Mittepolaarsete kovalentsete sidemete omadused ja omadused: täielik juhend näidetega

Aine omaduste uurimise algusest saadik aimasid teadlased jõudu, mis suudaks luua seoseid erinevate liikide vahel. "Osakesed meelitavad üksteist jõudude abil" Seda ütles Isaac Newton ja aastaid hiljem, tänu kuulsa volta-elemendi leiutamisele, töötas Jöns Jakob Berzelius välja keemilise kombinatsiooni protsessi käsitleva teooria.

Tänu erinevate teadlaste läbiviidud uuringute edusammudele oleme täna kindlad, et keemilised elemendid, just nagu inimesed, suhtlevad nad üksteisega ja sellest tegevusest tekivad uued struktuurid, fusioonid, ühendid ja tohutu hulk transformatsioone.

Sellise suhtluse tulemus sõltub sellest, iga aatomi individuaalsed omadusedSee piirab moodustuva sideme tüüpi, ühendi stabiilsust ja paljusid selle füüsikalisi ja keemilisi omadusi. Selleks, et molekulis tekiks side, peab tekkima kindel side. mittepolaarne kovalentne sideAsjaomased liigid peavad olema elektronegatiivsuse poolest väga sarnased.

Tingimused, mis määravad sidemete tekke

Kuigi võib arvata, et need ühendite moodustumise protsessid sidemete loomise kaudu toimuvad spontaanselt ja kõikvõimalikes stsenaariumides, on tõde see, et aatomite vaheline liit See toimub ainult siis, kui protsessi ümbritsevad tingimused on soodsad. Sellised tegurid nagu temperatuur ja rõhk Need piiravad reaktsiooni toimumist ja muudavad ka moodustunud ühendi tulemust või omadusi.

Teine oluline aspekt on ainete kontsentratsioonSee määrab kombineerimisprotsessist tuleneva komponendi koguse ja tüübi. Paljudes reaktsioonides võib reagentide suhte minimaalne varieerumine põhjustada erinevate saaduste moodustumist või takistada reaktsiooni üldse toimumist.

The osakeste individuaalsed omadusedNende elektronegatiivsus, aatomiraadius ja elektronkonfiguratsioon määravad eelkõige ära nende kombineerumise hulga ja liigid; need määravad ka lingi tüüp mis areneb. Peame meeles pidama, et Linus Paulingi pakutud skaala kohaselt sõltub moodustunud sideme tüüp liikidevahelisest elektronegatiivsuse erinevusest:

• Iooniline: Elektronegatiivsuse erinevus on suurem või võrdne 1,7See näitab, et seda tüüpi side on iseloomulik väga erineva elektronegatiivsusega liikidele, seega mida elektronegatiivsem on aatom See tõmbab tugevalt ligi valentselektronid, mis tekitavad positiivseid ja negatiivseid ioone, mida hoiavad koos elektrostaatilised jõud.
• Polaarne kovalentne: Erinevus 1,7 ja 0,5 umbes. Tavaliselt moodustub see elementide vahel kõrge elektronegatiivsus (peamiselt mittemetallid) ja juhtub nii, et moodustunud ühend on a tulemus ebavõrdne sektsioon elektronidest. Üks aatomitest tõmbab elektronpilve mõnevõrra rohkem ligi, luues teatud polaarsusega sideme.
• Mittepolaarne kovalentne side: See juhtub siis, kui registreeritud erinevus on väiksem või võrdne 0,4–0,5 (kuigi paljudel juhtudel on see praktiliselt võrdne nulliga). Sellises olukorras jaotuvad elektronid palju tasakaalustatumalt.

Need elektronegatiivsuse erinevuse kriteeriumid võimaldavad ennustada sideme polaarsustEelkõige vastavad väärtused vahemikus 0 kuni ligikaudu 0,4 mittepolaarsed kovalentsed sidemed, kus elektronpilv on kahe seotud aatomi vahel peaaegu ühtlaselt jaotunud.

Mis on mittepolaarne kovalentne side?

Un keemiline side See on jõud, mis seob kahte aatomit kokku. Need on nendevahelised interaktsioonid, mis annavad neile suurema energeetilise stabiilsuse. Kui mitu aatomit on sidemetega ühendatud, moodustavad nad molekulid ehk kristallvõred, mis on kogu teadaoleva aine aluseks.

Struktuurilisest vaatepunktist koosneb aatom a-st tuum (prootonid ja neutronid) ja pilv elektronid mis liiguvad ringi. Need elektronid, eriti need, mis on valentskestNeed on elemendid, mis osalevad sidemetes. Isoleeritud aatom ei ole üldiselt väga stabiilne, seega kipub see suhelda teiste aatomitega stabiilsemate elektrooniliste konfiguratsioonide saavutamiseks, mis on sageli sarnased väärisgaaside omadega.

Nagu teada, on aatomite tuum positiivselt laetud, seega on kahe keemilise liigi loomulik kalduvus üksteist tõugata. Siiski on see nii elektronpilv mis tiirleb ümber tuuma, mis võimaldab keemiliste sidemete teket, kuna see saab jagada o üleandmine erinevate aatomite vahel.

Sideme moodustumiseks peavad esinevad keemilised liigid vastama üldisele tingimusele: Ühel neist peab olema elektronide puudus oma välimises kestas ja teisel peavad olema jagamiseks elektronid saadaval.See positiivsete tuumade ja jagatud elektronpilve vaheline tõmbejõud võimaldab tuumadevahelise tõukejõu kompenseerida elektron-tuuma tõmbejõuga, stabiliseerides süsteemi.

Mittepolaarne kovalentne sideKovalentne side, mida nimetatakse ka puhtaks või mittepolaarseks kovalentseks sidemeks, on kahe aatomi ühendus, millel on üks või mitu ühist elektronpaari viisil, mis praktiliselt võrdneSee tähendab, et sideme moodustavad elektronid veedavad ühe aatomi lähedal ligikaudu sama palju aega kui teise lähedal, ilma et laengud oluliselt eralduksid.

Selline seos tekib kahe vahel identsed aatomid (sama elemendi) või kahe erineva aatomi vahel, millel on erinev elektronegatiivsus väga sarnaneElektronegatiivsuse erinevuse seisukohast peetakse kovalentset sidet mittepolaarseks, kui see erinevus asub vahemikus 0 ja 0,4–0,5Nendest väärtustest allpool on elektronpilve jaotus piisavalt sümmeetriline, nii et puuduvad selgelt määratletud poolused.

Seda tüüpi sidemest tulenevatel molekulidel puudub netolaeng ja need on sageli sümmeetriline selle struktuuris, mis aitab kaasa sellele, et üldine dipoolmoment on null. See ei ole kõigis ühendites kõige levinum sideme tüüp, kuid see on fundamentaalne näiteks paljude gaaside kaheahelalistes molekulides ja paljudes orgaanilistes ühendites.

Mittepolaarsete kovalentsete sidemete tüübid vastavalt jagatud elektronidele

Mittepolaarses kovalentses sidemes saavad aatomid jagada üks, kaks või kolm paari elektronidest. Sõltuvalt jagatud paaride arvust eristatakse mitut tüüpi:

• Lihtne link: seda jagatakse üks paar elektronide arv kahe aatomi vahel. See on H-H sideme puhul vesiniku molekulis (H2).
• Topeltlink: on jagatud kaks paari elektronidest. Näiteks on C=C side etüleeni molekulis (C2H4), kus jagatud elektronid on mõlema süsinikuaatomi vahel peaaegu homogeenselt jaotunud.
• Kolmekordne link: on jagatud kolm paari elektronidest. Tüüpiline näide on N≡N side lämmastikumolekulis (N2), mis vaatamata suurele tugevusele jääb elektronegatiivsuste võrdsuse tõttu mittepolaarseks kovalentseks sidemeks.

Kõigil neil juhtudel ei ole määravaks teguriks mitte ainult jagatud paaride arv, vaid ka elektronegatiivsuse võrdsus või sarnasus osalevatest aatomitest, mis tagab märgistatud pooluste puudumise.

Mittepolaarsete kovalentsete sidemete näited

Mittepolaarsete kovalentsete sidemete näiteid on arvukalt, nii identsetest aatomitest moodustunud molekulides kui ka sarnaste elektronegatiivsustega erinevate aatomite molekulides. Mõned kõige tüüpilisemad juhtumid on järgmised:

• Sidemed identsete aatomite vahel: kui kahe aatomi vahel tekib side sama elementElektronegatiivsuse erinevus on täpselt null. Elektronpilv jaguneb võrdselt mõlema vahel. Klassikalised näited on vesinik (H₂) ja vesinik (H₂).2), lämmastik (N2), hapnik (O2), fluor (F2), broom (Br2) ja muud mittemetalliliste elementide diatoomsed molekulid.
• Vesiniku molekul (H2): Kaks vesinikuaatomit jagavad oma ühte valentselektroni, moodustades ühe kovalentse sideme. Kuna mõlemad aatomid on identsed, on elektronegatiivsuse erinevus null, seega on side selgelt mittepolaarne.
• Fluori molekul (F2Kuigi fluor on perioodilisustabeli kõige elektronegatiivsem element, siis kui üks fluori aatom teisega sideme moodustab, ei saa kumbki elektronpilve tugevamalt ligi tõmmata kui teine. Elektronegatiivsus on sama ja side on mittepolaarne kovalentne.
• Osoonimolekul (O3Selles molekulis on tsentraalne hapnikuaatom seotud kahe teise hapnikuaatomiga kovalentsete sidemete kaudu. OO-sidemed on individuaalselt mittepolaarne kovalentne sest need esinevad võrdse elektronegatiivsusega aatomite vahel, kuigi tervikmolekulil on keerulisem struktuur ja teatud resonantsiefektid.
• Lämmastiku molekul (N2): iga lämmastikuaatom jagab oma kolme paarimata valentselektroni teisega, moodustades kolmiklüliElektronegatiivsuse erinevus on null, seega on N≡N side mittepolaarne kovalentne ja äärmiselt tugev.
• CH4-sidemed metaanis (CH44Metaan on huvitav juhtum, kuna selle C-H sidemed esinevad erinevate elementide aatomite vahel. Süsiniku ja vesiniku elektronegatiivsuse erinevus on lähedane 0,4See väärtus jääb mittepolaarse ja kergelt polaarse sideme piirile. Paljudes kontekstides peetakse seda mittepolaarse kovalentse sideme või vähemalt väga madala polaarsusega sideme näiteks. Lisaks tetraeedriline geomeetria Metaani omadused põhjustavad seda, et isegi kui igal sidemel võib olla kerge polaarsus, tühistavad dipoolmomendid üksteist ja kogu molekul on mittepolaarne.
• Etüleeni molekul (C2H4): etüleenil on neli CH-sidet ja üks C=C kaksiksideNii CH-sidemed (väga madala polaarsusega) kui ka C=C-side on laengujaotuse poolest mittepolaarsed kovalentsed sidemed. Kogu molekulil on sümmeetria, mis tugevdab selle mittepolaarset iseloomu.
• Süsiniksulfiid (CS2): sellel ühendil on süsinikuaatom, mis on lineaarselt seotud kahe väävliaatomiga läbi kaksiksidemed C=S. Süsiniku ja väävli elektronegatiivsuse erinevus ei ole väga suur, seega on sidemetel nõrgalt polaarne iseloom. Lisaks põhjustab lineaarne geomeetria potentsiaalsete dipoolmomentide vastastikune tühistamine, mille tulemuseks on üldiselt mittepolaarne molekul.

Kõigis neis näidetes on elektronegatiivsused kas võrdsed või on erinevus väiksem kui 0,4 - 0,5, mis tagab jagatud elektroonilise pilve peaaegu ühtlase jaotuse.

Mittepolaarsete kovalentsete sidemetega ühendite omadused

Peamiselt mittepolaarsete kovalentsete sidemete abil moodustunud ühenditel on omaduste kogum, mis eristab neid ioonsetest ühenditest või tugevalt polaarsete kovalentsete sidemetega ühenditest. Nende olulisemate omaduste hulgas on järgmised:

• Neil on madal sulamis- ja keemistemperatuur võrreldes ioonsete või metalliliste ühenditega. Paljud seda tüüpi ained on toatemperatuuril gaasilises või vedelas olekus, näiteks vesinik (H₂).2), lämmastik (N2) või broomi (Br2).
• Nad ei juhi soojust hästikuna neil puuduvad vabad elektronid või liikuvad ioonid, mis suudaksid soojusenergiat läbi struktuuri tõhusalt transportida.
• Poeg vees lahustumatu erinevatel temperatuuridel või on väga halvasti lahustuvad. Üldreeglina on ühendid mittepolaarne Nad lahustuvad paremini mittepolaarsetes lahustites (näiteks teatud süsivesinikes), samas kui vesi on tugevalt polaarne lahusti.
• Poeg halvad elektrijuhidKuna selle molekulid on elektriliselt neutraalsed ega lagune lahustumisel ioonideks ning puuduvad liikuvad laengukandjad, ei ole elektrivool kergesti ülekantav.
• Molekulid on tavaliselt sümmeetriline võrdlustasandi või -telje suhtes, mis aitab kaasa sellele, et võimalike sideme dipoolmomentide vektori summa on null. See sümmeetria on võtmetähtsusega, et ühend käituks üldiselt mittepolaarse ainena.
• Kohal suhteliselt madalad sidumisenergiad Võrreldes mõnede ioonsidemete või ulatuslike kovalentsete võrgustikega (näiteks teemant) tähendab see, et üldiselt on üksiku mittepolaarse kovalentse sideme purustamiseks vaja vähem energiat kui tugeva ioonsideme purustamiseks.
• Nad võivad moodustada tahked ained, vedelikud või gaasid toatemperatuuril, olenevalt molekulidevaheliste jõudude tugevusest (Londoni dispersioonijõud, indutseeritud dipool jne) ja molekulide suurusest. Näiteks lämmastik (N2) on gaas, broom (Br2) on vedel ja orgaanilised ühendid, näiteks naftaleen (C10H8) on molekulaarsed tahked ained.

Kokkuvõttes selgitavad need omadused, miks paljusid mittepolaarsete kovalentsete sidemetega ühendeid kasutatakse orgaanilised lahustid, kütuseid või isoleermaterjale, nii elektri- kui ka soojusenergia jaoks.

Protseduur molekuli sideme tüübi tuvastamiseks

Kui soovite täpsemalt kindlaks teha, kas molekulis olev side on tüüpiline mittepolaarne kovalentne tüüpElementide elektronegatiivsuse põhjal saate järgida lihtsat protseduuri:

• Esmalt tehke kindlaks, millised elemendid moodustavad molekuli ja millised on nende olemused: kas need on metallidTavaliselt asuvad need perioodilisustabeli vasakul küljel ja keskel; kui nad on ei mingeid metalle, leidub paremal pool (sealhulgas paljudes uuringuskeemides vesinik).
• Enne arvutuse tegemist võib sul juba olla tulemuse ettekujutusDefinitsiooni järgi, kui olete kahe mittemetallilise elemendi juuresolekul, moodustub ühend. kovalentne sideJääb küsimus, kas see on polaarne või mittepolaarne.
• Otsige üles elektronegatiivsused Iga perioodilisussüsteemi elemendi kohta (tavaliselt Paulingi skaala väärtuste abil). Kirjutage üles iga sidemes osaleva aatomi väärtus.
• Teha lihtne lahutamine elektronegatiivsuse väärtuste vahel (üldiselt suurem väärtus miinus väiksem väärtus). Tulemuseks on elektronegatiivsuse erinevus mõlema aatomi vahel.
• Võrrelge saadud väärtust võrdlusvahemikega: kui erinevus on suurem või võrdne 1,7-ga, on side valdavalt ioonne; kui see asub vahemikus 0,5 ja 1,7, peetakse polaarne kovalentneJa kui see on väiksem või võrdne 0,4–0,5See on umbes a mittepolaarne kovalentne side või väga madala polaarsusega.

Lisaks sellele kvantitatiivsele analüüsile on oluline arvestada ka molekuli geomeetriaMolekul võib sisaldada mitut polaarset sidet ja olla siiski globaalne mittepolaarne kui sidemete ruumiline paigutus põhjustab dipoolmomentide üksteise tühistamise. Tüüpiline näide on süsinikdioksiid (CO₂).2), kus C=O sidemed on polaarsed, kuid lineaarse geomeetria tõttu on dipoolmoment null.

Mõista sideme polaarsus ja molekulaarne polaarsus Keemias on võtmetähtsusega ennustada selliseid omadusi nagu lahustuvus, sulamis- ja keemistemperatuurid, reaktsioonivõime ja ainete käitumine erinevates keskkondades.

Üksikasjalik uuring mittepolaarsed kovalentsed sidemed See võimaldab meil mõista, miks nii paljudel igapäevastel ainetel (atmosfäärigaasidel, kütustel, plastidel ja muudel orgaanilistel molekulidel) on füüsikaline käitumine, mis erineb ioonsoolade või metallide omast, hoolimata sellest, et need koosnevad vähestest aatomitüüpidest, mis kombineeruvad mitmel viisil.