Articles

4.4: charakterystyka wiązań kowalencyjnych

by admin

elektroujemność i polaryzacja wiązań

chociaż wiązanie kowalencyjne zdefiniowaliśmy jako współdzielenie elektronów, elektrony w wiązaniu kowalencyjnym nie zawsze są dzielone równo przez dwa połączone Atomy. Jeśli Wiązanie nie łączy dwóch atomów tego samego pierwiastka, jak w H2, zawsze będzie jeden atom, który przyciąga elektrony w wiązaniu silniej niż drugi atom, jak w HCl, pokazany na rysunku \(\PageIndex{1}\). Wiązanie kowalencyjne, które ma równy udział elektronów (rysunek \(\PageIndex{1a}\)) nazywa się niepolarnym wiązaniem kowalencyjnym. Wiązanie kowalencyjne, które ma nierówny podział elektronów, jak na rysunku \(\PageIndex{1B}\), nazywa się polarnym wiązaniem kowalencyjnym.

rysunek \(\PageIndex{1}\) Polarne kontra niepolarne wiązania kowalencyjne. (a) elektrony w wiązaniu kowalencyjnym są równo dzielone przez oba atomy wodoru. Jest to niepolarne wiązanie kowalencyjne. (b) atom chloru przyciąga elektrony w wiązaniu bardziej niż atom wodoru, co prowadzi do nierównowagi w rozkładzie elektronów. To jest polarne wiązanie kowalencyjne.

rozkład gęstości elektronów w wiązaniu biegunowym jest nierówny. Jest większy wokół atomu, który przyciąga elektrony bardziej niż inne. Na przykład elektrony w wiązaniu H-Cl cząsteczki chlorowodoru spędzają więcej czasu w pobliżu atomu chloru niż w pobliżu atomu wodoru. Zauważ, że zacieniony obszar wokół Cl Na rysunku \(\PageIndex{1b}\) jest znacznie większy niż wokół H.

ta nierównowaga gęstości elektronów powoduje nagromadzenie częściowego ładunku ujemnego (oznaczonego jako δ−) Po jednej stronie wiązania (Cl) i częściowego ładunku dodatniego (oznaczonego δ+) po drugiej stronie wiązania (H). Widać to na rysunku \(\PageIndex{2A}\). Rozdzielenie ładunku w wiązaniu kowalencyjnym biegunowym skutkuje dipolem elektrycznym (dwa bieguny), reprezentowanym przez strzałkę na rysunku \(\PageIndex{2b}\). Kierunek strzałki jest skierowany w kierunku δ-końca, podczas gdy + ogon strzałki wskazuje δ+ koniec wiązania.

rysunek \(\PageIndex{2}\): (A) nierówny podział wiązania pary elektronów między H i Cl prowadzi do częściowego ładunku dodatniego na atomie H i częściowego ładunku ujemnego na CL. Symbole δ+ i δ-wskazują polaryzację wiązania H-Cl. (b) dipol jest reprezentowany przez strzałę z krzyżem na ogonie. Krzyż znajduje się w pobliżu końca δ+, a grot strzałki pokrywa się z δ–.

każde wiązanie kowalencyjne między atomami różnych pierwiastków jest wiązaniem polarnym, ale stopień polaryzacji jest bardzo różny. Niektóre wiązania między różnymi elementami są tylko minimalnie polarne, podczas gdy inne są silnie polarne. Wiązania jonowe można uznać za najwyższą polaryzację, przy czym elektrony są przenoszone, a nie dzielone. Aby ocenić względną polaryzację wiązania kowalencyjnego, chemicy używają elektroujemności, która jest względną miarą tego, jak silnie atom przyciąga elektrony, gdy tworzy wiązanie kowalencyjne. Istnieją różne skale numeryczne dla elektroujemności ratingowej. Rysunek \(\PageIndex{3}\) pokazuje jedną z najpopularniejszych—skalę Paulinga.

Figure \(\PageIndex{3}\) wartości elektroujemności uzyskane przez Paulinga podążają za przewidywalnymi trendami okresowymi z wyższymi elektroujemnościami w kierunku prawego górnego rogu układu okresowego. Fluor ma najwyższą wartość (4,0).

Szukam bliżej: Linus Pauling

prawdopodobnie najbardziej wpływowy chemik XX wieku, Linus Pauling (1901-1994) jest jedyną osobą, która zdobyła dwie indywidualne Nagrody Nobla (tj. W latach 30. Pauling wykorzystał nowe teorie matematyczne do sformułowania podstawowych zasad wiązania chemicznego. Jego książka z 1939 the Nature of the Chemical Bond jest jedną z najważniejszych książek kiedykolwiek opublikowanych w chemii.

w 1935 roku Pauling zainteresował się cząsteczkami biologicznymi, a w 1954 roku otrzymał Nagrodę Nobla w dziedzinie chemii za pracę nad strukturą białek. (Był bardzo bliski odkrycia struktury podwójnej helisy DNA, kiedy James Watson i James Crick ogłosili własne odkrycie jej struktury w 1953 roku.) Został później uhonorowany Pokojową Nagrodą Nobla w 1962 roku za wysiłki na rzecz zakazu testowania broni jądrowej.

Linus Pauling był jednym z najbardziej wpływowych chemików XX wieku.

w późniejszych latach Pauling był przekonany, że duże dawki witaminy C zapobiegną chorobom, w tym przeziębieniom. Większość badań klinicznych nie wykazała związku, ale Pauling nadal przyjmował duże dawki dziennie. Zmarł w 1994 roku, przez całe życie ustanawiając naukowe dziedzictwo, które niewielu będzie miało sobie równych.

polaryzację wiązania kowalencyjnego można ocenić określając różnicę elektroujemności dwóch atomów tworzących Wiązanie. Im większa różnica elektroujemności, tym większa nierównowaga podziału elektronów w wiązaniu. Chociaż nie ma twardych i szybkich reguł, ogólną zasadą jest, jeśli różnica elektroujemności jest mniejsza niż około 0.4, Wiązanie jest uważane za niepolarne; jeśli różnica jest większa niż 0,4, Wiązanie jest uważane za polarne. Jeśli różnica elektroujemności jest wystarczająco duża (na ogół większa niż około 1,8), powstały związek jest uważany za jonowy, a nie kowalencyjny. Różnica elektroujemności zerowa, oczywiście, wskazuje na niepolarne wiązanie kowalencyjne.

rysunek \(\PageIndex{4}\): gdy różnica elektroujemności wzrasta między dwoma atomami, Wiązanie staje się bardziej jonowe.

przykład \(\PageIndex{1}\)

opisuje różnicę elektroujemności między każdą parą atomów a wynikającą z tego polaryzacją (lub rodzajem wiązania).

  1. C i h
  2. H I H
  3. Na i Cl
  4. O I H

rozwiązanie

  1. węgiel ma elektroujemność 2,5, podczas gdy wartość dla wodoru wynosi 2,1. Różnica wynosi 0,4, co jest raczej niewielkie. Wiązanie C-H uznaje się zatem za niepolarne.
  2. oba atomy wodoru mają tę samą wartość elektroujemności-2.1. Różnica wynosi zero, więc wiązanie jest niepolarne.
  3. elektroujemność sodu wynosi 0,9, natomiast chloru 3,0. Różnica wynosi 2,1, co jest dość wysokie, a więc sód i chlor tworzą związek jonowy.
  4. przy 2.1 Dla wodoru i 3.5 dla tlenu, różnica elektroujemności wynosi 1.4. Spodziewalibyśmy się bardzo polarnej więzi. Podział elektronów między O I H jest nierówny z elektronami silniej przyciąganymi w kierunku O.

ćwiczenie \(\PageIndex{1}\)

opisuje różnicę elektroujemności (EN) między każdą parą atomów a wynikającą z tego polaryzacją (lub rodzajem wiązania).

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

odpowiedź A:

różnica EN wynosi 1.0 , stąd polar. Podział elektronów między C I O jest nierówny z elektronami silniej przyciąganymi w kierunku O.

odpowiedź b:

różnica EN jest większa niż 1,8, stąd jonowa.

odpowiedź c:

identyczne Atomy mają zerową różnicę EN, stąd niepolarną.

Odpowiedz d:

różnica EN jest większa niż 1,8, stąd jonowa.