Charakteristiky a vlastnosti nepolárnych kovalentných väzieb: kompletný sprievodca s príkladmi

Od začiatku štúdií týkajúcich sa charakteristík hmoty vedci intuitívne zistili existenciu sily schopnej nadviazať väzby medzi rôznymi druhmi. „Častice k sebe priťahujú sily“ To povedal Isaac Newton a o niekoľko rokov neskôr, vďaka vynálezu slávnej Voltovej batérie, Jöns Jakob Berzelius vyvinul teóriu týkajúcu sa procesu chemickej kombinácie.

Vďaka pokroku v štúdii, ktorú vykonali rôzni vedci, sme si dnes istí, že chemické prvkyRovnako ako ľudské bytosti, aj oni navzájom interagujú a z tejto činnosti vznikajú nové štruktúry, fúzie, zlúčeniny a obrovské množstvo transformácií.

Výsledok takejto interakcie závisí od individuálne vlastnosti každého atómuToto obmedzí typ vytvorenej väzby, stabilitu zlúčeniny a mnohé jej fyzikálne a chemické vlastnosti. Aby sa väzba v molekule vytvorila, musí sa vytvoriť špecifická väzba. nepolárna kovalentná väzbaZúčastnené druhy musia byť veľmi podobné z hľadiska elektronegativity.

Podmienky, ktoré určujú vytváranie odkazov

Hoci by sa mohlo zdať, že tieto procesy tvorby zlúčenín prostredníctvom vytvárania väzieb prebiehajú spontánne a vo všetkých možných scenároch, pravdou je, že spojenie medzi atómami Vyskytuje sa iba vtedy, keď sú okolité podmienky procesu priaznivé. Faktory ako napríklad teplota a tlak Obmedzujú priebeh reakcie a tiež menia výsledok alebo vlastnosti vytvorenej zlúčeniny.

Ďalším dôležitým aspektom je koncentrácia látokToto určuje množstvo a typ zložky, ktorá vznikne v dôsledku kombinovaného procesu. V mnohých reakciách môže minimálna zmena pomeru reaktantov spôsobiť tvorbu rôznych produktov alebo úplne zabrániť priebehu reakcie.

L individuálne vlastnosti častícIch elektronegativita, atómový polomer a elektronická konfigurácia určujú najmä množstvo a druh, v ktorom sa spájajú; určujú tiež typ odkazu ktorý sa vyvinie. Musíme si uvedomiť, že podľa stupnice navrhnutej Linusom Paulingom bude typ vytvorenej väzby závisieť od rozdielu v elektronegativite medzi jednotlivými druhmi:

• Ionic: Rozdiel elektronegativity väčší alebo rovný 1,7To ukazuje, že tento typ väzby je charakteristický pre druhy s veľmi odlišnou elektronegativitou, takže čím je atóm elektronegativnejší, tým Silno to priťahuje valenčné elektróny, ktoré vytvárajú kladné a záporné ióny, ktoré sú držané pohromade elektrostatickými silami.
• Polárny kovalentný: Rozdiel medzi 1,7 a 0,5 približne. Zvyčajne sa tvorí medzi prvkami vysoká elektronegativita (hlavne nekovy) a stáva sa, že vytvorená zlúčenina je výsledkom nerovnaký priestor elektrónov. Jeden z atómov priťahuje elektrónový oblak o niečo viac, čím vytvára väzbu s určitým polaritným charakterom.
• Nepolárny kovalentný: Toto sa stane, keď je zaznamenaný rozdiel menšie alebo rovné 0,4 – 0,5 (hoci v mnohých prípadoch sa prakticky rovná nule). V tejto situácii sú elektróny rozdelené oveľa vyváženejším spôsobom.

Tieto kritériá rozdielu elektronegativity umožňujú predpovedať polaritu väzbyNajmä hodnoty medzi 0 a približne 0,4 zodpovedajú nepolárne kovalentné väzby, v ktorom je elektrónový oblak rozložený takmer rovnomerne medzi dvoma viazanými atómami.

Čo je to nepolárna kovalentná väzba?

Un chemická väzba Je to sila, ktorá viaže dva atómy dohromady. Ide o interakcie medzi nimi, ktoré im poskytujú väčšiu energetickú stabilitu. Keď je niekoľko atómov spojených väzbami, tvoria molekuly alebo kryštalické mriežky, ktoré sú základom všetkej známej hmoty.

Z hľadiska štruktúry sa atóm skladá z jadro (protóny a neutróny) a oblak elektróny ktoré sa pohybujú. Tieto elektróny, najmä tie z valenčná škrupinaToto sú prvky, ktoré sa podieľajú na väzbách. Izolovaný atóm vo všeobecnosti nie je veľmi stabilný, takže má tendenciu interagujú s inými atómami dosiahnuť stabilnejšie elektronické konfigurácie, často podobné konfiguráciám vzácnych plynov.

Ako je dobre známe, atómové jadro je kladne nabité, takže prirodzenou tendenciou dvoch chemických látok by bolo vzájomné odpudzovanie. Je to však... elektrónový mrak ktorá obieha okolo jadra, čo umožňuje tvorbu chemických väzieb, pretože môže zdieľam o prevod medzi rôznymi atómami.

Aby sa vytvorila väzba, prítomné chemické látky musia spĺňať všeobecnú podmienku: Jeden z nich musí mať nedostatok elektrónov vo svojej najvzdialenejšej vrstve a druhý musí mať elektróny k dispozícii na zdieľanie.Táto situácia príťažlivosti medzi kladnými jadrami a zdieľaným elektrónovým oblakom umožňuje, aby bola odpudivá sila medzi jadrami kompenzovaná príťažlivou silou medzi elektrónmi a jadrami, čím sa systém stabilizuje.

Nepolárna kovalentná väzbaKovalentná väzba, nazývaná aj čistá alebo nepolárna kovalentná väzba, je spojenie dvoch atómov, ktoré zdieľajú jeden alebo viac párov elektrónov spôsobom, že prakticky rovnakéTo znamená, že elektróny, ktoré tvoria väzbu, strávia približne rovnaký čas v blízkosti jedného z atómov ako v blízkosti druhého, bez akéhokoľvek významného oddelenia nábojov.

Tento typ prepojenia vzniká medzi dvoma identické atómy (rovnakého prvku) alebo medzi dvoma rôznymi atómami, ktoré však majú rôznu elektronegativitu veľmi podobnéZ hľadiska rozdielu elektronegativity sa kovalentná väzba považuje za nepolárnu, ak tento rozdiel leží medzi 0 a 0,4 – 0,5Pod týmito hodnotami je rozloženie elektrónového oblaku dostatočne symetrické, takže neexistujú jasne definované póly.

Molekuly vznikajúce týmto typom väzby nemajú žiadny celkový náboj a často sú symetrické v jeho štruktúre, čo prispieva k tomu, že celkový dipólový moment je nulový. Nie je to najrozšírenejší typ väzby vo všetkých zlúčeninách, ale je základný napríklad v dvojatómových molekulách mnohých plynov a vo veľkom počte organických zlúčenín.

Typy nepolárnych kovalentných väzieb podľa zdieľaných elektrónov

V nepolárnej kovalentnej väzbe sa atómy môžu zdieľať jeden, dva alebo tri páry elektrónov. V závislosti od toho, koľko párov je zdieľaných, sa rozlišuje niekoľko typov:

• Jednoduchý odkaz: je to zdieľané jeden pár elektrónov medzi dvoma atómami. Toto je prípad väzby H-H v molekule vodíka (H2).
• Dvojitý odkaz: sú zdieľané dva páry elektrónov. Príkladom je väzba C=C v molekule etylénu (C2H4), kde sú zdieľané elektróny rozložené takmer homogénne medzi oboma uhlíkmi.
• Trojitý odkaz: sú zdieľané tri páry elektrónov. Typickým príkladom je väzba N≡N v molekule dusíka (N2), ktorá napriek svojej veľkej pevnosti zostáva nepolárnou kovalentnou väzbou kvôli rovnosti elektronegativít.

Vo všetkých týchto prípadoch nie je určujúcim faktorom len počet zdieľaných párov, ale aj rovnosť alebo podobnosť v elektronegativite zúčastnených atómov, čo zabezpečuje absenciu označených pólov.

Príklady nepolárnych kovalentných väzieb

Existuje množstvo príkladov nepolárnych kovalentných väzieb, a to ako v molekulách tvorených identickými atómami, tak aj v molekulách tvorených rôznymi atómami s podobnou elektronegativitou. Medzi najreprezentatívnejšie prípady patria:

• Väzby medzi identickými atómami: keď sa vytvorí väzba medzi dvoma atómami rovnaký prvokRozdiel v elektronegativite je presne nulový. Elektrónový oblak je medzi oboma rozdelený rovnako. Klasickými príkladmi sú vodík (H₂) a vodík (H₂).2), dusík (N2), kyslík (O.2), fluór (F.2), bróm (Br2) a iné dvojatómové molekuly nekovových prvkov.
• Molekula vodíka (H2): Dva atómy vodíka zdieľajú svoj jediný valenčný elektrón a tvoria jednu kovalentnú väzbu. Keďže oba atómy sú identické, rozdiel elektronegativity je nulový, takže väzba je jednoznačne nepolárny.
• Molekula fluóru (F2Hoci je fluór najelektronegatívnejším prvkom v periodickej tabuľke, keď sa jeden atóm fluóru viaže s iným, žiadny z nich nemôže priťahovať elektrónový oblak silnejšie ako druhý. Elektronegativita je rovnaká a väzba je nepolárna kovalentná.
• Molekula ozónu (O3V tejto molekule je centrálny atóm kyslíka viazaný na dva ďalšie atómy kyslíka kovalentnými väzbami. Väzby OO sú jednotlivo nepolárny kovalentný pretože sa vyskytujú medzi atómami s rovnakou elektronegativitou, hoci celá molekula má zložitejšiu štruktúru a určité rezonančné efekty.
• Molekula dusíka (N2): každý atóm dusíka zdieľa svoje tri nepárové valenčné elektróny s ostatnými atómami, čím vytvára trojitý článokRozdiel v elektronegativite je nulový, takže väzba N≡N je nepolárna kovalentná a extrémne silná.
• Väzby CH₄ v metáne (CH₄4Metán je zaujímavý prípad, pretože jeho väzby C-H sa vyskytujú medzi atómami rôznych prvkov. Rozdiel elektronegativity medzi uhlíkom a vodíkom je blízky 0,4Táto hodnota leží na hranici medzi nepolárnou a mierne polárnou väzbou. V mnohých kontextoch sa považuje za príklad nepolárnej kovalentnej väzby alebo aspoň väzby s veľmi nízkou polaritou. Okrem toho, tetraedrická geometria Vlastnosti metánu spôsobujú, že aj keď každá väzba môže mať miernu polaritu, dipólové momenty sa navzájom rušia a celá molekula je nepolárna.
• Molekula etylénu (C2H4): etylén má štyri väzby CH a jednu C=C dvojitá väzbaVäzby CH (s veľmi nízkou polaritou) aj väzba C=C sú z hľadiska rozloženia náboja nepolárne kovalentné väzby. Celková molekula vykazuje symetriu, ktorá posilňuje jej nepolárny charakter.
• Sírouhlík (CS)2): táto zlúčenina má atóm uhlíka lineárne viazaný k dvom atómom síry prostredníctvom dvojité väzby C=S. Rozdiel v elektronegativite medzi uhlíkom a sírou nie je veľmi veľký, takže väzby majú slabo polárny charakter. Okrem toho lineárna geometria spôsobuje, že sa akékoľvek potenciálne dipólové momenty navzájom rušia, čo vedie k celkovo nepolárnej molekule.

Vo všetkých týchto príkladoch sú buď elektronegativity rovnaké, alebo je rozdiel menší ako 0,4 - 0,5, čo zaručuje takmer rovnomerné rozloženie zdieľaného elektronického cloudu.

Charakteristika zlúčenín s nepolárnymi kovalentnými väzbami

Zlúčeniny tvorené primárne nepolárnymi kovalentnými väzbami vykazujú súbor charakteristík, ktoré ich odlišujú od iónových zlúčenín alebo zlúčenín so silne polárnymi kovalentnými väzbami. Medzi ich najdôležitejšie vlastnosti patria:

• Majú nízke body topenia a varu v porovnaní s iónovými alebo kovovými zlúčeninami. Mnohé látky tohto typu sú pri izbovej teplote v plynnom alebo kvapalnom stave, ako napríklad vodík (H₂).2), dusík (N2) alebo bróm (Br2).
• Nevedú dobre teplopretože im chýbajú voľné elektróny alebo mobilné ióny, ktoré dokážu efektívne prenášať tepelnú energiu cez štruktúru.
• Syn nerozpustný vo vode pri rôznych teplotách alebo vykazujú veľmi nízku rozpustnosť. Zlúčeniny spravidla nepolárny Majú tendenciu sa lepšie rozpúšťať v nepolárnych rozpúšťadlách (ako sú niektoré uhľovodíky), zatiaľ čo voda je silne polárne rozpúšťadlo.
• Syn zlé vodiče elektrinyKeďže jeho molekuly sú elektricky neutrálne a pri rozpúšťaní sa nerozkladajú na ióny a neexistujú žiadne mobilné nosiče náboja, elektrický prúd sa ľahko neprenáša.
• Molekuly sú zvyčajne symetrické vzhľadom na referenčnú rovinu alebo os, čo prispieva k tomu, že vektorový súčet možných dipólových momentov väzby je nulový. Táto symetria je kľúčová pre to, aby sa zlúčenina správala ako nepolárna látka celkovo.
• Prítomný relatívne nízke väzbové energie V porovnaní s niektorými iónovými väzbami alebo rozsiahlymi kovalentnými sieťami (ako napríklad diamant) to znamená, že na prerušenie individuálnej nepolárnej kovalentnej väzby je vo všeobecnosti potrebná menšia energia ako na prerušenie silnej iónovej väzby.
• Môžu sa tvoriť pevné látky, kvapaliny alebo plyny pri izbovej teplote, v závislosti od sily medzimolekulových síl (londýnske disperzné sily, indukovaný dipól atď.) a veľkosti molekúl. Napríklad dusík (N2) je plyn, bróm (Br2) je kvapalná a organické zlúčeniny, ako napríklad naftalén (C10H8) sú molekulárne pevné látky.

Tieto vlastnosti spolu vysvetľujú, prečo sa mnoho zlúčenín s nepolárnymi kovalentnými väzbami používa ako organické rozpúšťadlá, palivá alebo izolačné materiály, elektrické aj tepelné.

Postup identifikácie typu väzby v molekule

Ak chcete presnejšie určiť, či je typ väzby v molekule nepolárny kovalentný typMôžete postupovať podľa jednoduchého postupu založeného na elektronegativite prvkov:

• Najprv identifikujte, z ktorých prvkov sa molekula skladá a aká je ich povaha: či sú kovyZvyčajne sa nachádzajú na ľavej strane a v strede periodickej tabuľky; ak sú žiadne kovy, sa nachádzajú na pravej strane (vrátane vodíka v mnohých študijných schémach).
• Pred vykonaním výpočtu už môžete mať predstava výsledkuPodľa definície, ak ste v prítomnosti dvoch nekovových prvkov, vytvorí sa zlúčenina. kovalentná väzbaOtázkou zostane, či bude polárny alebo nepolárny.
• Nájdite elektronegativity pre každý prvok v periodickej tabuľke (zvyčajne s použitím hodnôt Paulingovej stupnice). Zapíšte hodnotu zodpovedajúcu každému atómu, ktorý sa zúčastňuje väzby.
• Urob jednoduché odčítanie medzi hodnotami elektronegativity (vo všeobecnosti vyššia hodnota mínus nižšia hodnota). Výsledkom bude rozdiel elektronegativity medzi oboma atómami.
• Porovnajte získanú hodnotu s referenčnými intervalmi: ak je rozdiel väčšie alebo rovné 1,7, väzba bude prevažne iónová; ak je medzi 0,5 a 1,7, sa považuje za polárny kovalentnýA ak je menšie alebo rovné 0,4 – 0,5, Je to o nepolárna kovalentná väzba alebo s veľmi nízkou polaritou.

Okrem tejto kvantitatívnej analýzy je dôležité zvážiť aj geometria molekulyMolekula môže obsahovať niekoľko polárnych väzieb a napriek tomu byť globálne nepolárny ak priestorové usporiadanie väzieb spôsobí, že sa dipólové momenty navzájom vyrušia. Typickým príkladom je oxid uhličitý (CO₂).2), v ktorom sú väzby C=O polárne, ale lineárna geometria robí celkový dipólový moment nulovým.

Pochopte, polarita väzby a molekulárna polarita V chémii je kľúčové predpovedať vlastnosti, ako je rozpustnosť, teplota topenia a varu, reaktivita a správanie látok v rôznych médiách.

Podrobná štúdia nepolárne kovalentné väzby Umožňuje nám pochopiť, prečo toľko každodenných látok (atmosférické plyny, palivá, plasty a iné organické molekuly) vykazuje fyzikálne správanie veľmi odlišné od iónových solí alebo kovov, napriek tomu, že sú zložené z niekoľkých typov atómov, ktoré sa kombinujú rôznymi spôsobmi.