Typy wiązań chemicznych i ich wpływ na włościwości fizyczne substancji

Wiązanie atomowe (kowalencyjne)


Wiązania atomowe (kowalencyjne) powstają, gdy łączą się ze sobą atomy pierwiastków o takich samych wartościach elektroujemności lub o różnicy elektroujemności mniejszej od 0,4.
Wiążące się atomy dążą do osiągnięcia struktury oktetowej najbliższego gazu szlachetnego. Wiązania tego typu występują w cząsteczkach H2, Cl2, O2, N2 itp. Przykładem jest wodór, dla którego pojedynczy atom ma jeden elektron. Gdy dwa atomy wodoru tworzą cząsteczkę, ich elektrony rozmieszczają się symetrycznie wokół obydwu jąder, tworząc parę elektronową. Każdy atom wodoru wykorzystuje wspólnie dwa elektrony i z tego powodu cząsteczka wodoru jest uboższa energetycznie niż dwa oddzielne atomy a konfiguracja elektronowa staje się podobna do konfiguracji helu. Dlatego aby rozbić cząsteczkę wodoru na atomy, należy doprowadzić do niej pewną ilość energii. W podobny sposób powstają cząsteczki chloru, bromu, jodu i innych. Wzory cząsteczek wodoru i chloru przedstawiamy symbolami, w których elektrony walencyjne oznaczone są kropkami.
Mechanizm powstawania wiązania kowalencyjnego w cząsteczce wodoru.


Pary elektronowe można oznaczać również kreskami. Otrzymuje się wówczas klasyczne wzory strukturalne cząsteczek, np.:
H2 H = H, Cl2 Cl = Cl
Pary elektronów walencyjnych nie biorących udziału w wiązaniu noszą nazwę wolnych elektronów. Jeżeli utworzenie jednej wiążącej pary elektronowej nie wystarcza do utworzenia oktetu, atom może wykorzystać dwa lub trzy elektrony tworząc wiązania podwójne lub potrójne.
Mechanizm powstawania wiązania kowalencyjnego w cząsteczce azotu.
Atom może utworzyć tyle wiązań ile ma niesparowanych elektronów. W wiązaniu atomowym wiążąca para elektronowa znajduje się w jednakowej odległości od jąder atomów tworzących wiązanie.


WŁAŚCIWOŚCI FIZYCZNE

v W stanie stałym i ciekłym nie przewodzą prądu elektrycznego (wyjątkiem jest grafit).
v W stanie stałym tworzą kryształy cząsteczkowe lub kowalencyjne.
v Kryształy cząsteczkowe mają stosunkowo niskie temperatury wrzenia i topnienia.
v Kryształy kowalencyjne są trwałe, odporne mechanicznie, mają wysokie temperatury topnienia.
v Nie ulegają dysocjacji jonowej.
v Reagują zwykle wolno.
v Rozpuszczają się w rozpuszczalnikach niepolarnych.

Wiązanie atomowe (kowalencyjne) spolaryzowane

Wiązanie atomowe spolaryzowane jest wiązaniem pośrednim między jonowym a atomowym; powstaje wówczas, gdy łączą się ze sobą atomy pierwiastków różniących się elektroujemnością w zakresie od 0,4 do 1,7.
Cecha charakterystyczną tego wiązania jest przesunięcie pary elektronowej wiążącej atomy w kierunku atomu pierwiastka bardziej elektroujemnego. Jednym z przykładów tego wiązania może być połączenie chloru i wodoru w cząsteczce chlorowodoru. Wspólna para elektronowa w cząsteczce H - Cl jest silniej przyciągana przez atom chloru niż przez atom wodoru, jest więc przesunięta w kierunku atomu chloru.



Mechanizm powstawania wiązania kowalencyjnego spolaryzowanego w cząsteczce chlorowodoru.
Cząsteczki z wiązaniami kowalencyjnymi spolaryzowanymi z powodu nierównomiernego, niesymetrycznego w stosunku do środka cząsteczki, rozmieszczenie ładunków wykazują biegunowość. W cząsteczkach tych wyróżnić można biegun dodatni i ujemny. Cząsteczki o budowie polarnej nazywamy dipolami, tzn. cząsteczkami dwubiegunowymi.

WŁAŚCIWOŚCI FIZYCZNE

v W stanie stałym i ciekłym nie przewodzą prądu elektrycznego.
v Mają stosunkowo niskie temperatury wrzenia i topnienia.
v Nie ulegają dysocjacji jonowej.
v Reagują zwykle wolno.
v Rozpuszczają się w rozpuszczalnikach niepolarnych.


Wiązanie jonowe

Wiązania jonowe występują w układach złożonych z atomów skrajnie różniących się elektroujemnością (>1,7).
W czasie powstawania wiązania jonowego atom pierwiastka elektrododatniego oddaje, a atom pierwiastka elektroujemnego przyłącza elektrony. Tworzą się dwa jony o różnoimiennych ładunkach, przyciągające się dzięki działaniu sił elektrostatycznych. Powszechnie znanym przykładem wiązania jonowego jest wiązanie między jonem sodu i jonem chloru w chlorku sodowym Na+Cl- lub między jonami magnezu i chloru w chlorku magnezu Cl-Mg2+Cl-.
Atom sodu (Na) oddaje elektron i staje się kationem (Na+).
Atom chloru (Cl) przyjmuje elektron i staje się anionem (Cl-).


Siły elektrostatycznego przyciągania utrzymują w trwałości cząsteczkę.
Związki zawierające wiązania jonowe składają się z dodatnich i ujemnych jonów rozmieszczonych na przemian w przestrzeni. Siły oddziaływania elektrostatycznego pomiędzy jonami są równomiernie rozłożone we wszystkich kierunkach. Siły działające w układach o wiązaniu jonowym są znaczne, toteż temperatura topnienia i wrzenia tych związków jest stosunkowo wysoka. Ponieważ każdy jon sodu jest otoczony sześcioma jonami chlorkowymi, a z kolei każdy jon chlorkowy sześcioma jonami sodowymi nie można rozróżnić, który z jonów sodu do którego z jonów chloru należy i na odwrót. Cały kryształ można tu traktować jako jedną makrocząsteczkę.


Struktura kryształu NaCl.
WŁAŚCIWOŚCI FIZYCZNE

v Posiadają budowę krystaliczną.
v W stanie stopionym przewodzą prąd elektryczny – w stanie stałym są praktycznie nieprzewodzące.
v Rozpuszczają się w rozpuszczalnikach polarnych, powstałe roztwory dobrze przewodzą prąd elektryczny.
v Topią się w w wysokich temperaturach (> 500 C).
v Są trwałe i kruche.