พันธะเคมีโควาเลนต์เกิดขึ้นระหว่างอะตอมที่มีค่าอิเลคโตรเนกาติวีตี้ใกล้เคียงกันหรือเท่ากัน สมมติว่าคลอรีนและไฮโดรเจนมีแนวโน้มที่จะดึงอิเล็กตรอนออกไปและรับโครงสร้างของก๊าซมีตระกูลที่ใกล้ที่สุด ซึ่งหมายความว่าทั้งคู่จะไม่ให้อิเล็กตรอนแก่อีกฝ่ายหนึ่ง พวกเขายังคงเชื่อมต่อกันอย่างไร? ง่ายมาก - พวกมันแบ่งปันกัน เกิดคู่อิเล็กตรอนทั่วไปขึ้นมา

ตอนนี้เรามาดูคุณสมบัติเฉพาะของพันธะโควาเลนต์กัน

โมเลกุลของสารประกอบโควาเลนต์ต่างจากสารประกอบไอออนิกตรงที่โมเลกุลของสารประกอบโควาเลนต์ถูกยึดเข้าด้วยกันโดย "แรงระหว่างโมเลกุล" ซึ่งอ่อนกว่าพันธะเคมีมาก ในเรื่องนี้มีลักษณะเฉพาะของพันธะโควาเลนต์ ความอิ่มตัว– การสร้างการเชื่อมต่อในจำนวนจำกัด

เป็นที่ทราบกันดีว่าวงโคจรของอะตอมนั้นถูกวางตัวในอวกาศในลักษณะใดลักษณะหนึ่ง ดังนั้นเมื่อเกิดพันธะขึ้น การทับซ้อนกันของเมฆอิเล็กตรอนจึงเกิดขึ้นในทิศทางที่แน่นอน เหล่านั้น. คุณสมบัติของพันธะโควาเลนต์ดังกล่าวได้รับการยอมรับว่าเป็น ทิศทาง.

หากพันธะโควาเลนต์ในโมเลกุลเกิดขึ้นจากอะตอมที่เหมือนกันหรืออะตอมที่มีอิเล็กโตรเนกาติวีตี้เท่ากัน พันธะดังกล่าวจะไม่มีขั้ว นั่นคือความหนาแน่นของอิเล็กตรอนจะถูกกระจายแบบสมมาตร มันเรียกว่า พันธะโควาเลนต์ไม่มีขั้ว ( H2, Cl2, O2 ). พันธบัตรอาจเป็นแบบเดี่ยว สอง หรือสามก็ได้

หากอิเลคโตรเนกาติวีตี้ของอะตอมแตกต่างกัน เมื่อรวมกันแล้ว ความหนาแน่นของอิเล็กตรอนจะมีการกระจายไม่สม่ำเสมอระหว่างอะตอมและรูปแบบ พันธะขั้วโลกโควาเลนต์(HCl, H 2 O, CO) ซึ่งความหลากหลายอาจแตกต่างกันได้เช่นกัน เมื่อพันธะประเภทนี้เกิดขึ้น อะตอมที่มีอิเลคโตรเนกาติวีตีมากขึ้นจะได้รับประจุลบบางส่วน และอะตอมที่มีอิเล็กโตรเนกาติวีตี้น้อยกว่าจะได้รับประจุบวกบางส่วน (δ- และ δ+) ไดโพลไฟฟ้าถูกสร้างขึ้นโดยมีประจุของเครื่องหมายตรงข้ามอยู่ห่างจากกัน โมเมนต์ไดโพลถูกใช้เป็นการวัดขั้วของพันธะ:

ขั้วของการเชื่อมต่อจะเด่นชัดมากขึ้น โมเมนต์ไดโพลก็จะยิ่งมากขึ้นเท่านั้น โมเลกุลจะไม่มีขั้วถ้าโมเมนต์ไดโพลเป็นศูนย์

จากคุณสมบัติข้างต้น เราสามารถสรุปได้ว่าสารประกอบโควาเลนต์มีความผันผวนและมีจุดหลอมเหลวและจุดเดือดต่ำ กระแสไฟฟ้าไม่สามารถผ่านการเชื่อมต่อเหล่านี้ได้ จึงเป็นตัวนำที่ไม่ดีและเป็นฉนวนที่ดี เมื่อใช้ความร้อน สารประกอบหลายชนิดที่มีพันธะโควาเลนต์จะลุกไหม้ ส่วนใหญ่เป็นไฮโดรคาร์บอน เช่นเดียวกับออกไซด์ ซัลไฟด์ เฮไลด์ของอโลหะ และโลหะทรานซิชัน

หมวดหมู่,

ไม่มีทฤษฎีที่เป็นเอกภาพเกี่ยวกับพันธะเคมี พันธะเคมีแบ่งออกเป็นโควาเลนต์ (พันธะสากล) ไอออนิก (กรณีพิเศษของพันธะโควาเลนต์) โลหะและไฮโดรเจน

พันธะโควาเลนต์

การก่อตัวของพันธะโควาเลนต์เกิดขึ้นได้ด้วยกลไก 3 ประการ ได้แก่ การแลกเปลี่ยน ผู้บริจาค-ผู้รับ และการกำหนด (ลิวอิส)

ตาม กลไกการเผาผลาญการก่อตัวของพันธะโควาเลนต์เกิดขึ้นเนื่องจากการแบ่งปันคู่อิเล็กตรอนร่วมกัน ในกรณีนี้ แต่ละอะตอมมีแนวโน้มที่จะได้รับเปลือกก๊าซเฉื่อย กล่าวคือ รับระดับพลังงานภายนอกที่สมบูรณ์ การก่อตัวของพันธะเคมีตามประเภทของการแลกเปลี่ยนนั้นแสดงโดยใช้สูตรของ Lewis ซึ่งแต่ละเวเลนซ์อิเล็กตรอนของอะตอมจะแสดงด้วยจุด (รูปที่ 1)

ข้าว. 1 การก่อตัวของพันธะโควาเลนต์ในโมเลกุล HCl โดยกลไกการแลกเปลี่ยน

ด้วยการพัฒนาทฤษฎีโครงสร้างอะตอมและกลศาสตร์ควอนตัม การก่อตัวของพันธะโควาเลนต์จะแสดงเป็นการทับซ้อนของออร์บิทัลอิเล็กทรอนิกส์ (รูปที่ 2)

ข้าว. 2. การก่อตัวของพันธะโควาเลนต์เนื่องจากการทับซ้อนกันของเมฆอิเล็กตรอน

ยิ่งวงโคจรของอะตอมทับซ้อนกันมากเท่าใด พันธะก็จะยิ่งแข็งแรงขึ้น ความยาวพันธะก็จะสั้นลง และพลังงานของพันธะก็จะยิ่งมากขึ้นเท่านั้น พันธะโควาเลนต์สามารถเกิดขึ้นได้โดยการทับซ้อนกันของวงโคจรที่แตกต่างกัน อันเป็นผลมาจากการทับซ้อนกันของ s-s, s-p orbitals เช่นเดียวกับ d-d, p-p, d-p orbitals ที่มีกลีบด้านข้างทำให้เกิดพันธะเกิดขึ้น พันธะเกิดขึ้นตั้งฉากกับเส้นที่เชื่อมนิวเคลียสของ 2 อะตอม พันธะหนึ่งและหนึ่งสามารถสร้างพันธะโควาเลนต์พหุคูณ (สองเท่า) ซึ่งเป็นลักษณะของสารอินทรีย์ในประเภทอัลคีน อัลคาเดียน ฯลฯ พันธะหนึ่งและสองก่อให้เกิดพันธะโควาเลนต์พหุคูณ (สาม) ซึ่งเป็นลักษณะของสารอินทรีย์ในประเภทเดียวกัน ของอัลไคน์ (อะเซทิลีน)

การเกิดพันธะโคเวเลนต์โดย กลไกการรับผู้บริจาคลองดูตัวอย่างแอมโมเนียมไอออนบวก:

NH 3 + H + = NH 4 +

7 N 1s 2 2s 2 2p 3

อะตอมไนโตรเจนมีอิเล็กตรอนคู่อิสระหนึ่งคู่ (อิเล็กตรอนไม่เกี่ยวข้องกับการก่อตัวของพันธะเคมีภายในโมเลกุล) และไฮโดรเจนไอออนบวกมีวงโคจรอิสระ ดังนั้นจึงเป็นผู้บริจาคและผู้รับอิเล็กตรอนตามลำดับ

ให้เราพิจารณากลไกการเกิดพันธะโควาเลนต์โดยใช้ตัวอย่างโมเลกุลของคลอรีน

17 Cl 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 5

อะตอมของคลอรีนมีทั้งอิเล็กตรอนคู่โดดเดี่ยวและออร์บิทัลว่าง ดังนั้นจึงสามารถแสดงคุณสมบัติของทั้งผู้บริจาคและผู้รับ ดังนั้นเมื่อโมเลกุลของคลอรีนเกิดขึ้น อะตอมของคลอรีนหนึ่งจะทำหน้าที่เป็นผู้บริจาคและอีกอะตอมหนึ่งจะทำหน้าที่เป็นตัวรับ

หลัก ลักษณะของพันธะโควาเลนต์คือ: ความอิ่มตัว (พันธะอิ่มตัวเกิดขึ้นเมื่ออะตอมยึดอิเล็กตรอนเข้ากับตัวเองมากที่สุดเท่าที่ความสามารถเวเลนซ์ของมันอนุญาต พันธะไม่อิ่มตัวเกิดขึ้นเมื่อจำนวนอิเล็กตรอนที่เกาะติดน้อยกว่าความสามารถของเวเลนซ์ของอะตอม) ทิศทาง (ค่านี้เกี่ยวข้องกับเรขาคณิตของโมเลกุลและแนวคิดของ "มุมพันธะ" - มุมระหว่างพันธะ)

พันธะไอออนิก

ไม่มีสารประกอบที่มีพันธะไอออนิกบริสุทธิ์ แม้ว่าสิ่งนี้จะเข้าใจได้ว่าเป็นสถานะพันธะเคมีของอะตอม โดยสภาพแวดล้อมทางอิเล็กทรอนิกส์ที่เสถียรของอะตอมจะถูกสร้างขึ้นเมื่อความหนาแน่นของอิเล็กตรอนทั้งหมดถูกถ่ายโอนไปยังอะตอมของธาตุที่มีอิเล็กโตรเนกาติตีมากกว่าอย่างสมบูรณ์ พันธะไอออนิกเกิดขึ้นได้เฉพาะระหว่างอะตอมขององค์ประกอบอิเลคโตรเนกาติตีและอิเล็กโตรบวกซึ่งอยู่ในสถานะของไอออนที่มีประจุตรงข้าม - แคตไอออนและแอนไอออน

คำนิยาม

ไอออนเป็นอนุภาคที่มีประจุไฟฟ้าซึ่งเกิดจากการเอาออกหรือเติมอิเล็กตรอนเข้ากับอะตอม

เมื่อถ่ายโอนอิเล็กตรอน อะตอมของโลหะและอโลหะมีแนวโน้มที่จะสร้างโครงสร้างเปลือกอิเล็กตรอนที่เสถียรรอบนิวเคลียสของพวกมัน อะตอมที่ไม่ใช่โลหะจะสร้างเปลือกของก๊าซเฉื่อยต่อมารอบๆ แกนของมัน และอะตอมของโลหะจะสร้างเปลือกของก๊าซเฉื่อยก่อนหน้านี้ (รูปที่ 3)

ข้าว. 3. การก่อตัวของพันธะไอออนิกโดยใช้ตัวอย่างโมเลกุลโซเดียมคลอไรด์

โมเลกุลที่มีพันธะไอออนิกอยู่ในรูปบริสุทธิ์จะพบได้ในสถานะไอของสาร พันธะไอออนิกมีความแข็งแรงมาก ดังนั้นสารที่มีพันธะนี้มีจุดหลอมเหลวสูง พันธะไอออนิกไม่เหมือนกับพันธะโควาเลนต์ตรงที่ไม่มีทิศทางและความอิ่มตัว เนื่องจากสนามไฟฟ้าที่สร้างโดยไอออนจะทำหน้าที่เท่ากันกับไอออนทั้งหมดเนื่องจากความสมมาตรของทรงกลม

การเชื่อมต่อโลหะ

พันธะโลหะเกิดขึ้นได้ในโลหะเท่านั้น - นี่คือปฏิกิริยาที่เก็บอะตอมของโลหะไว้ในตาข่ายเดียว มีเพียงเวเลนซ์อิเล็กตรอนของอะตอมโลหะที่อยู่ในปริมาตรทั้งหมดเท่านั้นที่มีส่วนร่วมในการก่อตัวของพันธะ ในโลหะ อิเล็กตรอนจะถูกดึงออกจากอะตอมอย่างต่อเนื่องและเคลื่อนที่ไปทั่วทั้งมวลของโลหะ อะตอมของโลหะที่ปราศจากอิเล็กตรอนจะกลายเป็นไอออนที่มีประจุบวก ซึ่งมีแนวโน้มที่จะรับอิเล็กตรอนที่กำลังเคลื่อนที่ กระบวนการต่อเนื่องนี้ก่อให้เกิดสิ่งที่เรียกว่า "ก๊าซอิเล็กตรอน" ภายในโลหะ ซึ่งยึดอะตอมของโลหะทั้งหมดเข้าด้วยกันอย่างแน่นหนา (รูปที่ 4)

พันธะโลหะมีความแข็งแรง ดังนั้นโลหะจึงมีจุดหลอมเหลวสูง และการมีอยู่ของ “ก๊าซอิเล็กตรอน” ทำให้โลหะมีความอ่อนตัวและความเหนียวได้

พันธะไฮโดรเจน

พันธะไฮโดรเจนเป็นปฏิกิริยาระหว่างโมเลกุลที่จำเพาะเพราะว่า การเกิดขึ้นและความแข็งแกร่งของมันขึ้นอยู่กับลักษณะทางเคมีของสาร มันถูกสร้างขึ้นระหว่างโมเลกุลที่อะตอมไฮโดรเจนถูกพันธะกับอะตอมที่มีค่าอิเล็กโตรเนกาติวีตี้สูง (O, N, S) การเกิดขึ้นของพันธะไฮโดรเจนขึ้นอยู่กับเหตุผลสองประการ ประการแรก อะตอมไฮโดรเจนที่เกี่ยวข้องกับอะตอมของอิเล็กโทรเนกาติตีไม่มีอิเล็กตรอนและสามารถรวมตัวเข้ากับเมฆอิเล็กตรอนของอะตอมอื่นได้อย่างง่ายดาย และประการที่สอง มีเวเลนซ์ s-orbital อะตอมไฮโดรเจนสามารถรับอิเล็กตรอนคู่เดียวของอะตอมอิเลคโตรเนกาติตีและสร้างพันธะกับมันผ่านกลไกผู้บริจาคและตัวรับ

พันธะเคมีมีสี่ประเภทหลัก:

1. พันธะโควาเลนต์ดำเนินการโดยคู่อิเล็กตรอนทั่วไปมันถูกสร้างขึ้นใน อันเป็นผลมาจากการทับซ้อนกันของเมฆอิเล็กตรอน (ออร์บิทัล) ของอะตอมอโลหะยิ่งเมฆอิเล็กตรอนซ้อนทับกันมากเท่าใด พันธะเคมีก็จะยิ่งแข็งแกร่งขึ้นเท่านั้น พันธะโควาเลนต์อาจเป็นแบบมีขั้วหรือไม่มีขั้วก็ได้ โควาเลนต์ไม่มีขั้วการเชื่อมต่อเกิดขึ้นระหว่างอะตอมประเภทเดียวกันซึ่งมีอิเล็กโตรเนกาติวีตี้เท่ากัน (อิเล็กโตรเนกาติวีตี้เป็นคุณสมบัติของอะตอมในการดึงดูดอิเล็กตรอนเข้ามาหาตัวเอง) ตัวอย่างเช่น การก่อตัวของโมเลกุลไฮโดรเจนสามารถแสดงได้ด้วยแผนภาพ:

ชม . + . เอช = เอช ( : ) ฮ ฮ 2

หรือเอช . + . เอช = เอช – เอช

โมเลกุล O 2, Cl 2, N 2, F 2 ฯลฯ ถูกสร้างขึ้นในลักษณะเดียวกัน

พันธะโควาเลนต์แบบไม่มีขั้วมีความสมมาตร เมฆอิเล็กตรอนที่เกิดจากคู่อิเล็กตรอนร่วม (ใช้ร่วมกัน) มีอะตอมสองอะตอมเท่ากัน

ขั้วโลกโควาเลนต์การเชื่อมต่อเกิดขึ้นระหว่างอะตอมซึ่งอิเล็กโตรเนกาติวีตี้ต่างกันแต่เพียงเล็กน้อยเท่านั้น ในกรณีนี้ คู่อิเล็กตรอนที่ใช้ร่วมกันจะเลื่อนไปยังองค์ประกอบที่มีอิเล็กโตรเนกาติตีมากกว่า ตัวอย่างเช่น เมื่อโมเลกุลไฮโดรเจนคลอไรด์เกิดขึ้น เมฆอิเล็กตรอนของพันธะจะเลื่อนไปทางอะตอมของคลอรีน เนื่องจากการกระจัดนี้ อะตอมของคลอรีนจึงมีประจุลบบางส่วน และอะตอมไฮโดรเจนได้รับประจุบวกบางส่วน และโมเลกุลที่ได้จึงมีขั้ว

H + Cl = H Cl H → Cl HCl

โมเลกุลของ HBr, HI, HF, H 2 O, CH 4 ฯลฯ ถูกสร้างขึ้นในทำนองเดียวกัน

พันธะโควาเลนต์มี เดี่ยว(ดำเนินการโดยคู่อิเล็กตรอนร่วมหนึ่งคู่) สองเท่า(ดำเนินการโดยคู่อิเล็กตรอนทั่วไปสองคู่) สามเท่า(ดำเนินการโดยคู่อิเล็กตรอนทั่วไปสามคู่) ตัวอย่างเช่น ในอีเทนพันธะทั้งหมดเป็นพันธะเดี่ยว ในเอทิลีนมีพันธะคู่ และในอะเซทิลีนมีพันธะสาม

อีเทน: CH 3 –CH 3 เอทิลีน: CH 2 = CH 2 อะเซทิลีน: CH ≡ CH

2. พันธะไอออนิกเกิดขึ้นในสารประกอบที่เกิดจากอะตอมของธาตุที่แตกต่างกันอย่างมากในด้านอิเลคโตรเนกาติวีตี้ กล่าวคือ มีคุณสมบัติตรงกันข้ามกันอย่างมาก (อะตอมของโลหะและอโลหะ) ไอออนคืออนุภาคที่มีประจุซึ่งอะตอมจะกลายเป็นผลจากการสูญเสียหรือได้รับอิเล็กตรอน

พันธะไอออนิกเกิดขึ้นเนื่องจากการดึงดูดไฟฟ้าสถิตของไอออนที่มีประจุตรงข้ามกันตัวอย่างเช่น อะตอมโซเดียมที่ยอมสละอิเล็กตรอนไปจะกลายเป็นไอออนที่มีประจุบวก และอะตอมของคลอรีนเมื่อรับอิเล็กตรอนตัวนี้ จะกลายเป็นไอออนที่มีประจุลบ เนื่องจากแรงดึงดูดทางไฟฟ้าสถิตระหว่างไอออนของโซเดียมและคลอรีน พันธะไอออนิกจึงเกิดขึ้น:

นา + แคล นา + + แคล – นา + แคล –

โมเลกุลของโซเดียมคลอไรด์มีอยู่ในสถานะไอเท่านั้น ในสถานะของแข็ง (ผลึก) สารประกอบไอออนิกประกอบด้วยไอออนบวกและไอออนลบที่จัดเรียงอยู่เป็นประจำ ในกรณีนี้ไม่มีโมเลกุล

พันธะไอออนิกถือได้ว่าเป็นกรณีที่รุนแรงของพันธะโควาเลนต์

3. การเชื่อมต่อโลหะมีอยู่ในโลหะและโลหะผสม- เกิดขึ้นเนื่องจากการดึงดูดระหว่างไอออนของโลหะและอิเล็กตรอนที่ใช้ร่วมกัน (นี่คือเวเลนซ์อิเล็กตรอนที่ออกจากวงโคจรของพวกมันและเคลื่อนที่ไปทั่วชิ้นส่วนโลหะระหว่างไอออน - "ก๊าซอิเล็กตรอน")

4. พันธะไฮโดรเจนเป็นพันธะชนิดหนึ่งที่เกิดขึ้นระหว่างอะตอมไฮโดรเจนของโมเลกุลหนึ่งซึ่งมีประจุบวกบางส่วนกับอะตอมอิเล็กโทรเนกาติวิตีของอีกโมเลกุลหนึ่งหรือโมเลกุลเดียวกัน พันธะไฮโดรเจนอาจเป็นแบบระหว่างโมเลกุลหรือภายในโมเลกุล HF…HF…HF ระบุด้วยจุด อ่อนแอกว่าโควาเลนต์

บทความนี้พูดถึงพันธะโควาเลนต์ไม่มีขั้วคืออะไร มีการอธิบายคุณสมบัติและประเภทของอะตอมที่ก่อตัว แสดงตำแหน่งของพันธะโควาเลนต์ท่ามกลางสารประกอบอะตอมประเภทอื่นๆ

ฟิสิกส์หรือเคมี?

มีปรากฏการณ์ดังกล่าวในสังคม: ส่วนหนึ่งของกลุ่มที่เป็นเนื้อเดียวกันถือว่าอีกกลุ่มหนึ่งฉลาดน้อยกว่าและเงอะงะมากกว่า ตัวอย่างเช่น ชาวอังกฤษหัวเราะเยาะชาวไอริช นักดนตรีที่เล่นเครื่องสายหัวเราะเยาะนักเชลโล และชาวรัสเซียหัวเราะเยาะตัวแทนของกลุ่มชาติพันธุ์ชุคชี น่าเสียดายที่วิทยาศาสตร์ก็ไม่มีข้อยกเว้น นักฟิสิกส์ถือว่านักเคมีเป็นนักวิทยาศาสตร์ชั้นสอง อย่างไรก็ตาม พวกเขาทำสิ่งนี้โดยเปล่าประโยชน์ บางครั้งมันก็ยากมากที่จะแยกว่าอะไรคือฟิสิกส์และอะไรคือเคมี ตัวอย่างนี้จะเป็นวิธีการรวมอะตอมในสาร (เช่น พันธะโควาเลนต์ไม่มีขั้ว) โครงสร้างของอะตอมเป็นฟิสิกส์ที่ชัดเจน การผลิตเหล็กซัลไฟด์จากเหล็กและซัลเฟอร์ที่มีคุณสมบัติแตกต่างจากทั้ง Fe และ S คือ เคมีแน่นอน แต่นี่คือวิธีที่จะได้สารประกอบที่เป็นเนื้อเดียวกันจากอะตอมที่ต่างกันสองอะตอม - ไม่ใช่อย่างใดอย่างหนึ่ง มันอยู่ระหว่างนั้น แต่เดิมแล้ววิทยาศาสตร์เกี่ยวกับพันธะได้รับการศึกษาว่าเป็นสาขาหนึ่งของเคมี

ระดับอิเล็กทรอนิกส์

จำนวนและการจัดเรียงอิเล็กตรอนในอะตอมถูกกำหนดโดยตัวเลขควอนตัมสี่ตัว ได้แก่ เงินต้น ออร์บิทัล แม่เหล็ก และสปิน จากผลรวมของตัวเลขทั้งหมดนี้ มีเอสอิเล็กตรอนเพียงสองตัวในออร์บิทัลแรก เอสอิเล็กตรอนสองตัว และพีอิเล็กตรอนหกตัวในวงที่สอง และอื่นๆ เมื่อประจุของนิวเคลียสเพิ่มขึ้น จำนวนอิเล็กตรอนก็เพิ่มขึ้นเช่นกัน ซึ่งเติมเต็มระดับต่างๆ มากขึ้นเรื่อยๆ คุณสมบัติทางเคมีของสารนั้นพิจารณาจากจำนวนอิเล็กตรอนและชนิดของอิเล็กตรอนที่อยู่ในเปลือกอะตอมของมัน พันธะโควาเลนต์แบบมีขั้วและไม่มีขั้วจะเกิดขึ้นหากมีอิเล็กตรอนอิสระ 1 ตัวอยู่ในวงโคจรด้านนอกของอะตอม 2 อะตอม

การก่อตัวของพันธะโควาเลนต์

อันดับแรก ควรสังเกตว่าการพูดว่า "วงโคจร" และ "ตำแหน่ง" ไม่ถูกต้องเมื่อเทียบกับอิเล็กตรอนในเปลือกอิเล็กตรอนของอะตอม ตามหลักการของไฮเซนเบิร์ก ไม่สามารถระบุตำแหน่งที่แน่นอนของอนุภาคมูลฐานได้ ในกรณีนี้ มันจะถูกต้องมากกว่าถ้าพูดถึงเมฆอิเล็กตรอนราวกับว่า "เปื้อน" รอบนิวเคลียสในระยะห่างที่กำหนด ดังนั้น หากอะตอมสองอะตอม (บางครั้งก็เหมือนกัน บางครั้งองค์ประกอบทางเคมีต่างกัน) ต่างก็มีอิเล็กตรอนอิสระหนึ่งตัว พวกมันก็สามารถรวมพวกมันเข้าด้วยกันเป็นวงโคจรร่วมได้ ดังนั้นอิเล็กตรอนทั้งสองจึงอยู่ในอะตอมสองอะตอมพร้อมกัน ด้วยวิธีนี้ พันธะโควาเลนต์ไม่มีขั้วจึงเกิดขึ้น

คุณสมบัติของพันธะโควาเลนต์

พันธะโควาเลนต์มีคุณสมบัติสี่ประการ: ทิศทาง, ความอิ่มตัว, ขั้วและความสามารถในการโพลาไรซ์ คุณสมบัติทางเคมีของสารที่ได้จะเปลี่ยนไปขึ้นอยู่กับคุณภาพ: ความอิ่มตัวจะแสดงจำนวนพันธะที่อะตอมนี้สามารถสร้างได้ ทิศทางแสดงมุมระหว่างพันธะ ความสามารถในการโพลาไรซ์ถูกกำหนดโดยการเปลี่ยนแปลงความหนาแน่นไปทางผู้เข้าร่วมพันธะคนใดคนหนึ่ง ภาวะขั้วมีความเกี่ยวข้องกับแนวคิดเช่นอิเลคโตรเนกาติวีตี้ และบ่งชี้ว่าพันธะโควาเลนต์ไม่มีขั้วแตกต่างจากพันธะขั้วอย่างไร โดยทั่วไป อิเลคโตรเนกาติวีตี้ของอะตอมคือความสามารถในการดึงดูด (หรือขับไล่) อิเล็กตรอนจากเพื่อนบ้านในโมเลกุลที่เสถียร ตัวอย่างเช่น องค์ประกอบทางเคมีที่มีอิเล็กโทรเนกาติวีตมากที่สุด ได้แก่ ออกซิเจน ไนโตรเจน ฟลูออรีน และคลอรีน หากอิเล็กโทรเนกาติวีตี้ของอะตอมที่ต่างกันสองอะตอมเท่ากัน พันธะโควาเลนต์ไม่มีขั้วจะปรากฏขึ้น สิ่งนี้มักเกิดขึ้นหากอะตอมสองอะตอมของสารเคมีชนิดเดียวกันรวมกันเป็นโมเลกุลเช่น H 2, N 2, Cl 2 แต่ไม่จำเป็นต้องเป็นเช่นนั้นเสมอไป ในโมเลกุลของ PH 3 พันธะโควาเลนต์ก็ไม่มีขั้วเช่นกัน

น้ำ คริสตัล พลาสมา

พันธะในธรรมชาติมีหลายประเภท: ไฮโดรเจน โลหะ โควาเลนต์ (มีขั้ว ไม่มีขั้ว) ไอออนิก พันธะถูกกำหนดโดยโครงสร้างของเปลือกอิเล็กตรอนที่ไม่ได้บรรจุและกำหนดทั้งโครงสร้างและคุณสมบัติของสาร ตามชื่อ พันธะโลหะจะพบได้ในผลึกของสารเคมีบางชนิดเท่านั้น เป็นประเภทของการเชื่อมต่อระหว่างอะตอมของโลหะที่กำหนดความสามารถในการนำกระแสไฟฟ้า อันที่จริงอารยธรรมสมัยใหม่ถูกสร้างขึ้นบนทรัพย์สินแห่งนี้ น้ำ ซึ่งเป็นสารที่สำคัญที่สุดสำหรับมนุษย์ เป็นผลมาจากพันธะโควาเลนต์ระหว่างออกซิเจน 1 อะตอมกับไฮโดรเจน 2 อะตอม มุมระหว่างจุดเชื่อมต่อทั้งสองนี้จะกำหนดคุณสมบัติเฉพาะของน้ำ สารหลายชนิดนอกเหนือจากน้ำมีคุณสมบัติที่เป็นประโยชน์เพียงเพราะว่าอะตอมของพวกมันเชื่อมโยงกันด้วยพันธะโควาเลนต์ (มีขั้วและไม่มีขั้ว) พันธะไอออนิกมักมีอยู่ในผลึก สิ่งบ่งชี้ที่สำคัญที่สุดคือคุณสมบัติที่มีประโยชน์ของเลเซอร์ ปัจจุบันมีรูปแบบที่แตกต่างกัน: ด้วยของไหลทำงานในรูปของก๊าซ ของเหลว แม้กระทั่งสีย้อมอินทรีย์ แต่เลเซอร์โซลิดสเตตยังคงมีอัตราส่วนกำลัง ขนาด และต้นทุนที่เหมาะสมที่สุด อย่างไรก็ตาม พันธะเคมีโควาเลนต์ไม่มีขั้ว เช่นเดียวกับปฏิกิริยาประเภทอื่นๆ ของอะตอมในโมเลกุล มีอยู่ในสสารในสถานะการรวมตัวสามสถานะ: ของแข็ง ของเหลว และก๊าซ สำหรับสถานะรวมที่สี่ของสสาร พลาสมา มันไม่มีเหตุผลที่จะพูดถึงการเชื่อมต่อ ในความเป็นจริงมันเป็นก๊าซให้ความร้อนที่มีไอออนไนซ์สูง อย่างไรก็ตาม โมเลกุลของสารที่เป็นของแข็งภายใต้สภาวะปกติ เช่น โลหะ ฮาโลเจน ฯลฯ สามารถอยู่ในสถานะพลาสมาได้ เป็นที่น่าสังเกตว่าสถานะรวมของสสารนี้ครอบครองปริมาตรที่ใหญ่ที่สุดของจักรวาล: ดวงดาว เนบิวลา แม้แต่อวกาศระหว่างดวงดาวล้วนเป็นส่วนผสมของพลาสมาประเภทต่างๆ อนุภาคที่เล็กที่สุดที่สามารถเจาะแผงโซลาร์เซลล์ของดาวเทียมสื่อสารและทำให้ระบบ GPS ไม่ทำงานได้คือพลาสมาอุณหภูมิต่ำที่เต็มไปด้วยฝุ่น ดังนั้นโลกที่ผู้คนคุ้นเคยซึ่งเป็นสิ่งสำคัญที่ต้องรู้ประเภทของพันธะเคมีของสสารจึงเป็นตัวแทนของจักรวาลส่วนเล็ก ๆ รอบตัวเรา

ข้าว. 2.1.การก่อตัวของโมเลกุลจากอะตอมจะตามมาด้วย การกระจายตัวของอิเล็กตรอนของเวเลนซ์ออร์บิทัลและนำไปสู่ ได้รับพลังงานเนื่องจากพลังงานของโมเลกุลจะน้อยกว่าพลังงานของอะตอมที่ไม่มีปฏิกิริยากัน รูปนี้แสดงแผนภาพการก่อตัวของพันธะเคมีโควาเลนต์ที่ไม่มีขั้วระหว่างอะตอมไฮโดรเจน

§2 พันธะเคมี

ภายใต้สภาวะปกติ สถานะโมเลกุลจะมีเสถียรภาพมากกว่าสถานะอะตอม (รูปที่ 2.1) การก่อตัวของโมเลกุลจากอะตอมจะมาพร้อมกับการกระจายตัวของอิเล็กตรอนในเวเลนซ์ออร์บิทัลและนำไปสู่การได้รับพลังงานเนื่องจากพลังงานของโมเลกุลน้อยกว่าพลังงานของอะตอมที่ไม่ทำปฏิกิริยากัน(ภาคผนวก 3) แรงที่ยึดอะตอมไว้ในโมเลกุลเรียกรวมกันว่า พันธะเคมี.

พันธะเคมีระหว่างอะตอมกระทำโดยเวเลนซ์อิเล็กตรอนและมีลักษณะเป็นไฟฟ้า - พันธะเคมีมีสี่ประเภทหลัก: โควาเลนต์,อิออน,โลหะและ ไฮโดรเจน.

1 พันธะโควาเลนต์

พันธะเคมีที่เกิดจากคู่อิเล็กตรอนเรียกว่าอะตอมหรือโควาเลนต์ . สารประกอบที่มีพันธะโควาเลนต์เรียกว่าอะตอมหรือโควาเลนต์ .

เมื่อพันธะโควาเลนต์เกิดขึ้น การทับซ้อนของเมฆอิเล็กตรอนของอะตอมที่มีปฏิสัมพันธ์จะเกิดขึ้นพร้อมกับการปล่อยพลังงาน (รูปที่ 2.1) ในกรณีนี้ เมฆที่มีประจุลบหนาแน่นเพิ่มขึ้นจะปรากฏขึ้นระหว่างนิวเคลียสของอะตอมที่มีประจุบวก เนื่องจากการกระทำของแรงดึงดูดระหว่างประจุคูลอมบ์ระหว่างประจุที่ต่างกัน ความหนาแน่นที่เพิ่มขึ้นของประจุลบจึงเอื้อต่อการรวมตัวของนิวเคลียส

พันธะโควาเลนต์เกิดขึ้นจากอิเล็กตรอนที่ไม่มีการจับคู่ในเปลือกนอกของอะตอม - ในกรณีนี้จะเกิดอิเล็กตรอนที่มีการหมุนตรงข้ามกัน คู่อิเล็กตรอน(รูปที่ 2.2) เหมือนกับอะตอมที่มีปฏิสัมพันธ์กัน หากพันธะโควาเลนต์หนึ่งพันธะ (คู่อิเล็กตรอนร่วมหนึ่งคู่) เกิดขึ้นระหว่างอะตอม จะเรียกว่าพันธะเดี่ยว คู่ คู่ ฯลฯ

พลังงานคือการวัดความแข็งแรงของพันธะเคมี อี sv ใช้ในการทำลายพันธะ (ได้รับพลังงานเมื่อสร้างสารประกอบจากแต่ละอะตอม) โดยทั่วไปพลังงานนี้จะวัดต่อ 1 โมล สารและแสดงเป็นกิโลจูลต่อโมล (kJ·mol –1) พลังงานของพันธะโควาเลนต์เดี่ยวอยู่ในช่วง 200–2000 kJmol –1

ข้าว. 2.2.พันธะโควาเลนต์เป็นพันธะเคมีชนิดที่พบบ่อยที่สุดที่เกิดขึ้นจากการแบ่งปันคู่อิเล็กตรอนผ่านกลไกการแลกเปลี่ยน (ก)เมื่อแต่ละอะตอมที่มีปฏิสัมพันธ์จ่ายอิเล็กตรอนหนึ่งตัว หรือผ่านกลไกของผู้บริจาค-ตัวรับ (ข)เมื่อคู่อิเล็กตรอนถูกใช้ร่วมกันโดยอะตอมหนึ่ง (ผู้บริจาค) ไปยังอีกอะตอมหนึ่ง (ตัวรับ)

พันธะโควาเลนต์มีคุณสมบัติ ความอิ่มตัวและ จุดสนใจ . ความอิ่มตัวของพันธะโควาเลนต์เป็นที่เข้าใจกันว่าเป็นความสามารถของอะตอมในการสร้างพันธะกับเพื่อนบ้านในจำนวนที่จำกัด โดยพิจารณาจากจำนวนเวเลนซ์อิเล็กตรอนที่ไม่จับคู่กัน ทิศทางของพันธะโควาเลนต์สะท้อนถึงความจริงที่ว่าแรงที่ยึดอะตอมอยู่ใกล้กันนั้นมีทิศทางเป็นเส้นตรงที่เชื่อมนิวเคลียสของอะตอม นอกจาก, พันธะโควาเลนต์อาจเป็นแบบมีขั้วหรือไม่มีขั้วก็ได้ .

ในกรณีที่ ไม่ใช่ขั้วในพันธะโควาเลนต์ เมฆอิเล็กตรอนที่เกิดจากอิเล็กตรอนคู่ร่วมมีการกระจายในอวกาศอย่างสมมาตรสัมพันธ์กับนิวเคลียสของอะตอมทั้งสอง พันธะโควาเลนต์แบบไม่มีขั้วเกิดขึ้นระหว่างอะตอมของสารอย่างง่าย เช่น ระหว่างอะตอมของก๊าซที่เหมือนกันซึ่งก่อตัวเป็นโมเลกุลไดอะตอมมิก (O 2, H 2, N 2, Cl 2 เป็นต้น)

ในกรณีที่ ขั้วโลกในพันธะโควาเลนต์ เมฆอิเล็กตรอนของพันธะจะเลื่อนไปทางอะตอมตัวใดตัวหนึ่ง การก่อตัวของพันธะโควาเลนต์มีขั้วระหว่างอะตอมเป็นลักษณะของสารเชิงซ้อน ตัวอย่างคือโมเลกุลของสารประกอบอนินทรีย์ระเหย: HCl, H 2 O, NH 3 เป็นต้น

ระดับของการกระจัดของเมฆอิเล็กตรอนทั้งหมดต่ออะตอมตัวใดตัวหนึ่งในระหว่างการก่อตัวของพันธะโควาเลนต์ (ระดับของขั้วของพันธะ ) ถูกกำหนดโดยประจุของนิวเคลียสของอะตอมและรัศมีของอะตอมที่มีปฏิสัมพันธ์กันเป็นหลัก .

ยิ่งประจุนิวเคลียสของอะตอมมากเท่าใด ก็จะยิ่งดึงดูดกลุ่มเมฆอิเล็กตรอนได้แรงมากขึ้นเท่านั้น ในเวลาเดียวกัน ยิ่งรัศมีของอะตอมมากเท่าไร อิเล็กตรอนชั้นนอกก็จะยิ่งถูกยึดไว้ใกล้นิวเคลียสของอะตอมน้อยลงเท่านั้น ผลรวมของทั้งสองปัจจัยแสดงออกมาในความสามารถที่แตกต่างกันของอะตอมที่แตกต่างกันในการ "ดึง" กลุ่มเมฆของพันธะโควาเลนต์เข้าหาตัวมันเอง

ความสามารถของอะตอมในโมเลกุลในการดึงดูดอิเล็กตรอนเข้าสู่ตัวมันเองเรียกว่าอิเลคโตรเนกาติวีตี้ - ดังนั้นอิเลคโตรเนกาติวีตี้จึงเป็นลักษณะของความสามารถของอะตอมในการโพลาไรซ์พันธะโควาเลนต์: ยิ่งอิเล็กโตรเนกาติวีตี้ของอะตอมมากเท่าไร เมฆอิเล็กตรอนของพันธะโควาเลนต์ก็จะเคลื่อนเข้าหาอะตอมมากขึ้นเท่านั้น .

มีการเสนอวิธีการหลายวิธีเพื่อหาปริมาณอิเลคโตรเนกาติวีตี้ ในกรณีนี้ ความหมายทางกายภาพที่ชัดเจนที่สุดคือวิธีการที่เสนอโดยนักเคมีชาวอเมริกัน Robert S. Mulliken ซึ่งเป็นผู้กำหนดอิเลคโตรเนกาติวีตี้  ของอะตอมเท่ากับครึ่งหนึ่งของพลังงานทั้งหมด อี จความสัมพันธ์และพลังงานของอิเล็กตรอน อี ฉันไอออไนเซชันของอะตอม:

. (2.1)

พลังงานไอออไนเซชันอะตอมคือพลังงานที่ต้องใช้เพื่อ "ฉีก" อิเล็กตรอนออกจากมันและกำจัดมันออกไปในระยะทางที่ไม่สิ้นสุด พลังงานไอออไนเซชันถูกกำหนดโดยโฟโตไรเซชันของอะตอมหรือโดยการระดมยิงอะตอมด้วยอิเล็กตรอนที่ถูกเร่งในสนามไฟฟ้า ค่าที่น้อยที่สุดของพลังงานโฟตอนหรืออิเล็กตรอนที่เพียงพอต่อการแตกตัวของอะตอมเรียกว่าพลังงานไอออไนซ์ อี ฉัน- พลังงานนี้มักจะแสดงเป็นอิเล็กตรอนโวลต์ (eV): 1 eV = 1.610 –19 J.

อะตอมเต็มใจที่จะสละอิเล็กตรอนชั้นนอกออกไปมากที่สุด โลหะซึ่งมีอิเล็กตรอนที่ไม่จับคู่ (1, 2 หรือ 3) จำนวนเล็กน้อยอยู่บนเปลือกนอก อะตอมเหล่านี้มีพลังงานไอออไนเซชันต่ำที่สุด ดังนั้น ขนาดของพลังงานไอออไนเซชันสามารถทำหน้าที่เป็นตัววัด "ความเป็นโลหะ" ขององค์ประกอบได้มากหรือน้อย กล่าวคือ ยิ่งพลังงานไอออไนเซชันต่ำลงเท่าใด ความเด่นชัดก็จะยิ่งเด่นชัดมากขึ้นเท่านั้น โลหะคุณสมบัติองค์ประกอบ.

ในกลุ่มย่อยเดียวกันของระบบธาตุของ D.I. Mendeleev เมื่อมีจำนวนอะตอมเพิ่มขึ้นพลังงานไอออไนเซชันจะลดลง (ตารางที่ 2.1) ซึ่งสัมพันธ์กับการเพิ่มขึ้นของรัศมีอะตอม (ตารางที่ 1.2) และ ส่งผลให้พันธะของอิเล็กตรอนภายนอกกับแกนกลางอ่อนลง สำหรับธาตุที่มีคาบเดียวกัน พลังงานไอออไนเซชันจะเพิ่มขึ้นตามเลขอะตอมที่เพิ่มขึ้น นี่เป็นเพราะรัศมีอะตอมลดลงและประจุนิวเคลียร์เพิ่มขึ้น

พลังงาน อี จซึ่งถูกปล่อยออกมาเมื่ออิเล็กตรอนถูกเพิ่มเข้าไปในอะตอมอิสระเรียกว่า ความสัมพันธ์ของอิเล็กตรอน(แสดงเป็น eV ด้วย) การปลดปล่อยพลังงาน (แทนที่จะดูดซับ) เมื่ออิเล็กตรอนที่มีประจุเกาะติดกับอะตอมที่เป็นกลางบางอะตอมนั้น อธิบายได้จากข้อเท็จจริงที่ว่าอะตอมที่เสถียรที่สุดในธรรมชาติคืออะตอมที่มีเปลือกนอกเต็มอยู่ ดังนั้นสำหรับอะตอมที่มีเปลือก "ไม่เต็มเล็กน้อย" (นั่นคือขาดอิเล็กตรอน 1, 2 หรือ 3 ตัวก่อนเติม) จึงเป็นการดีที่จะยึดอิเล็กตรอนเข้ากับตัวเองโดยเปลี่ยนเป็นไอออนที่มีประจุลบ 1 ตัวอย่างเช่นอะตอมดังกล่าวรวมถึงอะตอมของฮาโลเจน (ตารางที่ 2.1) - องค์ประกอบของกลุ่มที่เจ็ด (กลุ่มย่อยหลัก) ของระบบธาตุของ D.I. ความสัมพันธ์ของอิเล็กตรอนของอะตอมโลหะมักจะเป็นศูนย์หรือลบ เช่น มันไม่เอื้ออำนวยต่อพลังงานที่จะแนบอิเล็กตรอนเพิ่มเติมเพื่อเก็บพวกมันไว้ในอะตอม ความสัมพันธ์ของอิเล็กตรอนของอะตอมของอโลหะจะเป็นค่าบวกเสมอ และยิ่งมากเท่าไร อโลหะก็จะอยู่ใกล้ก๊าซมีตระกูล (เฉื่อย) ในตารางธาตุมากขึ้นเท่านั้น สิ่งนี้บ่งบอกถึงการเพิ่มขึ้น คุณสมบัติที่ไม่ใช่โลหะเมื่อเราเข้าใกล้จุดสิ้นสุดของช่วงเวลา

จากที่กล่าวมาทั้งหมดเป็นที่ชัดเจนว่าอิเลคโตรเนกาติวีตี้ (2.1) ของอะตอมจะเพิ่มขึ้นในทิศทางจากซ้ายไปขวาสำหรับองค์ประกอบแต่ละคาบ และลดลงในทิศทางจากบนลงล่างสำหรับองค์ประกอบของกลุ่มเดียวกันของคาบเมนเดเลเยฟ ระบบ. อย่างไรก็ตาม ไม่ใช่เรื่องยากที่จะเข้าใจว่าการระบุระดับขั้วของพันธะโควาเลนต์ระหว่างอะตอมนั้น ไม่ใช่ค่าสัมบูรณ์ของอิเล็กโตรเนกาติวีตี้ที่สำคัญ แต่เป็นอัตราส่วนของอิเล็กโตรเนกาติวีตี้ของอะตอมที่สร้างพันธะ นั่นเป็นเหตุผล ในทางปฏิบัติพวกเขาใช้ค่าอิเลคโตรเนกาติวีตี้สัมพัทธ์(ตารางที่ 2.1) โดยคำนึงถึงอิเลคโตรเนกาติวีตี้ของลิเธียมเป็นเอกภาพ

เพื่อระบุลักษณะขั้วของพันธะเคมีโควาเลนต์ จะใช้ความแตกต่างในอิเลคโตรเนกาติวีตี้สัมพัทธ์ของอะตอม- โดยทั่วไปแล้ว พันธะระหว่างอะตอม A และ B ถือเป็นโควาเลนต์ล้วนๆ ถ้า |  ก – บี|0.5.