Dhana ya dhamana ya kemikali haina umuhimu mdogo katika nyanja mbalimbali za kemia kama sayansi. Hii ni kutokana na ukweli kwamba ni kwa usaidizi wake kwamba atomi za kibinafsi zinaweza kuungana na kuwa molekuli, na kutengeneza kila aina ya dutu, ambayo, kwa upande wake, ni mada ya utafiti wa kemikali.
Aina mbalimbali za atomi na molekuli huhusishwa na kuibuka kwa aina mbalimbali za vifungo kati yao. Madaraja tofauti ya molekuli yana sifa ya sifa zao za usambazaji wa elektroni, na hivyo basi aina zao za vifungo.
Dhana za kimsingi
Kifungo cha kemikali ni msururu wa mwingiliano unaopelekea kuunganishwa kwa atomi ili kuunda chembe thabiti za muundo changamano zaidi (molekuli, ayoni, radikali), pamoja na mijumuisho (fuwele, miwani, n.k.). Asili ya mwingiliano huu ni asili ya umeme, na hujitokeza wakati wa usambazaji wa elektroni za valence katika atomi zinazokaribia.
Valency kwa kawaida huitwa uwezo wa atomi kuunda idadi fulani ya vifungo na atomi zingine. Katika misombo ya ionic, idadi ya elektroni iliyotolewa au kushikamana inachukuliwa kama thamani ya valence. KATIKAkatika misombo ya ushirikiano, ni sawa na idadi ya jozi za elektroni za kawaida.
Hali ya oksidi inaeleweka kama malipo ya masharti ambayo yanaweza kuwa kwenye atomi ikiwa vifungo vyote vya polar covalent vilikuwa ioni.
Kuzidisha dhamana ni nambari ya jozi za elektroni zinazoshirikiwa kati ya atomi zinazozingatiwa.
Vifungo vinavyozingatiwa katika matawi mbalimbali ya kemia vinaweza kugawanywa katika aina mbili za vifungo vya kemikali: zile zinazoongoza kwa uundaji wa dutu mpya (intramolecular), na zile zinazotokea kati ya molekuli (intermolecular).
Sifa za kimsingi za mawasiliano
Nishati ya kuunganisha ni nishati inayohitajika ili kuvunja dhamana zote zilizopo kwenye molekuli. Pia ni nishati inayotolewa wakati wa kuunda bondi.
Urefu wa dhamana ni umbali kati ya viini vinavyokaribiana vya atomi katika molekuli, ambapo nguvu za mvuto na msukosuko husawazishwa.
Sifa hizi mbili za kifungo cha kemikali cha atomi ni kipimo cha nguvu zake: kadiri urefu unavyopungua na jinsi nishati inavyokuwa kubwa ndivyo dhamana hiyo inavyokuwa na nguvu zaidi.
Pembe ya dhamana kwa kawaida huitwa pembe kati ya mistari iliyowakilishwa inayopita katika mwelekeo wa kuunganisha kupitia viini vya atomi.
Mbinu za kuelezea viungo
Njia mbili za kawaida za kuelezea dhamana ya kemikali, iliyokopwa kutoka kwa mechanics ya quantum:
Njia ya obiti za molekuli. Anachukulia molekuli kama seti ya elektroni na viini vya atomi, na kila elektroni ya mtu binafsi inasonga katika uwanja wa hatua ya elektroni na viini vingine vyote. Molekuli ina muundo wa obiti, na elektroni zake zote husambazwa kando ya obiti hizi. Pia, njia hii inaitwa MO LCAO, ambayo inawakilisha "obiti ya molekuli - mchanganyiko wa mstari wa obiti za atomiki".
Njia ya dhamana za valence. Inawakilisha molekuli kama mfumo wa obiti mbili kuu za molekuli. Kwa kuongezea, kila moja yao inalingana na dhamana moja kati ya atomi mbili zilizo karibu kwenye molekuli. Mbinu hiyo inategemea masharti yafuatayo:
- Uundaji wa dhamana ya kemikali hufanywa na jozi ya elektroni zilizo na mizunguko tofauti, ambazo ziko kati ya atomi mbili zinazozingatiwa. Jozi ya elektroni iliyoundwa ni ya atomi mbili kwa usawa.
- Idadi ya vifungo vinavyoundwa na atomi moja au nyingine ni sawa na idadi ya elektroni ambazo hazijaoanishwa katika ardhi na hali ya msisimko.
- Ikiwa jozi za elektroni hazishiriki katika uundaji wa bondi, basi huitwa jozi pekee.
Electronegativity
Inawezekana kubainisha aina ya kifungo cha kemikali katika dutu kulingana na tofauti katika thamani za elektronegativity za atomi zake kuu. Electronegativity inaeleweka kama uwezo wa atomi kuvutia jozi za elektroni za kawaida (wingu la elektroni), ambayo husababisha mgawanyiko wa dhamana.
Kuna njia mbalimbali za kubainisha thamani za ugavi wa kielektroniki wa vipengele vya kemikali. Hata hivyo, kinachotumika sana ni kipimo kulingana na data ya halijoto, ambayo ilipendekezwa nyuma mnamo 1932 na L. Pauling.
Kadiri tofauti inavyokuwa kubwa katika uwezo wa kielektroniki wa atomi, ndivyo uasili wake unavyoonekana zaidi. Kinyume chake, thamani sawa au karibu za elektronegativity zinaonyesha asili ya ushirikiano wa dhamana. Kwa maneno mengine, inawezekana kuamua ni dhamana gani ya kemikali inayozingatiwa katika molekuli fulani kihisabati. Ili kufanya hivyo, unahitaji kuhesabu ΔX - tofauti katika elektronegativity ya atomi kulingana na formula: ΔX=|X 1 -X 2 |.
- Ikiwa ΔХ>1, 7, basi dhamana ni ionic.
- Ikiwa 0.5≦ΔХ≦1.7, basi dhamana ya ushirikiano ni ya nchi kavu.
- Ikiwa ΔХ=0 au karibu nayo, basi dhamana ni ya ushirikiano isiyo ya ncha.
Bondi ya Ionic
Ionic ni dhamana inayoonekana kati ya ayoni au kutokana na kujiondoa kabisa kwa jozi ya elektroni moja kwa moja ya atomi. Katika dutu, aina hii ya uunganishaji wa kemikali hufanywa na nguvu za mvuto wa kielektroniki.
Ioni ni chembe chaji zinazoundwa kutoka kwa atomi kutokana na elektroni kupata au kupotea. Wakati atomi inakubali elektroni, inapata chaji hasi na inakuwa anion. Atomu ikitoa elektroni za valence, inakuwa chembe yenye chaji chanya inayoitwa cation.
Ni tabia ya viambajengo vinavyoundwa na mwingiliano wa atomi za metali za kawaida na atomi za zisizo za metali za kawaida. Jambo kuu la mchakato huu ni hamu ya atomi kupata usanidi thabiti wa elektroniki. Na kwa hili, metali za kawaida na zisizo za metali zinahitaji kutoa au kukubali elektroni 1-2 tu,ambayo wanafanya kwa urahisi.
Utaratibu wa uundaji wa dhamana ya kemikali ya ioni katika molekuli kwa kawaida huzingatiwa kwa kutumia mfano wa mwingiliano wa sodiamu na klorini. Atomi za chuma za alkali hutoa kwa urahisi elektroni inayovutwa na atomi ya halojeni. Matokeo yake ni milio ya Na+ na anion ya Cl-, ambayo imeshikiliwa pamoja na mvuto wa kielektroniki.
Hakuna bondi bora ya ionic. Hata katika misombo hiyo, ambayo mara nyingi hujulikana kama ionic, uhamisho wa mwisho wa elektroni kutoka atomi hadi atomi haufanyiki. Jozi ya elektroni iliyoundwa bado inabaki katika matumizi ya kawaida. Kwa hivyo, wanazungumza kuhusu kiwango cha uasilia wa kifungo cha ushirikiano.
Muunganisho wa Ionic una sifa ya sifa kuu mbili zinazohusiana:
- isiyo ya mwelekeo, yaani, sehemu ya umeme inayozunguka ayoni ina umbo la duara;
- Kutoweka, yaani, idadi ya ayoni zilizochajiwa kinyume na ambazo zinaweza kuwekwa karibu na ayoni yoyote, hubainishwa na ukubwa wake.
Bondi ya kemikali ya Covalent
Kifungo kinachoundwa wakati mawingu ya elektroni ya atomi zisizo za metali yanapoingiliana, yaani, inayotekelezwa na jozi ya elektroni ya kawaida, inaitwa kifungo cha ushirikiano. Idadi ya jozi za pamoja za elektroni huamua wingi wa dhamana. Kwa hivyo, atomi za hidrojeni huunganishwa kwa kifungo kimoja cha H··H, na atomi za oksijeni huunda dhamana mbili O::O.
Kuna njia mbili za uundaji wake:
- Kubadilishana - kila atomi inawakilisha elektroni moja kwa ajili ya uundaji wa jozi moja: A +B=A: B, huku muunganisho unahusisha obiti za atomiki za nje, ambapo elektroni moja iko.
- Mpokeaji-wafadhili - kuunda dhamana, moja ya atomi (wafadhili) hutoa jozi ya elektroni, na ya pili (kipokezi) - obitali isiyolipishwa kwa uwekaji wake: A +:B=A:B.
Njia ambazo mawingu ya elektroni hupishana wakati dhamana ya kemikali shirikishi inapoundwa pia ni tofauti.
- Moja kwa moja. Eneo la mwingiliano wa mawingu liko kwenye mstari wa kufikirika ulionyooka unaounganisha viini vya atomi zinazozingatiwa. Katika kesi hii, vifungo vya σ huundwa. Aina ya dhamana ya kemikali ambayo hutokea katika kesi hii inategemea aina ya mawingu ya elektroni yanayopitia kuingiliana: s-s, s-p, p-p, s-d au p-d σ-bonds. Katika chembe (molekuli au ayoni), bondi moja tu ya σ inaweza kutokea kati ya atomi mbili za jirani.
- Upande. Inafanywa kwa pande zote mbili za mstari unaounganisha nuclei ya atomi. Hivi ndivyo π-bond inavyoundwa, na aina zake pia zinawezekana: p-p, p-d, d-d. Kinachotenganishwa na σ-bondi, π-bondi haijaundwa kamwe; inaweza kuwa katika molekuli zilizo na vifungo vingi (mbili na tatu).
Sifa za dhamana ya Covalent
Zinabainisha sifa za kemikali na kimwili za misombo. Sifa kuu za kifungo chochote cha kemikali katika dutu ni mwelekeo wake, polarity na utengano, pamoja na kueneza.
Uelekeo wa dhamana huamua vipengele vya molekulimuundo wa vitu na sura ya kijiometri ya molekuli zao. Kiini chake kiko katika ukweli kwamba mwingiliano bora wa mawingu ya elektroni inawezekana kwa mwelekeo fulani katika nafasi. Chaguo za uundaji wa σ- na π-bondi tayari zimezingatiwa hapo juu.
Kueneza kunaeleweka kama uwezo wa atomi kuunda idadi fulani ya vifungo vya kemikali katika molekuli. Idadi ya dhamana shirikishi kwa kila atomi imepunguzwa kwa idadi ya obiti za nje.
Polarity ya dhamana inategemea tofauti katika thamani za elektronegativity za atomi. Huamua usawa wa usambazaji wa elektroni kati ya nuclei ya atomi. Dhamana ya ushirikiano kwa msingi huu inaweza kuwa ya polar au isiyo ya polar.
- Ikiwa jozi ya elektroni ya kawaida ni ya kila moja ya atomi kwa usawa na iko katika umbali sawa kutoka kwenye viini vyake, basi kifungo cha ushirikiano si cha ncha ya pande zote.
- Iwapo jozi ya kawaida ya elektroni itahamishwa hadi kwenye kiini cha mojawapo ya atomi, basi dhamana ya kemikali ya ncha shirikishi itaundwa.
Polarizability huonyeshwa kwa kuhamishwa kwa elektroni za dhamana chini ya utendakazi wa uga wa umeme wa nje, ambao unaweza kuwa wa chembe nyingine, bondi za jirani katika molekuli sawa, au kutoka kwa vyanzo vya nje vya uga wa sumakuumeme. Kwa hivyo, kifungo cha ushirikiano chini ya ushawishi wao kinaweza kubadilisha polarity yake.
Chini ya mseto wa obiti elewa mabadiliko katika miundo yao katika utekelezaji wa dhamana ya kemikali. Hii ni muhimu ili kufikia kuingiliana kwa ufanisi zaidi. Kuna aina zifuatazo za mseto:
- sp3. S- na tatu p-orbitali fomu nne"mseto" obiti za umbo sawa. Kwa nje, inafanana na tetrahedron yenye pembe kati ya shoka za 109 °.
- sp2. S- na p-orbitali mbili huunda pembetatu bapa yenye pembe kati ya shoka za 120°.
- sp. S- na p-obitali moja huunda obiti mbili za "mseto" zenye pembe kati ya shoka za 180°.
Bondi ya chuma
Kipengele cha muundo wa atomi za chuma ni kipenyo kikubwa na kuwepo kwa idadi ndogo ya elektroni katika obiti za nje. Kwa hivyo, katika vipengele kama hivyo vya kemikali, uhusiano kati ya kiini na elektroni za valence ni dhaifu kiasi na kuvunjika kwa urahisi.
Kifungo cha metali ni mwingiliano kati ya atomi-ioni za chuma, unaofanywa kwa usaidizi wa elektroni zilizotenganishwa.
Katika chembechembe za chuma, elektroni za valence zinaweza kuondoka kwa obiti za nje kwa urahisi, na pia kuchukua nafasi zilizo wazi juu yake. Kwa hivyo, kwa nyakati tofauti, chembe moja inaweza kuwa atomi na ioni. Elektroni zilizokatwa kutoka kwao husogea kwa uhuru katika kiasi kizima cha kimiani na kutekeleza mshikamano wa kemikali.
Aina hii ya dhamana ina ufanano na ionic na covalent. Pamoja na ionic, ions ni muhimu kwa kuwepo kwa dhamana ya metali. Lakini ikiwa kwa ajili ya utekelezaji wa mwingiliano wa umeme katika kesi ya kwanza, cations na anions zinahitajika, basi kwa pili, jukumu la chembe za kushtakiwa vibaya huchezwa na elektroni. Ikiwa tunalinganisha dhamana ya metali na dhamana ya ushirikiano, basi uundaji wa wote wawili unahitaji elektroni za kawaida. Hata hivyo, katikatofauti na kifungo cha kemikali cha polar, hazijajanibishwa kati ya atomi mbili, lakini ni za chembe zote za chuma kwenye kimiani ya fuwele.
Bondi za metali huwajibika kwa sifa maalum za takriban metali zote:
- plastiki, iliyopo kwa sababu ya uwezekano wa kuhamishwa kwa tabaka za atomi kwenye kimiani ya fuwele inayoshikiliwa na gesi ya elektroni;
- mng'ao wa metali, ambayo huzingatiwa kutokana na kuakisi kwa miale ya mwanga kutoka kwa elektroni (katika hali ya unga hakuna kimiani cha fuwele na, kwa hivyo, elektroni zinazotembea kando yake);
- upitishaji umeme, ambao unafanywa na mkondo wa chembe zinazochajiwa, na katika hali hii, elektroni ndogo husogea kwa uhuru kati ya ayoni kubwa za chuma;
- mwelekeo wa joto, unaozingatiwa kutokana na uwezo wa elektroni kuhamisha joto.
Bondi ya haidrojeni
Aina hii ya dhamana ya kemikali wakati mwingine huitwa kati kati ya mwingiliano wa pande zote na wa kati wa molekuli. Iwapo atomi ya hidrojeni ina muunganisho na mojawapo ya vipengele vikali vya kielektroniki (kama vile fosforasi, oksijeni, klorini, naitrojeni), basi inaweza kuunda kifungo cha ziada, kiitwacho hidrojeni.
Ni dhaifu zaidi kuliko aina zote za vifungo vilivyozingatiwa hapo juu (nishati si zaidi ya 40 kJ/mol), lakini haiwezi kupuuzwa. Ndiyo maana dhamana ya kemikali ya hidrojeni kwenye mchoro inaonekana kama mstari wa nukta.
Kutokea kwa bondi ya hidrojeni kunawezekana kutokana na mwingiliano wa kielektroniki wa kipokeaji cha wafadhili kwa wakati mmoja. Tofauti kubwa katika maadilielectronegativity inaongoza kwa kuonekana kwa ziada ya msongamano wa elektroni kwenye atomi O, N, F na wengine, pamoja na ukosefu wake kwenye atomi ya hidrojeni. Katika tukio ambalo hakuna dhamana ya kemikali iliyopo kati ya atomi kama hizo, nguvu za kuvutia zinaamilishwa ikiwa ziko karibu vya kutosha. Katika hali hii, protoni ni kipokea jozi ya elektroni, na atomi ya pili ni mtoaji.
Muunganisho wa hidrojeni unaweza kutokea kati ya molekuli jirani, kwa mfano, maji, asidi ya kaboksili, alkoholi, amonia na ndani ya molekuli, kwa mfano, salicylic acid.
Kuwepo kwa kifungo cha hidrojeni kati ya molekuli za maji hufafanua idadi ya sifa zake za kipekee:
- Thamani za uwezo wake wa joto, kiwango cha dielectric, viwango vya kuchemsha na kuyeyuka, kwa mujibu wa hesabu, zinapaswa kuwa chini sana kuliko zile halisi, ambayo inaelezewa na kuunganishwa kwa molekuli na haja ya kutumia. nishati ya kuvunja bondi za hidrojeni kati ya molekuli.
- Tofauti na vitu vingine, halijoto inaposhuka, ujazo wa maji huongezeka. Hii ni kutokana na ukweli kwamba molekuli huchukua nafasi fulani katika muundo wa fuwele wa barafu na kusonga mbali kutoka kwa kila mmoja kwa urefu wa kifungo cha hidrojeni.
Muunganisho huu una jukumu maalum kwa viumbe hai, kwa kuwa uwepo wake katika molekuli za protini huamua muundo wao maalum, na hivyo sifa zao. Zaidi ya hayo, asidi nucleic, inayounda DNA double helix, pia huunganishwa kwa usahihi na bondi za hidrojeni.
Mawasiliano katika fuwele
Idadi kubwa ya vitu viimara vina kimiani kioo - maalummpangilio wa pamoja wa chembe zinazounda. Katika kesi hii, periodicity ya tatu-dimensional inazingatiwa, na atomi, molekuli au ions ziko kwenye nodes, ambazo zimeunganishwa na mistari ya kufikiria. Kulingana na asili ya chembe hizi na miunganisho kati yao, miundo ya fuwele yote imegawanywa katika atomiki, molekuli, ionic na metali.
Kuna cations na anions katika nodi za latisi ionic fuwele. Kwa kuongezea, kila moja yao imezungukwa na idadi iliyofafanuliwa madhubuti ya ioni na malipo ya kinyume tu. Mfano wa kawaida ni kloridi ya sodiamu (NaCl). Huwa na viwango vya juu vya kuyeyuka na ugumu kwani huhitaji nguvu nyingi kukatika.
Molekuli za dutu zinazoundwa na dhamana shirikishi ziko kwenye vifundo vya kimiani ya fuwele ya molekuli (kwa mfano, I2). Wameunganishwa kwa kila mmoja na mwingiliano dhaifu wa van der Waals, na kwa hiyo, muundo huo ni rahisi kuharibu. Michanganyiko kama hii ina viwango vya chini vya kuchemka na kuyeyuka.
Miani ya fuwele ya atomiki huundwa na atomi za elementi za kemikali zenye thamani za juu za valence. Wao huunganishwa na vifungo vikali vya covalent, ambayo ina maana kwamba vitu vina pointi za juu za kuchemsha, pointi za kuyeyuka na ugumu wa juu. Mfano ni almasi.
Kwa hivyo, aina zote za bondi zinazopatikana katika kemikali zina sifa zake, ambazo hufafanua utata wa mwingiliano wa chembe katika molekuli na dutu. Mali ya misombo hutegemea. Huamua michakato yote inayotokea katika mazingira.
