KIMYASAL BAĞ: ÖZELLIKLER, NASIL OLUŞTUKLARI, TÜRLERI - KIMYA - 2024

Kimyasal bağ maddeyi oluşturan atomuna bir arada tutmak için yönetir güçtür. Her madde türü, bir veya daha fazla elektronun katılımından oluşan karakteristik bir kimyasal bağa sahiptir. Bu nedenle, gazlardaki atomları bağlayan kuvvetler, örneğin metallerden farklıdır.

Periyodik tablonun tüm unsurları (helyum ve hafif asal gazlar hariç) birbirleriyle kimyasal bağlar oluşturabilir. Ancak bunların doğası, onları oluşturan elektronların hangi elementlerden geldiğine bağlı olarak değişir. Bağların türünü açıklamak için önemli bir parametre elektronegatifliktir.

Kaynak: Ymwang42 (konuşma) .Ymwang42, en.wikipedia, Wikimedia Commons'tan

İki atom arasındaki elektronegatiflik (ΔE) farkı, yalnızca kimyasal bağın türünü değil, aynı zamanda bileşiğin fizikokimyasal özelliklerini de tanımlar. Tuzlar, iyonik bağlara (yüksek AE) sahip olmaları ile karakterize edilir ve B ₁₂ vitamini (üstteki resim) gibi organik bileşiklerin çoğu kovalent bağlara sahiptir (düşük AE).

Daha yüksek moleküler yapıda, çizgilerin her biri bir kovalent bağı temsil eder. Takozlar, bağlantının düzlemden (okuyucuya doğru) ve altı çizili olanların uçağın arkasında (okuyucudan uzakta) ortaya çıktığını gösterir. Çift bağlar (=) ve beş nitrojen atomu ve bir R yan zinciri ile koordine edilmiş bir kobalt atomu olduğuna dikkat edin.

Peki neden bu tür kimyasal bağlar oluşur? Cevap, katılan atomların ve elektronların enerji kararlılığında yatmaktadır. Bu kararlılık, elektron bulutları ve çekirdekler arasında yaşanan elektrostatik itmeleri ve bir çekirdeğin komşu atomun elektronları üzerinde uyguladığı çekimi dengelemelidir.

Kimyasal bağın tanımı

Birçok yazar kimyasal bağın tanımlarını vermiştir. Bunların en önemlisi, kimyasal bağı iki atom arasındaki bir çift elektronun katılımı olarak tanımlayan fizikokimyasal GN Lewis'inki idi. A · ve · B atomları tek bir elektrona katkıda bulunabiliyorsa, aralarında A: B veya A - B tekli bağ oluşacaktır.

Bağ oluşumundan önce, hem A hem de B belirsiz bir mesafeyle ayrılır, ancak bağlandıklarında artık onları iki atomlu bileşik AB'de ve bir bağ mesafesinde (veya uzunluğunda) bir arada tutan bir kuvvet vardır.

karakteristikleri

Kaynak: Gabriel Bolívar

Atomları bir arada tutan bu kuvvetin özellikleri nelerdir? Bunlar, elektronik yapılarından çok A ve B arasındaki bağlantı türüne bağlıdır. Örneğin, A - B bağlantısı yönlüdür. Bu ne demek? Elektron çiftinin birliği tarafından uygulanan kuvvet bir eksen üzerinde gösterilebilir (sanki bir silindirmiş gibi).

Ayrıca bu bağın kopması için enerji gerekir. Bu enerji miktarı, kJ / mol veya cal / mol birimleriyle ifade edilebilir. AB bileşiğine yeterli enerji uygulandığında (örneğin ısıyla), orijinal A · ve · B atomlarına ayrışacaktır.

Bağ ne kadar kararlı olursa, bağlanan atomları ayırmak için o kadar fazla enerji gerekir.

Öte yandan, AB bileşiğindeki bağ iyonik olsaydı , A ⁺ B ^- , o zaman yönsüz bir kuvvet olurdu. Neden? Çünkü A ⁺ , B ^{- 'ye} çekici bir kuvvet uygular (ve bunun tersi de geçerlidir), bu her iki iyonu uzayda ayıran mesafeye göreceli konumlarından daha fazla bağlıdır.

Bu çekim ve itme alanı, kristal kafes olarak bilinen şeyi oluşturmak için diğer iyonları bir araya getirir (üstteki resim: A ⁺ katyonu dört B ^- anyonuyla çevrelenmiştir ve bunlar dört A ⁺ katyonu ile çevrilidir vb.).

Kimyasal bağlar nasıl oluşur?

AA homonükleer bileşikler

Kaynak: Gabriel Bolívar

Bir çift elektronun bir bağ oluşturması için öncelikle dikkate alınması gereken birçok şey vardır. Çekirdekler, örneğin A'nınkiler, protonlara sahiptir ve bu nedenle pozitiftir. İki atom çok uzak olduğunda, yani büyük bir çekirdek arası mesafede (üstteki resim), herhangi bir çekim yaşamazlar.

İki atom, çekirdeklerine yaklaştıkça, komşu atomun elektron bulutunu (mor daire) çekerler. Bu, çekim gücüdür (komşu mor daire üzerinde A). Ancak, A'nın iki çekirdeği pozitif oldukları için birbirlerini iter ve bu kuvvet bağın potansiyel enerjisini (dikey eksen) arttırır.

Potansiyel enerjinin minimuma ulaştığı nükleer bir mesafe vardır; yani, hem çekici hem de itici kuvvetler (görüntünün alt kısmındaki iki A atomu) dengelenmiştir.

Bu noktadan sonra bu mesafe azalırsa, bağ iki çekirdeğin birbirini çok güçlü bir şekilde itmesine neden olarak AA bileşiğinin dengesini bozar.

Dolayısıyla bağın oluşması için enerjisel olarak yeterli bir çekirdek arası mesafe olması gerekir; ve dahası, elektronların bağlanması için atomik orbitallerin doğru şekilde üst üste binmesi gerekir.

Heteronükleer bileşikler AB

Ya iki A atomu yerine, biri A ve diğeri B birleştirilseydi? Bu durumda, üstteki grafik değişir çünkü atomlardan biri diğerinden daha fazla protona sahip olacak ve elektron bulutları farklı boyutlara sahip olacaktır.

A - B bağı uygun çekirdek arası mesafede oluşturulduğundan, elektron çifti esas olarak en elektronegatif atomun yakınında bulunacaktır. Bilinenlerin (ve bilinecek olan) büyük çoğunluğunu oluşturan tüm heteronükleer kimyasal bileşiklerde durum böyledir.

Derinlemesine bahsedilmemesine rağmen, atomların nasıl yaklaştığını ve kimyasal bağların nasıl oluştuğunu doğrudan etkileyen çok sayıda değişken vardır; bazıları termodinamik (reaksiyon kendiliğinden mi?), elektronik (atomların orbitalleri ne kadar dolu veya boştur) ve diğerleri kinetiktir.

Kimyasal bağ türleri

Bağlantılar, onları birbirinden ayıran bir dizi özelliğe sahiptir. Bunlardan birkaçı üç ana sınıflandırma ile çerçevelendirilebilir: kovalent, iyonik veya metalik.

Bağları tek bir türe ait olan bileşikler olsa da, çoğu aslında her birinin karakterlerinin karışımından oluşur. Bu gerçek, bağları oluşturan atomlar arasındaki elektronegatiflik farkından kaynaklanmaktadır. Bu nedenle, bazı bileşikler kovalent olabilir, ancak bağlarında bir miktar iyonik karaktere sahip olabilir.

Benzer şekilde, bağ türü, yapı ve moleküler kütle, maddenin makroskopik özelliklerini (parlaklık, sertlik, çözünürlük, erime noktası vb.) Tanımlayan anahtar faktörlerdir.

-Kovalent bağ

Kovalent bağlar şimdiye kadar açıklanmış olanlardır. Bunlarda, iki orbital (her birinde bir elektron) uygun bir çekirdek arası mesafe ile ayrılmış çekirdeklerle örtüşmelidir.

Moleküler yörünge teorisine (TOM) göre, orbitallerin örtüşmesi önden ise, bir sigma σ bağı oluşacaktır (buna basit veya basit bir bağ da denir). Orbitaller, çekirdekler arası eksene göre yanal ve dikey örtüşmelerden oluşuyorsa, bağlarına (çift ve üçlü) sahip olacağız:

Kaynak: Gabriel Bolívar

Basit bağlantı

Görüntüde görüldüğü gibi σ bağı, çekirdek arası eksen boyunca oluşur. Gösterilmemesine rağmen, A ve B'nin başka bağları ve dolayısıyla kendi kimyasal ortamları (moleküler yapının farklı bölümleri) olabilir. Bu tür bir bağlantı, dönme gücü (yeşil silindir) ve hepsinden daha güçlü olmasıyla karakterize edilir.

Örneğin, hidrojen molekülündeki tek bağ, çekirdek arası eksen (H - H) etrafında dönebilir. Benzer şekilde, varsayımsal bir CA - AB molekülü olabilir.

Bağlantılar C - A, A - A ve A - B döner; ancak C veya B atom veya bir grup büyük atom ise, A - A dönüşü sterik olarak engellenir (çünkü C ve B çarpışır).

Tek bağlar hemen hemen tüm moleküllerde bulunur. Orbitallerinin örtüşmesi önden olduğu sürece atomları herhangi bir kimyasal hibridizasyona sahip olabilir. B ₁₂ vitamini yapısına geri dönersek , herhangi bir tek çizgi (-) tek bir bağı gösterir (örneğin, –CONH ₂ bağları ).

Çift bağlantı

Çift bağ olması atomuna gerektirir (genellikle) sp ² melezleşmiş . Üç sp dik olarak saf p bir bağ, ² hibrit orbitalleri , grimsi bir tabaka olarak gösterilmiştir çift bağı oluşturur.

Hem tekli bağın (yeşil silindir) hem de çift bağın (gri levha) aynı anda birlikte var olduğuna dikkat edin. Bununla birlikte, tekli bağların aksine, çift bağlar çekirdek arası eksen etrafında aynı dönme özgürlüğüne sahip değildir. Bunun nedeni, döndürmek için bağlantının (veya folyonun) kopması gerektiğidir; enerji gerektiren süreç.

Ayrıca, A = B bağı, A - B'den daha reaktiftir. Uzunluğu daha kısadır ve A ve B atomları daha kısa çekirdek arası mesafedir; bu nedenle, her iki çekirdek arasında daha büyük itme vardır. Hem tek hem de çift bağları kırmak, A - B molekülündeki atomları ayırmak için gerekenden daha fazla enerji gerektirir.

B ₁₂ vitamini yapısında birkaç çift bağ gözlemlenebilir: C = O, P = O ve aromatik halkalar içinde.

Üçlü bağ

Üçlü bağ, çift bağdan bile daha kısadır ve dönüşü daha enerjik olarak engellenir. İçinde, birbirine dik iki π bağı (grimsi ve mor tabakalar) ve tek bir bağ oluşur.

Normal olarak, A ve B atomlarının kimyasal hibridizasyonu sp olmalıdır: birbirinden 180º ayrı iki sp orbitali ve birincisine dik iki saf p orbitali. Üçlü bağın bir kürek gibi göründüğünü, ancak dönme gücü olmadığını unutmayın. Bu bağ A≡B (N≡N, nitrojen molekülü N basitçe temsil edilebilir ₂ ).

Tüm kovalent bağlar arasında bu en reaktif olanıdır; ama aynı zamanda atomlarının tamamen ayrılması için daha fazla enerjiye ihtiyaç duyan (· A: +: B ·). B ₁₂ vitamininin moleküler yapısı içinde üçlü bir bağ olsaydı, farmakolojik etkisi önemli ölçüde değişirdi.

Altı elektron üçlü bağlara katılır; çiftlerde dört elektron; ve basit ya da basit, iki.

Bu kovalent bağlardan bir veya daha fazlasının oluşumu, atomların elektronik mevcudiyetine bağlıdır; yani, yörüngelerinin kaç tane elektronun bir sekizli değerlik kazanması gerekir.

Polar olmayan bağ

Kovalent bağ, bir çift elektronun iki atom arasında eşit paylaşımından oluşur. Ancak bu, yalnızca her iki atomun da eşit elektronegatifliğe sahip olduğu durumda kesinlikle doğrudur; yani, elektron yoğunluğunu çevresinden bir bileşiğe çekme eğilimi.

Polar olmayan bağlar, sıfır elektronegatiflik farkı (ΔE≈0) ile karakterize edilir. Bu iki durumda oluşur: bir homonükleer bileşik (A ₂ ) ya da bağın her iki yanı üzerinde kimyasal ortamlar eşdeğer (H ₃ C - CH ₃ , etan molekül).

Polar olmayan bağların örnekleri aşağıdaki bileşiklerde görülmektedir:

-Hidrojen (H - H)

Oksijen (O = O)

-Nitrojen (N≡N)

-Flor (F - F)

-Kloro (Cl - Cl)

-Asetilen (HC≡CH)

Polar bağlar

Her iki atom arasında elektronegatiflik ΔE'de belirgin bir fark olduğunda, bağ ekseni boyunca bir dipol momenti oluşur: A ⁺ –B ^δ- . Heteronükleer AB bileşiği durumunda, B en elektronegatif atomdur ve bu nedenle daha yüksek bir elektron yoğunluğuna sahiptir δ-; en az elektronegatif olan A ise δ + yük eksikliğine sahiptir.

Kutupsal bağların oluşması için, farklı elektronegatifliklere sahip iki atomun birleşmesi gerekir; ve böylece heteronükleer bileşikler oluşturur. A - B bir mıknatısı andırır: artı ve eksi kutbu vardır. Bu, aralarında hidrojen bağları bulunan dipol-dipol kuvvetler yoluyla diğer moleküllerle etkileşime girmesine izin verir.

Suyun iki polar kovalent bağı vardır, H - O - H ve moleküler geometrisi köşelidir, bu da dipol momentini artırır. Geometrisi doğrusal olsaydı, okyanuslar buharlaşırdı ve suyun kaynama noktası daha düşük olurdu.

Bir bileşiğin polar bağlara sahip olması, onun polar olduğu anlamına gelmez . Örneğin, karbon tetraklorür, CCl ₄ , dört kutuplu C-Cl bağına sahiptir, ancak dört yüzlü düzenlemeleri nedeniyle, dipol momenti vektörel olarak iptal edilir.

Veri veya koordinasyon bağlantıları

Bir atom, başka bir atomla kovalent bir bağ oluşturmak için bir çift elektrondan vazgeçtiğinde, buna bir datif veya koordinasyon bağı denir. Örneğin, B: mevcut elektron çifti ve A (veya A ⁺ ), elektronik boşluk, B: A bağı oluşur.

B ₁₂ vitamini yapısında , beş nitrojen atomu, bu tür kovalent bağ yoluyla Co'nun metal merkezine bağlanır. Bu nitrojenler serbest elektron çiftlerini Co ³⁺ katyonuna verirler, metal onlarla koordine olur (Co ³⁺ : N–)

Bir başka örnek, bir amonyak molekülünün amonyak oluşturmak için protonasyonunda bulunabilir:

H ₃ N: + H ⁺ => NH ₄ ⁺

Her iki durumda da elektronlara katkıda bulunan şeyin nitrojen atomu olduğuna dikkat edin; bu nedenle, değişken veya koordinasyon kovalent bağ, tek başına bir atom elektron çiftine katkıda bulunduğunda ortaya çıkar.

Aynı şekilde, su molekülü hidronyum (veya oksonyum) katyonu haline gelecek şekilde protonlanabilir:

H ₂ O + H ⁺ => H ₃ O ⁺

Amonyum katyonunun aksine, hidronyum hala bir çift serbest elektrona sahiptir (H ₃ O: ⁺ ); ancak kararsız hidronyum dikasyonu, H ₄ O ²⁺ oluşturmak için başka bir protonu kabul etmesi çok zordur .

-İyonik bağ

Kaynak: Pixabay

Resimde beyaz bir tuz tepesi görülmektedir. Tuzlar, kristal yapılara, yani simetrik ve sıralı yapılara sahip olmaları ile karakterize edilir; yüksek erime ve kaynama noktaları, erime veya çözülürken yüksek elektriksel iletkenlikler ve ayrıca iyonları elektrostatik etkileşimlerle güçlü bir şekilde bağlanır.

Bu etkileşimler iyonik bağ olarak bilinen şeyi oluşturur. İkinci resimde , dört B ^- anyonu ile çevrili bir A ⁺ katyonu gösterildi , ancak bu bir 2D temsilidir. Üç boyutlu, A ⁺ , diğer B anyonları sahip olmalıdır ^{- içinde} ön ve düzleminden, çeşitli yapılar oluşturur.

Böylece, A ^{+ 'nın} altı, sekiz ve hatta on iki komşusu olabilir. Bir kristaldeki bir iyonu çevreleyen komşuların sayısı koordinasyon numarası (NC) olarak bilinir. Her NC için, sırayla tuzun katı bir fazını oluşturan bir tür kristalli düzenleme ilişkilendirilir.

Tuzlarda görülen simetrik ve yüzlü kristaller, elektrostatik çekim (A ⁺ B ^- ) ve itme (A ⁺ A ⁺ , B ^- B ^- ) etkileşimleriyle oluşturulan denge nedeniyledir .

Eğitim

Ama neden A + ve B ^- veya Na ⁺ ve Cl ^- , Na - Cl kovalent bağları oluşturmuyor? Çünkü klor atomu, elektronlarından çok kolay vazgeçmesiyle de karakterize edilen sodyum metalinden çok daha elektronegatiftir. Bu elementler buluştuğunda, ekzotermik reaksiyona girerek sofra tuzu üretirler:

2Na (k) + Cl ₂ (g) => 2NaCl (k)

İki sodyum atomu tek valans elektronunu (Na ·) diatomik Cl ₂ molekülüne bırakır ve böylece Cl ^- anyonları oluşturur .

Sodyum katyonları ve klorür anyonları arasındaki etkileşimler, kovalent olanlardan daha zayıf bir bağı temsil etmelerine rağmen, onları katı içinde güçlü bir şekilde birleşik tutabilir; ve bu gerçek tuzun yüksek erime noktasına (801ºC) yansımaktadır.

Metalik bağ

Kaynak: Pixnio

Kimyasal bağ türlerinin sonuncusu metaliktir. Bu, herhangi bir metal veya alaşımlı parça üzerinde bulunabilir. Elektronların bir atomdan diğerine geçmemesi, daha ziyade bir deniz gibi metal kristalleri arasında dolaşması nedeniyle özel ve diğerlerinden farklı olmasıyla karakterize edilir.

Böylece, metalik atomlar, bakır demek, değerlik orbitallerini birbirleriyle karıştırarak iletim bantları oluştururlar; elektronların (s, p, dof) atomların etrafından geçtiği ve onları sıkıca bir arada tuttuğu.

Metalik kristalden geçen elektronların sayısına, bantlar için sağlanan orbitallere ve atomlarının paketlenmesine bağlı olarak, metal yumuşak (alkali metaller gibi), sert, parlak veya iyi bir elektrik iletkeni olabilir ve Sıcak.

Görüntüdeki küçük adamı ve dizüstünü oluşturan metal atomlarını bir arada tutan kuvvet, tuzlarınkinden daha büyüktür.

Bu, deneysel olarak doğrulanabilir çünkü tuzların kristalleri, mekanik bir kuvvetten önce birkaç yarıya bölünebilir; oysa çok küçük kristallerden oluşan metal bir parça deforme olur.

Bağlantı örnekleri

Aşağıdaki dört bileşik, açıklanan kimyasal bağ türlerini kapsar:

-Sodyum florür, NaF (Na ⁺ F ^- ): iyonik.

-Sodyum, Na: metalik.

-Florin, F ₂ (F - F): İki atom arasında aynı oldukları için boş bir ΔE olması nedeniyle polar olmayan kovalenttir.

-Hidrojen florür, HF (H - F): polar kovalenttir, çünkü bu bileşikte flor hidrojenden daha elektronegatiftir.

Vitamin B gibi bileşikler bulunmaktadır ₁₂ (kendi fosfat grubunun PO negatif yükü hem de polar ve iyonik kovalent bağa sahip, ₄ ^- -). Metalik kümeler gibi bazı karmaşık yapılarda, tüm bu tür bağlantılar bir arada var olabilir.

Madde tüm tezahürleriyle kimyasal bağlara örnekler sunar. Bir göletin dibindeki taştan ve onu çevreleyen sudan, kenarlarında titreyen kurbağalara kadar.

Bağlar basit olabilse de, moleküler yapıdaki atomların sayısı ve uzamsal dizilişi zengin bir bileşik çeşitliliğine yol açar.

Kimyasal bağın önemi

Kimyasal bağın önemi nedir? Kimyasal bağın yokluğunun ortaya çıkaracağı hesaplanamayan sonuç sayısı, doğadaki muazzam önemini vurgular:

-O olmasaydı, elektronları elektromanyetik radyasyonu soğurmayacağı için renkler olmazdı. Atmosferde bulunan toz ve buz parçacıkları kaybolacak ve bu nedenle gökyüzünün mavi rengi koyulaşacaktır.

-Karbon, milyarlarca organik ve biyolojik bileşiğin türediği sonsuz zincirlerini oluşturamadı.

- Proteinler, oluşturucu amino asitlerinde bile tanımlanamadı. Canlı organizmalardaki karbonlu bileşikler gibi şekerler ve yağlar da yok olur.

-Dünya'nın atmosferi olmayacaktı, çünkü gazlarında kimyasal bağlar olmadığında, onları bir arada tutacak bir kuvvet olmayacaktı. Aralarında en ufak bir moleküller arası etkileşim de olmayacaktı.

-Dağlar, kayaları ve mineralleri ağır olmalarına rağmen kristal veya amorf yapıları içinde atomlarını barındıramadıkları için yok olabilirler.

-Dünya, katı veya sıvı maddeler oluşturamayan tek atomlardan oluşacaktır. Bu aynı zamanda maddenin tüm dönüşümünün ortadan kalkmasıyla sonuçlanacaktır; yani kimyasal reaksiyon olmayacaktı. Her yerde uçup giden gazlar.

Referanslar

1. Harry B. Gray. (1965). Elektronlar ve Kimyasal Bağlar. WA BENJAMIN, INC. P 36-39.
2. Whitten, Davis, Peck ve Stanley. Kimya. (8. baskı). CENGAGE Learning, s 233, 251, 278, 279.
3. Nave R. (2016). Kimyasal Bağlanma. Kurtarıldı: hyperphysics.phy-astr.gsu.edu
4. Kimyasal Bağ Türleri. (3 Ekim 2006). Alınan: dwb4.unl.edu
5. Kimyasal bağların oluşumu: Elektronların rolü. . Cod.edu'dan kurtarıldı
6. CK-12 Vakfı. (Sf). Enerji ve Kovalent Bağ Oluşumu. Chem.libretexts.org adresinden kurtarıldı
7. Quimitube. (2012). Koordinat veya değişken kovalent bağ. Quimitube.com'dan kurtarıldı