סוגי קשר כימי.

תיאוריה מאוחדת קשר כימילא קיים, בתנאי שהקשר הכימי מחולק לקוולנטי (סוג קשר אוניברסלי), יוני (מקרה מיוחד של קשר קוולנטי), מתכתי ומימן.

קשר קוולנטי

יצירת קשר קוולנטי מתאפשרת בשלושה מנגנונים: החלפה, תורם-מקבל ודאטיב (לואיס).

לפי מנגנון החלפההיווצרות של קשר קוולנטי מתרחשת עקב סוציאליזציה של משותף זוגות אלקטרונים. במקרה זה, כל אטום נוטה לרכוש מעטפת גז אינרטי, כלומר. לקבל את רמת האנרגיה החיצונית השלמה. היווצרות של קשר כימי מסוג חליפין מתוארת באמצעות נוסחאות לואיס, שבהן כל אלקטרון ערכיות של אטום מיוצג על ידי נקודות (איור 1).

אורז. 1 יצירת קשר קוולנטי במולקולת HCl על ידי מנגנון ההחלפה

עם התפתחות התיאוריה של מבנה האטום ומכניקת הקוונטים, היווצרות של קשר קוולנטי מיוצגת כחפיפה של אורביטלים אלקטרוניים (איור 2).

אורז. 2. יצירת קשר קוולנטי עקב חפיפה של ענני אלקטרונים

ככל שהחפיפה של האורביטלים האטומיים גדולה יותר, הקשר חזק יותר, אורך הקשר קצר יותר והאנרגיה שלו גדולה יותר. קשר קוולנטי יכול להיווצר על ידי חפיפה של אורביטלים שונים. כתוצאה מחפיפה של אורביטלים s-s, s-p, כמו גם אורביטלים d-d, p-p, d-p על ידי אונות הצדדיות, נוצר קשר. בניצב לקו המחבר בין גרעיני 2 אטומים נוצר קשר. קשר אחד - ואחד - מסוגל ליצור קשר קוולנטי מרובה (כפול), המאפיין חומר אורגנימחלקה של אלקנים, אלקדיאנים וכו'. קשר אחד - ושניים - יוצרים קשר קוולנטי מרובה (משולש), האופייני לחומרים אורגניים מקבוצת האלקינים (אצטילנים).

יצירת קשר קוולנטי מנגנון מקבל תורםשקול את הדוגמה של קטיון האמוניום:

NH 3 + H + = NH 4 +

7 N 1s 2 2s 2 2p 3

לאטום החנקן יש זוג בודד חופשי של אלקטרונים (אלקטרונים שאינם מעורבים ביצירת קשרים כימיים בתוך המולקולה), ולקטיון המימן יש אורביטל חופשי, ולכן הם תורם ומקבל אלקטרונים, בהתאמה.

הבה נבחן את מנגנון התאריך של יצירת קשר קוולנטי באמצעות הדוגמה של מולקולת כלור.

17 Cl 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 5

לאטום הכלור יש גם זוג בודד חופשי של אלקטרונים וגם אורביטלים פנויים, ולכן הוא יכול להפגין תכונות של תורם וגם של מקבל. לכן, כאשר נוצרת מולקולת כלור, אטום כלור אחד פועל כתורם, והשני כמקבל.

רָאשִׁי מאפייני הקשר הקוולנטיהם: רוויה (קשרים רוויים נוצרים כאשר אטום מחבר לעצמו כמה אלקטרונים כפי שמאפשרות יכולות הערכיות שלו; קשרים בלתי רוויים נוצרים כאשר מספר האלקטרונים המחוברים קטן מיכולות הערכיות של האטום); כיווניות (ערך זה קשור לגיאומטריה של המולקולה ולמושג "זווית ערכיות" - הזווית בין קשרים).

קשר יוני

אין תרכובות בעלות קשר יוני טהור, אם כי זה מובן כמצב כזה של אטומים קשור כימית שבו נוצרת סביבה אלקטרונית יציבה של האטום עם המעבר המלא של צפיפות האלקטרונים הכוללת לאטום של יסוד יותר אלקטרוני שלילי. . קשר יוני אפשרי רק בין אטומים של יסודות אלקטרו-שליליים ואלקטרו-חיוביים הנמצאים במצב של יונים בעלי מטען הפוך - קטיונים ואניונים.

הַגדָרָה

יוֹןנקראים חלקיקים טעונים חשמלית שנוצרו על ידי ניתוק או הצמדת אלקטרון לאטום.

בעת העברת אלקטרון, האטומים של מתכות ושל לא-מתכות נוטים ליצור תצורה יציבה של מעטפת האלקטרון סביב הגרעין שלהם. אטום שאינו מתכת יוצר מעטפת של הגז האינרטי הבא סביב הליבה שלו, ואטום מתכת יוצר מעטפת של הגז האינרטי הקודם (איור 3).

אורז. 3. יצירת קשר יוני באמצעות דוגמה של מולקולת נתרן כלורי

מולקולות שבהן קיים קשר יוני בצורתו הטהורה נמצאות במצב אדים של חומר. הקשר היוני חזק מאוד, בקשר לכך, לחומרים בעלי הקשר הזה יש נקודת התכה גבוהה. בניגוד לקשרים קוולנטיים, קשרים יוניים אינם מאופיינים בכיוון ורוויה, שכן השדה החשמלי שנוצר על ידי יונים פועל באופן שווה על כל היונים עקב סימטריה כדורית.

קשר מתכת

קשר מתכתי מתממש רק במתכות - זוהי אינטראקציה המחזיקה אטומי מתכת בסריג אחד. רק האלקטרונים הערכיים של אטומי המתכת, השייכים לכל נפחו, משתתפים ביצירת הקשר. במתכות, אלקטרונים מנותקים כל הזמן מאטומים, הנעים לאורך מסת המתכת. אטומי מתכת, נטולי אלקטרונים, הופכים ליונים בעלי מטען חיובי, אשר נוטים לקחת אלקטרונים נעים לעברם. תהליך מתמשך זה יוצר את מה שנקרא "גז האלקטרונים" בתוך המתכת, המחבר בחוזקה את כל אטומי המתכת יחד (איור 4).

הקשר המתכתי חזק ולכן מתכות מאופיינות בנקודת התכה גבוהה, ונוכחות "גז אלקטרונים" מעניקה למתכות גמישות וגמישות.

קשר מימן

קשר מימן הוא אינטראקציה בין-מולקולרית ספציפית, מכיוון התרחשותו וחוזקו תלויים באופי הכימי של החומר. הוא נוצר בין מולקולות שבהן אטום מימן קשור לאטום בעל אלקטרושליליות גבוהה (O, N, S). התרחשות של קשר מימן תלויה בשתי סיבות, ראשית, לאטום המימן המשויך לאטום אלקטרוני שלילי אין אלקטרונים וניתן בקלות להחדיר אותו לתוך ענני האלקטרונים של אטומים אחרים, ושנית, בעל ערכיות s-אורביטל, המימן. אטום מסוגל לקבל זוג בודד אלקטרונים של אטום אלקטרוני שלילי וליצור איתו קשר על ידי מנגנון התורם-המקבל.

אופציה 1

1. בחר יסודות כימיים-מתכות ורשום את הסמלים שלהם: זרחן, סידן, בורון, ליתיום, מגנזיום, חנקן.

2. לקבוע יסוד כימיעם המעגל האלקטרוני של האטום

3. קבעו את סוג הקשר בחומרים: כלוריד נתרן NaCl, מימן H₂, מימן כלורי HCl.

4. צייר סכימת יצירת קשרים עבור אחד החומרים המצוינים במשימה 3.

אפשרות 2

1. בחר יסודות כימיים שאינם מתכת ורשום את הסמלים שלהם: נתרן, מימן, גופרית, חמצן, אלומיניום, פחמן.

2. רשום את סכמת המבנה האלקטרוני של אטום הפחמן.

3. קבעו את סוג הקשר בחומרים: נתרן פלואוריד NaF, כלור Cl₂, מימן פלואוריד HF.

4. צייר סכימת יצירת קשרים לשניים מ-3 החומרים המצוינים במשימה.

אפשרות 3

1. סדר את הסימנים של יסודות כימיים: Br, F, I, Cl לפי סדר הגדלת התכונות הלא מתכתיות. הסבר את התשובה.

2. השלם את הדיאגרמה של המבנה האלקטרוני של האטום
קבע את היסוד הכימי, את מספר הפרוטונים והנייטרונים בגרעין האטום שלו.

3. קבעו את סוגי הקשרים הכימיים ורשמו את סכימות ההיווצרות של חומרים: מגנזיום כלוריד MgCl₂, פלואור F₂, מימן גופרתי H₂S.

אפשרות 4

1. סדר את הסימנים של יסודות כימיים: Li, K, Na, Mg לפי סדר הגדלת התכונות המתכתיות. הסבר את התשובה.

2. לפי הסכמה האלקטרונית של האטום לקבוע את היסוד הכימי, את מספר הפרוטונים והנייטרונים בגרעין שלו.

3. קבעו את סוג הקשר הכימי ורשמו את סכימות היווצרותם לחומרים: סידן כלורי CaCl₂, חנקן N₂, מים H₂O.

תפוס את התשובה.
1. א) במולקולת S2, הקשר הוא קוולנטי לא קוטבי, שכן הוא נוצר על ידי אטומים של אותו יסוד. סכימת יצירת החיבור תהיה כדלקמן:
גופרית היא מרכיב בתת-הקבוצה הראשית של קבוצה VI. לאטומים שלה יש
6 אלקטרונים במעטפת החיצונית. האלקטרונים הבלתי מזווגים יהיו:
8-6 = 2.

סמן את האלקטרונים החיצוניים

אוֹ
S=S
ב) במולקולת K2O, הקשר הוא יוני, כי הוא נוצר על ידי אטומים של יסודות
שוטרים של מתכת ולא מתכת.
אשלגן הוא יסוד מקבוצה I של תת-הקבוצה הראשית, מתכת. לאטום שלו


חמצן הוא מרכיב של תת-הקבוצה העיקרית של קבוצה VI, ללא מתכת. שֶׁלוֹ
לאטום קל יותר לקבל 2 אלקטרונים, שאינם מספיקים להשלמת הרמה, מאשר לתת 6 אלקטרונים:


יונים, זה שווה ל-2(2∙1). כדי שאטומי אשלגן יוותרו על 2 אלקטרונים, הם צריכים לקחת 2, כדי שאטומי חמצן יוכלו לקבל 2 אלקטרונים, יש צורך באטום אחד בלבד:

ג) במולקולת H2S, הקשר הוא קוטבי קוולנטי, מכיוון היא משכילה
אטומים של יסודות עם EO שונה. סכימת יצירת החיבור תהיה כדלקמן:
גופרית היא מרכיב בתת-הקבוצה הראשית של קבוצה VI. האטומים שלו הם
6 אלקטרונים לכל קליפה חיצונית. יהיו אלקטרונים לא מזווגים: 8-6=2.
מימן הוא יסוד בתת-הקבוצה הראשית של קבוצה 1. האטומים שלו מכילים
1 אלקטרון לכל קליפה חיצונית. 1 אלקטרון אינו מזווג (עבור אטום מימן, רמת שני אלקטרונים הושלמה).

נסמן את האלקטרונים החיצוניים:

אוֹ

זוגות אלקטרונים נפוצים מוזזים לאטום הגופרית, ככל שהם מחושמלים יותר
שלוש שליליות

1. א) במולקולת N2, הקשר הוא קוולנטי לא קוטבי, מכיוון הוא נוצר על ידי אטומים של אותו יסוד. סכימת יצירת החיבור היא כדלקמן:

5 אלקטרונים במעטפת החיצונית. אלקטרונים לא מזווגים: 8-5 = 3.
נסמן את האלקטרונים החיצוניים:

אוֹ

אוֹ

ב) במולקולת Li3N, הקשר הוא יוני, כי הוא נוצר על ידי אטומים של יסודות
שוטרים של מתכת ולא מתכת.
ליתיום הוא יסוד בתת-הקבוצה העיקרית של קבוצה I, מתכת. לאטום שלו
קל יותר לתרום אלקטרון אחד מאשר לקבל את ה-7 החסרים:

חנקן הוא מרכיב של תת-הקבוצה העיקרית של קבוצה V, לא מתכת. לאטום שלו
קל יותר לקבל 3 אלקטרונים, שאינם מספיקים להשלמת הרמה החיצונית, מאשר לתרום חמישה אלקטרונים מהמפלס החיצוני:

בואו נמצא את הכפולה הפחות משותפת בין המטענים שנוצרו-
יוני שיה, זה שווה ל-3(3 1). כדי שאטומי ליתיום יתרמו 3 אלקטרונים, יש צורך ב-3 אטומים, כדי שאטומי חנקן יוכלו לקבל 3 אלקטרונים, יש צורך באטום אחד בלבד:

ג) במולקולת NCI3, הקשר הוא קוטבי קוולנטי, מכיוון היא משכילה
אטומים של יסודות שאינם מתכת עם משמעויות שונות EO. סכימת יצירת החיבור היא כדלקמן:
חנקן הוא מרכיב בתת-הקבוצה הראשית של קבוצה V. האטומים שלו הם
5 אלקטרונים לכל קליפה חיצונית. יהיו אלקטרונים לא מזווגים: 8-5=3.
כלור הוא מרכיב בתת-הקבוצה העיקרית של קבוצה VII. האטומים שלו מכילים
לקצור 7 אלקטרונים על הקליפה החיצונית. 1 אלקטרון נשאר לא מזווג.

נסמן את האלקטרונים החיצוניים:

זוגות אלקטרונים נפוצים מוזזים לאטום החנקן, ככל שהם מחושמלים יותר
שלילי משולש:

קשר כימי

כל האינטראקציות המובילות לחיבור של חלקיקים כימיים (אטומים, מולקולות, יונים וכו') לחומרים מחולקות לקשרים כימיים וקשרים בין-מולקולריים (אינטראקציות בין-מולקולריות).

קשרים כימים- קשרים ישירות בין אטומים. ישנם קשרים יוניים, קוולנטיים ומתכתיים.

קשרים בין מולקולריים- קשרים בין מולקולות. אלו הם קשר מימן, קשר יון-דיפול (עקב היווצרות הקשר הזה, למשל, מתרחשת היווצרות של מעטפת הידרציה של יונים), קשר דיפול-דיפול (עקב היווצרות הקשר הזה, מולקולות של חומרים קוטביים משולבים, למשל, באצטון נוזלי) וכו'.

קשר יוני- קשר כימי הנוצר עקב משיכה אלקטרוסטטית של יונים בעלי מטען הפוך. בתרכובות בינאריות (תרכובות של שני יסודות), היא נוצרת כאשר גדלים של האטומים הנקשרים שונים מאוד זה מזה: חלק מהאטומים גדולים, אחרים קטנים - כלומר, חלק מהאטומים נותנים אלקטרונים בקלות, בעוד שאחרים נוטים לקבל אותם (בדרך כלל מדובר באטומים של יסודות היוצרים מתכות אופייניות ואטומים של יסודות היוצרים לא-מתכות טיפוסיות); גם האלקטרושליליות של אטומים כאלה שונה מאוד.
הקשר היוני אינו כיווני ואינו רווי.

קשר קוולנטי- קשר כימי שנוצר עקב היווצרות זוג אלקטרונים משותף. קשר קוולנטי נוצר בין אטומים קטנים בעלי רדיוסים זהים או קרובים. תנאי הכרחי הוא נוכחות של אלקטרונים לא מזווגים בשני האטומים המחוברים (מנגנון החלפה) או זוג לא משותף באטום אחד ואורביטל חופשי באחר (מנגנון תורם-מקבל):

א)	H + H H:H	ח-ה	H2	(זוג משותף אחד של אלקטרונים; H הוא חד ערכי);
ב)		NN	N 2	(שלושה זוגות משותפים של אלקטרונים; N הוא תלת ערכי);
ב)		ח-פ	HF	(זוג משותף אחד של אלקטרונים; H ו-F הם חד ערכיים);
ז)			NH4+	(ארבעה זוגות משותפים של אלקטרונים; N הוא ארבע ערכי)

על פי מספר זוגות האלקטרונים הנפוצים, קשרים קוולנטיים מחולקים ל
• פשוט (יחיד)- זוג אחד של אלקטרונים
• לְהַכפִּיל- שני זוגות אלקטרונים
• לְשַׁלֵשׁ- שלושה זוגות אלקטרונים.

קשרים כפולים ומשולשים נקראים קשרים מרובים.

על פי חלוקת צפיפות האלקטרונים בין האטומים המחוברים, הקשר הקוולנטי מחולק ל לא קוטביו קוֹטבִי. נוצר קשר לא קוטבי בין אטומים זהים, קשר קוטבי נוצר בין שונים.

אלקטרוני שליליות- מדד ליכולתו של אטום בחומר למשוך צמדי אלקטרונים משותפים.
זוגות האלקטרונים של קשרים קוטביים מוטים לכיוון אלמנטים אלקטרוניים שליליים יותר. עצם העקירה של זוגות אלקטרונים נקראת קיטוב קשר. המטענים החלקיים (העודפים) הנוצרים במהלך הקיטוב מסומנים ב-+ ו-, למשל: .

על פי אופי החפיפה של ענני אלקטרונים ("אורביטלים"), הקשר הקוולנטי מתחלק ל--bond ו--bond.
- קשר נוצר עקב חפיפה ישירה של ענני אלקטרונים (לאורך הקו הישר המחבר בין גרעיני האטומים), - קשר - עקב חפיפה רוחבית (בשני צידי המישור בו שוכנים גרעיני האטומים).

קשר קוולנטי הוא כיווני ורווי, כמו גם ניתן לקיטוב.
כדי להסביר ולחזות את הכיוון ההדדי של קשרים קוולנטיים, נעשה שימוש במודל הכלאה.

הכלאה של אורביטלים אטומיים וענני אלקטרונים- יישור כביכול של אורביטלים אטומיים באנרגיה, וצורת ענני אלקטרונים במהלך היווצרות קשרים קוולנטיים על ידי אטום.
שלושת הסוגים הנפוצים ביותר של הכלאה הם: sp-, sp 2 ו sp 3 - הכלאה. לדוגמה:
sp-הכלאה - במולקולות C 2 H 2, BeH 2, CO 2 (מבנה ליניארי);
sp 2-הכלאה - במולקולות C 2 H 4, C 6 H 6, BF 3 (צורת משולש שטוחה);
sp 3-הכלאה - במולקולות CCl 4, SiH 4, CH 4 (צורה טטרהדרלית); NH 3 (צורה פירמידלית); H 2 O (צורת פינה).

חיבור מתכת- קשר כימי שנוצר עקב סוציאליזציה של אלקטרוני ערכיות של כל האטומים המחוברים של גביש מתכת. כתוצאה מכך, נוצר ענן אלקטרוני בודד של הגביש, אשר נעקר בקלות תחת פעולת המתח החשמלי - ומכאן המוליכות החשמלית הגבוהה של מתכות.
קשר מתכתי נוצר כאשר האטומים המחוברים גדולים ולכן נוטים לתרום אלקטרונים. חומרים פשוטים בעלי קשר מתכתי - מתכות (Na, Ba, Al, Cu, Au וכו'), חומרים מורכבים - תרכובות בין-מתכתיות (AlCr 2, Ca 2 Cu, Cu 5 Zn 8 וכו').
לקשר המתכתי אין כיווניות רוויה. הוא נשמר גם בהמסת מתכת.

קשר מימן- קשר בין-מולקולרי הנוצר עקב קבלה חלקית של זוג אלקטרונים של אטום מאוד אלקטרוני על ידי אטום מימן בעל מטען חלקי חיובי גדול. היא נוצרת כאשר במולקולה אחת יש אטום עם זוג אלקטרונים בודד ואלקטרושליליות גבוהה (F, O, N), ובשנייה יש אטום מימן הקשור בקשר קוטבי חזק עם אחד האטומים הללו. דוגמאות לקשרי מימן בין מולקולריים:

H—O—H ··· OH 2 , H—O—H ··· NH 3 , H—O—H ··· F—H, H—F ··· H—F.

קשרי מימן תוך-מולקולריים קיימים במולקולות פוליפפטידיות, חומצות גרעין, חלבונים וכו'.

מדד לחוזק של כל קשר הוא אנרגיית הקשר.
אנרגיית קשרהיא האנרגיה הדרושה כדי לשבור קשר כימי נתון במול 1 של חומר. יחידת המידה היא 1 קילו ג'ל/מול.

האנרגיות של הקשרים היוניים והקוולנטיים הם באותו סדר, האנרגיה של קשר המימן היא בסדר גודל פחות.

האנרגיה של קשר קוולנטי תלויה בגודל האטומים המחוברים (אורך הקשר) ובריבוי הקשר. ככל שהאטומים קטנים יותר וריבוי הקשר גדול יותר, האנרגיה שלו גדולה יותר.

אנרגיית הקשר היוני תלויה בגודל היונים ובמטעניהם. ככל שהיונים קטנים יותר והמטען שלהם גדול יותר, כך גדלה אנרגיית הקישור.

מבנה החומר

לפי סוג המבנה, כל החומרים מחולקים ל מולקולריתו לא מולקולרי. חומרים מולקולריים שולטים בין חומרים אורגניים, בעוד חומרים לא מולקולריים שולטים בין חומרים אנאורגניים.

לפי סוג הקשר הכימי, החומרים מחולקים לחומרים בעלי קשרים קוולנטיים, חומרים בעלי קשרים יוניים (חומרים יוניים) וחומרים בעלי קשרים מתכתיים (מתכות).

חומרים בעלי קשרים קוולנטיים יכולים להיות מולקולריים או לא מולקולריים. זה משפיע באופן משמעותי על התכונות הפיזיקליות שלהם.

חומרים מולקולריים מורכבים ממולקולות המחוברות ביניהן על ידי קשרים בין מולקולריים חלשים, אלה כוללים: H 2, O 2, N 2, Cl 2, Br 2, S 8, P 4 ואחרים חומרים פשוטים; CO 2, SO 2, N 2 O 5, H 2 O, HCl, HF, NH 3, CH 4, C 2 H 5 OH, פולימרים אורגניים וחומרים רבים אחרים. לחומרים אלה אין חוזק גבוה, יש טמפרטורות נמוכותנמס ורותח, לא מוליכים חַשְׁמַל, חלקם מסיסים במים או בממיסים אחרים.

חומרים לא מולקולריים בעלי קשרים קוולנטיים או חומרים אטומיים (יהלום, גרפיט, Si, SiO 2, SiC ואחרים) יוצרים גבישים חזקים מאוד (היוצא מן הכלל הוא גרפיט שכבות), הם בלתי מסיסים במים ובממיסים אחרים, יש טמפרטורה גבוההנמסים ורותחים, רובם אינם מוליכים זרם חשמלי (פרט לגרפיט שיש לו מוליכות חשמלית ומוליכים למחצה - סיליקון, גרמניום וכו')

כל החומרים היוניים אינם מולקולריים באופן טבעי. אלו הם חומרים עקשנים מוצקים שתמיסותיהם וההמסים שלהם מוליכים זרם חשמלי. רבים מהם מסיסים במים. יש לציין כי בחומרים יוניים, שהגבישים שלהם מורכבים מיונים מורכבים, קיימים גם קשרים קוולנטיים, למשל: (Na +) 2 (SO 4 2-), (K +) 3 (PO 4 3-) , (NH 4 + )(NO 3-), וכו'. האטומים המרכיבים יונים מורכבים קשורים בקשרים קוולנטיים.

מתכות (חומרים בעלי קשר מתכתי)מגוונים מאוד בתכונות הפיזיקליות שלהם. ביניהם מתכות נוזליות (Hg), רכות מאוד (Na, K) ומתכות קשות מאוד (W, Nb).

מאפיין תכונות גשמיותמתכות היא המוליכות החשמלית הגבוהה שלהן (בניגוד למוליכים למחצה, יורדת עם עליית הטמפרטורה), יכולת החום הגבוהה והמשיכות (מתכות טהורות).

במצב מוצק, כמעט כל החומרים מורכבים מגבישים. לפי סוג המבנה וסוג הקשר הכימי, גבישים ("סריגי גביש") מחולקים ל אָטוֹמִי(גבישים של חומרים לא מולקולריים עם קשר קוולנטי), יונית(גבישים של חומרים יוניים), מולקולרית(גבישים של חומרים מולקולריים בעלי קשר קוולנטי) ו מַתֶכֶת(גבישים של חומרים בעלי קשר מתכתי).

משימות ומבחנים בנושא "נושא 10. "קשר כימי. מבנה החומר".

• סוגי קשר כימי - מבנה החומר 8–9 מחלקה

  שיעורים: 2 מטלות: 9 מבחנים: 1