Conexiune metalică oferă. Conexiune metalica. Proprietățile legăturii metalice. Legături metalice chimice

Conexiune metalica. Proprietățile legăturii metalice.

O legătură metalică este o legătură chimică cauzată de prezența electronilor relativ liberi. Caracteristic atât pentru metale pure, cât și pentru aliajele lor și compușii intermetalici.

Mecanism cu legături metalice

Ionii metalici pozitivi sunt localizați la toate nodurile rețelei cristaline. Între ei, electronii de valență se mișcă aleatoriu, precum moleculele de gaz, desprinse de atomi în timpul formării ionilor. Acești electroni acționează ca ciment, ținând împreună ionii pozitivi; în caz contrar, rețeaua s-ar dezintegra sub influența forțelor de respingere dintre ioni. În același timp, electronii sunt ținuți de ioni din rețeaua cristalină și nu pot părăsi aceasta. Forțele de cuplare nu sunt localizate sau dirijate. Din acest motiv, în majoritatea cazurilor apar numere mari de coordonare (de exemplu, 12 sau 8). Când doi atomi de metal se apropie, orbitalii din învelișul lor exterior se suprapun pentru a forma orbitali moleculari. Dacă se apropie un al treilea atom, orbitalul său se suprapune cu orbitalii primilor doi atomi, rezultând un alt orbital molecular. Când există mulți atomi, iau naștere un număr mare de orbitali moleculari tridimensionali, extinzându-se în toate direcțiile. Datorită mai multor orbitali care se suprapun, electronii de valență ai fiecărui atom sunt influențați de mulți atomi.

Rețele cristaline caracteristice

Cele mai multe metale formează una dintre următoarele rețele foarte simetrice, cu împachetare strânsă de atomi: cubic centrat pe corp, cubic centrat pe față și hexagonal.

Într-o rețea cubică centrată pe corp (bcc), atomii sunt localizați la vârfurile cubului și un atom este în centrul volumului cubului. Metalele au o rețea centrată pe corpul cubic: Pb, K, Na, Li, β-Ti, β-Zr, Ta, W, V, α-Fe, Cr, Nb, Ba etc.

Într-o rețea cubică centrată pe față (fcc), atomii sunt localizați la vârfurile cubului și în centrul fiecărei fețe. Metalele de acest tip au o rețea: α-Ca, Ce, α-Sr, Pb, Ni, Ag, Au, Pd, Pt, Rh, γ-Fe, Cu, α-Co etc.

Într-o rețea hexagonală, atomii sunt localizați la vârfurile și centrul bazelor hexagonale ale prismei, iar trei atomi sunt situați în planul mijlociu al prismei. Metalele au acest ambalaj de atomi: Mg, α-Ti, Cd, Re, Os, Ru, Zn, β-Co, Be, β-Ca etc.

Alte proprietăți

Electronii care se mișcă liber provoacă o conductivitate electrică și termică ridicată. Substanțele care au o legătură metalică combină adesea rezistența cu plasticitatea, deoarece atunci când atomii sunt deplasați unul față de celălalt, legăturile nu se rup. O altă proprietate importantă este aromaticitatea metalică.

Metalele conduc bine căldura și electricitatea, sunt suficient de puternice și pot fi deformate fără distrugere. Unele metale sunt maleabile (pot fi forjate), altele sunt maleabile (pot fi trase în fire). Aceste proprietăți unice sunt explicate printr-un tip special de legătură chimică care conectează atomii de metal între ei - o legătură metalică.

Metalele în stare solidă există sub formă de cristale de ioni pozitivi, ca și cum ar „pluti” într-o mare de electroni care se mișcă liber între ele.

Legăturile metalice explică proprietățile metalelor, în special rezistența lor. Sub influența unei forțe de deformare, o rețea metalică își poate schimba forma fără să se crape, spre deosebire de cristalele ionice.

Conductivitatea termică ridicată a metalelor se explică prin faptul că, dacă o bucată de metal este încălzită pe o parte, energia cinetică a electronilor va crește. Această creștere a energiei se va răspândi în „marea de electroni” în întreaga probă la viteză mare.

Conductivitatea electrică a metalelor devine, de asemenea, clară. Dacă se aplică o diferență de potențial la capetele unei probe de metal, norul de electroni delocalizați se va deplasa în direcția potențialului pozitiv: acest flux de electroni care se mișcă într-o direcție reprezintă curentul electric familiar.

Conexiune metalica. Proprietățile legăturii metalice. - concept și tipuri. Clasificarea și caracteristicile categoriei „Legătură metalică. Proprietăți ale legăturii metalice”. 2017, 2018.

Toate elementele chimice cunoscute în prezent aflate pe tabelul periodic sunt împărțite în două mari grupe: metale și nemetale. Pentru ca acestea să devină nu doar elemente, ci compuși, substanțe chimice și să poată interacționa între ele, ele trebuie să existe sub formă de substanțe simple și complexe.

Acesta este motivul pentru care unii electroni încearcă să accepte, în timp ce alții încearcă să cedeze. Prin completarea reciprocă în acest fel, elementele formează diverse molecule chimice. Dar ce îi ține împreună? De ce există substanțe atât de puternice încât nici cele mai serioase instrumente nu pot fi distruse? Alții, dimpotrivă, sunt distruși de cel mai mic impact. Toate acestea se explică prin formarea diferitelor tipuri de legături chimice între atomi în molecule, formarea unei rețele cristaline cu o anumită structură.

Tipuri de legături chimice în compuși

În total, există 4 tipuri principale de legături chimice.

Covalent nepolar. Se formează între două nemetale identice datorită împărtășirii electronilor, formării de perechi de electroni comuni. Particulele nepereche Valence participă la formarea sa. Exemple: halogeni, oxigen, hidrogen, azot, sulf, fosfor.
Polar covalent. Formată între două nemetale diferite sau între un metal cu proprietăți foarte slabe și un nemetal cu electronegativitate slabă. De asemenea, se bazează pe perechile de electroni obișnuite și pe tragerea lor spre sine de către atomul a cărui afinitate electronică este mai mare. Exemple: NH3, SiC, P2O5 şi altele.
Legătura de hidrogen. Cel mai instabil și mai slab, se formează între un atom extrem de electronegativ al unei molecule și un atom pozitiv al alteia. Cel mai adesea acest lucru se întâmplă atunci când substanțele sunt dizolvate în apă (alcool, amoniac etc.). Datorită acestei conexiuni, pot exista macromolecule de proteine, acizi nucleici, carbohidrați complecși și așa mai departe.
Legătura ionică. Se formează datorită forțelor de atracție electrostatică a ionilor metalici și nemetalici încărcați diferit. Cu cât diferența dintre acest indicator este mai puternică, cu atât natura ionică a interacțiunii este exprimată mai clar. Exemple de compuși: săruri binare, compuși complecși - baze, săruri.
O legătură metalică, al cărei mecanism de formare, precum și proprietățile sale, vor fi discutate în continuare. Se formează în metale și aliajele lor de diferite tipuri.

Există așa ceva ca unitatea unei legături chimice. Spune doar că este imposibil să consideri fiecare legătură chimică ca standard. Toate sunt doar unități desemnate convențional. La urma urmei, toate interacțiunile se bazează pe un singur principiu - interacțiunea electron-statică. Prin urmare, legăturile ionice, metalice, covalente și de hidrogen au aceeași natură chimică și sunt doar cazuri limită unele de altele.

Metalele și proprietățile lor fizice

Metalele se găsesc în majoritatea covârșitoare a tuturor elementelor chimice. Acest lucru se datorează proprietăților lor speciale. O parte semnificativă a fost obținută de oameni prin reacții nucleare în condiții de laborator sunt radioactive cu un timp de înjumătățire scurt.

Cu toate acestea, majoritatea sunt elemente naturale care formează roci și minereuri întregi și fac parte din cei mai importanți compuși. De la ei oamenii au învățat să turneze aliaje și să facă o mulțime de produse frumoase și importante. Acestea sunt cupru, fier, aluminiu, argint, aur, crom, mangan, nichel, zinc, plumb și multe altele.

Pentru toate metalele pot fi identificate proprietăți fizice comune, care se explică prin formarea unei legături metalice. Care sunt aceste proprietăți?

Maleabilitatea și ductilitatea. Se știe că multe metale pot fi laminate chiar și în stare de folie (aur, aluminiu). Alții produc sârmă, foi de metal flexibile și produse care pot fi deformate în timpul impactului fizic, dar își refac imediat forma după ce acesta se oprește. Aceste calități ale metalelor sunt numite maleabilitate și ductilitate. Motivul acestei caracteristici este tipul de conexiune din metal. Ionii și electronii din cristal alunecă unul față de celălalt fără a se rupe, ceea ce permite menținerea integrității întregii structuri.
Stralucire metalica. De asemenea, explică legătura metalică, mecanismul de formare, caracteristicile și caracteristicile sale. Astfel, nu toate particulele sunt capabile să absoarbă sau să reflecte unde luminoase de aceeași lungime de undă. Atomii majorității metalelor reflectă razele de unde scurte și capătă aproape aceeași culoare de argintiu, alb și nuanță albăstruie pal. Excepțiile sunt cuprul și aurul, culorile lor sunt roșu-roșu și, respectiv, galben. Ele sunt capabile să reflecte radiația cu lungime de undă mai mare.
Conductivitate termică și electrică. Aceste proprietăți se explică și prin structura rețelei cristaline și prin faptul că tipul metalic de legătură se realizează în formarea acesteia. Datorită „gazului de electroni” care se mișcă în interiorul cristalului, curentul electric și căldura sunt distribuite instantaneu și uniform între toți atomii și ionii și sunt conduse prin metal.
Stare solidă de agregare în condiții normale. Singura excepție aici este mercurul. Toate celelalte metale sunt în mod necesar compuși puternici, solizi, precum și aliajele lor. Acesta este, de asemenea, rezultatul prezentării legăturilor metalice în metale. Mecanismul de formare a acestui tip de legare a particulelor confirmă pe deplin proprietățile.

Acestea sunt principalele caracteristici fizice ale metalelor, care sunt explicate și determinate exact de schema de formare a unei legături metalice. Această metodă de conectare a atomilor este relevantă în special pentru elementele metalice și aliajele acestora. Adică pentru ei în stare solidă și lichidă.

Legături chimice de tip metal

Care este particularitatea sa? Chestia este că o astfel de legătură se formează nu datorită ionilor încărcați diferit și atracției lor electrostatice și nu datorită diferenței de electronegativitate și prezenței perechilor de electroni liberi. Adică, legăturile ionice, metalice, covalente au naturi ușor diferite și caracteristici distinctive ale particulelor care sunt legate.

Toate metalele au următoarele caracteristici:

un număr mic de electroni per (cu excepția unor excepții, care pot avea 6,7 și 8);
rază atomică mare;
energie de ionizare scăzută.

Toate acestea contribuie la separarea ușoară a electronilor exteriori nepereche de nucleu. În același timp, atomul are o mulțime de orbitali liberi. Diagrama formării unei legături metalice va arăta cu precizie suprapunerea a numeroase celule orbitale de atomi diferiți între ele, care, ca urmare, formează un spațiu intracristalin comun. Electronii sunt alimentați în el de la fiecare atom, care încep să rătăcească liber prin diferite părți ale rețelei. Periodic, fiecare dintre ele se atașează la un ion dintr-un loc din cristal și îl transformă într-un atom, apoi se detașează din nou pentru a forma un ion.

Astfel, o legătură metalică este legătura dintre atomi, ioni și electroni liberi dintr-un cristal metalic comun. Un nor de electroni care se mișcă liber în interiorul unei structuri se numește „gaz de electroni”. Aceasta este ceea ce explică majoritatea metalelor și aliajelor lor.

Cum se realizează exact o legătură metal-chimică? Se pot da diverse exemple. Să încercăm să-l privim pe o bucată de litiu. Chiar dacă îl iei de mărimea unui bob de mazăre, vor fi mii de atomi. Deci, să ne imaginăm că fiecare dintre aceste mii de atomi renunță la un singur electron de valență în spațiul cristalin comun. În același timp, cunoscând structura electronică a unui element dat, puteți vedea numărul de orbitali gol. Litiul va avea 3 dintre ele (orbitalii p ai celui de-al doilea nivel energetic). Trei pentru fiecare atom din zeci de mii - acesta este spațiul comun din interiorul cristalului în care „gazul de electroni” se mișcă liber.

O substanță cu o legătură metalică este întotdeauna puternică. La urma urmei, gazul de electroni nu permite cristalului să se prăbușească, ci doar deplasează straturile și le restabilește imediat. Strălucește, are o anumită densitate (cel mai adesea mare), fuzibilitate, maleabilitate și plasticitate.

Unde se mai vinde lipirea metalică? Exemple de substanțe:

metale sub formă de structuri simple;
toate aliajele metalice între ele;
toate metalele și aliajele lor în stare lichidă și solidă.

Există pur și simplu un număr incredibil de exemple specifice, deoarece există mai mult de 80 de metale în tabelul periodic!

Legătura metalică: mecanism de formare

Dacă o luăm în considerare în termeni generali, am subliniat deja punctele principale de mai sus. Prezența electronilor liberi și a electronilor care se desprind ușor din nucleu datorită energiei de ionizare scăzute sunt principalele condiții pentru formarea acestui tip de legătură. Astfel, rezultă că se realizează între următoarele particule:

atomi de la locurile rețelei cristaline;
electroni liberi care erau electroni de valență în metal;
ioni în locurile rețelei cristaline.

Rezultatul este o conexiune metalică. Mecanismul de formare se exprimă în general prin următoarea notație: Me 0 - e - ↔ Me n+. Din diagramă este evident ce particule sunt prezente în cristalul metalic.

Cristalele în sine pot avea forme diferite. Depinde de substanța specifică cu care avem de-a face.

Tipuri de cristale metalice

Această structură a unui metal sau a aliajului său este caracterizată printr-o ambalare foarte densă de particule. Este furnizat de ionii din nodurile de cristal. Grilele în sine pot avea diferite forme geometrice în spațiu.

Rețea cubică centrată pe corp - metale alcaline.
Structură compactă hexagonală - toate pământurile alcaline cu excepția bariului.
Cubic centrat pe față - aluminiu, cupru, zinc, multe metale de tranziție.
Mercur are o structură romboedrică.
Tetragonal - indiu.

Cu cât este situat mai jos și mai jos în sistemul periodic, cu atât este mai complexă ambalarea și organizarea spațială a cristalului. În acest caz, legătura chimică metalică, din care pot fi date exemple pentru fiecare metal existent, este decisivă în construcția cristalului. Aliajele au organizații foarte diverse în spațiu, dintre care unele nu au fost încă studiate pe deplin.

Caracteristici de comunicare: nedirecțional

Legăturile covalente și metalice au o trăsătură distinctivă foarte pronunțată. Spre deosebire de primul, legătura metalică nu este direcțională. Ce înseamnă? Adică, norul de electroni din interiorul cristalului se mișcă complet liber în limitele sale în direcții diferite, fiecare electron fiind capabil să se atașeze la absolut orice ion la nodurile structurii. Adică, interacțiunea se realizează în direcții diferite. Prin urmare, ei spun că legătura metalică este nedirecțională.

Mecanismul legăturii covalente implică formarea de perechi de electroni împărtășiți, adică nori de atomi suprapusi. Mai mult, are loc strict de-a lungul unei anumite linii care leagă centrele. Prin urmare, ei vorbesc despre direcția unei astfel de conexiuni.

Saturabilitatea

Această caracteristică reflectă capacitatea atomilor de a avea o interacțiune limitată sau nelimitată cu alții. Astfel, legăturile covalente și metalice sunt din nou opuse conform acestui indicator.

Primul este saturabil. Atomii care participă la formarea sa au un număr strict definit de electroni externi de valență, care sunt direct implicați în formarea compusului. Nu va avea mai mulți electroni decât are. Prin urmare, numărul de legături formate este limitat de valență. De aici saturația conexiunii. Datorită acestei caracteristici, majoritatea compușilor au o compoziție chimică constantă.

Legăturile metalice și de hidrogen, dimpotrivă, sunt nesaturate. Acest lucru se datorează prezenței a numeroși electroni și orbiti liberi în interiorul cristalului. Ionii joacă, de asemenea, un rol în locurile rețelei cristaline, fiecare dintre acestea putând deveni un atom și din nou un ion în orice moment.

O altă caracteristică a legăturii metalice este delocalizarea norului de electroni intern. Se manifestă prin capacitatea unui număr mic de electroni împărtășiți de a lega împreună multe nuclee atomice de metale. Adică, densitatea este, parcă, delocalizată, distribuită uniform între toate părțile cristalului.

Exemple de formare de legături în metale

Să ne uităm la câteva opțiuni specifice care ilustrează modul în care se formează o legătură metalică. Exemple de substanțe sunt:

zinc;
aluminiu;
potasiu;
crom.

Formarea unei legături metalice între atomii de zinc: Zn 0 - 2e - ↔ Zn 2+. Atomul de zinc are patru niveluri de energie. Pe baza structurii electronice, are 15 orbitali liberi - 3 în orbitali p, 5 în 4 d și 7 în 4f. Structura electronică este următoarea: 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 4s 2 3d 10 4p 0 4d 0 4f 0, un total de 30 de electroni în atom. Adică, două particule negative cu valență liberă sunt capabile să se miște în 15 orbitali spațioși și neocupați. Și așa este pentru fiecare atom. Rezultatul este un spațiu comun imens format din orbitali gol și un număr mic de electroni care leagă întreaga structură.

Legătura metalică între atomii de aluminiu: AL 0 - e - ↔ AL 3+. Cei treisprezece electroni ai unui atom de aluminiu sunt localizați la trei niveluri de energie, pe care le au în mod clar din abundență. Structura electronică: 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 1 3d 0 . Orbitale gratuite - 7 bucăți. Evident, norul de electroni va fi mic în comparație cu spațiul liber intern total din cristal.

Liant de metal cromat. Acest element este deosebit prin structura sa electronică. Într-adevăr, pentru a stabiliza sistemul, electronul cade de la 4s la orbitalul 3d: 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 4s 1 3d 5 4p 0 4d 0 4f 0 . Există 24 de electroni în total, dintre care șase sunt electroni de valență. Ei sunt cei care intră în spațiul electronic comun pentru a forma o legătură chimică. Există 15 orbitali liberi, ceea ce este încă mult mai mult decât este necesar pentru umplere. Prin urmare, cromul este, de asemenea, un exemplu tipic de metal cu o legătură corespunzătoare în moleculă.

Unul dintre cele mai active metale care reacționează chiar și cu apa obișnuită cu foc este potasiul. Ce explică aceste proprietăți? Din nou, în multe feluri - printr-o conexiune de tip metal. Acest element are doar 19 electroni, dar sunt localizați la 4 niveluri de energie. Adică în 30 de orbitali de diferite subniveluri. Structura electronică: 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 4s 1 3d 0 4p 0 4d 0 4f 0 . Doar două cu energie de ionizare foarte scăzută. Se desprind liber și intră în spațiul electronic comun. Există 22 de orbitali pentru mișcare pe atom, adică un spațiu liber foarte mare pentru „gazul de electroni”.

Asemănări și diferențe cu alte tipuri de conexiuni

În general, această problemă a fost deja discutată mai sus. Se poate doar generaliza și trage o concluzie. Principalele caracteristici ale cristalelor metalice care le deosebesc de toate celelalte tipuri de conexiuni sunt:

mai multe tipuri de particule care participă la procesul de legare (atomi, ioni sau atom-ioni, electroni);
diferite structuri geometrice spațiale ale cristalelor.

Legăturile metalice au în comun cu hidrogenul și legăturile ionice nesaturarea și nedirecționalitatea. Cu polar covalent - atractie electrostatica puternica intre particule. Separat de ionic - un tip de particule la nodurile unei rețele cristaline (ioni). Cu covalente nepolare - atomi în nodurile cristalului.

Tipuri de legături în metale cu diferite stări de agregare

După cum am menționat mai sus, o legătură chimică metalică, exemple din care sunt date în articol, se formează în două stări de agregare a metalelor și aliajelor lor: solidă și lichidă.

Se pune întrebarea: ce tip de legătură există în vaporii de metal? Răspuns: polar covalent și nepolar. Ca și în cazul tuturor compușilor care sunt sub formă de gaz. Adică, atunci când metalul este încălzit pentru o lungă perioadă de timp și transferat dintr-o stare solidă în stare lichidă, legăturile nu se rupe și structura cristalină este păstrată. Cu toate acestea, când vine vorba de transferul lichidului într-o stare de vapori, cristalul este distrus și legătura metalică este transformată într-una covalentă.

Atomii majorității elementelor nu există separat, deoarece pot interacționa între ei. Această interacțiune produce particule mai complexe.

Natura unei legături chimice este acțiunea forțelor electrostatice, care sunt forțele de interacțiune dintre sarcinile electrice. Electronii și nucleele atomice au astfel de sarcini.

Electronii aflați la nivelurile electronice exterioare (electronii de valență), fiind cei mai îndepărtați de nucleu, interacționează cu acesta cel mai slab și, prin urmare, sunt capabili să se desprindă de nucleu. Ei sunt responsabili pentru legarea atomilor între ei.

Tipuri de interacțiuni în chimie

Tipurile de legături chimice pot fi prezentate în următorul tabel:

Caracteristicile legăturii ionice

Reacție chimică care are loc din cauza atracție ionică având sarcini diferite se numește ionic. Acest lucru se întâmplă dacă atomii care sunt legați au o diferență semnificativă de electronegativitate (adică capacitatea de a atrage electroni) și perechea de electroni merge la elementul mai electronegativ. Rezultatul acestui transfer de electroni de la un atom la altul este formarea de particule încărcate - ioni. Între ei apare o atracție.

Au cei mai mici indici de electronegativitate metale tipice, iar cele mai mari sunt nemetale tipice. Ionii sunt astfel formați prin interacțiunea dintre metalele tipice și nemetalele tipice.

Atomii de metal devin ioni încărcați pozitiv (cationi), donând electroni la nivelurile lor exterioare de electroni, iar nemetalele acceptă electroni, transformându-se astfel în încărcat negativ ioni (anioni).

Atomii se mută într-o stare energetică mai stabilă, completându-și configurațiile electronice.

Legătura ionică este nedirecțională și nesaturabilă, deoarece interacțiunea electrostatică are loc în toate direcțiile, ionul poate atrage ioni de semn opus în toate direcțiile;

Dispunerea ionilor este astfel încât în jurul fiecăruia există un anumit număr de ioni încărcați opus. Conceptul de „moleculă” pentru compuși ionici nu are sens.

Exemple de educație

Formarea unei legături în clorura de sodiu (nacl) se datorează transferului unui electron de la atomul de Na la atomul de Cl pentru a forma ionii corespunzători:

Na 0 - 1 e = Na + (cation)

Cl 0 + 1 e = Cl - (anion)

În clorura de sodiu, există șase anioni de clorură în jurul cationilor de sodiu și șase ioni de sodiu în jurul fiecărui ion de clorură.

Când se formează interacțiunea între atomi din sulfura de bariu, au loc următoarele procese:

Ba 0 - 2 e = Ba 2+

S 0 + 2 e = S 2-

Ba donează cei doi electroni ai săi sulfului, rezultând formarea de anioni de sulf S 2- și cationi de bariu Ba 2+.

Legături metalice chimice

Numărul de electroni din nivelurile exterioare de energie ale metalelor este mic; acestea sunt ușor separate de nucleu. În urma acestei detașări, se formează ioni metalici și electroni liberi. Acești electroni sunt numiți „gazul de electroni”. Electronii se mișcă liber în volumul metalului și sunt legați și separați în mod constant de atomi.

Structura substanței metalice este următoarea: rețeaua cristalină este scheletul substanței, iar între nodurile sale electronii se pot mișca liber.

Se pot da următoarele exemple:

Mg - 2e<->Mg 2+

Cs-e<->Cs+

Ca - 2e<->Ca2+

Fe-3e<->Fe 3+

Covalent: polar și nepolar

Cel mai comun tip de interacțiune chimică este o legătură covalentă. Valorile electronegativității elementelor care interacționează nu diferă brusc, prin urmare, are loc doar o schimbare a perechii de electroni comune la un atom mai electronegativ.

Interacțiunile covalente pot fi formate printr-un mecanism de schimb sau un mecanism donor-acceptor.

Mecanismul de schimb se realizează dacă fiecare dintre atomi are electroni nepereche la nivelurile electronice exterioare și suprapunerea orbitalilor atomici duce la apariția unei perechi de electroni care aparține deja ambilor atomi. Când unul dintre atomi are o pereche de electroni la nivelul electronic exterior, iar celălalt are un orbital liber, atunci când orbitalii atomici se suprapun, perechea de electroni este împărțită și interacționează conform mecanismului donor-acceptor.

Cele covalente sunt împărțite prin multiplicitate în:

simplu sau singur;
dubla;
triple.

Cele duble asigură partajarea a două perechi de electroni simultan, iar cele triple - trei.

În funcție de distribuția densității electronilor (polarității) între atomii legați, o legătură covalentă este împărțită în:

nepolar;
polar.

O legătură nepolară este formată din atomi identici, iar o legătură polară este formată prin electronegativitate diferită.

Interacțiunea atomilor cu electronegativitate similară se numește legătură nepolară. Perechea comună de electroni dintr-o astfel de moleculă nu este atrasă de niciunul dintre atomi, ci aparține în mod egal ambilor.

Interacțiunea elementelor care diferă în electronegativitate duce la formarea de legături polare. În acest tip de interacțiune, perechile de electroni partajate sunt atrase de elementul mai electronegativ, dar nu sunt transferate complet la acesta (adică nu are loc formarea ionilor). Ca urmare a acestei schimbări a densității electronilor, pe atomi apar sarcini parțiale: cu cât cel mai electronegativ are o sarcină negativă, iar cel mai puțin electronegativ are o sarcină pozitivă.

Proprietăți și caracteristici ale covalenței

Principalele caracteristici ale unei legături covalente:

Lungimea este determinată de distanța dintre nucleele atomilor care interacționează.
Polaritatea este determinată de deplasarea norului de electroni către unul dintre atomi.
Direcționalitatea este proprietatea de a forma legături orientate în spațiu și, în consecință, molecule având anumite forme geometrice.
Saturația este determinată de capacitatea de a forma un număr limitat de legături.
Polarizabilitatea este determinată de capacitatea de a schimba polaritatea sub influența unui câmp electric extern.
Energia necesară pentru a rupe o legătură determină rezistența acesteia.

Un exemplu de interacțiune covalentă nepolară pot fi moleculele de hidrogen (H2), clor (Cl2), oxigen (O2), azot (N2) și multe altele.

H· + ·H → molecula H-H are o singură legătură nepolară,

O: + :O → O=O molecula are un dublu nepolar,

Ṅ: + Ṅ: → N≡N molecula este triplu nepolară.

Exemple de legături covalente ale elementelor chimice includ molecule de dioxid de carbon (CO2) și monoxid de carbon (CO), hidrogen sulfurat (H2S), acid clorhidric (HCL), apă (H2O), metan (CH4), oxid de sulf (SO2) și multe altele.

În molecula de CO2, relația dintre atomii de carbon și oxigen este polară covalentă, deoarece hidrogenul mai electronegativ atrage densitatea electronilor. Oxigenul are doi electroni nepereche în învelișul exterior, în timp ce carbonul poate furniza patru electroni de valență pentru a forma interacțiunea. Ca urmare, se formează legături duble și molecula arată astfel: O=C=O.

Pentru a determina tipul de legătură într-o anumită moleculă, este suficient să luăm în considerare atomii ei constitutivi. Substanțele metalice simple formează o legătură metalică, metalele cu nemetale formează o legătură ionică, substanțele simple nemetalice formează o legătură nepolară covalentă, iar moleculele formate din diferite nemetale se formează printr-o legătură covalentă polară.

Este extrem de rar ca substanțele chimice să fie formate din atomi individuali, neînrudiți, de elemente chimice. În condiții normale, doar un număr mic de gaze numite gaze nobile au această structură: heliu, neon, argon, cripton, xenon și radon. Cel mai adesea, substanțele chimice nu constau din atomi izolați, ci din combinațiile lor în diferite grupuri. Astfel de asociații de atomi pot număra câțiva, sute, mii sau chiar mai mulți atomi. Forța care ține acești atomi în astfel de grupuri se numește legătură chimică.

Cu alte cuvinte, putem spune că o legătură chimică este o interacțiune care asigură conectarea atomilor individuali în structuri mai complexe (molecule, ioni, radicali, cristale etc.).

Motivul formării unei legături chimice este că energia structurilor mai complexe este mai mică decât energia totală a atomilor individuali care o formează.

Deci, în special, dacă interacțiunea atomilor X și Y produce o moleculă XY, aceasta înseamnă că energia internă a moleculelor acestei substanțe este mai mică decât energia internă a atomilor individuali din care s-a format:

E(XY)< E(X) + E(Y)

Din acest motiv, atunci când se formează legături chimice între atomi individuali, se eliberează energie.

Electronii stratului de electroni exterior cu cea mai mică energie de legare cu nucleul, numit valenţă. De exemplu, în bor aceștia sunt electroni de al 2-lea nivel de energie - 2 electroni pe 2 s- orbitali și 1 cu 2 p-orbitali:

Când se formează o legătură chimică, fiecare atom tinde să obțină configurația electronică a atomilor de gaz nobil, adică. astfel încât să existe 8 electroni în stratul său exterior de electroni (2 pentru elementele primei perioade). Acest fenomen se numește regula octetului.

Este posibil ca atomii să atingă configurația electronică a unui gaz nobil dacă inițial atomii unici își împărtășesc o parte din electronii de valență cu alți atomi. În acest caz, se formează perechi de electroni comuni.

În funcție de gradul de partajare a electronilor, se pot distinge legături covalente, ionice și metalice.

Legătura covalentă

Legăturile covalente apar cel mai adesea între atomii elementelor nemetalice. Dacă atomii nemetalici care formează o legătură covalentă aparțin unor elemente chimice diferite, o astfel de legătură se numește legătură covalentă polară. Motivul acestui nume constă în faptul că atomii diferitelor elemente au, de asemenea, abilități diferite de a atrage o pereche de electroni comună. Evident, acest lucru duce la o deplasare a perechii de electroni comune către unul dintre atomi, în urma căreia se formează o sarcină negativă parțială pe aceasta. La rândul său, pe celălalt atom se formează o sarcină pozitivă parțială. De exemplu, într-o moleculă de clorură de hidrogen, perechea de electroni este deplasată de la atomul de hidrogen la atomul de clor:

Exemple de substanțe cu legături covalente polare:

CC14, H2S, CO2, NH3, Si02 etc.

O legătură covalentă nepolară se formează între atomii nemetalici ai aceluiași element chimic. Deoarece atomii sunt identici, capacitatea lor de a atrage electroni în comun este, de asemenea, aceeași. În acest sens, nu se observă nicio deplasare a perechii de electroni:

Mecanismul de mai sus pentru formarea unei legături covalente, când ambii atomi furnizează electroni pentru a forma perechi de electroni comune, se numește schimb.

Există și un mecanism donor-acceptator.

Când se formează o legătură covalentă prin mecanismul donor-acceptor, se formează o pereche de electroni comună datorită orbitalului plin al unui atom (cu doi electroni) și orbitalului gol al altui atom. Un atom care furnizează o pereche de electroni singuratică se numește donor, iar un atom cu un orbital liber este numit acceptor. Atomii care au electroni perechi, de exemplu N, O, P, S, acționează ca donatori de perechi de electroni.

De exemplu, conform mecanismului donor-acceptor, a patra legătură covalentă N-H se formează în cationul de amoniu NH4+:

Pe lângă polaritate, legăturile covalente se caracterizează și prin energie. Energia de legătură este energia minimă necesară pentru a rupe o legătură între atomi.

Energia de legare scade odată cu creșterea razelor atomilor legați. Deoarece știm că razele atomice cresc în jos subgrupe, putem, de exemplu, să concluzionam că puterea legăturii halogen-hidrogen crește în serie:

HI< HBr < HCl < HF

De asemenea, energia legăturii depinde de multiplicitatea sa - cu cât este mai mare multiplicitatea legăturilor, cu atât energia acesteia este mai mare. Multiplicitatea legăturilor se referă la numărul de perechi de electroni partajați între doi atomi.

Legătura ionică

O legătură ionică poate fi considerată un caz extrem al unei legături covalente polare. Dacă într-o legătură covalent-polară, perechea de electroni comună este parțial deplasată la unul dintre perechile de atomi, atunci într-o legătură ionică este aproape complet „dată” unuia dintre atomi. Atomul care donează electron(i) capătă o sarcină pozitivă și devine cation, iar atomul care a luat electroni din el capătă o sarcină negativă și devine anion.

Astfel, o legătură ionică este o legătură formată din cauza atracției electrostatice a cationilor către anioni.

Formarea acestui tip de legături este tipică în timpul interacțiunii atomilor de metale tipice și nemetale tipice.

De exemplu, fluorura de potasiu. Cationul de potasiu se formează prin îndepărtarea unui electron dintr-un atom neutru, iar ionul de fluor se formează prin adăugarea unui electron la atomul de fluor:

Între ionii rezultați apare o forță de atracție electrostatică, rezultând formarea unui compus ionic.

Când s-a format o legătură chimică, electronii din atomul de sodiu au trecut la atomul de clor și s-au format ioni încărcați opus, care au un nivel de energie extern complet.

S-a stabilit că electronii din atomul de metal nu sunt complet detașați, ci sunt doar deplasați către atomul de clor, ca într-o legătură covalentă.

Majoritatea compușilor binari care conțin atomi de metal sunt ionici. De exemplu, oxizi, halogenuri, sulfuri, nitruri.

Legătura ionică apare și între cationi simpli și anioni simpli (F −, Cl −, S 2-), precum și între cationi simpli și anioni complecși (NO 3 −, SO 4 2-, PO 4 3-, OH −). Prin urmare, compușii ionici includ săruri și baze (Na2SO4, Cu(NO3)2, (NH4)2SO4), Ca(OH)2, NaOH).

Conexiune metalica

Acest tip de legătură se formează în metale.

Atomii tuturor metalelor au electroni în stratul lor exterior de electroni care au o energie de legare scăzută cu nucleul atomului. Pentru majoritatea metalelor, procesul de pierdere a electronilor exteriori este favorabil din punct de vedere energetic.

Datorită unei astfel de interacțiuni slabe cu nucleul, acești electroni din metale sunt foarte mobili și următorul proces are loc continuu în fiecare cristal de metal:

M 0 - ne - = M n + , unde M 0 este un atom de metal neutru, iar M n + este un cation al aceluiași metal. Figura de mai jos oferă o ilustrare a proceselor care au loc.

Adică, electronii „buzează” peste un cristal de metal, detașându-se de un atom de metal, formând un cation din acesta, unindu-se altui cation, formând un atom neutru. Acest fenomen a fost numit „vânt de electroni”, iar colecția de electroni liberi dintr-un cristal al unui atom nemetal a fost numită „gaz de electroni”. Acest tip de interacțiune între atomii de metal se numește legătură metalică.

Legătura de hidrogen

Dacă un atom de hidrogen dintr-o substanță este legat de un element cu electronegativitate ridicată (azot, oxigen sau fluor), acea substanță este caracterizată de un fenomen numit legătură de hidrogen.

Deoarece un atom de hidrogen este legat de un atom electronegativ, pe atomul de hidrogen se formează o sarcină pozitivă parțială și pe atomul elementului electronegativ se formează o sarcină negativă parțială. În acest sens, atracția electrostatică devine posibilă între un atom de hidrogen parțial încărcat pozitiv al unei molecule și un atom electronegativ al alteia. De exemplu, se observă legături de hidrogen pentru moleculele de apă:

Legătura de hidrogen este cea care explică punctul de topire anormal de ridicat al apei. Pe lângă apă, se formează și legături puternice de hidrogen în substanțe precum fluorura de hidrogen, amoniacul, acizii care conțin oxigen, fenolii, alcoolii și aminele.

Între atomi dintr-un cristal metalic se formează o legătură metalică, rezultată din suprapunerea electronilor de valență. Deci, ce este acest tip de conexiune și în ce compuși este prezent?

Ce este o legătură metalică?

O legătură chimică metalică există într-un cristal metalic și în stare lichidă topit. Este format din elemente ai căror atomi la nivelul exterior au puțini electroni (1-3) față de numărul total de orbiti externi, apropiați energetic.

Orez. 1. Schema formării legăturilor metalice.

Datorită energiei lor scăzute de ionizare, electronii de valență sunt slab reținuți în atom. Astfel, atomul de sodiu are 9 orbitali liberi și apropiati energetic pentru un electron de valență (3S 1) (un 3s, trei 3p și cinci 3d).

Datorită valorii scăzute a energiei de ionizare, electronul de valență este slab ținut și se mișcă liber nu numai în cei 9 orbiti liberi ai săi, ci atunci când este strâns împachetat în cristal și în orbitalii liberi ai altor atomi, făcând o conexiune.

Legătura chimică este foarte delocalizată: electronii sunt împărțiți („gazul de electroni”) și se deplasează în întreaga bucată de metal, care este în general neutră din punct de vedere electric, între ionii încărcați pozitiv.

Mișcarea liberă a electronilor în întregul cristal explică nedirecționalitatea și nesaturarea legăturii, precum și proprietățile fizice ale metalelor precum plasticitatea, luciul, conductivitatea electrică și termică.

Orez. 2. Proprietăţile legăturilor chimice metalice.

Rețele cristaline caracteristice

Metalele formează aproape întotdeauna rețele foarte simetrice, cu atomi strâns împachetati. Există trei tipuri de rețele cristaline: