlayın. Kovalent - bağlı atomların eşleşmemiş elektronlarını paylaşırken.
Ayrıca bağ oluşumunu sağlayan başka bir mekanizma daha vardır. Bir amonyak molekülünün bir bor triflorür molekülü ile etkileşimi örneğini kullanarak bunu düşünelim:
Sonuç olarak nitrojen ve bor atomları arasında hem kovalent hem de iyonik bağlar ortaya çıkar. Bu durumda nitrojen atomu bağışçı elektron çifti ("bağ oluşumu için onu verir") ve bor atomu - akseptör(“bağlantı kurarken bunu kabul eder”). Dolayısıyla böyle bir bağlantının oluşmasına yönelik mekanizmanın adı - “ bağışçı-alıcı".
Verici-alıcı mekanizması kullanılarak bir bağ oluşturulduğunda, hem kovalent bağ hem de iyonik bağ aynı anda oluşur.
Elbette bir bağ oluştuktan sonra bağlı atomların elektronegatifliklerindeki farklılıktan dolayı bağın polarizasyonu meydana gelir ve kısmi yükler ortaya çıkar, atomların etkin (gerçek) yükleri azalır.
Diğer örneklere bakalım.
Amonyak molekülünün yanında, hidrojen atomunda önemli bir kısmi yükün bulunduğu oldukça polar bir hidrojen klorür molekülü varsa, bu durumda elektron çifti alıcısının rolü hidrojen atomu tarafından oynanacaktır. 1 S-AO, önceki örnekteki bor atomu gibi tamamen boş olmasa da, bu yörüngenin bulutundaki elektron yoğunluğu önemli ölçüde azalır.
Ortaya çıkan katyonun uzaysal yapısı şu şekildedir: amonyum iyonu NH4, metan molekülünün yapısına benzer, yani dört N-H bağının tamamı tamamen aynıdır.
Amonyum klorür NH4Cl'nin iyonik kristallerinin oluşumu, amonyak gazının hidrojen klorür gazı ile karıştırılmasıyla gözlemlenebilir:
NH3 (g) + HC1 (g) = NH4Cl (cr)
Sadece nitrojen atomu elektron çifti donörü olamaz. Örneğin bir su molekülünün oksijen atomu olabilir. Bir su molekülü aynı hidrojen klorürle aşağıdaki gibi etkileşime girecektir:
Ortaya çıkan H3O katyonuna denir oksonyum iyonu ve yakında öğreneceğiniz gibi kimyada büyük öneme sahiptir.
Sonuç olarak karbon monoksit (karbon monoksit) CO molekülünün elektronik yapısını ele alalım:
Üç kovalent bağın (üçlü bağ) yanı sıra bir iyonik bağ da içerir.
Donör-alıcı mekanizmasına göre bağ oluşumu koşulları:
1) atomlardan birinde yalnız bir çift değerlik elektronunun varlığı;
2) başka bir atomun değerlik alt seviyesinde serbest bir yörüngenin varlığı.
Bağ oluşumunun donör-alıcı mekanizması oldukça yaygındır. Bileşiklerin oluşumu sırasında özellikle sıklıkla ortaya çıkar. D-elementler. Hemen hemen herkesin atomları D-elementlerin çok sayıda boş değerlik yörüngeleri vardır. Bu nedenle elektron çiftlerinin aktif alıcılarıdırlar.
BAĞ OLUŞUMUNUN DONÖR-ALICI MEKANİZMASI, AMONYUM İYONU, OKSONYUM İYONU, DONÖR-ALICI MEKANİZMASI İLE BAĞ OLUŞUMUNUN KOŞULLARI.
1.Reaksiyon denklemlerini ve oluşum şemalarını yapın
a) amonyak ve hidrojen bromürden amonyum bromür NH4Br;
b) amonyak ve sülfürik asitten amonyum sülfat (NH4)2S04.
2. Aşağıdakiler için reaksiyon denklemleri ve etkileşim şemaları oluşturun: a) hidrojen bromürlü su; b) sülfürik asitli su.
3. Önceki dört reaksiyondaki hangi atomlar bir elektron çiftinin vericisi ve hangileri alıcıdır? Neden? Cevabınızı değerlik alt düzey diyagramlarıyla açıklayın.
4.Nitrik asidin yapısal formülü O–N–O bağları arasındaki açılar 120 o'ye yakındır. Tanımlamak:
a) nitrojen atomunun hibridizasyon tipi;
b) -bağının oluşumunda nitrojen atomunun hangi AO'sunun yer aldığı;
c) donör-alıcı mekanizmasına göre bir -bağ oluşumunda nitrojen atomunun hangi AO'sunun yer aldığı.
Bu moleküldeki H–O–N bağları arasındaki açının yaklaşık olarak neye eşit olduğunu düşünüyorsunuz? 5.Siyanür iyonu CN'nin (karbon atomundaki negatif yük) yapısal formülünü oluşturun. Siyanürlerin (böyle bir iyon içeren bileşikler) ve karbon monoksit CO'nun güçlü zehirler olduğu ve biyolojik etkilerinin çok benzer olduğu bilinmektedir. Biyolojik etkilerinin yakınlığına ilişkin açıklamanızı sunun.
7.14. Metal bağlantı. Metaller
Kovalent bir bağ, yalnızca bağlı atomların boyutları küçük olduğunda vazgeçme ve elektron kazanma eğilimleri bakımından benzer olan atomlar arasında oluşur. Bu durumda, örtüşen elektron bulutları bölgesindeki elektron yoğunluğu önemlidir ve atomların, örneğin HF molekülünde olduğu gibi, sıkı bir şekilde bağlandığı ortaya çıkar. Bağlı atomlardan en az birinin büyük bir yarıçapı varsa, büyük atomlar için üst üste binen elektron bulutları bölgesindeki elektron yoğunluğu küçük olanlara göre çok daha az olduğundan kovalent bir bağın oluşumu daha az avantajlı hale gelir. Daha zayıf bağa sahip böyle bir moleküle örnek olarak HI molekülü gösterilebilir (Tablo 21'i kullanarak HF ve HI moleküllerinin atomizasyon enerjilerini karşılaştırın).
Ve yine de büyük atomlar arasında ( R o > 1.1) kimyasal bir bağ oluşur, ancak bu durumda bağlı tüm atomların değerlik elektronlarının tamamının (veya bir kısmının) paylaşılması nedeniyle oluşur. Örneğin, sodyum atomları söz konusu olduğunda, her 3 S-Bu atomların elektronları ve tek bir elektron bulutu oluşur:
Atomlar bir kristal oluşturur metal iletişim
Bu sayede hem aynı elementin atomları hem de farklı elementlerin atomları birbirine bağlanabilmektedir. İlk durumda basit maddeler denir metaller ve ikinci olarak adlandırılan karmaşık maddelerde intermetalik bileşikler.
Atomları arasında metalik bağ bulunan tüm maddelerden yalnızca metalleri okulda öğreneceksiniz. Metallerin uzaysal yapısı nedir? Metal kristal şunlardan oluşur: atomik iskeletler değerlik elektronlarının sosyalleşmesinden ve sosyalleşmiş elektronların elektron bulutundan sonra kalan. Atom çekirdekleri genellikle çok yakın bir paket oluşturur ve elektron bulutu, kristalin kalan serbest hacminin tamamını kaplar.
Yoğun ambalajın ana türleri şunlardır: kübik en yakın paketleme(KPU) ve altıgen yakın ambalaj(GPU). Bu paketlerin isimleri, içinde gerçekleştikleri kristallerin simetrisi ile ilişkilidir. Bazı metaller gevşek bir şekilde paketlenmiş kristaller oluşturur. gövde merkezli kübik(OTSK). Bu paketlerin hacim ve top-çubuk modelleri Şekil 7.6'da gösterilmektedir.
Kübik yakın paketleme Cu, Al, Pb, Au ve diğer bazı elementlerin atomlarından oluşur. Altıgen sıkı paketleme - Be, Zn, Cd, Sc ve diğerlerinin atomları. Alkali metallerin kristallerinde, VB ve VIB gruplarının elementlerinde atomların vücut merkezli kübik paketlenmesi bulunur. Bazı metaller farklı sıcaklıklarda farklı yapılara sahip olabilir. Bu farklılıkların nedenleri ve metallerin yapısal özellikleri hala tam olarak anlaşılamamıştır.
Eritildiğinde metal kristalleri dönüşür metal sıvılar. Atomlar arasındaki kimyasal bağın türü değişmez.
Metal bağının yönlülüğü ve doygunluğu yoktur. Bu bakımdan iyonik bağa benzer.
Metallerarası bileşikler söz konusu olduğunda metalik bağın polarize edilebilirliğinden de bahsedebiliriz.
karakteristik fiziki ozellikleri metaller:
1) yüksek elektrik iletkenliği;
2) yüksek ısı iletkenliği;
3) yüksek süneklik.
Erime noktaları farklı metaller birbirlerinden çok farklıdır: en düşük erime noktası cıva için (-39 o C), en yüksek erime noktası ise tungsten içindir (3410 o C).
| Berilyum Olabilir- açık gri, hafif, oldukça sert ama genellikle kırılgan metal. Erime noktası 1287 o C. Havada oksit bir filmle kaplanır. Berilyum oldukça nadir bir metaldir, evrim sürecinde yaşayan organizmaların onunla neredeyse hiç teması yoktur, bu nedenle hayvanlar dünyası için zehirli olması şaşırtıcı değildir. Nükleer teknolojide kullanılır. Çinko Zn mavimsi bir renk tonuna sahip beyaz yumuşak bir metaldir. Erime noktası 420 o C. Havada ve suda, daha fazla oksidasyonu önleyen ince, yoğun bir çinko oksit filmi ile kaplanır. Üretimde sacların, boruların, tellerin galvanizlenmesinde, demirin korozyondan korunmasında kullanılır. Wolfram W. Tüm metaller arasında en refrakter olanıdır: tungstenin erime noktası 3387 o C'dir. Tipik olarak tungsten oldukça kırılgandır, ancak dikkatli bir temizlikten sonra sünek hale gelir, bu da filamentlerinin ondan ince tel çekilmesini mümkün kılar. ampuller yapılır. Ancak üretilen tungstenin büyük bir kısmı, 1000 o C'ye kadar ısıtıldığında dahi bu özelliklerini koruyabilen, sert ve aşınmaya dayanıklı alaşımların üretiminde kullanılmaktadır. |
METAL, İNTERMETALİK BİLEŞİK, METALİK BAĞ, YOĞUN AMBALAJ.
1. Çeşitli paketleri karakterize etmek için “boşluk doldurma katsayısı” kavramı, yani atomların hacminin kristalin hacmine oranı kullanılır.
Nerede Va - bir atomun hacmi,
Z birim hücredeki atom sayısıdır,
V ben- birim hücrenin hacmi.
Bu durumda atomlar yarıçaplı sert toplarla temsil edilir. R, birbirlerine dokunarak. Top hacmi V w = (4/3) R 3 .
Toplu ve gizli paketleme için boşluk doldurma faktörünü belirleyin.
2. Metal yarıçapı değerlerini kullanarak (Ek 9), a) bakır (CPU), b) alüminyum (CPU) ve c) sezyumun (BCC) birim hücre boyutunu hesaplayın.
Kimya çözmeme yardım edin lütfen. NH3, CaCl2, Al2O3, BaS... moleküllerindeki bağ türünü belirtin ve en iyi cevabı alın
Yanıtlayan: Olga Lyabina[Guru]
1) NH3 bağ tipi cov. kutupsal. Bir bağ oluşumunda üç eşleşmemiş nitrojen elektronu ve bir hidrojen elektronu rol alır. Pi bağı yoktur. sp3 hibridizasyonu. Molekülün şekli piramidaldir (bir yörünge hibridizasyona katılmaz, tetrahedron bir piramide dönüşür)
CaCl2 tipi bağ iyoniktir. Bağ oluşumu, iki klor atomunu kabul eden ve üçüncü seviyelerini tamamlayan yörüngedeki iki kalsiyum elektronunu içerir. pi bağı yok, hibridizasyon tipi sp. uzayda 180 derecelik bir açıyla bulunurlar
Al2O3 bağ tipi iyoniktir. Oksijenin kabul ettiği ve ikinci seviyesini tamamlayan bağın oluşumunda alüminyumun s ve p yörüngelerinden üç elektron yer alır. O=Al-O-Al=O. Oksijen ve alüminyum arasında pi bağları vardır. büyük olasılıkla sp hibridizasyon tipi.
BaS bağ tipi iyoniktir. baryumun iki elektronu kükürt tarafından kabul edilir. Ba=S bir pi bağıdır. hibridizasyon sp. Düz molekül.
2) AgNO3
katotta gümüş azalır
K Ag+ + e = Ag
su anotta oksitlenir
A 2H2O - 4e = O2 + 4H+
Faraday yasasına göre (her neyse...) katotta salınan maddenin kütlesi (hacimi), çözeltiden geçen elektrik miktarıyla orantılıdır.
m(Ag) = Me/zF *I*t = 32,23 g
V(O2) = Ve/F *I*t = 1,67 l
Yanıtlayan: 2 cevap[guru]
Merhaba! İşte sorunuzun yanıtlarını içeren bazı konular: Kimyayı çözmeme yardım edin lütfen. NH3, CaCl2, Al2O3, BaS moleküllerindeki bağ türünü belirtiniz...
