Przypomnijcie sobie:
• elektroujemność - to zdolność atomów do przyciągania wspólnej pary elektronowej;
• atomy z większą elektroujemnością silniej przyciągają parę elektronową;
• największą elektroujemność posiadają atomy fluoru, najmniejszą - atomy fransu;
• wraz ze zwiększeniem liczby porządkowej pierwiastków w okresach elektroujemność się zwiększa, a w grupach - zmniejsza.
Wiązanie chemiczne, typy wiązań chemicznych
Wiązanie chemiczne - to oddziaływanie atomów, które określa istnienie dwóch i wieloatomowych cząsteczek (molekuł, jonów, kryształów).
Wyróżniamy takie rodzaje wiązania chemicznego: kowalencyjne, jonowe, metaliczne i wodorowe (schemat 2).
Schemat 2. Rodzaje wiązań chemicznych
Chociaż różne typy wiązań elementarnie różnią się między sobą, niemniej posiadają jedną cechę wspólną: tworzą się one dzięki przyciąganiu elektrostatycznemu przeciwnie naładowanych cząsteczek. W molekułach naładowane dodatnio jądra atomów przyciągają się do naładowanych ujemnie elektronów wspólnej pary elektronowej, dzięki czemu między atomami istnieje wiązanie kowalencyjne. Oddziaływanie przeciwstawnie naładowanych jonów określa istnienie substancji z wiązaniem jonowym. Na oddziaływaniu elektrostatycznym również bazuje istnienie wiązania metalicznego i wodorowego, o czym dowiecie się później.
Wiązanie kowalencyjne
Podczas tworzenia wiązania chemicznego atomy chcą uzyskać stabilną konfigurację elektronową (jak atomy pierwiastka inertnego). Jednym ze sposobów osiągnięcia takiego stanu jest połączenie elektronów niespa-rowanych we wspólne pary elektronowe, które należą do obu atomów.
Wiązanie chemiczne, które powstaje w wyniku utworzenia wspólnych par elektronowych nazywamy kowalencyjnym.
Omówimy proces utworzenia wiązania w molekule fluoru F2. Atom fluoru posiada na zewnętrznej powłoce siedem elektronów - trzy pary elektronowe i jeden elektron niesparowany. Do uzyskania stabilnej konfiguracji elektronowej atomu fluoru brakuje jednego elektronu, dlatego dwa atomy fluoru łączą się w molekułę w taki sposób, że tworzą między sobą wiązanie pojedyńcze:
W sytuacji oddziaływania dwóch atomów, z których każdy posiada kilka elektronów niesparowanych, jednocześnie tworzy się kilka wspólnych par elektronowych. W atomie tlenu na zewnętrznej powłoce jest sześć elektronów: dwie pary elektronowe i dwa elektrony niesparowane. Te nie-sparowane elektrony biorą udział w tworzeniu wspólnych par elektronowych:
Dzięki temu każdy atom tlenu uzyskuje stabilną konfigurację elektronową z ośmioma elektronami (oktet). Takie wiązanie chemiczne nazywamy podwójnym i oznaczamy dwoma kreskami. Ilość wspólnych par elektronowych między atomami określa krotność wiązania.
Wiązanie kowalencyjne spolaryzowane i niespolaryzowane Wiązanie kowalencyjne może utworzyć się zarówno między jednakowymi, jak również między różnymi atomami. Jednakowe atomy, oczywiście, jednakowo przyciągają elektrony, tak więc w molekułach substancji prostych, utworzonych przez atomy pierwiastków niemetalicznych, na przykład fluoru i wodoru, wspólna para elektronowa jednakowo przyciąga się do obu atomów i należy do nich w jednakowym stopniu. Takie wiązanie kowalencyjne nazywamy niespolaryzowanym.
Atomy różnych pierwiastków przyciągają elektrony z różną siłą. Powoduje to przesunięcie wspólnej pary elektronowej w stronę atomu z większą elektroujemnością. W rezultacie tego pojawia się na nim zbędny ładunek ujemny (6-), a na innym atomie, na odwrót, zjawia się pewien ładunek dodatni (S+). Na przykład w molekule fluorowodoru:
Takie wiązanie kowalencyjne nazywamy spolaryzowanym. Według wartości elektroujemności pierwiastków (patrz wyklejka 1) można określić typ wiązania kowalencyjnego: im większa jest różnica elektroujemności (AEH), tym bardziej spolaryzowane jest wiązanie (rys. 2.1).
Rys. 2.1. Zależność rodzaju wiązania od różnicy elektroujemności pierwiastków: a - kowalencyjne niespolaryzowane; b - kowalencyjne spolaryzowane; c - jonowe
Wiązanie jonowe
W substancjach z wiązaniem jonowym cząsteczki nie są połączone mocno między sobą wspólną parą elektronową, a przyciągają się siłami oddziaływania elektrostatycznego:
Wiązanie chemiczne, które powstaje w wyniku przyciągania przeciwnie naładowanych jonów, nazywamy jonowym.
Wiązanie jonowe tworzy się między atomami pierwiastków ze znaczną różnicą elektroujemności. Najczęściej istnieje on w substancjach utworzonych przez typowe pierwiastki metaliczne i niemetaliczne. Umownie uważa się, że wiązanie jest jonowym, gdy różnica elektroujemności dwóch pierwiastków jest większa niż 2 (rys. 2.1, s. 13).
Budowa substancji stałych i ich właściwości
Większość substancji, które nas otaczają, w normalnych warunkach przebywają w stałym stanie skupienia. Według budowy wewnętrznej i właściwości fizycznych wyróżniamy dwa stany substancji stałych - amorficzny i krystaliczny (rys. 2.2).
Substancje amorficzne nie mają wyraźnej struktury przestrzennej, a składają się z umieszczonych nieuporządkowanych cząsteczek (atomów, molekuł, jonów). Budową substancje amorficzne przypominają ciecze.
Większość substancji stałych ma budowę krystaliczną. Stan krystaliczny charakteryzuje się uporządkowanym rozmieszczeniem cząsteczek. W substancjach krystalicznych cząsteczki, z których zbudowane są kryształy, rozmieszczone są w przestrzeni w określonym porządku i tworzą przestrzenną sieć krystaliczną.
W zależności od typu cząsteczek, które tworzą kryształ oraz od typu wiązań między nimi wyróżniamy cztery rodzaje sieci krystalicznych: metaliczne, jonowe, molekularne i atomowe. Rodzaj sieci krystalicznej w znacznej mierze określa właściwości fizyczne substancji (tabl. 6).
Tabela 6. Sieci krystaliczne oraz właściwości substancji*
|
Charakterystyka substancji |
Rodzaj wiązania chemicznego |
||
|
Jonowy |
Molekularny |
Atomowy |
|
|
Rodzaj wiązania chemicznego |
Jonowy |
Kowalencyjny (spolaryzowany i niespolaryzowany) w molekułach oraz słabe oddziaływanie między molekułami |
Atomowy kowalencyjny (spolaryzowany i niespolaryzowany) |
|
Stan skupienia w warunkach normalnych |
Substancje stałe |
Gazy, ciecze albo łatwotopliwe substancje stałe |
Substancje stałe |
|
Właściwości fizyczne |
|||
|
Temperatury topienia i wrzenia |
Wysokie |
Niskie |
Bardzo wysokie |
|
Lotność |
Nielotne |
Lotne, mogą mieć zapach |
Nielotne |
|
Twardość, plastyczność |
Twarde, kruche, nieplastyczne |
Kruche, nieplastyczne |
Bardzo twarde, nieplastyczne, czasami kruche |
|
Zdolność przewodzenia prądu elektrycznego |
W stanie stałym nie przewodzą, a stopione i roztwory -przewodzą |
W stanie stałym nie przewodzą, roztwory niektórych (na przykład halogenek wodoru) przewodzą |
Większość nie przewodzi, niektóre są przewodnikami (grafit) albo półprzewodnikami (german) |
|
Rozpuszczalność |
Wiele z nich rozpuszcza się w wodzie |
Rozpuszczają się w wodzie albo w innych rozpuszczalnikach |
Nie rozpuszczają się w wodzie oraz w innych rozpuszczalnikach |
|
Substancje |
Sole, wodorotlenki i tlenki pierwiastków metalicznych |
Z kowalencyjnym, wiązaniem niespolaryzowany m: 02, Cl2, Br2, S itp; z kowalencyjnym spolaryzowanym: HF, HC1, HBr, HI, H20, C02, NH3itp. |
Z kowalencyjnym wiązaniem niespolaryzowany m : diament, grafit, itp; z kowalencyjnym spolaryzowanym: kwarc, tlenek glinu (III) |
Pytania kontrolne
13. Podajcie definicję znanych wam rodzajów wiązania chemicznego. Podajcie przykłady substancji z różnymi rodzajami wiązania chemicznego.
14. Które z wiązań kowalencyjnych nazywamy niespolaryzowanym? Spolaryzowanym? Podajcie przykłady związków.
15. Jak według wartości elektroujemności pierwiastków, które są w składzie substancji, można odróżnić substancję z wiązaniem jonowym od substancji z wiązaniem kowalencyjnym spolaryzowanym?
16. Wskażcie dwie różnice między wiązaniem jonowym i kowalencyjnym.
17. Czym różnią się substancje krystaliczne od amorficznych? Podajcie przykłady substancji krystalicznych i amorficznych.
18. Wymieńcie właściwości fizyczne, które są typowe dla substancji z siecią krystaliczną: a) jonową; b) molekularną; c) atomową.
19. Nazwijcie rodzaj wiązania chemicznego w substancjach z siecią krystaliczną: a) atomową; b) jonową; c) molekularną.
Zadania utrwalające wiedzę
20. Ile par elektronowych i elektronów niesparowanych znajduje się na zewnętrznej powłoce energetycznej atomów: a) chloru; b) siarki; c) fosforu?
21. Nazwijcie po dwa związki chemiczne, w których atomy tlenu tworzą wiązanie: a) jonowe; b) kowalencyjne.
22. Ułóżcie wzory elektronowe dla molekuł chlorowodoru HCI, siarkowodoru H2S oraz amoniaku NH3. Ile wspólnych i niepodzielnych par elektronowych mieszczą atomy każdej substancji?
23. Namalujcie schemat tworzenia się substancji z wiązaniem jonowym na przykładzie fluorku potasu.
24. Z podanych przykładów wypiszcie oddzielnie związki, w których występują wiązania chemiczne: a) kowalencyjne niespolaryzowane; b) kowalencyjne spolaryzowane; c) jonowe.
H2, HBr, Na20, CaO, C02, CO, 02, N02, K3N, NH3, N2, NF3, F2, OF2, MgF2.
25. Z podanych przykładów wypiszcie oddzielnie substancje, które w stałym stanie skupienia mają sieć krystaliczną: a) atomową; b) jonową; c) molekularną.
CaBr2, 02, CuO, Br2, C (diament), NaN03, HCI, Fe2(S04)3, C02, H20.
26. Karborund (węglik krzemu SiC) ma temperaturę topienia 283 °C i w skali twardości jest bliski do diamentu. Jaki posiada on rodzaj sieci krystalicznej?
27. Wanilina - bezbarwna substancja krystaliczna o przyjemnym zapachu. Jaki rodzaj sieci krystalicznej ona posiada??
28. Pewna bezbarwna substancja dobrze rozpuszcza się w wodzie i ma wysoką temperaturę wrzenia. Zastanów się, jaki rodzaj sieci krystalicznej posiada. Czy ta substancja ma zapach?
Źródło: Chemia podręcznik dla klasy 9 Hryhorowycz