Articles

4.4: karakteristieken van covalente bindingen

elektronegativiteit en Bindingspolariteit

hoewel we covalente binding gedefinieerd hebben als het delen van elektronen, worden de elektronen in een covalente binding niet altijd gelijkelijk gedeeld door de twee gebonden atomen. Tenzij de binding twee atomen van hetzelfde element verbindt, zoals in H2, zal er altijd één atoom zijn dat de elektronen in de binding sterker aantrekt dan het andere atoom, zoals in HCl, weergegeven in Figuur \(\Paginindex{1}\). Een covalente binding die een gelijk deel van elektronen heeft (figuur \(\Pagindex{1a}\)) wordt een niet-polaire covalente binding genoemd. Een covalente binding die een ongelijk delen van elektronen heeft, zoals in Figuur \(\Pagindex{1b}\), wordt een polaire covalente binding genoemd.

figuur \(\Paginindex{1}\) polaire versus niet-polaire covalente bindingen. (a) de elektronen in de covalente binding worden gelijkelijk gedeeld door beide waterstofatomen. Dit is een niet-polaire covalente binding. (b) het chlooratoom trekt de elektronen in de binding meer aan dan het waterstofatoom, wat leidt tot een onbalans in de elektronendistributie. Dit is een polaire covalente binding.

de distributie van elektronendichtheid in een polaire binding is ongelijk. Het is groter rond het atoom dat de elektronen meer aantrekt dan de andere. De elektronen in de H–Cl-binding van een waterstofchloridemolecuul besteden bijvoorbeeld meer tijd in de buurt van het chlooratoom dan in de buurt van het waterstofatoom. Merk op dat het gearceerde gebied rond Cl in Figuur \(\Paginindex{1b}\) veel groter is dan rond H.

deze onbalans in elektronendichtheid resulteert in een opbouw van gedeeltelijke negatieve lading (aangeduid als δ−) aan de ene kant van de binding (Cl) en een gedeeltelijke positieve lading (aangeduid als δ+) aan de andere kant van de binding (H). Dit is te zien in Figuur \(\Paginindex{2a}\). De scheiding van lading in een polaire covalente binding resulteert in een elektrische dipool (twee polen), vertegenwoordigd door de pijl in Figuur \(\Paginindex{2b}\). De richting van de pijl wordt naar het δ− uiteinde gericht terwijl de + staart van de pijl het δ+ – uiteinde van de binding aangeeft.

figuur \(\Paginindex{2}\): (a) ongelijke verdeling van het bindingspaar elektronen tussen H en Cl leidt tot gedeeltelijke positieve lading op het H-atoom en gedeeltelijke negatieve lading op de Cl. De symbolen δ+ En δ– geven de polariteit van de H–Cl-binding aan. (b) de dipool wordt voorgesteld door een pijl met een kruis aan de staart. Het kruis ligt in de buurt van het δ+ uiteinde en de pijlpunt valt samen met de δ–.

elke covalente binding tussen atomen van verschillende elementen is een polaire binding, maar de mate van polariteit varieert sterk. Sommige bindingen tussen verschillende elementen zijn slechts minimaal polair, terwijl andere sterk polair zijn. Ionenbindingen kunnen worden beschouwd als de ultieme polariteit, waarbij elektronen worden overgedragen in plaats van gedeeld. Om de relatieve polariteit van een covalente binding te beoordelen, gebruiken chemici elektronegativiteit, wat een relatieve maat is voor hoe sterk een atoom elektronen aantrekt wanneer het een covalente binding vormt. Er zijn verschillende numerieke schalen voor het beoordelen van elektronegativiteit. Figuur \(\Paginindex{3}\) toont een van de meest populaire—De Paulingschaal.

figuur \(\Paginindex{3}\) de elektronegativiteitswaarden afgeleid door Pauling volgen voorspelbare periodieke trends met de hogere elektronegativiteit naar rechtsboven in het periodiek systeem. Fluor heeft de hoogste waarde (4.0).

dichterbij kijken: Linus Pauling (1901-94) is misschien wel de meest invloedrijke chemicus van de 20e eeuw en de enige persoon die twee individuele (dat wil zeggen niet gedeelde) Nobelprijzen heeft gewonnen. In de jaren 1930 gebruikte Pauling nieuwe wiskundige theorieën om enkele fundamentele principes van de chemische binding uit te drukken. Zijn boek The Nature of the Chemical Bond uit 1939 is een van de belangrijkste boeken ooit gepubliceerd in de chemie.in 1935 richtte Paulings interesse zich op biologische moleculen en in 1954 kreeg hij de Nobelprijs voor de Scheikunde voor zijn werk over eiwitstructuur. (Hij was zeer dicht bij het ontdekken van de dubbele helix structuur van DNA toen James Watson en James Crick hun eigen ontdekking van de structuur in 1953 aankondigden. In 1962 kreeg hij de Nobelprijs voor de Vrede voor zijn inspanningen om het testen van kernwapens te verbieden.

Linus Pauling was een van de meest invloedrijke chemici van de 20e eeuw.in zijn latere jaren raakte Pauling ervan overtuigd dat grote doses vitamine C ziekten, waaronder verkoudheid, zouden voorkomen. Het meeste klinische onderzoek kon geen verband aantonen, maar Pauling bleef dagelijks grote doses innemen. Hij stierf in 1994, na een leven lang een wetenschappelijke erfenis te hebben opgebouwd die weinigen ooit zullen evenaren.

de polariteit van een covalente binding kan worden beoordeeld door het verschil in de elektronegativiteit van de twee atomen die de binding maken te bepalen. Hoe groter het verschil in elektronegativiteit, hoe groter de onbalans van het delen van elektronen in de binding. Hoewel er geen harde en snelle regels zijn, is de algemene regel als het verschil in elektronegativiteit kleiner is dan ongeveer 0.4, wordt de binding als niet-polair beschouwd; als het verschil groter is dan 0,4, wordt de binding als polair beschouwd. Als het verschil in elektronegativiteit groot genoeg is (over het algemeen groter dan ongeveer 1,8), wordt de resulterende verbinding eerder als ionisch dan als covalent beschouwd. Een elektronegativiteitsverschil van nul wijst natuurlijk op een niet-polaire covalente binding.

figuur \(\Paginindex{4}\): naarmate het elektronegativiteitsverschil tussen twee atomen toeneemt, wordt de binding ionischer.

voorbeeld \(\Paginindex{1}\)

beschrijf het elektronegativiteitsverschil tussen elk paar atomen en de resulterende polariteit (of bindingstype).

  1. C en H
  2. H en H
  3. Na en Cl
  4. O en H

oplossing

  1. koolstof heeft een elektronegativiteit van 2,5, terwijl de waarde voor waterstof 2,1 is. Het verschil is 0,4, wat vrij klein is. De C-H-binding wordt daarom als niet-polair beschouwd.
  2. beide waterstofatomen hebben dezelfde elektronegativiteitswaarde—2.1. Het verschil is nul, dus de binding is niet-polair.
  3. de elektronegativiteit van natrium is 0,9, terwijl de elektronegativiteit van chloor 3,0 is. Het verschil is 2,1, wat vrij hoog is, en zo vormen natrium en chloor een ionische verbinding.
  4. met 2,1 voor waterstof en 3,5 voor zuurstof is het elektronegativiteitsverschil 1,4. We zouden een zeer polaire band verwachten. Het delen van elektronen tussen O en H is ongelijk met de elektronen sterker naar o getrokken.

oefening \(\Paginindex{1}\)

beschrijf het elektronegativiteit (EN) verschil tussen elk paar atomen en de resulterende polariteit (of bindingstype).

  1. C en O
  2. K en Br
  3. N en n
  4. Cs en F

Antwoord A:

het EN-verschil is 1,0, vandaar polair. Het delen van elektronen tussen C en O is ongelijk met de elektronen sterker aangetrokken naar O.

antwoord b:

het EN-verschil is groter dan 1,8, vandaar ionisch.

antwoord c:

identieke atomen hebben nul EN verschil, dus niet-polair.

antwoord d:

het EN-verschil is groter dan 1,8, vandaar ionisch.