Definicja wiązania kowalencyjnego

Wiązanie kowalencyjne to rodzaj wiązania chemicznego, w którym dwa atomy tego samego lub różnych pierwiastków dzielą jedną lub więcej par elektronów walencyjnych w celu uzupełnienia odpowiednich oktetów. Ten rodzaj wiązania występuje najczęściej wśród pierwiastków niemetalicznych, ale w niektórych przypadkach obejmuje również niektóre metale przejściowe i metaloidy.

Wiązania kowalencyjne to rodzaj wiązania lub wiązania chemicznego, które utrzymuje razem wszystkie atomy tworzące cząsteczki, takie jak woda, dwutlenek węgla i glukoza, lub cząsteczkowe ciała stałe, takie jak grafit i diament, by wymienić tylko kilka. Z drugiej strony wiązania kowalencyjne są rodzajem wiązań par excellence obecnych w związkach organicznych, które umożliwiają życie, szczególnie w białkach, aminokwasach, tłuszczach i trójglicerydach, węglowodanach itp.

Pojęcie wiązania kowalencyjnego jest łatwe do zapamiętania, jeśli weźmiemy pod uwagę słowo kowalencyjne utworzone przez słowa „udział” i „wartościowość”, co wskazuje, że ten typ wiązania obejmuje prawie wyłącznie elektrony znajdujące się na orbitaliach powłoki walencyjnej pierwiastków . .

Wiązanie kowalencyjne jest przeciwieństwem wiązania jonowego, w którym zamiast współdzielić elektrony, jeden z atomów usuwa elektrony z drugiego, przy czym pierwszy uzyskuje ujemny ładunek elektryczny, podczas gdy drugi pozostaje naładowany dodatnio. Gatunki te nazywane są jonami (pierwsze aniony, drugie kationy) i są utrzymywane razem przez przyciąganie elektrostatyczne, które zachodzi między jonami o przeciwnych ładunkach.

Charakterystyka wiązań kowalencyjnych

Wiązania kowalencyjne mają kilka cech, które wyraźnie odróżniają je od wiązań jonowych i metalicznych. Niektóre z nich to:

• Tworzą się głównie między pierwiastkami niemetalicznymi lub między pierwiastkami o względnie podobnych elektroujemnościach. Różnica elektroujemności równa lub mniejsza niż 1,7 została arbitralnie wybrana, aby zdefiniować wiązanie jako kowalencyjne.
• Wiązania kowalencyjne są średnio słabsze niż wiązania jonowe . Energia potrzebna do rozerwania jednego mola typowego wiązania kowalencyjnego mieści się zwykle w zakresie od 150 do 400 kJ/mol, podczas gdy w przypadku wiązania jonowego zazwyczaj wynosi od 600 do 4000 kJ/mol, a nawet więcej.
• Dają początek związkom molekularnym , które na ogół mają znacznie niższe temperatury topnienia i wrzenia niż związki jonowe (z wyjątkiem cząsteczkowych ciał stałych, takich jak grafit i diament, których temperatury topnienia są bardzo wysokie).
• Są one kierunkowe , co oznacza, że ​​w atomach, które tworzą kilka wiązań kowalencyjnych, są one zorientowane preferencyjnie w określonych kierunkach, co daje początek charakterystycznej geometrii cząsteczkowej dla każdej substancji cząsteczkowej. Na przykład w przypadku amoniaku (NH ₃ ) trzy wiązania kowalencyjne z wodorem są zorientowane wzdłuż krawędzi trójkątnej piramidy, podczas gdy w bororze (BH 3 ₎ trzy wiązania tworzą trójkąt równoboczny, dając początek geometria płaszczyzny trygonalnej.
• Wiązania kowalencyjne są krótsze niż wiązania jonowe . Podczas gdy w większości związków jonowych jądra są oddalone od siebie o 160 do 370 µm, w przypadku związków kowalencyjnych odległość ta wynosi od około 80 do 200 µm dla zdecydowanej większości pojedynczych wiązań kowalencyjnych, z nielicznymi wyjątkami, które zbliżają się do 260 µm .
• Długość wiązania maleje wraz z kolejnością wiązań , co oznacza, że ​​dla tej samej pary atomów wiązanie staje się krótsze, im więcej elektronów jest dzielonych.

Rodzaje wiązań kowalencyjnych

Wiązania kowalencyjne są bardzo powszechne i są również bardzo zróżnicowane, ponieważ można je klasyfikować według różnych kryteriów. Poniżej przedstawiono najważniejsze kryteria klasyfikacji wiązań kowalencyjnych oraz rodzaje wiązań wchodzących w skład każdego z nich.

Rodzaje wiązań kowalencyjnych ze względu na różnicę elektroujemności

Różnica elektroujemności określa, w jaki sposób równomiernie rozdzielane są elektrony, gdy tworzy się wiązanie kowalencyjne. Na podstawie tego kryterium możemy wyróżnić dwa rodzaje wiązań kowalencyjnych:

polarne wiązania kowalencyjne

Powstają, gdy połączą się dwa pierwiastki, których różnica elektroujemności wynosi od 0,4 do 1,7 (zakresy te są nieco arbitralne). W tego typu wiązaniach elektrony nie są równo dzielone, ponieważ atom bardziej elektroujemny zatrzymuje wokół siebie chmurę elektronów dłużej niż atom mniej elektroujemny, uzyskując cząstkowy ładunek ujemny, podczas gdy atom mniej elektroujemny uzyskuje cząstkowy ładunek dodatni. .

To rozdzielenie ładunków nazywa się dipolem elektrycznym i jest powodem, dla którego ten rodzaj wiązania nazywany jest wiązaniem polarnym. Separację ładunku mierzy się momentem dipolowym wiązania. Związki, które posiadają wiązania polarne, mogą być cząsteczkami polarnymi lub nie, w zależności od tego, czy sumowanie wektorów wszystkich momentów dipolowych daje wypadkowy moment dipolowy.

niespolaryzowane wiązania kowalencyjne

Są to wiązania kowalencyjne utworzone między atomami, których różnica elektroujemności jest mniejsza niż 0,4. W tego typu wiązaniu zakłada się, że nie powstaje dipol, dlatego mówi się, że wiązanie jest niespolaryzowane.

Niektórzy ludzie rozpoznają podklasę niepolarnych wiązań kowalencyjnych, które nazywają czystymi wiązaniami kowalencyjnymi, które występują, gdy dwa dokładnie takie same atomy tego samego pierwiastka są związane kowalencyjnie (oprócz tego, że są tym samym pierwiastkiem, oba atomy muszą również posiadać tę samą hybrydyzację) . Jest to doskonałe wiązanie kowalencyjne, w którym elektrony są całkowicie równo podzielone i możemy z całą pewnością powiedzieć, że moment dipolowy wynosi zero.

Rodzaje wiązań kowalencyjnych ze względu na nakładanie się orbitali atomowych (teoria wiązań walencyjnych)

Teoria wiązań walencyjnych zakłada, że ​​aby powstało wiązanie kowalencyjne, orbitale atomowe walencyjne dwóch związanych atomów muszą się nakładać, w przeciwnym razie nie będą one w stanie dzielić elektronów. Zgodnie z tą teorią istnieją dwa sposoby, w jakie te orbitale mogą się nakładać, dając początek dwóm typom wiązań kowalencyjnych:

wiązania σ (sigma).

Wiązanie sigma powstaje w wyniku przedniego nakładania się płatów orbitalnych atomów, dlatego wiązanie to powstaje wzdłuż linii łączącej dwa jądra. Dwa związane atomy mogą tworzyć tylko wiązanie σ między nimi ze względu na ograniczenia związane z orientacją orbitali atomowych, ponieważ jeśli jeden orbital jest skierowany w jednym kierunku, inne orbitale w powłoce walencyjnej muszą koniecznie wskazywać inny kierunek.

π (pi) wiązania

Są to te utworzone przez boczne nakładanie się orbitali atomowych, na ogół czystych orbitali atomowych typu strąków. Wiązania te powstają tylko wtedy, gdy dwa atomy dzielą więcej niż jedną parę elektronów, będąc w stanie utworzyć więcej niż jedno wiązanie pi.

Elektrony, które są wspólne w wiązaniach pi, znajdują się powyżej i poniżej lub po bokach linii łączącej dwa jądra, ale nigdy nie przechodzą przez tę linię.

Rodzaje wiązań kowalencyjnych według kolejności wiązań lub liczby wspólnych par elektronowych

Jak wspomniano wcześniej, w wiązaniu kowalencyjnym dwa atomy mogą dzielić jedną lub więcej par elektronów. Ta liczba wspólnych par elektronów jest znana jako kolejność wiązań. Na podstawie tej kolejności wiązań wiązania kowalencyjne można podzielić na:

pojedyncze wiązanie kowalencyjne

Występuje, gdy dwa atomy dzielą tylko jedną parę elektronów. Pojedyncze wiązania kowalencyjne są zawsze wiązaniami σ.

podwójne wiązanie kowalencyjne

Jest to wiązanie kowalencyjne, w którym dzielą się dwie pary elektronów. Jedna z par elektronów tworzy wiązanie σ między dwoma jądrami, podczas gdy druga para tworzy wiązanie π. Ważne jest, aby zrozumieć, że chociaż nazywa się to wiązaniem podwójnym i uważa się, że składa się z wiązania σ i π, wiązanie podwójne jest w rzeczywistości wiązaniem pojedynczym.

potrójne wiązanie kowalencyjne

Powstaje, gdy dwa atomy dzielą trzy pary elektronów. W tym przypadku wiązanie składa się z jednego wiązania σ i dwóch wiązań π. Jednak te dwa wiązania π tworzą wydrążony cylinder, w którym spotykają się cztery elektrony π, podczas gdy dwa elektrony σ spotykają się w środku.

Inne specjalne typy wiązań kowalencyjnych

Celownik lub koordynacyjne wiązania kowalencyjne

W większości wiązań kowalencyjnych oba związane atomy dostarczają jeden elektron do utworzenia każdej wiążącej pary elektronów. Istnieje jednak szczególny typ wiązania kowalencyjnego, który jest dość powszechny i ​​powstaje w wyniku reakcji kwasowo-zasadowej Lewisa.

W takich przypadkach tylko jeden z dwóch atomów dostarcza parę elektronów do utworzenia wiązania kowalencyjnego. Ten szczególny rodzaj wiązania nazywany jest wiązaniem celowniczym (z oczywistych powodów, ponieważ tylko jeden z atomów daje lub dostarcza niezbędne elektrony do wiązania) lub koordynuje. Jest to rodzaj wiązania kowalencyjnego, który charakteryzuje związki koordynacyjne.

Wiązania kowalencyjne trzech rdzeni lub trzech centrów

W niektórych specjalnych cząsteczkach mogą tworzyć się wiązania kowalencyjne, w których ta sama para elektronów jest wspólna dla więcej niż dwóch atomów. Tak jest w przypadku kationów allilowych, w których podwójne wiązanie kowalencyjne jest sprzężone z sąsiednim karbokationem, tworząc wiązanie π, które obejmuje wszystkie trzy atomy, umożliwiając swobodny ruch dwóch elektronów π z jednego końca wiązania na drugi. Nazywa się to przeprowadzką.

Przykłady wspólnych wiązań kowalencyjnych

Niektóre przykłady wiązań kowalencyjnych to:

• C-H
• C-C
• C-N
• N-N
• N=N
• C=N
• WSPÓŁ
• C=O
• LUB = LUB
• OH
• Br-Br
• C-F
• do ≡ do
• N ≡ N
• do ≡ N

Bibliografia

Definicja. (nd). Definicja kowalencyjnego . https://definicion.de/covalente/

Fernandes, AZ (2021, 10 maja). Wiązanie kowalencyjne: charakterystyka i rodzaje (z przykładami) . Wszystko się liczy. https://www.todamateria.com/enlace-covalente/

Jhoanell, J. (2021, 18 listopada). Wiązanie kowalencyjne . KoncepcjaABC. https://conceptoabc.com/enlace-covalente/

Libretexty. (2020, 30 października). 7.5: Siła wiązań jonowych i kowalencyjnych . Hiszpańskie LibreTexty. https://espanol.libretexts.org/Quimica/Libro%3A_Quimica_General_(OpenSTAX)/07%3A_Enlace_Quimico_y_Geometria_Molecular/7.5%3A_Fortaleza_de_los_enlaces_ionicos_y_covalentes

Martín, M. (2020, 17 marca). Kiedy mówimy o wiązaniach kowalencyjnych, mamy na myśli określony typ . Charakterystyka. https://www.caracteristicas.pro/enlaces-covalentes/

Znaczenia. (2020, 15 grudnia). Wiązanie kowalencyjne . https://www.significados.com/enlace-covalente/