Premýšľali ste niekedy nad tým, čo spája vesmír? Tu je rada: nie je to priemyselná nádoba kozmického super lepidla. Nie, tajomstvom udržania vecí pohromade je proces chemickej väzby známy ako valentná väzba – kde sa elektróny vo vonkajších obaloch atómov navzájom spájajú a vytvárajú molekuly. Kovalentné väzby sú jedny z najmocnejších väzieb vo vesmíre.
Otec kovalentných väzieb - Irving Langmuir
Svet chemickej vedy bol predstavený princípu kovalencie v roku 1919. Budúci chemik, nositeľ Nobelovej ceny, Irving Langmuir, vytvoril tento termín na opis molekulárnych väzieb tvorených elektrónmi v najvzdialenejšom obale alebo valencii atómov. Pojem „kovalentná väzba“ sa prvýkrát začal používať v roku 1939.
Americký chemik Irving Langmuir sa narodil v Brooklyne v štáte New York 31. januára 1881 ako tretí zo štyroch synov Charlesa Langmuira a Sadie Comingsovej. Langmuir promoval ako metalurgický inžinier na School of Mines na Kolumbijskej univerzite v roku 1903 a získal titul M. A. a Ph.D. v chémii v roku 1906. Jeho práca v povrchovej chémii bola odmenená Nobelovou cenou za chémiu v roku 1932.
Atómy a molekuly – naozaj na nich záleží?
Zjednodušene povedané, bez atómov by vesmír neexistoval. Atómy sú totiž základným stavebným kameňom hmoty. Čo presne znamená hmota? Vo fyzikálnych a chemických vedách je „hmota“ definovaná ako tá, ktorá zaberá priestor a má pokojovú hmotnosť, najmä na rozdiel od energie. Takže v univerzálnej skratke, „hmota“ je všetko.
Atómy sa skladajú z troch základných subatomárnych častíc: protóny, neutróny a elektróny. Protóny sú subatomárne častice, ktoré si zachovávajú kladný elektrický náboj. Neutróny sú subatomárne častice, ktoré nemajú ani kladný, ani záporný elektrický náboj, teda neutrálny. Protóny a neutróny sa spájajú a vytvárajú jadro atómu. Elektróny, posledný typ subatomárnej častice, si zachovávajú záporný elektrický náboj a obiehajú okolo atómového jadra ako oblak.
Čo sú teda molekuly? Molekuly nie sú nič viac ani menej ako atómy, ktoré sú dostatočne priťahované k iným atómom, aby vytvorili väzbu. Valenčná väzba.
Molekulárna väzba - Typy Valentových väzieb
Keď sa atómy navzájom viažu a vytvárajú molekuly, proces môže prebiehať niekoľkými rôznymi spôsobmi. Hlavný spôsob väzby atómov je známy ako kovalentný. Termín kovalentný sa vzťahuje na skutočnosť, že väzba zahŕňa zdieľanie jedného alebo viacerých párov elektrónov. Existujú aj iné spôsoby, ako môžu atómy vytvárať valentné väzby, vrátane:
crossfire televízny seriál
- Iónové väzby alebo väzby vzniká, keď jeden atóm odovzdá jeden alebo viac elektrónov inému atómu.
- Kovové väzby, typ chemikálie lepenie ktorá drží atómy kovov pohromade. Kovové väzby sú nútenou príťažlivosťou medzi valenčnými elektrónmi a atómami kovu.
Kovalentné molekulárne väzby - prvky vs. zlúčeniny
Ako sa vyskytujú valentné príťažlivosti medzi atómami, vytvárajú molekulárne väzby alebo látky, ktoré sú buď zlúčeninami alebo prvkami. Hoci sa molekulárne zlúčeniny a molekulárne prvky vyskytujú ako výsledok kovalentnej väzby, existuje medzi nimi aj dôležitý rozdiel.
Rozdiel medzi molekulou zlúčeniny a molekulou prvku je v tom, že v molekule prvku sú všetky atómy rovnaké. Napríklad v molekule vody (zlúčenina) je jeden atóm kyslíka a dva atómy vodíka. Ale v molekule kyslíka (prvku) sú oba atómy kyslík.
Príklady zlúčenín kovalentnej väzby
Existuje mnoho príkladov zlúčenín, ktoré majú kovalentné väzby, vrátane plynov v našej atmosfére, bežných palív a väčšiny zlúčenín v našom tele. Tu sú tri príklady.
Molekula metánu (CH4)
Elektronická konfigurácia uhlíka je 2,4. Potrebuje 4 ďalšie elektróny vo svojom vonkajšom obale, aby bol ako neón vzácneho plynu. Na tento účel jeden atóm uhlíka zdieľa štyri elektróny s jednotlivými elektrónmi zo štyroch atómov vodíka. Molekula metánu má štyri jednoduché väzby CH.
Molekula vody (H2O)
Jeden atóm kyslíka sa spája s dvoma atómami vodíka. Molekula vody má dve jednoduché väzby O-H.
oxid uhličitý (CO2)
Jeden atóm uhlíka sa spája s dvoma atómami kyslíka. Molekula oxidu uhličitého má dve väzby C=O.
ako dostať odizolovanú skrutku von pomocou gumičky
Príklady prvkov kovalentnej väzby
Keď rovnaké atómy tvoria kovalentné molekulárne väzby, výsledkom sú kovalentné prvky. Nekovové kovalentné prvky nachádzajúce sa v periodickej tabuľke zahŕňajú:
lemovacie nápady pre terénne úpravy
- vodík
- uhlíka
- dusíka
- fosfor
- kyslík
- síry a selénu.
Okrem toho všetky halogénové prvky vrátane:
- fluór
- chlór
- bróm
- jód a astatín sú všetky kovalentné nekovové prvky.
Polárne a nepolárne kovalentné väzby
Na rozdiel od iónových väzieb sa kovalentné väzby často vytvárajú medzi atómami, kde jeden z atómov nemôže ľahko dosiahnuť konfiguráciu elektrónového obalu vzácneho plynu stratou alebo ziskom jedného alebo dvoch elektrónov. ... Preto atómy, ktoré sa kovalentne viažu, zdieľajú svoje elektróny, aby dokončili svoj valenčný obal.
Čím väčší je rozdiel elektronegativity, tým je väzba iónovejšia. Väzby, ktoré sú čiastočne iónové, sú polárne kovalentné väzby. Nepolárne kovalentné väzby s rovnakým zdieľaním väzbových elektrónov vznikajú, keď sú elektronegativity dvoch atómov rovnaké.
Príklady polárnych kovalentných väzieb
V polárnej kovalentnej väzbe trávia elektróny zdieľané atómami v priemere viac času bližšie k jadru kyslíka ako k jadru vodíka. Je to kvôli geometrii molekuly a veľkému rozdielu v elektronegativite medzi atómom vodíka a atómom kyslíka.
Molekula vody, skrátene H2O, je príkladom polárnej kovalentnej väzby. Elektróny sú rozdelené nerovnomerne, pričom atóm kyslíka trávi s elektrónmi viac času ako atómy vodíka. Pretože elektróny trávia viac času s atómom kyslíka, nesie čiastočný záporný náboj.
Príklady nepolárnych kovalentných väzieb
Je menej pravdepodobné, že sa nepolárne molekuly rozpustia vo vode. Nepolárna látka je látka bez dipólu, čo znamená, že má vo svojej molekulárnej štruktúre rovnomerné rozloženie elektrónov. Príklady zahŕňajú oxid uhličitý, rastlinné oleje a ropné produkty.
Príkladom nepolárnej kovalentnej väzby je väzba medzi dvoma atómami vodíka, pretože rovnako zdieľajú elektróny. Ďalším príkladom nepolárnej kovalentnej väzby je väzba medzi dvoma atómami chlóru, pretože tiež rovnomerne zdieľajú elektróny.
Kovalentné väzby – sedem vecí na zapamätanie
Tu je niekoľko kľúčových poznatkov, ktoré vám pomôžu zapamätať si, čo ste sa práve naučili o kovalentných väzbách:
- Valenčné a kovalentné väzby spájajú atómy a vytvárajú molekuly.
- Atómy sa môžu spájať tromi hlavnými spôsobmi: kovalentnými väzbami, iónovými väzbami a kovovými väzbami.
- Termín kovalentná väzba opisuje väzby v zlúčeninách, ktoré sú výsledkom zdieľania jedného alebo viacerých párov elektrónov.
- Iónové väzby, pri ktorých sa elektróny prenášajú medzi atómami, sa vyskytujú, keď atómy s niekoľkými elektrónmi vo vonkajšom obale dávajú elektróny atómom, ktorým vo vonkajšom obale chýba len niekoľko elektrónov.
- V kovových väzbách obrovské množstvo atómov stráca svoje elektróny. Sú držané pohromade v mriežke príťažlivosťou medzi „voľnými“ elektrónmi a kladnými jadrami.
- Atóm, ktorý stratí elektrón, sa stáva kladne nabitým; atóm, ktorý získa elektrón, sa nabije záporne, takže dva atómy sú pritiahnuté k sebe elektrickou príťažlivosťou protikladov.
- Pretože sú negatívne nabité, zdieľané elektróny sú priťahované rovnako ku kladnému jadru oboch zúčastnených atómov. Atómy sú držané pohromade príťažlivosťou medzi každým jadrom a zdieľanými elektrónmi.