Wiązania chemiczne
Wiązania chemiczne
Większość pierwiastków występuje nie w stanie wolnym, lecz w postaci związków chemicznych. Atomy łączą się ze sobą w trwałe układy o niższej energii wewnętrznej dzięki wytworzeniu wiązań chemicznych, które są wynikiem wzajemnych oddziaływań atomów o charakterze elektronowym.
Nakładanie dwóch orbitali typu s:
powstaje orbital molekularny typu σ
Typy wiązań chemicznych a sposób uzyskania korzystnej energetycznie konfiguracji elektronowej
Wiązanie kowalencyjne (atomowe) polega na uwspólnieniu pary lub par elektronowych. Uwspólniona para lub pary elektronowe znajdują się między rdzeniami atomów. Przyjęto umownie, że wiązanie kowalencyjne tworzy się, gdy różnica elektroujemności atomów pierwiastków (ΔE) tworzących to wiązanie jest niewielka lub równa zero (ΔE < 0,4). Jeżeli uwspólniono jedną parę elektronową, to wiązanie nazywamy pojedynczym,jeżeli uwspólniono dwie pary elektronowe – podwójnym, trzy – potrójnym, np.:...
Nakładanie dwóch orbitali: typu s i typu py:
powstaje orbital molekularny typu σ
Rodzaje wiązań chemicznych
Wiązanie chemiczne to oddziaływanie pomiędzy elektronami atomów (szczególnie elektronami walencyjnymi), prowadzące do powstania połączeń między atomami. Dzięki tworzeniu wiązań chemicznych możliwe jest powstawanie złożonych układów zbudowanych z wielu atomów. Przyczyną tworzenia wiązań chemicznych pomiędzy atomami jest ich dążenie do zmniejszenia energii i uzyskania trwałej konfiguracji najbliższego gazu szlachetnego: a) helu – 2 elektrony na ostatniej powłoce ⇒...
Wiązanie wodorowe
Należy do oddziaływań międzycząsteczkowych lub wewnątrzcząsteczkowych. Wiązanie takie wytwarza się pomiędzy cząsteczkami związków zbudowanych z atomu wodoru (zgromadzony cząstkowy ładunek dodatni) połączonego z innym silnie elektroujemnym atomem pierwiastka posiadającym niewiążące pary elektronowe (zgromadzony cząstkowy ładunek ujemny). Atomy biorące udział w tworzeniu wiązania wodorowego mogą należeć do tej samej cząsteczki lub innych cząsteczek.
Wiązania chemiczne
Większość pierwiastków występuje w postaci związków chemicznych. Atomy łączą się ze sobą w trwałe układy dzięki wytworzeniu wiązań chemicznych.
Rząd wiązania
Z definicji to liczba par elektronów na orbitalach wiążących pomniejszona o liczbę par elektronów na orbitalach antywiążących. Rząd wiązania przyjmując wartość liczby całkowitej określa krotność wiązania. Jeżeli rząd wiązania wynosi zero, to cząsteczka nie istnieje (brak stabilności energetycznej). Rząd wiązania może przyjmować również wartości ułamkowe.
Nakładanie dwóch orbitali typu py:
powstaje orbital molekularny typu σ
Wiązanie koordacyjne
Jest szczególnym przypadkiem wiązania kowalencyjnego. Wiązanie to nazywane jest wiązaniem donorowo-akceptorowym, gdyż tworząca je para elektronowa pochodzi od jednego z atomów zwanego donorem, a atom ją przyjmujący zwany jest akceptorem. Wiązanie to ilustruje się strzałką skierowaną od donora do akceptora: H + + : NH 3 → [ H ← : NH 3 ] + W jonie amonowym NH 4+ występują trzy wiązania atomowe spolaryzowane oraz jedno koordynacyjne.
Orbitale molekularne (cząsteczkowe)
Chcąc opisać stan elektronów w cząsteczce, należy wykorzystać funkcje falowe zwane orbitalami molekularnymi (cząsteczkowymi). Tworzenie orbitali cząsteczkowych – zgodnie z teorią orbitali molekularnych – polega na przedstawianiu ich w postaci liniowej kombinacji orbitali atomowych. Orbitale atomowe poddane liniowej kombinacji muszą spełniać następujące warunki: muszą mieć porównywalną energię, muszą wykazywać jednakową symetrię w stosunku do osi łączącej jądra atomów, muszą...
Typy wiązań chemicznych
Wiązanie jonowe polega na wzajemnym elektrostatycznym oddziaływaniu przeciwnie naładowanych jonów, powstałych w wyniku przejścia jednego lub kilku elektronów z danego atomu na drugi atom bardziej elekroujemny. Wiązanie kowalencyjne polega na uwspólnieniu pary lub par elektronów przez atomy o identycznych lub zbliżonych wartościach elektroujemności. Wiązanie kowalencyjne spolaryzowane powstaje na skutek silniejszego przyciągania wspólnej pary lub par elektronów przez bardziej...
Wiązania chemiczne
Przyczyną tworzenia wiązań chemicznych jest dążenie atomów do uzyskania trwałej konfiguracji elektronowej najbliższego gazu szlachetnego (osiem lub dwa elektrony na powłoce walencyjnej – reguła oktetu i dubletu). Tę trwałą konfigurację pierwiastki mogą uzyskać albo przez uwspólnienie elektronów walencyjnych poszczególnych atomów lub pary elektronowej jednego atomu, albo przez przeniesienie elektronów z jednego atomu na inny atom.
Wiązanie metaliczne
Występuje w kryształach metali, stopach metali i związkach międzymetalicznych. Polega na elektrostatycznym oddziaływaniu rdzeni atomów metali ze swobodnie poruszającymi się elektronami (gaz elektronowy). Swobodne elektrony odpowiedzialne są za wysokie przewodnictwo elektryczne i cieplne metali, ich połysk, kowalność i ciągliwość.
Wiązanie kowalencyjne
polega na uwspólnieniu pary lub par elektronowych atomów pierwiastków tworzących dany związek chemiczny. Uwspólniona para lub pary elektronowe znajdują się między rdzeniami atomów. Wiązanie kowalencyjne – zgodnie z umową – tworzy się, gdy różnica elektroujemności ΔE pierwiastków tworzących cząsteczkę jest niewielka lub równa zero (0 < ΔE < 0,4). Jeżeli uwspólniono jedną parę elektronową, to wiązanie nazywamy pojedynczym,jeżeli uwspólniono dwie pary elektronowe – podwójnym, trzy –...
Wiązanie jonowe
Istotą wiązania jonowego jest elektrostatyczne oddziaływanie między przeciwnie naładowanymi jonami, powstającymi wskutek przeniesienia elektronu (elektronów) z atomu pierwiastka mniej elektroujemnego do atomu pierwiastka znacznie bardziej elektroujemnego. Wiązanie jonowe występuje w wielu tlenkach, wodorkach, wodorotlenkach i solach metali aktywnych. Związki te są ciałami stałymi, krystalicznymi, w większości dobrze rozpuszczalnymi w wodzie. Posiadają wysokie temperatury topnienia.
Nakładanie dwóch orbitali typu px lub typu pz:
powstaje orbital molekularny typu π
Hybrydyzacja orbitali atomowych
Hybrydyzacja to zabieg matematyczny polegający na kombinacji liniowej walencyjnych orbitali atomowych tego samego atomu. Otrzymane zhybrydyzowane orbitale są mieszaninami (hybrydami) orbitali wyjściowych i charakteryzują się jednakowym kształtem konturu i energią (co odróżnia je od orbitali, z których powstały). Typ hybrydyzacji określa, które walencyjne orbitale atomowe zostały poddane matematycznemu przekształceniu, a jednocześnie wyznacza rozmieszczenie przestrzenne powstałych hybryd....
Cząsteczka wody
H2O LH = 2 + ½ (6 – 2 · 1) = 2 + 2 = 4 LH = 4 => orbitale walencyjne atomu tlenu są w stanie hybrydyzacji sp 3 ponieważ na atomie tlenu są dwie wolne pary elektronowe, należy uwzględnić fakt, że pary te najsilniej się odpychają, oraz że odpychanie wolna para – para wiążąca jest silniejsze niż para wiążąca – para wiążąca; kąty między wiązaniami σzmniejszają się (104,5°) kształt cząsteczki wody nie będzie zgodny z przestrzennym rozmieszczeniem hybryd, z których dwie opisują...
Teoria VSEPR
Budowa przestrzenna dwuatomowych cząsteczek (zarówno homoatomowychA 2 , jak i heteroatomowych AB) nie wymaga specjalnego komentarza; budowę cząsteczek wieloatomowych typu AB x najłatwiej przybliżyć, wykorzystując teorię VSEPR (Valence Shell Electron Pair Repulsion), czyli teorię odpychania par elektronów walencyjnych. Posługując się tą teorią można przewidzieć kształt cząsteczki. Rzeczywisty kształt cząsteczki zależy nie tylko od typu hybrydyzacji orbitali walencyjnych atomu...
Wiązanie wodorowe
Należy do oddziaływań międzycząsteczkowych lub wewnątrzcząsteczkowych. Wiązanie takie wytwarza się pomiędzy cząsteczkami związków zbudowanych z atomu wodoru (zgromadzony cząstkowy ładunek dodatni) połączonego z innym silnie elektroujemnym pierwiastkiem posiadającym niewiążące pary elektronowe (zgromadzony cząstkowy ładunek ujemny). Atomy biorące udział w tworzeniu wiązania wodorowego mogą należeć do tej samej cząsteczki lub do różnych cząsteczek, np.:
Wiązanie metaliczne
Występuje w kryształach metali, stopach metali i związkach międzymetalicznych. Polega na elektrostatycznym oddziaływaniu kationów metali ze swobodnie poruszającymi się elektronami (gaz elektronowy). Te swobodne elektrony odpowiedzialne są za wysokie przewodnictwo elektryczne i cieplne metali, ich połysk, kowalność i ciągliwość.
Cząsteczka amoniaku
NH3 LH = 3 + ½ (5 – 3 · 1) = 3 + 1 = 4 LH = 4 => orbitale walencyjne atomu azotu są w stanie hybrydyzacji sp 3 ponieważ na atomie azotu jest wolna para elektronowa, należy uwzględnić fakt, że odpychanie pomiędzy parą σ i wolną parą elektronową jest silniejsze niż odpychanie między parami σ, stąd kąty między wiązaniami σ zmniejszą się (~107°) kształt cząsteczki amoniaku nie będzie zgodny z przestrzennym rozmieszczeniem hybryd, z których jedna opisuje wolną parę elektronów...
Charakterystyczne cechy wybranych kryształów
Wiązanie jonowe
Istotą wiązania jonowego jest elektrostatyczne oddziaływanie między przeciwnie naładowanymi jonami, powstającymi wskutek przeniesienia elektronu (elektronów) z atomu pierwiastka mniej elektroujemnego do atomu pierwiastka bardziej elektroujemnego. Przyjmuje się umownie, że wiązanie jonowe powstaje między pierwiastkami znacznie różniącymi się elektroujemnością (ΔE >= 1,7). Rozważmy chlorek magnezu: W celu uzyskania konfiguracji elektronowej gazu szlachetnego atom magnezu...
Wiązanie koordynacyjne
Jest szczególnym przypadkiem wiązania kowalencyjnego. Wiązanie to nazywane jest wiązaniem donorowo - akceptorowym, gdyż tworząca je para elektronowa pochodzi od jednego z atomów zwanego donorem, a atom ją przyjmujący zwany jest akceptorem. Wiązanie to ilustruje się strzałką skierowaną od donora do akceptora. Kation wodoru potrzebuje 2 elektronów do spełnienia reguły dubletu, atom azotu w cząsteczce amoniaku posiada już 8 elektronów, czyli spełniona jest dla niego reguła...