Химиялық байланыс түрлері

Пән: Химия
Жұмыс түрі: Реферат
Тегін: Антиплагиат
Көлемі: 13 бет
Таңдаулыға:

Жоспар:

1. Химиялық байланыс түрлері

2. Ионды байланыс

3. Ковалентті байланыс

4. Ковалентті полюссіз байланыс

5. Ковалентті полюсті байланыс

6. Металдық байланыс

7. Сутектік байланыс

8. Химиялық байланыстың беріктігі

9. Химиялық байланыс энергиясы

10. Байланыс энергиясы

11. Химиялық байланыстың негізгі типтері

12. Ковалентті байланыстың қанығуы

13. Ковалентті байланыстың бағытталуы

Химиялық байланыс - атомдардың бір-бірімен жай және күрделі заттар түзіп қосылатынын айтамыз. Онда әр түрлі химиялық байланыс түзіледі: ионды, ковалентті (полюсті және полюссіз), металдық және сутектік. Атомдар арасында ионды немесе ковалентті байланыстың қайсысы түзілетінін анықтайтын элемент атомдарының ең негізгі қасиеттерінің бірі - терісэлектрлік, яғни атомдардың қосылыстарда өзіне электрондарды тарту бейімділігі.

Терісэлектрліктің шартты сан мәнін салыстырмалы терісэлектрлік шкаласы береді.

Периодтарда элементтердің терісэлектрлігі жалпы өсу теңденциясы байқалады, ал топтарда - ол кемиді. Элементтерді терісэлектрлігі бойынша қатарға орналастырады, оның негізінде әр түрлі периодта болатын элементтердің терісэлектрлігін салыстыруға болады.

F > O > N > Cl > Br > S > P > C > H > Si > Al > Mq > Ca > Na > K > Cs

Химиялық байланыс түрлері қосылысатын элемент атомдарының терісэлектрлік шамаларының айырмасы қанша үлкен болатынына тәуелді. Байланыс түзуші элемент атомдарының терісэлектрлігінің айырмасы қанша үлкен болса, химиялық байланыс соғұрлым полюсті болады. Химиялық байланыс типтерінің арасында бірден бөліп, шек жүргізіп тастауға болмайды. Көптеген қосылыстарда химиялық байланыс түрлері аралық болады. Мысалы, күшті полюсті ковалентті химиялық байланыс ионды байланысқа жақын. Химиялық байланыс өз сипаты бойынша шекті жағдайдың қайсысына жақын болса, оны не ионды, не ковалентті полюсті байланысқа жатқызады.

Ионды байланыс. Ионды байланыс бір-бірімен терісэлектрлігі бойынша үлкен айырмашылығы бар атомдар әрекеттескенде түзіледі. Мысалы, нағыз металдар литий Li, натрий Na, калий K, кальций Ca, стронций Sr, барий Ba бейметалдармен негізінен галогендермен ионды байланыс түзеді. Бірақ сілтілік металдар оттегі және күкірт сияқты терісэлектрлік элементтермен өзара әрекеттескенде ионды байланыс бұл ұғымның толық мәнінде түзілмейтінін есте тұту керек.

Сілтілік металдар галогенидтерінен басқа ионды байланыс тағы да сілтілер мен тұздар сияқты қосылыстарда да түзіледі. Мысалы, натрий гидроксидінде NaOH және натрий сульфатында Na ₂ SO ₄ ионды байланыстар тек натрий мен оттегі атомдары арасында болады (басқа байланыстар - ковалентті полюсті) .

Міне сондықтан су ерітінділерінде сілті мен тұздар диссоциацияланады:

NaOH = Na + OH

Na ₂ SO ₄ = 2Na + SO ₄

Ковалентті байланыс. Ковалентті байланыс ортақ электрон жұбы түзілу арқылы іске асады.

Химиялық байланыстың түзілуін электртерістілік ұғымын қолданып түсіндіруге болады.

Электртерістіліктері бірдей элемент атомдарының арасында (Н ₂ , О ₂ , N ₂ , С1 ₂ ) байланыста болатын сутек молекуласының түзілу мысалында қарастырайык. Сутек атомының электрондық формуласы 1s ¹ . Сутектің электротерістілігі 2, 1. S-электрондарының электрон бұлттары сфера (шар) тәрізді, олардың өзара әсерлесуін былай көрсетуге болады:

Cонда s электрондарының бұлттары өзара қабысып, екі электрон екі ядроға да ортақ, олардан бірдей қашықтықта орналасады. Бірдей атомдардың арасындағы байланыс полюссіз ковалентті байланыс деп аталады. Электрон бұлттары қабысуы нәтижесінде энергия бөлініп, молекула түзіледі. Бұл энергия шамасы молекуладағы байланыс беріктілігін сипаттайды, олай болса молекула жеке атомдарға қарағанда тұрақты жүйе болғаны.

Полюссіз ковалентті байланыста байланыстырушы электрон жұбының бұлты ядролардан бірдей қашықтықта орналасады.

Молекулалардың құрылымдық формулаларында бір электрон жұбына бір сызықшаға ( - ) сейкес келеді. Сутек атомдарының валенттіліктері I, себебі валенттілік байланыс түзуге жұмсалған электрондар санымен анықталады. Сутегі молекуласындағы элементтердің тотығу дәрежелері нөлге тең, себебі атомдардың электртерістіліктері бірдей, электрондар жұптары екі элемент ядросынан бірдей қашықтықта орналасады.

Енді оттегі молекуласындағы байланыстың түзілуін қарастырайық.

Оттек атомының электрондық формуласы1s22s22p4, валенттілік электрондары2s22p4, электртерістілігі 3, 5.

Электронды-графикалық формуласын қарасақ, валенттілік электрондар саны 6, оның екеуі дара күйінде, міне, осы электрондар екінші оттек атомындағы дәл осындай электрондармен екі жұп түзеді, яғни байланыс саны екі. Енді әр атом ядросын 8 электроннан айналатын болады. Сөйтіп, бұл мысалдан да көретініміз молекула түзілгенде аяқталған 8 электронды қабаттың пайда болуы.

Оттек атомдарының тотығу дәрежелері нөлге тең, валенттіліктері ІІ-ге тең болады. Еселі байланыс дара байланысқа қарағанда беріктеу болады.

Электрондардың электрон бұлттарының формаларын қолданып байланыстың түзілуін көрсетсек:

α - байланыс дегеніміз электрон бұлттарының қабысу ауданы ядролардың қосылу сызығының бойында жатқанда түзілетін байланыс (а) . Ал π -байланыс - электрон бұлттарының қабысу ауданы ядроларды қосатын сызықтың екі жағында орналасқанда түзіледі (ә) .

Оттегі молекуласында атомдар бір-бірімен екі байланыспен байланысқан, оның бірі - α болса, екіншісінің - пи -байланыс екендігін байқайсыңдар.

Олай болса пи -байланыс, тек қайталанған байланыстарда болса, α -байланыс дара байланыс кезінде түзіледі.

Полюсті коваленттік байланыс дегеніміз байланыстырушы электрон жұбының бұлты электртерістігі басым элемент атомына қарай ығыса орналасқан байланыс.

Ковалентті полюссіз байланыс. Теріс электрліктері бірдей атомдар әрекеттескенде полюссіз байланыстары бар молекулалар түзіледі. Ондай байланыстар төмендегі жай заттар молекулаларында H, F, Cl, O, N болатынын еске түсірейік. Бұл газдарда химиялық байланыс ортақ электрондар жұптары арқылы түзіледі, яғни жақындасқанда байқалатын электронды ядролық әрекеттесуге байланысты сәйкес электрондық бұлттардың қаптасуынан болады.

Ковалентті полюссіз байланысы бар заттардың электрондық формуласын құрастыру тәртібін қарастырайық (азот N молекуласы мысалында) :

1. Азот атомының энергетикалық деңгейлері мен деңгейшелерінде электрондардың таралып орналасу схемасын жазамыз:

1s 2s 2p

2. Азот атомында үш жұптаспаған электрондарының бар екенін атап өтеміз, сондықтан молекуладағы азот атомдарының арасында үш байланыстырушы электрон жұбы түзіледі:

N . N

3. Азоттың әр атомының сыртқы энергетикалық деңгейінде қалған бөлінбеген электрон жұбын белгілейміз:

N . N

Заттардың электрондық формуласын құрастырғанда есте сақтайтын жағдай, ол әрбір ортақ электрон жұбы - сәйкес электрон бұлттарының қабаттасуы нәтижесінде пайда болатын электрон тығыздығының өскенін шартты белгілеу.

Ковалентті полюсті байланыс. Терісэлектрлік шамаларының аса көп айырмашылығы жоқ атомдар әрекеттескенде, терісэлектрлігі үлкенірек атомға ортақ электрон жұбының ығысуы байқалады. Сөйтіп ковалентті полюсті байланыс түзіледі. Бұл - ең кең тараған химиялық байланыс түрі, ол бейорганикалық та, органикалық та қосылыстарда кездеседі.

Ковалентті байланыстарға донорлы - акцепторлы механизммен түзілген байланыстар да жатады: гидроксоний және аммоний иондарындағы байланыстар.

Металдық байланыс. Салыстырмалы бос электрондардың металл иондарымен әрекеттесу нәтижесінде түзілетін байланысты металдық байланыс деп атайды. Бұл байланыс түрі жай заттар - металдарға тән.

металл атомдары

металл иондары

электрондар

Металдық тордағы металдық байланыс

Металдық байланыс түзілу процесінің мәні былай деп қарастырылды: металл атомдары валенттілік электрондарын оңай береді және оң зарядты иондарға айналады. Салыстырмалы бос жүрген электрондар атомнан ажырағаннан кейін металдардың оң иондары арасында қозғалыста болады. Олардың арасында металдық байланыс туады, яғни электрондар металдардың кристалдық торындағы оң иондарды цементтегендей болады.

Сутекті байланыс. Бір молекуладағы сутегі атомдарымен екінші молекуладағы терісэлектрлігі үлкен элемент атомдары (O, N, F) арасындағы байланысты сутекті байланыс дейді.

Мынадай сұрақ тууы мүмкін: не себептен тек сутегі осындай өзіне тән химиялық байланыс түзеді.

Бұл сутегі атомының радиусының өте кіші болуымен түсіндіріледі. Бұдан басқа, өзінің жалғыз электроны ығысқанда немесе толық беріп жібергенде сутегі салыстырмалы жоғары оң зарядқа ие болады, сол арқылы бір молекуладағы сутегі басқа молекулалар (HF, H O, NH ) құрамына кіретін бөлшекті теріс заряды бар терісэлектрлі элемент атомдарымен әрекеттеседі.

Кейбір мысалдарды қарастырайық. Әдетте біз судың құрамын H O химиялық формуласымен көрсетеміз. Бірақ ол өте дәл емес. Судың құрамын (H O) n формуласымен көрсету дұрысырақ болар еді, мұндағы n= 2, 3, 4 және т. т. Ол былай түсіндіріледі: судың жеке молекулалары өзара сутектік байланыс арқылы байланысады. Схема түрінде оны былай көрсетеміз:

Н Н . . . О . . . Н Н

О . . . Н Н . . . О

Сутекті байланысты нүктелермен белгілеу қабылданған. Ол ионды немесе ковалентті байланыстан әлдеқайда әлсіз; ал әдеттегі молекулааралық әсерлесуден күштірек.

Температураны төмендеткенде су көлемінің ұлғаюы сутектік байланыстың болуымен түсіндіріледі. Ол температура төмендегенде молекулалардың үлкеюіне байланысты, міне сондықтан олардың «қабаттасу» тығыздығы кемиді.

Органикалық химияны оқығанда мынадай да сұрақ туған: не себептен спирттердің қайнау температурасы сәйкес көмірсутектерден әлдеқайда жоғары? Оны спирт молекулаларының арасында да сутектік байланыстың түзілуімен түсіндіреді.

Схема түрінде оны былай көрсетеміз.

R O R

H O H

Спирттің қайнау температурасының жоғарылауы да олардың молекулаларының үлкейуі салдарынан болады.

Д. И. Менделеевтің спирттің суда еру процесін зерттегені сендерге белгілі. Ол мынадай қорытындыға келеді, ерігенде бір мезгілде физикалық та, химиялық та процестер жүреді, оны су молекулаларыныңи спирт молекулаларымен әсерлесуімен түсіндіреміз:

R O H R O . . . H

H O H H . . . O H

Сутектік байланыс көптеген басқа органикалық қосылыстарға тән (фенолдар, карбон қышқылдары және т. б. ) . Сутектік байланыстың болуымен белоктардың екінші құрылысы, ДНК-ның қос спиральді құрылысы, яғни комплементарлық құбылыстың түсіндірілетін сендерге органикалық химия курсынан және жалпы биологиядан белгілі.

Ковалентті байланыс ерекшеліктерін толығырақ қарастырамыз.

Ковалентті байланыстың негізгі өзіне тән қасиеттері - оныңэнергиясы, беріктігі, қанығуы және бағытталуы.

Ковалентті химиялық байланыстың беріктігі. Химияны оқу барысында сендер беріктігі әр түрлі болып келетін σ - және π - байланыстары туралы алғашқы ұғымдармен танысқансыңдар. Бұл сұрақты этилен мен ацетилен молекулаларының құрылысын және химиялық қасиеттерін оқығанда толық қарастырғансыңдар. Атомдар ядроларын байланыстыратын сызық бойында электрон бұлттары қаптасқан жағдайда ғана ең берік байланыс түзіледі. Электрон бұлттарының қаптасуының толықтығына байланысты σ - байланыстың беріктігі әр түрлі дәрежеде болатынын атап өткен жөн. Мынадай заңдылық байқалады:неғұрлым атомдар ядроларының арасында электрондық тығыздық үлкен болса, соғұрлым байланыс беріктеу.

Сонымен, химиялық байланыс беріктігі көбінесе мынаған:

электрон бұлттарының қаптасуы нәтижесінде қандай байланыс (σ - немесе π -) түзілгеніне; электрон бұлттарының қаптасуының толықтығына; қандай ковалентті байланыс - полюсті немесе полюссіз түзілуіне тәуелді. Химиялық байланыс энергиясы. Химиялық байланыстың негізгі сипаттаушысы оның беріктігін анықтайтын энергия болып табылады. Байланыс беріктігінің өлшемі, молекуланы жеке атомдарға дейін ыдыратып, яғни байланысты үзуге жұмсалған энергия мөлшері болып табылады.

Байланыс энергиясы деп байланысты үзу үшін қажет энергияны айтады. Байланыс энергиясын 1 моль затқа келетін килоджоульмен өлшеу қабылданған. Мысалы, 1 моль сутегінің байланыс энергиясы 435 кДж/моль. Байланыстың ыдырау процесін термохимиялық теңдеу түрінде былай көрсетуге болады:

Н - Н = 2Н - 435 к Дж / моль

Әлбетте, жеке атомдарда 1 моль сутегі түзілгенде, дәл осындай әнергия бөлінеді:

Н + Н = Н + 435 кДж / моль

Химиялық байланыстың негізгі типтері

Заттардың қалыпты жағдайдағы агрегаттық күйі

Келтірген реакциялардың термохимиялық теңдеулеріндегі энергияның сан мәні бір молекулаға емес, ол 1 моль затқа, яғни

6, 02 . 10 молекулаға қатысты екенін есте ұстау керек. Бір молекуладағы жеке байланыс энергиясын есептеу үшін килоджоульдің мольге қатысымен берілген энергияның сан мәнін Авогадро тұрақтысына бөлу қажет.

Сонымен, сутегінің бір молекуласындағы Н - Н байланысының энергиясын есептеу үшін 435 кДж/мольді 6, 02. 10 мольге - бөлу керек. Осыдан жеке молекулалардың байланыс жүзінде байланыс энергиясының сан мәні өте аз екені көрініп тұр, сондықтан іс жүзінде байланыс энергиясының сан мәнін бір молекулаға емес, 1 моль затқа қолданып пайдаланады.

Көпатомды молекуладағы байланыс энергиясын анықтағанда, мысалы метан СН молекуласында, ең алдымен барлық төрт байланыстың С - Н үзілу энергиясын анықтайды:

СН = С + 4Н - 1647 кДж/моль

Содан соң бір байланыстың үзілу энергиясының орташа мәнін есептейді: Ол: 1647: 4= 412 кДж / моль тең.

Бірақ әрбір жеке байланыстың энергиясының дәл мәні оның орташа мәнінен біршама өзгешелеу.

Бұл процестер жөніндегі білімді «байланыс энергиясы» ұғымын қолданып кеңітуге болады. Мысалы: енді сендер мына сұраққа жауап бере аласыңдар: не себептен кейбір химиялық реакциялар экзотермиялық, ал басқалары - эндотермиялық болады.

Бастапқы заттағы атомдар арасындағы байланыс энергияларының қосынды мәні аз, сондықтан реакция нәтижесінде түзілетін заттағыдан байланыстары әлсізірек реакциялар экзотермиялық реакцияға жатады. Осы тұрғыдан бізге белгілі метан мен хлор арасында жүретін экзотермиялық орынбасу реакциясын қарастырайық:

Н Н

Н - С - Н + Cl - Cl = H - C - Cl + H - Cl

H H

Реакция барысында С - Н пен Cl - Cl байланысының энергиясын сәйкес анықмалықтан табуға болады (ол 242 кДж/моль-ға тең) . Сонымен бастапқы заттағы С - Н және Cl - Cl байланыстарын үзуге жұмсалатын жалпы энергия, 412кДж + 242 кДж = 654 кДж болады.

Реакция нәтижесінде екі жаңа байланыс түзіледі. С - Сl (оның энергиясы 328 кДж/моль) және Н - Cl (байланыс 426 кДЖ/моль-ға тең) . Бұл байланыстардың энергияларының сан мәнін қосса, мына шама шығады:

328 кДж + 426 кДж = 754 кДж

Сонымен, бастапқы заттағы байланыстарды үзуге 654 кДж энергия жұмсалды, ал жаңа байланыстар түзілгенде 754 кДж бөлінді. Ендеше, ұтқан энергиямыз 100 кДж/754 кДж - 654 кДж/болады. Бұдан хлорметанның СН Сl түзілу реакциясының термохимиялық теңдеуін былай жазады:

СН + Сl = CH Cl + HCl + 100кДж

... жалғасы

Сіз бұл жұмысты біздің қосымшамыз арқылы толығымен тегін көре аласыз.