Es extremadamente raro que las sustancias químicas estén formadas por átomos de elementos químicos individuales y no relacionados. Tal estructura en condiciones normales Posee sólo una pequeña cantidad de gases llamados nobles: helio, neón, argón, criptón, xenón y radón. Muy a menudo, las sustancias químicas no consisten en átomos aislados, sino en combinaciones en varios grupos. Estas asociaciones de átomos pueden contar con unos pocos, cientos, miles o incluso más átomos. La fuerza que mantiene a estos átomos en tales grupos se llama enlace químico.

En otras palabras, podemos decir que un enlace químico es una interacción que asegura la conexión de átomos individuales en estructuras más complejas (moléculas, iones, radicales, cristales, etc.).

La razón de la formación de un enlace químico es que la energía de estructuras más complejas es menor que la energía total de los átomos individuales que lo forman.

Entonces, en particular, si la interacción de los átomos X e Y produce una molécula XY, esto significa que energía interna Las moléculas de esta sustancia son menores que la energía interna de los átomos individuales a partir de los cuales se formó:

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

Por esta razón, cuando se forman enlaces químicos entre átomos individuales, se libera energía.

Los electrones de la capa electrónica externa con la energía de enlace más baja con el núcleo, llamados valencia. Por ejemplo, en el boro estos son electrones del segundo nivel de energía: 2 electrones por 2 s- orbitales y 1 por 2 pag-orbitales:

Cuando se forma un enlace químico, cada átomo tiende a obtener la configuración electrónica de los átomos de los gases nobles, es decir. de modo que haya 8 electrones en su capa electrónica externa (2 para elementos del primer período). Este fenómeno se llama regla del octeto.

Es posible que los átomos alcancen la configuración electrónica de un gas noble si inicialmente los átomos individuales comparten algunos de sus electrones de valencia con otros átomos. En este caso se forman pares de electrones comunes.

Dependiendo del grado de intercambio de electrones se pueden distinguir enlaces covalentes, iónicos y metálicos.

Enlace covalente

Los enlaces covalentes ocurren con mayor frecuencia entre átomos de elementos no metálicos. Si los átomos no metálicos que forman un enlace covalente pertenecen a elementos químicos diferentes, dicho enlace se denomina enlace covalente polar. La razón de este nombre radica en el hecho de que los átomos de diferentes elementos también tienen diferentes capacidades para atraer un par de electrones común. Obviamente, esto conduce a un desplazamiento del par de electrones común hacia uno de los átomos, como resultado de lo cual se forma en él una carga negativa parcial. A su vez, se forma una carga positiva parcial en el otro átomo. Por ejemplo, en una molécula de cloruro de hidrógeno, el par de electrones se desplaza del átomo de hidrógeno al átomo de cloro:

Ejemplos de sustancias con enlaces covalentes polares:

CCl 4, H 2 S, CO 2, NH 3, SiO 2, etc.

Un enlace covalente no polar se forma entre átomos no metálicos del mismo elemento químico. Dado que los átomos son idénticos, su capacidad para atraerse hacia sí mismos también es la misma. electrones compartidos. En este sentido, no se observa ningún desplazamiento del par de electrones:

El mecanismo anterior para la formación de un enlace covalente, cuando ambos átomos aportan electrones para formar pares de electrones comunes, se llama intercambio.

También existe un mecanismo donante-aceptador.

Cuando se forma un enlace covalente mediante el mecanismo donante-aceptor, se forma un par de electrones compartido debido al orbital lleno de un átomo (con dos electrones) y el orbital vacío de otro átomo. Un átomo que proporciona un par de electrones solitarios se llama donante y un átomo con un orbital vacío se llama aceptor. Los átomos que tienen pares de electrones, por ejemplo N, O, P, S, actúan como donantes de pares de electrones.

Por ejemplo, según el mecanismo donante-aceptor, la formación del cuarto covalente Conexiones NH en el catión amonio NH 4 +:

Además de la polaridad, los enlaces covalentes también se caracterizan por la energía. La energía de enlace es la energía mínima necesaria para romper un enlace entre átomos.

La energía de enlace disminuye al aumentar los radios de los átomos unidos. Como sabemos que los radios atómicos aumentan a lo largo de los subgrupos, podemos, por ejemplo, concluir que la fuerza del enlace halógeno-hidrógeno aumenta en la serie:

HOLA< HBr < HCl < HF

Además, la energía del enlace depende de su multiplicidad: cuanto mayor es la multiplicidad del enlace, mayor es su energía. La multiplicidad de enlaces se refiere al número de pares de electrones compartidos entre dos átomos.

Enlace iónico

Un enlace iónico puede considerarse como un caso extremo de enlace covalente polar. Si en un enlace covalente-polar el par de electrones común se desplaza parcialmente a uno de los pares de átomos, entonces en un enlace iónico se “entrega” casi por completo a uno de los átomos. El átomo que dona electrones adquiere una carga positiva y se convierte en catión, y el átomo que le ha quitado electrones adquiere una carga negativa y se convierte en anión.

Por tanto, un enlace iónico es un enlace formado por la atracción electrostática de cationes sobre aniones.

La formación de este tipo de enlace es típica durante la interacción de átomos de metales típicos y no metales típicos.

Por ejemplo, fluoruro de potasio. El catión potasio se forma mediante la eliminación de un electrón de un átomo neutro y el ion flúor se forma mediante la adición de un electrón al átomo de flúor:

Entre los iones resultantes surge una fuerza de atracción electrostática, lo que da como resultado la formación de un compuesto iónico.

Cuando se formó un enlace químico, los electrones del átomo de sodio pasaron al átomo de cloro y se formaron iones con carga opuesta, que tienen un nivel de energía externo completo.

Se ha demostrado que los electrones del átomo de metal no se desprenden completamente, sino que sólo se desplazan hacia el átomo de cloro, como en un enlace covalente.

La mayoría de los compuestos binarios que contienen átomos metálicos son iónicos. Por ejemplo, óxidos, haluros, sulfuros, nitruros.

El enlace iónico también ocurre entre cationes simples y aniones simples (F −, Cl −, S 2-), así como entre cationes simples y aniones complejos (NO 3 −, SO 4 2-, PO 4 3-, OH −). Por tanto, los compuestos iónicos incluyen sales y bases (Na 2 SO 4, Cu(NO 3) 2, (NH 4) 2 SO 4), Ca(OH) 2, NaOH)

Conexión metálica

Este tipo de enlace se forma en los metales.

Los átomos de todos los metales tienen electrones en su capa electrónica externa que tienen una baja energía de unión con el núcleo del átomo. Para la mayoría de los metales, el proceso de pérdida de electrones externos es energéticamente favorable.

Debido a una interacción tan débil con el núcleo, estos electrones en los metales son muy móviles y en cada cristal metálico ocurre continuamente el siguiente proceso:

М 0 — ne − = M n + ,

donde M 0 es un átomo de metal neutro y M n + un catión del mismo metal. La siguiente figura ilustra los procesos que tienen lugar.

Es decir, los electrones "corren" a través de un cristal metálico, se separan de un átomo metálico, forman un catión a partir de él, se unen a otro catión y forman un átomo neutro. Este fenómeno se denominó “viento de electrones” y la colección de electrones libres en un cristal de un átomo no metálico se denominó “gas de electrones”. Este tipo de interacción entre átomos metálicos se llama enlace metálico.

Enlace de hidrógeno

Si un átomo de hidrógeno en una sustancia está unido a un elemento con alta electronegatividad (nitrógeno, oxígeno o flúor), esa sustancia se caracteriza por un fenómeno llamado enlace de hidrógeno.

Dado que un átomo de hidrógeno está unido a un átomo electronegativo, se forma una carga positiva parcial en el átomo de hidrógeno y una carga negativa parcial en el átomo del elemento electronegativo. En este sentido, se hace posible la atracción electrostática entre un átomo de hidrógeno parcialmente cargado positivamente de una molécula y un átomo electronegativo de otra. Por ejemplo, se observan enlaces de hidrógeno en las moléculas de agua:

Es el enlace de hidrógeno el que explica la anomalía. calor agua derretida. Además del agua, también se forman fuertes enlaces de hidrógeno en sustancias como el fluoruro de hidrógeno, el amoníaco, los ácidos que contienen oxígeno, los fenoles, los alcoholes y las aminas.

Y comunicación de dos electrones y tres centros.

Teniendo en cuenta la interpretación estadística de la función de onda de M. Born, la densidad de probabilidad de encontrar electrones de enlace se concentra en el espacio entre los núcleos de la molécula (Fig. 1). La teoría de la repulsión de pares de electrones considera las dimensiones geométricas de estos pares. Así, para los elementos de cada período existe un cierto radio medio de un par de electrones (Å):

0,6 para elementos hasta neón; 0,75 para elementos hasta argón; 0,75 para elementos hasta criptón y 0,8 para elementos hasta xenón.

Propiedades características de un enlace covalente.

Las propiedades características de un enlace covalente (direccionalidad, saturación, polaridad, polarizabilidad) determinan la química y propiedades físicas conexiones.

• La dirección de la conexión está determinada por la estructura molecular de la sustancia y la forma geométrica de su molécula.

Los ángulos entre dos enlaces se llaman ángulos de enlace.

• La saturabilidad es la capacidad de los átomos para formar un número limitado de enlaces covalentes. El número de enlaces formados por un átomo está limitado por el número de sus orbitales atómicos externos.

• La polaridad del enlace se debe a la distribución desigual de la densidad electrónica debido a diferencias en la electronegatividad de los átomos.

Sobre esta base, los enlaces covalentes se dividen en no polares y polares (no polares: una molécula diatómica consta de átomos idénticos (H 2, Cl 2, N 2) y las nubes de electrones de cada átomo se distribuyen simétricamente con respecto a estos átomos. ; polar: una molécula diatómica consta de átomos de diferentes elementos químicos y la nube general de electrones se desplaza hacia uno de los átomos, formando así una asimetría en la distribución de la carga eléctrica en la molécula, generando un momento dipolar de la molécula).

• La polarizabilidad de un enlace se expresa en el desplazamiento de los electrones del enlace bajo la influencia de un campo eléctrico externo, incluido el de otra partícula reaccionante. La polarizabilidad está determinada por la movilidad de los electrones. La polaridad y la polarizabilidad de los enlaces covalentes determinan la reactividad de las moléculas hacia los reactivos polares.

Sin embargo, dos veces ganador. premio Nobel L. Pauling señaló que "en algunas moléculas hay enlaces covalentes debidos a uno o tres electrones en lugar de un par común". Se realiza un enlace químico de un electrón en el ion de hidrógeno molecular H 2 +.

El ion hidrógeno molecular H2+ contiene dos protones y un electrón. El único electrón del sistema molecular compensa la repulsión electrostática de los dos protones y los mantiene a una distancia de 1,06 Å (la longitud del enlace químico H 2+). El centro de densidad electrónica de la nube de electrones del sistema molecular está equidistante de ambos protones en el radio de Bohr α 0 = 0,53 A y es el centro de simetría del ion hidrógeno molecular H 2 +.

Historia del término

El término "enlace covalente" fue acuñado por primera vez por el premio Nobel Irving Langmuir en 1919. El término se refería a un enlace químico debido a la posesión compartida de electrones, a diferencia de un enlace metálico, en el que los electrones estaban libres, o un enlace iónico, en el que uno de los átomos cedió un electrón y se convirtió en catión, y el otro átomo aceptó un electrón y se convirtió en anión.

Comunicaciones educativas

Un enlace covalente está formado por un par de electrones compartidos entre dos átomos, y estos electrones deben ocupar dos orbitales estables, uno de cada átomo.

A + + B → A: B

Como resultado de la socialización, los electrones forman un nivel de energía lleno. Se forma un enlace si su energía total en este nivel es menor que en el estado inicial (y la diferencia de energía no será más que la energía del enlace).

Según la teoría de los orbitales moleculares, la superposición de dos orbitales atómicos conduce, en el caso más simple, a la formación de dos orbitales moleculares (MO): vinculando MO Y anti-aglutinante (aflojamiento) MO. Los electrones compartidos se encuentran en el MO de enlace de menor energía.

Formación de enlaces durante la recombinación de átomos.

Sin embargo, el mecanismo de interacción interatómica. por mucho tiempo permaneció desconocido. Sólo en 1930, F. London introdujo el concepto de atracción de dispersión: la interacción entre dipolos instantáneos e inducidos (inducidos). Actualmente, las fuerzas de atracción provocadas por la interacción entre los dipolos eléctricos fluctuantes de átomos y moléculas se denominan “fuerzas de Londres”.

La energía de tal interacción es directamente proporcional al cuadrado de la polarizabilidad electrónica α e inversamente proporcional a la distancia entre dos átomos o moléculas elevado a la sexta potencia.

Formación de enlaces por mecanismo donante-aceptor.

Además del mecanismo homogéneo de formación de enlaces covalentes descrito en la sección anterior, existe un mecanismo heterogéneo: la interacción de iones con carga opuesta: el protón H + y el ion hidrógeno negativo H -, llamado ion hidruro:

H + + H - → H 2

A medida que los iones se acercan, la nube de dos electrones (par de electrones) del ion hidruro es atraída por el protón y finalmente se vuelve común para ambos núcleos de hidrógeno, es decir, se convierte en un par de electrones enlazantes. La partícula que suministra un par de electrones se llama donante y la partícula que acepta este par de electrones se llama aceptor. Este mecanismo de formación de enlaces covalentes se denomina donante-aceptor.

H + + H 2 O → H 3 O +

Un protón ataca al par de electrones solitarios de una molécula de agua y forma un catión estable que existe en soluciones acuosasácidos

De manera similar, se agrega un protón a una molécula de amoníaco para formar un catión de amonio complejo:

NH 3 + H + → NH 4 +

De esta manera (según el mecanismo donante-aceptor de formación de enlaces covalentes) se obtiene gran clase compuestos de onio, que incluyen amonio, oxonio, fosfonio, sulfonio y otros compuestos.

Una molécula de hidrógeno puede actuar como donante de un par de electrones que, al entrar en contacto con un protón, conduce a la formación de un ion de hidrógeno molecular H 3 +:

H 2 + H + → H 3 +

El par de electrones de enlace del ion hidrógeno molecular H 3 + pertenece simultáneamente a tres protones.

Tipos de enlace covalente

Hay tres tipos de enlaces químicos covalentes, que se diferencian en el mecanismo de formación:

1. enlace covalente simple. Para su formación, cada átomo aporta un electrón desapareado. Cuando se forma un enlace covalente simple, las cargas formales de los átomos permanecen sin cambios.

• Si los átomos que forman un enlace covalente simple son los mismos, entonces las verdaderas cargas de los átomos en la molécula también son las mismas, ya que los átomos que forman el enlace poseen igualmente un par de electrones compartido. Esta conexión se llama enlace covalente no polar. Las sustancias simples tienen tal conexión, por ejemplo: 2, 2, 2. Pero no sólo los no metales del mismo tipo pueden formar un enlace covalente apolar. Los enlaces covalentes no polares también pueden formarse mediante elementos no metálicos cuya electronegatividad tiene valor igual, por ejemplo, en la molécula de PH 3 el enlace es covalente apolar, ya que el EO del hidrógeno es igual al EO del fósforo.

• Si los átomos son diferentes, entonces el grado de posesión de un par de electrones compartido está determinado por la diferencia en la electronegatividad de los átomos. Un átomo con mayor electronegatividad atrae con más fuerza hacia sí mismo un par de electrones enlazantes y su verdadera carga se vuelve negativa. Un átomo con menor electronegatividad adquiere, en consecuencia, una carga positiva de la misma magnitud. Si se forma un compuesto entre dos no metales diferentes, dicho compuesto se llama enlace polar covalente.

En la molécula de etileno C 2 H 4 existe un doble enlace CH 2 = CH 2, su fórmula electrónica: H:C::C:H. Los núcleos de todos los átomos de etileno están ubicados en el mismo plano. Las tres nubes de electrones de cada átomo de carbono forman tres enlaces covalentes con otros átomos en el mismo plano (con ángulos entre ellos de aproximadamente 120°). La nube del cuarto electrón de valencia del átomo de carbono se encuentra encima y debajo del plano de la molécula. Estas nubes de electrones de ambos átomos de carbono, que se superponen parcialmente por encima y por debajo del plano de la molécula, forman un segundo enlace entre los átomos de carbono. El primer enlace covalente más fuerte entre átomos de carbono se llama enlace σ; El segundo enlace covalente, más débil, se llama. π (\displaystyle\pi )- comunicación.

Enlace covalente(enlace atómico, enlace homeopolar): un enlace químico formado por la superposición (socialización) de nubes de electrones paravalentes. Las nubes electrónicas (electrones) que proporcionan comunicación se llaman par de electrones compartido.

Las propiedades características de un enlace covalente (direccionalidad, saturación, polaridad, polarizabilidad) determinan las propiedades químicas y físicas de los compuestos.

La dirección de la conexión está determinada por la estructura molecular de la sustancia y la forma geométrica de su molécula. Los ángulos entre dos enlaces se llaman ángulos de enlace.

La saturabilidad es la capacidad de los átomos para formar un número limitado de enlaces covalentes. El número de enlaces formados por un átomo está limitado por el número de sus orbitales atómicos externos.

La polaridad del enlace se debe a la distribución desigual de la densidad electrónica debido a diferencias en la electronegatividad de los átomos. Sobre esta base, los enlaces covalentes se dividen en no polares y polares (no polares: una molécula diatómica consta de átomos idénticos (H 2, Cl 2, N 2) y las nubes de electrones de cada átomo se distribuyen simétricamente con respecto a estos átomos. ; polar: una molécula diatómica consta de átomos de diferentes elementos químicos y la nube general de electrones se desplaza hacia uno de los átomos, formando así una asimetría en la distribución de la carga eléctrica en la molécula, generando un momento dipolar de la molécula).

La polarizabilidad de un enlace se expresa en el desplazamiento de los electrones del enlace bajo la influencia de un campo eléctrico externo, incluido el de otra partícula reaccionante. La polarizabilidad está determinada por la movilidad de los electrones. La polaridad y la polarizabilidad de los enlaces covalentes determinan la reactividad de las moléculas hacia los reactivos polares.

Comunicaciones educativas

Un enlace covalente está formado por un par de electrones compartidos entre dos átomos, y estos electrones deben ocupar dos orbitales estables, uno de cada átomo.

A + + B → A: B

Como resultado de la socialización, los electrones forman un nivel de energía lleno. Se forma un enlace si su energía total en este nivel es menor que en el estado inicial (y la diferencia de energía no será más que la energía del enlace).

Llenado de orbitales atómicos (a lo largo de los bordes) y moleculares (en el centro) de una molécula de H 2 con electrones. El eje vertical corresponde al nivel de energía, los electrones están indicados por flechas que reflejan sus espines.

Según la teoría de los orbitales moleculares, la superposición de dos orbitales atómicos conduce, en el caso más simple, a la formación de dos orbitales moleculares (MO): vinculando MO Y anti-aglutinante (aflojamiento) MO. Los electrones compartidos se encuentran en el MO de enlace de menor energía.

Tipos de enlace covalente

Hay tres tipos de enlaces químicos covalentes, que se diferencian en el mecanismo de formación:

1. enlace covalente simple. Para su formación, cada átomo aporta un electrón desapareado. Cuando se forma un enlace covalente simple, las cargas formales de los átomos permanecen sin cambios.

· Si los átomos que forman un enlace covalente simple son los mismos, entonces las verdaderas cargas de los átomos en la molécula también son las mismas, ya que los átomos que forman el enlace poseen igualmente un par de electrones compartido. Esta conexión se llama enlace covalente no polar. Las sustancias simples tienen este compuesto, por ejemplo: O 2, N 2, Cl 2. Pero no sólo los no metales del mismo tipo pueden formar un enlace covalente apolar. Los elementos no metálicos cuya electronegatividad es de igual importancia también pueden formar un enlace covalente no polar, por ejemplo, en la molécula de PH 3 el enlace es covalente no polar, ya que el EO del hidrógeno es igual al EO del fósforo.

·Si los átomos son diferentes, entonces el grado de posesión de un par de electrones compartido está determinado por la diferencia en la electronegatividad de los átomos. Un átomo con mayor electronegatividad atrae con más fuerza hacia sí mismo un par de electrones enlazantes y su verdadera carga se vuelve negativa. Un átomo con menor electronegatividad adquiere, en consecuencia, una carga positiva de la misma magnitud. Si se forma un compuesto entre dos no metales diferentes, dicho compuesto se llama enlace polar covalente.

2. Vínculo donante-aceptador. Para formar este tipo de enlace covalente, ambos electrones son proporcionados por uno de los átomos: donante. El segundo de los átomos que intervienen en la formación de un enlace se llama aceptador. En la molécula resultante, la carga formal del donante aumenta en uno y la carga formal del aceptor disminuye en uno.

3. Conexión semipolar. Puede considerarse como un vínculo polar donante-aceptor. Este tipo de enlace covalente se forma entre un átomo con un par de electrones libres (nitrógeno, fósforo, azufre, halógenos, etc.) y un átomo con dos electrones desapareados (oxígeno, azufre). La formación de un enlace semipolar se produce en dos etapas:

1. Transferencia de un electrón de un átomo con un par de electrones solitario a un átomo con dos electrones desapareados. Como resultado, un átomo con un par de electrones libres se convierte en un catión radical (una partícula cargada positivamente con un electrón desapareado), y un átomo con dos electrones desapareados se convierte en un anión radical (una partícula cargada negativamente con un electrón desapareado). .

2. Compartir electrones desapareados (como en el caso de un enlace covalente simple).

Cuando se forma un enlace semipolar, un átomo con un par de electrones solitario aumenta su carga formal en uno, y un átomo con dos electrones desapareados disminuye su carga formal en uno.

Enlace σ y enlace π

Los enlaces sigma (σ), pi (π) son una descripción aproximada de los tipos de enlaces covalentes en moléculas de varios compuestos; el enlace σ se caracteriza por el hecho de que la densidad de la nube de electrones es máxima a lo largo del eje que conecta los núcleos de los átomos. Cuando se forma un enlace, se produce la llamada superposición lateral de las nubes de electrones y la densidad de la nube de electrones es máxima "arriba" y "debajo" del plano del enlace σ. Por ejemplo, tomemos etileno, acetileno y benceno.

En la molécula de etileno C 2 H 4 existe un doble enlace CH 2 = CH 2, su fórmula electrónica: H:C::C:H. Los núcleos de todos los átomos de etileno están ubicados en el mismo plano. Las tres nubes de electrones de cada átomo de carbono forman tres enlaces covalentes con otros átomos en el mismo plano (con ángulos entre ellos de aproximadamente 120°). La nube del cuarto electrón de valencia del átomo de carbono se encuentra encima y debajo del plano de la molécula. Estas nubes de electrones de ambos átomos de carbono, que se superponen parcialmente por encima y por debajo del plano de la molécula, forman un segundo enlace entre los átomos de carbono. El primer enlace covalente más fuerte entre átomos de carbono se llama enlace σ; el segundo enlace covalente, menos fuerte, se llama enlace -.

En una molécula de acetileno lineal

N-S≡S-N (N: S::: S: N)

Hay enlaces σ entre los átomos de carbono y de hidrógeno, un enlace σ entre dos átomos de carbono y dos enlaces σ entre los mismos átomos de carbono. Dos enlaces se encuentran por encima de la esfera de acción del enlace σ en dos planos mutuamente perpendiculares.

Los seis átomos de carbono de la molécula de benceno cíclico C 6 H 6 se encuentran en el mismo plano. Hay enlaces σ entre átomos de carbono en el plano del anillo; Cada átomo de carbono tiene los mismos enlaces con los átomos de hidrógeno. Los átomos de carbono gastan tres electrones para formar estos enlaces. Las nubes de cuartos electrones de valencia de los átomos de carbono, con forma de ocho, se encuentran perpendiculares al plano de la molécula de benceno. Cada una de estas nubes se superpone igualmente con las nubes de electrones de los átomos de carbono vecinos. En una molécula de benceno no se forman tres enlaces separados, sino uno solo. -sistema electrónico de seis electrones comunes a todos los átomos de carbono. Los enlaces entre los átomos de carbono de la molécula de benceno son exactamente iguales.

Ejemplos de sustancias con enlaces covalentes.

Un enlace covalente simple conecta átomos en las moléculas de gases simples (H 2, Cl 2, etc.) y compuestos (H 2 O, NH 3, CH 4, CO 2, HCl, etc.). Compuestos con un enlace donante-aceptor - amonio NH 4 +, anión tetrafluoroborato BF 4 - etc. Compuestos con un enlace semipolar - óxido nitroso N 2 O, O - -PCl 3 +.

Los cristales con enlaces covalentes son dieléctricos o semiconductores. Ejemplos típicos de cristales atómicos (átomos en los que están interconectados por enlaces covalentes (atómicos) son el diamante, el germanio y el silicio.

El único persona conocida una sustancia con un ejemplo de enlace covalente entre un metal y un carbono es la cianocobalamina, conocida como vitamina B12.

Enlace iónico- un enlace químico muy fuerte formado entre átomos con una gran diferencia (> 1,5 en la escala de Pauling) de electronegatividad, en el que el par de electrones común se transfiere completamente a un átomo con mayor electronegatividad: esta es la atracción de iones como cuerpos con cargas opuestas . Un ejemplo es el compuesto CsF, cuyo “grado de ionicidad” es del 97%. Consideremos el método de formación utilizando cloruro de sodio NaCl como ejemplo. Configuración electrónica Los átomos de sodio y cloro se pueden representar como: 11 Na 1s2 2s2 2p 6 3s1; 17 Cla 1s2 2s2 2p6 3s2 3р5. Estos son átomos con niveles de energía incompletos. Evidentemente, para completarlos, a un átomo de sodio le resulta más fácil ceder un electrón que ganar siete, y a un átomo de cloro le resulta más fácil ganar un electrón que ceder siete. Durante una interacción química, el átomo de sodio cede completamente un electrón y el átomo de cloro lo acepta. Esquemáticamente, esto se puede escribir de la siguiente manera: Na. - l e -> Na+ ion sodio, capa estable de ocho electrones 1s2 2s2 2p6 debido al segundo nivel de energía. :Cl + 1е --> .Cl - ion cloro, capa estable de ocho electrones. Las fuerzas de atracción electrostática surgen entre los iones Na+ y Cl-, lo que da como resultado la formación de un compuesto. El enlace iónico es un caso extremo de polarización de un enlace covalente polar. Formado entre un metal típico y un no metal. En este caso, los electrones del metal se transfieren completamente al no metal. Se forman iones.

Si se forma un enlace químico entre átomos que tienen una diferencia de electronegatividad muy grande (EO > 1,7 según Pauling), entonces el par de electrones común se transfiere completamente al átomo con un EO mayor. El resultado de esto es la formación de un compuesto de iones con cargas opuestas:

Entre los iones resultantes se produce una atracción electrostática, lo que se denomina enlace iónico. O mejor dicho, este look es conveniente. De hecho, el enlace iónico entre átomos en su forma pura no se realiza en ninguna parte o casi en ninguna parte; de ​​hecho, por lo general, el enlace es en parte iónico y en parte covalente por naturaleza. Al mismo tiempo, la conexión de complejos iones moleculares A menudo puede considerarse puramente iónico. Diferencias clave Las diferencias entre el enlace iónico y otros tipos de enlace químico son la no direccionalidad y la no saturación. Es por eso que los cristales formados debido a enlaces iónicos gravitan hacia diferentes empaquetamientos densos de los iones correspondientes.

Características Estos compuestos tienen buena solubilidad en disolventes polares (agua, ácidos, etc.). Esto ocurre debido a las partes cargadas de la molécula. En este caso, los dipolos del disolvente son atraídos hacia los extremos cargados de la molécula y, como resultado, movimiento browniano, “desgarran” la molécula de la sustancia en pedazos y los rodean, impidiendo que se vuelvan a conectar. El resultado son iones rodeados por dipolos de disolvente.

Cuando tales compuestos se disuelven, generalmente se libera energía, ya que la energía total de los enlaces ion-solvente formados es mayor que la energía del enlace anión-catión. Las excepciones son muchas sales de ácido nítrico (nitratos), que absorben calor cuando se disuelven (las soluciones se enfrían). Último hecho explicado sobre la base de leyes que se consideran en química física.

No es ningún secreto que la química es una ciencia bastante compleja y diversa. Muchas reacciones, reactivos, productos químicos y otros términos complejos y confusos diferentes: todos interactúan entre sí. Pero lo principal es que nos ocupamos de la química todos los días, no importa si escuchamos al profesor en clase y aprendemos. nuevo material o preparamos té, que en general también es un proceso químico.

Se puede concluir que solo necesitas saber quimica, comprenderlo y saber cómo funciona nuestro mundo o algunas de sus partes es interesante y, además, útil.

Ahora tenemos que abordar un término como enlace covalente, que, dicho sea de paso, puede ser polar o no polar. Por cierto, la palabra "covalente" en sí misma se deriva del latín "co" - juntos y "vales" - que tiene fuerza.

Apariciones del término

Comencemos con el hecho de que El término "covalente" fue introducido por primera vez en 1919 por Irving Langmuir. Premio Nobel. El concepto de "covalente" implica un enlace químico en el que ambos átomos comparten electrones, lo que se denomina posesión compartida. Así, se diferencia, por ejemplo, de uno metálico, en el que los electrones están libres, o de uno iónico, donde uno cede completamente electrones a otro. Cabe señalar que se forma entre no metales.

Con base en lo anterior, podemos sacar una pequeña conclusión sobre cómo es este proceso. Surge entre átomos debido a la formación de pares de electrones comunes, y estos pares surgen en los subniveles de electrones externo y preexterno.

Ejemplos, sustancias con polaridad:

Tipos de enlace covalente

También hay dos tipos: enlaces polares y, en consecuencia, apolares. Analizaremos las características de cada uno de ellos por separado.

Polar covalente - formación

¿Qué significa el término “polar”?

Lo que suele ocurrir es que dos átomos tienen diferente electronegatividad, por lo tanto los electrones que comparten no pertenecen por igual, sino que siempre están más cerca de uno que del otro. Por ejemplo, una molécula de cloruro de hidrógeno, en la que los electrones del enlace covalente se encuentran más cerca del átomo de cloro, ya que su electronegatividad es mayor que la del hidrógeno. Sin embargo, en realidad, la diferencia en la atracción de los electrones es lo suficientemente pequeña como para que se produzca una transferencia completa de electrones del hidrógeno al cloro.

Como resultado, cuando es polar, la densidad electrónica cambia a una más electronegativa y aparece una carga negativa parcial. A su vez, el núcleo cuya electronegatividad es menor desarrolla, en consecuencia, una carga positiva parcial.

Concluimos: La polar se produce entre distintos no metales que difieren en sus valores de electronegatividad, y los electrones se sitúan más cerca del núcleo con mayor electronegatividad.

La electronegatividad es la capacidad que tienen algunos átomos de atraer electrones de otros, formando así reacción química.

Ejemplos de polar covalente., sustancias con un enlace covalente polar:

Fórmula de una sustancia con un enlace covalente polar.

Covalente no polar, diferencia entre polar y no polar.

Y por último, el no polar, pronto descubriremos qué es.

La principal diferencia entre no polar y polar.- esto es simetría. Si en el caso de un enlace polar los electrones estaban ubicados más cerca de un átomo, entonces en un enlace no polar los electrones estaban ubicados simétricamente, es decir, igualmente en relación con ambos.

Es de destacar que la apolaridad ocurre entre átomos no metálicos de un elemento químico.

P.ej, Sustancias con enlaces covalentes apolares:

Además, un conjunto de electrones a menudo se denomina simplemente nube de electrones, en base a esto concluimos que la nube de comunicación electrónica, que forma un par común de electrones, se distribuye en el espacio de manera simétrica o uniforme en relación con los núcleos de ambos.

Ejemplos de un enlace covalente no polar y un esquema para la formación de un enlace covalente no polar.

Pero también es útil saber distinguir entre covalente polar y no polar.

covalente no polar- estos son siempre átomos de la misma sustancia. H2. CL2.

Este artículo ha llegado a su fin, ahora sabemos qué es este proceso químico, sabemos definirlo y sus variedades, conocemos las fórmulas de formación de sustancias, y en general un poco más sobre nuestro mundo complejo, éxito en química y formación de nuevas fórmulas.

Arroz. 2.1. La formación de moléculas a partir de átomos va acompañada de redistribución de electrones de orbitales de valencia y conduce a ganar en energía, ya que la energía de las moléculas resulta ser menor que la energía de los átomos que no interactúan. La figura muestra un diagrama de la formación de un enlace químico covalente no polar entre átomos de hidrógeno.

§2 Enlace químico

En condiciones normales, el estado molecular es más estable que el estado atómico. (Figura 2.1). La formación de moléculas a partir de átomos va acompañada de una redistribución de electrones en los orbitales de valencia y conduce a una ganancia de energía, ya que la energía de las moléculas es menor que la energía de los átomos que no interactúan.(Apéndice 3). Las fuerzas que mantienen a los átomos en las moléculas se denominan colectivamente enlace químico.

El enlace químico entre átomos se realiza mediante electrones de valencia y es de naturaleza eléctrica. . Hay cuatro tipos principales de enlaces químicos: covalente,iónico,metal Y hidrógeno.

1 enlace covalente

Un enlace químico realizado por pares de electrones se llama atómico o covalente. . Los compuestos con enlaces covalentes se llaman atómicos o covalentes. .

Cuando se produce un enlace covalente, se produce una superposición de nubes de electrones de átomos que interactúan, acompañada de la liberación de energía (figura 2.1). En este caso, aparece una nube con una mayor densidad de carga negativa entre los núcleos atómicos cargados positivamente. Debido a la acción de las fuerzas de atracción de Coulomb entre cargas diferentes, un aumento en la densidad de la carga negativa favorece el acercamiento de los núcleos.

Un enlace covalente está formado por electrones desapareados en las capas externas de los átomos. . En este caso, se forman electrones con espines opuestos. par de electrones(Fig. 2.2), común a los átomos que interactúan. Si ha surgido un enlace covalente (un par de electrones común) entre los átomos, entonces se llama simple, doble, doble, etc.

La energía es una medida de la fuerza de un enlace químico. mi sv gastado en romper el enlace (ganancia de energía al formar un compuesto a partir de átomos individuales). Esta energía generalmente se mide por 1 mol. sustancias y se expresan en kilojulios por mol (kJ∙mol –1). La energía de un enlace covalente simple se encuentra en el rango de 200 a 2000 kJmol –1.

Arroz. 2.2. El enlace covalente es el más forma general Enlace químico que surge debido al intercambio de un par de electrones a través de un mecanismo de intercambio. (A), cuando cada uno de los átomos que interactúan suministra un electrón, o mediante un mecanismo donante-aceptor (b), cuando un átomo (donante) transfiere un par de electrones para uso común a otro átomo (aceptor).

Un enlace covalente tiene las propiedades saturación y enfocar . Se entiende por saturación de un enlace covalente la capacidad de los átomos para formar un número limitado de enlaces con sus vecinos, determinado por el número de sus electrones de valencia desapareados. La direccionalidad de un enlace covalente refleja el hecho de que las fuerzas que mantienen a los átomos cerca unos de otros se dirigen a lo largo de la línea recta que conecta los núcleos atómicos. Además, El enlace covalente puede ser polar o no polar. .

Cuando no polar enlace covalente nube de electrones formada pareja común electrones, se distribuye en el espacio simétricamente con respecto a los núcleos de ambos átomos. Se forma un enlace covalente no polar entre átomos. sustancias simples, por ejemplo, entre átomos de gas idénticos que forman moléculas diatómicas (O 2, H 2, N 2, Cl 2, etc.).

Cuando polar En un enlace covalente, la nube de electrones del enlace se desplaza hacia uno de los átomos. La formación de enlaces covalentes polares entre átomos es característica de sustancias complejas. Un ejemplo son las moléculas de compuestos inorgánicos volátiles: HCl, H 2 O, NH 3, etc.

El grado de desplazamiento de la nube de electrones total hacia uno de los átomos durante la formación de un enlace covalente. (grado de polaridad del enlace ) determinado principalmente por la carga núcleos atómicos y el radio de los átomos que interactúan .

Cuanto mayor es la carga de un núcleo atómico, con más fuerza atrae una nube de electrones. Al mismo tiempo, cuanto mayor es el radio del átomo, más débiles se mantienen los electrones externos cerca del núcleo atómico. El efecto combinado de estos dos factores se expresa en la diferente capacidad de los diferentes átomos para "atraer" la nube de enlaces covalentes hacia sí mismos.

La capacidad de un átomo en una molécula para atraer electrones hacia sí mismo se llama electronegatividad. . Así, la electronegatividad caracteriza la capacidad de un átomo para polarizar un enlace covalente: cuanto mayor es la electronegatividad de un átomo, más fuertemente se desplaza hacia él la nube de electrones del enlace covalente .

Se han propuesto varios métodos para cuantificar la electronegatividad. En este caso, el significado físico más claro lo tiene el método propuesto por el químico estadounidense Robert S. Mulliken, quien determinó la electronegatividad.  de un átomo como la mitad de la suma de su energía mi mi afinidad electrónica y energía mi i ionización del átomo:

. (2.1)

Energía de ionización Un átomo es la energía que se debe gastar para “arrancarle” un electrón y alejarlo a una distancia infinita. La energía de ionización se determina mediante la fotoionización de átomos o bombardeando átomos con electrones acelerados en un campo eléctrico. El valor más pequeño de la energía de los fotones o electrones que resulta suficiente para ionizar los átomos se llama energía de ionización. mi i. Esta energía suele expresarse en electronvoltios (eV): 1 eV = 1,610 –19 J.

Los átomos están más dispuestos a ceder electrones externos. rieles, que contienen una pequeña cantidad de electrones desapareados (1, 2 o 3) en la capa exterior. Estos átomos tienen la energía de ionización más baja. Así, la magnitud de la energía de ionización puede servir como medida de la mayor o menor “metalicidad” de un elemento: cuanto menor es la energía de ionización, más pronunciada es la metalpropiedades elemento.

En el mismo subgrupo del sistema periódico de elementos de D.I. Mendeleev, con un aumento en el número atómico de un elemento, su energía de ionización disminuye (Tabla 2.1), lo que se asocia con un aumento en el radio atómico (Tabla 1.2), y , en consecuencia, con un debilitamiento del enlace de los electrones externos con el núcleo. Para elementos del mismo período, la energía de ionización aumenta al aumentar el número atómico. Esto se debe a una disminución del radio atómico y un aumento de la carga nuclear.

Energía mi mi, que se libera cuando se añade un electrón a un átomo libre, se llama afinidad electronica(también expresado en eV). La liberación (en lugar de la absorción) de energía cuando un electrón cargado se une a algunos átomos neutros se explica por el hecho de que los átomos más estables en la naturaleza son aquellos con capas externas llenas. Por lo tanto, para aquellos átomos en los que estas capas están "un poco vacías" (es decir, faltan 1, 2 o 3 electrones antes de llenarse), es energéticamente favorable unir electrones a ellos mismos, convirtiéndose en iones 1 cargados negativamente. Dichos átomos incluyen, por ejemplo, átomos de halógeno (Tabla 2.1), elementos del séptimo grupo (subgrupo principal) del sistema periódico de D.I. Mendeleev. La afinidad electrónica de los átomos metálicos suele ser cero o negativa, es decir. Es energéticamente desfavorable para ellos adjuntar electrones adicionales; se requiere energía adicional para mantenerlos dentro de los átomos. La afinidad electrónica de los átomos de los no metales es siempre positiva y cuanto mayor, más cerca del gas noble (inerte) se encuentra el no metal. tabla periódica. Esto indica un aumento propiedades no metálicas a medida que nos acercamos al final del período.

De todo lo dicho, se desprende claramente que la electronegatividad (2.1) de los átomos aumenta en la dirección de izquierda a derecha para los elementos de cada período y disminuye en la dirección de arriba a abajo para los elementos del mismo grupo del periódico de Mendeleev. sistema. Sin embargo, no es difícil comprender que para caracterizar el grado de polaridad de un enlace covalente entre átomos, lo importante no es el valor absoluto de la electronegatividad, sino la relación de electronegatividades de los átomos que forman el enlace. Es por eso en la práctica utilizan valores de electronegatividad relativa(Tabla 2.1), tomando la electronegatividad del litio como unidad.

Para caracterizar la polaridad de un enlace químico covalente, se utiliza la diferencia en la electronegatividad relativa de los átomos.. Normalmente, el enlace entre los átomos A y B se considera puramente covalente si |  A – B|0.5.