Ocena brak

Właściwości wiązań chemicznych w teorii Lewisa i Kossela

Autor /Mieszko Dodano /21.09.2011

Wiązanie chemiczne jest siłą przyciągającą do siebie atomy i utrzymującą je razem. Powstające w wyniku tych oddziaływań zgrupowania atomów nazywamy cząsteczkami (molekułami). Wiązania chemiczne różnią się siłą wiązania. Wiązaniami silnymi są wiązania kowalencyjne. Nie ulegają one samorzutnemu rozerwaniu w temperaturach fizjologicznych. Wiązania słabe występujące pojedynczo łatwo ulegają rozpadowi już w stosunkowo niskich temperaturach. Istotnego znaczenia nabierają dopiero, gdy występują w grupach. Długość wiązania jest związana z jego siłą: im wiązanie silniejsze, tym bliżej siebie znajdują się atomy.

W układach biologicznych zasadniczą rolę odgrywa kilka typów wiązań chemicznych. Silniejsze i bardziej stabilne są wiązania kowalencyjne. Wiązania niekowalencyjne, choć słabsze, odgrywają istotną rolę stabilizując struktury biologiczne takie jak białka, kwasy nukleinowe czy błony komórkowe.

Wiązania kowalencyjne

Tworzenie wiązań kowalencyjnych polega na uwspólnianiu elektronów. Zachodzi ono pomiędzy dwoma silnie elektroujemnymi atomami dążącymi do przyłączenia elektronów. Istnieją dwa rodzaje wiązań kowalencyjnych: spolaryzowane i niespolaryzowane. Wiązania niespolaryzowane: To takie, które tworzą dwa identyczne fragmenty drobiny np.: O – O, Cl – Cl, CH3 – CH3 Wiązanie niespolaryzowane występuje między atomami o identycznej elektroujemnosci i każdy z nich oddziaływuje tak samo na wspólne pary elektronów.

Wiązania spolaryzowane:

To wspólne pary elektronów przesunięte w kierunku atomu bardziej elektroujemnego. W tego rodzaju wiązaniach wspólna para elektronowa nie jest równomiernie rozłożona, lecz przesunięta w kierunku atomu bardziej elektroujemnego co prowadzi do polaryzacji tego wiązania. Wiązanie to tworzy się pomiędzy atomami niemetali dla których różnica ich elektroujemnosci jest większa od 0 i mniejsza od 1,7 w skali Paulinga. Cząsteczki substancji z wiązaniem kowalencyjnym spolaryzowanym mogą być dipolami jak np.: HCl czy woda lecz mogą pozostać elektrycznie obojętne jak np.: dwutlenek węgla. Właściwości substancji kowalencyjnych Tworzą one w stanie stałym 2 rodzaje kryształów: cząsteczkowe i kowalencyjne.

Kryształ cząsteczkowy jest zbudowany z odrębnych cząsteczek. Podczas rozpuszczania lub topnienia rozpada się na pojedyncze cząsteczki. Jednak większość substancji kowalencyjnych tworzy kryształy cząsteczkowe. W krysztale tym atomy połączone są wiązaniami kowalencyjnymi tworząc cząsteczkę gigant. Przykładowe substancje tworzące ten rodzaj kryształu to: diament, krzem, węglik krzemu. Substancje kowalencyjne w stanie ciekłym i stałym nie przewodzą prądu elektrycznego. Wyjątkiem jest grafit. Substancje te są izolatorami jednak wystarczy niewielkie zanieczyszczenie by stały się one półprzewodnikami. Nie ulegają dysocjacji jonowej.

Wiązania spolaryzowane (silnie) rozpuszczają się tylko w rozpuszczalnikach polarnych czyli przede wszystkim w wodzie natomiast niespolaryzowane rozpuszczają się tylko w rozpuszczalnikach niepolarnych.

Substancje kowalencyjne reagują zwykle wolno, gdyż zachodzi konieczność rozerwania wiązania. Wiązania kowalencyjne tworzące kryształ cząsteczkowy mają stosunkowo niskie temperatury topnienia i wrzenia, a tworzące kryształ kowalencyjny są bardzo trwałe mają wysokie temp. wrzenia i topnienia.

Wiązania wodorowe

Atom wodoru łączyć się może normalnie tylko jednym wiązaniem kowalencyjnym. Jednak wodór zdolny jest do utworzenia dodatkowego wiązania wodorowego. Jest to słabe oddziaływanie elektrostatyczne pomiędzy silnie elektroujemnym atomem (akceptorem) , a atomem wodoru, który jest kowalencyjnie połączony z innym atomem elektroujemnym(donorem). W wiązaniu tym wodór pełni rolę mostka łączącego dwa elektroujemne atomy. We wzorach wiązanie wodorowe oznacza się zwykle linią przerywaną:

Podstawowe znaczenie dla właściwości i budowy wody maja wiązania wodorowe. Powodują one, że silnie oddziałujące między sobą cząsteczki H2O przechodzić w stan gazowy zaczynają dopiero przy 100° C. Gdyby nie istnienie wiązań wodorowych cała woda na Ziemi znajdowała by się w postaci pary wodnej. Również lód zawdzięcza swoje niezwykłe właściwości tym słabym oddziaływaniom. Każdy atom tlenu łączy się dwoma wiązaniami kowalencyjnymi z atomami wodoru, oraz dwoma wiązaniami wodorowymi z sąsiednimi cząsteczkami (Rys1).

Wiązania wodorowe wpływają nie tylko na temperaturę wrzenia i rozpuszczalność związków, lecz także odgrywają zasadniczą rolę przy tworzeniu trójwymiarowych struktur makrocząsteczek takich jak białka i kwasy nukleinowe.

Wiązania jonowe

W przypadku wiązań kowalencyjnych chmura elektronowa przesunięta jest zazwyczaj w kierunku atomu o większej elektroujemności. Kiedy takie wiązanie pęka, elektrony pozostają z atomem o większej elektroujemności; staje się on jonem o ujemnym ładunku - anionem. Drugi atom z rozerwanej pary pozbawiony zostaje elektronów i nabywając ładunek dodatni staje się kationem. W niektórych układach różnica elektroujemności pomiędzy atomami biorącymi udział w wiązaniu jest na tyle duża, że elektrony przeciągnięte zostają całkowicie na stronę jednego z nich. Taka sytuacja ma miejsce w cząsteczce NaCl.

Duża różnica elektroujemności (Na 0,9; Cl 3,0) powoduje, że elektrony nie są już dzielone pomiędzy atomami (jak w wiązaniu kowalencyjnym), lecz przeniesione całkowicie na atom chloru. Tak więc w rzeczywistości mamy do czynienia z następującym rozkładem ładunków: Na+Cl-. Atomy takiej cząsteczki połączone są wiązaniem jonowym. Jest to elektrostatyczne przyciąganie utworzonych przez atomy pierwiastka jonów. Różnica elektroujemnosci obu atomów musi być większa lub równa 1,7 w skali Paulinga.

Właściwości substancji jonowych

Tworzą one w stanie stałym jonowa siec krystaliczną. Nie składa się ona z cząsteczek, lecz z gigantycznej liczby ułożonych na przemian jonów dodatnich i ujemnych. Każdy z jonów stara otoczyć się jak największa liczbą jonów znaku przeciwnego, ponieważ dążą do tego, aby energia całego układu była jak najmniejsza. Liczba jonów przeciwnego znaku, która otacza dany jon bezpośrednio w sieci krystalicznej to liczba koordynacyjna. Zależy ona głównie od stosunku wielkości anionu do kationu. Dla anionu NaCl liczba ta wynosi 6. W sieci krystalicznej każdy jon ma swoje miejsce tzw. węzeł. Substancje jonowe w stanie stałym nie przewodzą prądu, lecz w stanie ciekłym są przewodnikiem. Wynika to z tego, że w stanie stałym jony mogą jedynie drgać, a po stopieniu mogą się poruszać odbijając się między sobą. W stanie ciekłym powstają dwa rodzaje nośników prądu elektrycznego: kationy i aniony.

Substancje jonowe ulegają dysocjacji jonowej czyli rozpadowi na jony. Rozpuszczają się w rozpuszczalnikach polarnych czyli przede wszystkim w wodzie. Nie rozpuszczają się w rozpuszczalnikach niepolarnych takich jak benzyna, czterochlorek węgla czy eter. Reakcje z udziałem związków jonowych zachodzą niezwykle szybko prawie natychmiastowo. Mają one stosunkowo wysokie temperatury wrzenia i topnienia np.: NaCl topi się w temp. 801 stopni C, a wrze w temp. 1413 stopni C.

Wiązanie metaliczne

Wiązanie metaliczne to elektrostatyczne oddziaływanie pomiędzy kationami metalu znajdującymi się w węzłach sieci krystalicznej, a gazem elektronowym , który utworzony jest z elektronów walencyjnych .

Substancje połączone wiązaniem metalicznym mogą charakteryzować się możliwością zginania i rozciągania. Są też świetnymi przewodnikami ciepła i elektryczności. Możemy z nich tworzyć stopy o dowolnych proporcjach.

Wiązanie koordynacyjne (donorowo – akceptorowe)

Jest to wiązanie utworzone przez wspólną parę elektronową pochodzącą od jednego atomu. Dawca pary elektronowej to donor, a atom lub jon który potrzebuje tej pary to akceptor. Wiązanie koordynacyjne po utworzeniu ma takie same własności jak wiązanie atomowe spolaryzowane.

Podobne prace

Do góry