Kwa nini atomi zinaweza kuungana na kuunda molekuli? Ni sababu gani ya uwezekano wa kuwepo kwa vitu, ambavyo ni pamoja na atomi za vipengele tofauti kabisa vya kemikali? Haya ni masuala ya kimataifa yanayoathiri dhana za kimsingi za sayansi ya kisasa ya kimwili na kemikali. Unaweza kuwajibu, kuwa na wazo juu ya muundo wa elektroniki wa atomi na kujua sifa za dhamana ya ushirikiano, ambayo ni msingi wa msingi wa madarasa mengi ya misombo. Madhumuni ya makala yetu ni kufahamiana na taratibu za uundaji wa aina mbalimbali za vifungo vya kemikali na sifa za sifa za misombo iliyo ndani ya molekuli zao.
Muundo wa kielektroniki wa atomi
Chembechembe za maada za kielektroniki, ambazo ni elementi zake za kimuundo, zina muundo unaoakisi muundo wa mfumo wa jua. Sayari zinapozunguka nyota ya kati - Jua, ndivyo elektroni katika atomi huzunguka kiini kilicho na chaji chanya. Kwa sifaKatika dhamana ya ushirikiano, elektroni ziko kwenye kiwango cha mwisho cha nishati na mbali zaidi kutoka kwa kiini zitakuwa muhimu. Kwa kuwa uhusiano wao na katikati ya atomi yao wenyewe ni mdogo, wanaweza kuvutiwa kwa urahisi na nuclei za atomi nyingine. Hii ni muhimu sana kwa tukio la mwingiliano wa interatomic unaosababisha kuundwa kwa molekuli. Kwa nini umbo la molekuli ndio aina kuu ya uwepo wa vitu kwenye sayari yetu? Hebu tujue.
Sifa ya kimsingi ya atomi
Uwezo wa chembe zisizobadilika za kielektroniki kuingiliana, na kusababisha kuongezeka kwa nishati, ndicho kipengele chao muhimu zaidi. Hakika, chini ya hali ya kawaida, hali ya molekuli ya suala ni imara zaidi kuliko hali ya atomiki. Masharti kuu ya nadharia ya kisasa ya atomiki na molekuli inaelezea kanuni zote za uundaji wa molekuli na sifa za kifungo cha ushirikiano. Kumbuka kwamba kiwango cha nishati ya nje ya atomi kinaweza kuwa na elektroni 1 hadi 8, katika kesi ya mwisho safu itakuwa kamili, ambayo ina maana kuwa itakuwa imara sana. Atomi za gesi nzuri zina muundo wa ngazi ya nje: argon, kryptoni, xenon - vipengele vya inert ambavyo vinakamilisha kila kipindi katika mfumo wa D. I. Mendeleev. Isipokuwa hapa ni heliamu, ambayo haina 8, lakini elektroni 2 tu katika kiwango cha mwisho. Sababu ni rahisi: katika kipindi cha kwanza kuna mambo mawili tu ambayo atomi zina safu moja ya elektroni. Vipengele vingine vyote vya kemikali vina elektroni 1 hadi 7 kwenye safu ya mwisho, isiyo kamili. Katika mchakato wa kuingiliana na kila mmoja, atomi zitafanyajitahidi kujazwa na elektroni hadi pweza na urejeshe usanidi wa atomi ya kipengele cha ajizi. Hali hiyo inaweza kupatikana kwa njia mbili: kwa kupoteza mtu mwenyewe au kwa kukubalika kwa chembe za kigeni zilizoshtakiwa hasi. Njia hizi za mwingiliano hufafanua jinsi ya kubaini ikiwa kifungo cha ionic au covalent kitaundwa kati ya atomi zinazojibu.
Taratibu za uundaji wa usanidi thabiti wa kielektroniki
Hebu tufikirie kwamba vitu viwili rahisi huingia kwenye mmenyuko wa kiwanja: metali ya sodiamu na klorini ya gesi. Dutu ya darasa la chumvi huundwa - kloridi ya sodiamu. Ina aina ya ionic ya dhamana ya kemikali. Kwa nini na jinsi gani ilitokea? Wacha tugeuke tena kwa muundo wa atomi za vitu vya awali. Sodiamu ina elektroni moja tu kwenye safu ya mwisho, iliyofungwa dhaifu kwa kiini kwa sababu ya radius kubwa ya atomi. Nishati ya ionization ya metali zote za alkali, ambayo ni pamoja na sodiamu, ni ya chini. Kwa hiyo, elektroni ya ngazi ya nje huacha kiwango cha nishati, inavutiwa na kiini cha atomi ya klorini na inabakia katika nafasi yake. Hii inaunda kielelezo cha ubadilishaji wa atomi ya Cl hadi katika umbo la ioni yenye chaji hasi. Sasa hatushughulikii tena na chembe zisizoegemea upande wa umeme, lakini kwa kani za sodiamu zilizochajiwa na anions za klorini. Kwa mujibu wa sheria za fizikia, nguvu za mvuto wa umeme hutokea kati yao, na kiwanja huunda kimiani ya kioo ya ionic. Utaratibu wa uundaji wa aina ya ioni ya dhamana ya kemikali inayozingatiwa na sisi itasaidia kufafanua maalum na sifa kuu za dhamana ya ushirikiano kwa uwazi zaidi.
Jozi za elektroni zilizoshirikiwa
Iwapo muunganisho wa ioni hutokea kati ya atomi za vipengee ambavyo ni tofauti sana katika uwezo wa kielektroniki, yaani, metali na zisizo metali, basi aina ya covalent inaonekana wakati atomi za vipengele sawa au tofauti zisizo za metali zinapoingiliana. Katika kesi ya kwanza, ni desturi ya kuzungumza juu ya yasiyo ya polar, na kwa upande mwingine, kuhusu fomu ya polar ya dhamana ya covalent. Utaratibu wa malezi yao ni ya kawaida: kila moja ya atomi hutoa sehemu ya elektroni kwa matumizi ya kawaida, ambayo yanajumuishwa kwa jozi. Lakini mpangilio wa anga wa jozi za elektroni zinazohusiana na nuclei za atomi zitakuwa tofauti. Kwa msingi huu, aina za vifungo vya covalent zinajulikana - zisizo za polar na za polar. Mara nyingi, katika misombo ya kemikali inayojumuisha atomi za vipengele visivyo vya metali, kuna jozi zinazojumuisha elektroni na spins kinyume, yaani, kuzunguka viini vyao kwa mwelekeo tofauti. Kwa kuwa harakati ya chembe zenye chaji hasi kwenye nafasi husababisha uundaji wa mawingu ya elektroni, ambayo mwishowe huisha kwa mwingiliano wao wa pande zote. Je, ni nini matokeo ya mchakato huu kwa atomi na husababisha nini?
Tabia za kimwili za dhamana shirikishi
Inabadilika kuwa kati ya vituo vya atomi mbili zinazoingiliana kuna wingu la elektroni mbili na msongamano mkubwa. Nguvu za kielektroniki za mvuto kati ya wingu lenye chaji hasi na viini vya atomi huongezeka. Sehemu ya nishati hutolewa na umbali kati ya vituo vya atomiki hupungua. Kwa mfano, mwanzoni mwa uundaji wa molekuli H2 umbali kati ya viini vya atomi za hidrojeni.ni 1.06 A, baada ya mwingiliano wa mawingu na uundaji wa jozi ya elektroni ya kawaida - 0.74 A. Mifano ya kifungo cha ushirikiano kilichoundwa kulingana na utaratibu hapo juu kinaweza kupatikana kati ya vitu rahisi na ngumu vya isokaboni. Kipengele chake kuu cha kutofautisha ni uwepo wa jozi za kawaida za elektroni. Kama matokeo, baada ya kuibuka kwa dhamana ya ushirikiano kati ya atomi, kwa mfano, hidrojeni, kila moja yao hupata usanidi wa elektroniki wa heliamu ya inert, na molekuli inayosababisha ina muundo thabiti.
Umbo la anga la molekuli
Sifa nyingine muhimu sana ya dhamana ya ushirikiano ni mwelekeo. Inategemea usanidi wa anga wa molekuli ya dutu. Kwa mfano, wakati elektroni mbili zinaingiliana na wingu la spherical, kuonekana kwa molekuli ni mstari (kloridi hidrojeni au bromidi hidrojeni). Umbo la molekuli za maji, ambamo mawingu ya s- na p-huchanganya, ni ya pembe, na chembe kali sana za nitrojeni ya gesi huonekana kama piramidi.
Muundo wa vitu rahisi - visivyo vya metali
Baada ya kujua ni aina gani ya dhamana inayoitwa covalent, ina ishara gani, sasa ni wakati wa kushughulikia aina zake. Ikiwa atomi za sawa zisizo za chuma - klorini, nitrojeni, oksijeni, bromini, nk, huingiliana na kila mmoja, basi vitu vinavyofanana vinavyofanana vinatengenezwa. Jozi zao za elektroni za kawaida ziko kwa umbali sawa kutoka kwa vituo vya atomi, bila kuhama. Kwa misombo yenye aina isiyo ya polar ya dhamana ya ushirikiano, vipengele vifuatavyo ni vya asili: pointi za chini za kuchemsha nakuyeyuka, hakuna mumunyifu katika maji, mali ya dielectric. Ifuatayo, tutajua ni vitu gani vina sifa ya kifungo shirikishi, ambapo mabadiliko ya jozi za elektroni za kawaida hutokea.
Electronegativity na athari zake kwa aina ya bondi ya kemikali
Sifa ya kipengele fulani ili kuvutia elektroni kutoka kwa atomi ya kipengele kingine katika kemia inaitwa electronegativity. Kiwango cha maadili ya parameta hii, iliyopendekezwa na L. Pauling, inaweza kupatikana katika vitabu vyote vya kemia isiyo ya kawaida na ya jumla. Thamani yake ya juu - 4.1 eV - ina fluorine, ndogo - nyingine zisizo za metali zinazofanya kazi, na kiashiria cha chini kabisa ni cha kawaida kwa metali za alkali. Iwapo vipengele vinavyotofautiana katika uwezo wao wa kielektroniki vinagusana, basi bila shaka kimoja, amilifu zaidi, kitavutia chembe chembe zenye chaji hasi za atomi ya kipengele tulivu zaidi kwenye kiini chake. Kwa hivyo, sifa za kimwili za kifungo cha ushirikiano hutegemea moja kwa moja uwezo wa vipengele vya kuchangia elektroni kwa matumizi ya kawaida. Jozi za kawaida zinazotokana hazipatikani tena kwa ulinganifu kuhusiana na viini, lakini zimehamishwa kuelekea kipengele amilifu zaidi.
Vipengele vya misombo yenye dhamana ya polar
Vitu katika molekuli ambazo jozi zake za elektroni za pamoja hazina ulinganifu kwa heshima na viini vya atomi ni pamoja na halidi hidrojeni, asidi, michanganyiko ya chalkojeni yenye hidrojeni na oksidi za asidi. Hizi ni asidi za sulfate na nitrati, oksidi za sulfuri na fosforasi, sulfidi hidrojeni, nk Kwa mfano, molekuli ya kloridi ya hidrojeni ina jozi moja ya kawaida ya elektroni;huundwa na elektroni ambazo hazijaunganishwa za hidrojeni na klorini. Inasogezwa karibu na katikati ya atomi ya Cl, ambayo ni kipengele cha elektroni zaidi. Dutu zote zilizo na dhamana ya polar katika ufumbuzi wa maji hutengana katika ions na kufanya sasa ya umeme. Viambatanisho vilivyo na dhamana ya polar covalent, mifano ambayo tumetoa, pia ina viwango vya juu vya kuyeyuka na kuchemka ikilinganishwa na vitu rahisi visivyo vya metali.
Mbinu za kuvunja bondi za kemikali
Katika kemia ya kikaboni, miitikio ya kubadilisha hidrokaboni iliyojaa na halojeni hufuata utaratibu mkali. Mchanganyiko wa methane na klorini kwenye mwanga na kwa joto la kawaida humenyuka kwa njia ambayo molekuli za klorini huanza kugawanyika katika chembe zinazobeba elektroni ambazo hazijaoanishwa. Kwa maneno mengine, uharibifu wa jozi ya elektroni ya kawaida na uundaji wa radicals hai sana -Cl huzingatiwa. Wana uwezo wa kuathiri molekuli za methane kwa njia ambayo huvunja dhamana ya ushirikiano kati ya atomi za kaboni na hidrojeni. Chembe hai -H huundwa, na valency ya bure ya atomi ya kaboni inachukua radical ya klorini, na kloromethane inakuwa bidhaa ya kwanza ya mmenyuko. Utaratibu kama huo wa kugawanyika kwa molekuli huitwa homolytic. Ikiwa jozi ya kawaida ya elektroni hupita kabisa katika milki ya moja ya atomi, basi huzungumza juu ya utaratibu wa heterolytic tabia ya athari zinazofanyika katika ufumbuzi wa maji. Katika hali hii, molekuli za maji ya polar zitaongeza kasi ya uharibifu wa vifungo vya kemikali vya kiwanja kilichoyeyushwa.
Mbili na tatuviungo
Idadi kubwa ya dutu za kikaboni na baadhi ya misombo isokaboni ina katika molekuli si moja, lakini jozi kadhaa za kawaida za elektroni. Msururu wa dhamana ya ushirikiano hupunguza umbali kati ya atomi na huongeza utulivu wa misombo. Kawaida hujulikana kama sugu kwa kemikali. Kwa mfano, katika molekuli ya nitrojeni kuna jozi tatu za elektroni, zinaonyeshwa katika muundo wa muundo na dashes tatu na kuamua nguvu zake. Dutu hii rahisi ya nitrojeni haipitishi kemikali na inaweza kuitikia pamoja na misombo mingine, kama vile hidrojeni, oksijeni au metali, inapokanzwa tu au shinikizo la juu, na pia katika uwepo wa vichocheo.
Vifungo viwili na vitatu vina asili katika aina za misombo ya kikaboni kama vile hidrokaboni za diene zisizojaa, pamoja na dutu za mfululizo wa ethilini au asetilini. Vifungo vingi huamua sifa kuu za kemikali: miitikio ya kujumlisha na upolimishaji inayotokea kwenye sehemu za mapumziko.
Katika makala yetu, tulitoa maelezo ya jumla ya dhamana ya ushirikiano na kuchunguza aina zake kuu.
