Типы и свойства химических связей

1. Свойства ковалентных веществ
2. Водородные связи

Свободные атомы могут быть связаны с более крупными скоплениями - молекулами с помощью взаимодействий, называемых химическими связями.

Существует несколько типов взаимодействий, которые отличаются силой сцепления. Ваши основные типы сильны - ковалентные и слабые связи. Первые из них очень долговечны при физиологических температурах, а последние, если они встречаются по отдельности, легко ломаются даже при низких температурах. С другой стороны, слабые связи, встречающиеся в группах, имеют большое значение. Сила связи зависит от расстояния связанных атомов - чем больше атомов находится дальше, тем слабее связь.

Биологические системы характеризуются большим разнообразием химических связей, возникающих в них. Важную роль играют как сильные и стабильные ковалентные связи, так и слабые нековалентные связи, которые стабилизируют многие биологические структуры, такие как белок , нуклеиновые кислоты и клеточные мембраны.

Ковалентная связь основана на явлении разделения электронных пар между двумя сильно электроотрицательными атомами, каждый из которых стремится соединить оба электрона. Мы различаем два типа ковалентных связей:

1. поляризованный - связь представляет собой обычную пару электронов, смещенную в сторону более электроотрицательного атома, в результате чего на одном из атомов генерируется частичный положительный заряд, а на другом - отрицательный. Поляризованная ковалентная связь возникает между атомами неметаллических элементов, различающихся по электроотрицательности от 0 до 1,7 по шкале Полинга. Молекулы с такой связью могут быть как диполями (например, HCl, H2O), так и нейтральными (например, CO2).
2. неполяризованный - созданный двумя одинаковыми фрагментами, например, O-O, Cl-Cl, H3C-CH3. Оба атома электроотрицательны, и каждый из них одинаково сильно притягивает электронные пары.

Твердые ковалентные вещества могут образовывать два типа кристаллов:

1. Молекулярный (молекулярный) - состоит из множества молекул, когда они плавятся или растворяются, они распадаются на отдельные молекулы.
2. ковалентный - состоит из атомов, связанных ковалентными связями в одну большую "молекулу". Этот тип кристаллов встречается гораздо чаще, например, бриллиант , кремний, карбид кремния.

Свойства ковалентных веществ

Как в жидком, так и в твердом состоянии вещества, построенные из атомов, связанных ковалентными связями, являются электрическими изоляторами - они не проводят электричество. Причиной этого является отсутствие электролитической диссоциации и свободных электронов, которые могут участвовать в процессе проведения тока. Графит является единственным исключением. Легированные (загрязненные) ковалентные вещества могут быть очень хорошими полупроводниками.

Поляризованные ковалентные молекулы растворяются только в полярных растворителях, например в воде, а неполяризованные - в неполярных растворителях.

Вещества, содержащие ковалентные связи, медленно реагируют с другими соединениями, поскольку необходимо обеспечить высокую энергию для разрыва связи. По той же причине соединения, которые составляют молекулярные кристаллы, имеют гораздо более низкие температуры плавления и кипения, чем ковалентные кристаллы.

Водородные связи

Атом водорода, благодаря тому, что он имеет только один электрон, может образовывать только одну ковалентную связь. Однако он способен образовывать другой тип связи, гораздо более слабый - водородную связь, состоящую из слабого электростатического взаимодействия между сильно электроотрицательным атомом (акцептором водородной связи) и атомом водорода, ковалентно связанным с другим сильно электроотрицательным атомом (донором водородной связи). В химических формулах водородная связь обозначена пунктирной линией: N - H. , , , Fr.

Водородные связи играют фундаментальную роль во многих биологических системах. Одним из наиболее важных из них являются молекулы воды, поляризованные водой, которые сильно взаимодействуют друг с другом с помощью водородных связей. Благодаря наличию водородных связей, легкие молекулы воды не испаряются при низких температурах, они только образуют жидкое состояние - только при 100 ° C вода начинает переходить в газообразное состояние. Также лед состоит из молекул H2O, связанных сетью водородных связей:

http://witcombe.sbc.edu/water/

Другими важными функциями водородных связей являются повышение растворимости соединений и создание трехмерных структур макромолекул - белков, нуклеиновых кислот, ДНК.

Ионные связи являются еще одним типом химических связей, классифицированных как слабые. Это связывание создается в результате электростатического притяжения между анионом - атомом (фрагментом молекулы), имеющим отрицательный заряд, и катионом - атомом, содержащим положительный заряд, когда разность электроотрицательности больше 1,7 по шкале Полинга. Ионы могут образовываться в результате разрыва ковалентной связи - более электроотрицательный фрагмент «забирает» оба электрона (анион), а менее электроотрицательный фрагмент становится катионом. Примером ионной молекулы является NaCl, в котором разница электроотрицательности настолько велика (Na 0,9, Cl 3,0), что облако электроны полностью притянуты к хлору - распределение нагрузки следующее: Na + Cl-.

Свойства ионных веществ.

Ионные соединения в твердом состоянии образуют ионные кристаллы, состоящие из чередующихся анионов и катионов. Ионы расположены таким образом, что наибольшее количество ионов одного характера окружают каждый из ионов противоположного знака, что эквивалентно достижению наименьшей энергии. Места, занимаемые ионами, являются узлами кристаллической решетки. Число противоположных ионов, окружающих данный ион, описывается посредством координационного числа, в зависимости от отношения размера аниона к катиону. Например, для NaCl, номер координаты LK = 6.

Ионные кристаллы не проводят электричество, в то время как жидкие или растворенные ионные соединения образуют электролиты, в которых ток передается через поток катионов и анионов, подобно движению электронов в проводниках. Это возможно благодаря тому, что ионные вещества диссоциируют.

Ионные соединения хорошо растворяются в полярных растворителях - в основном в воде, но не растворяются в неполярных растворителях - эфирах или бензине.

Из-за низкой энергии связи ионные соединения реагируют очень быстро, в отличие от ковалентных соединений. Однако, несмотря на слабую природу связи, они имеют высокие температуры кипения и плавления - например, для NaCl, t = 801 ° C и tw = 1413 ° C.

Металлические связи возникают в результате электростатического взаимодействия катионов металлов в узлах кристаллической решетки с электронами валентных электронов. Металлические вещества являются отличными электрическими и тепловыми проводниками, и они также имеют различные механические свойства в зависимости от химического состава.

http://www.chemguide.co.uk

Координационное связывание (донор-акцептор) образуется при взаимодействии двух атомов с электронной парой одного из них - донора. Эта связь имеет свойства, очень похожие на поляризованную ковалентную связь.

Похожие

Комментарии