Tipi di legami chimici. Legame chimico Hcl quale legame chimico

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Ogni atomo ha un numero di elettroni.

Entrando in reazioni chimiche, gli atomi donano, acquisiscono o socializzano elettroni, raggiungendo la configurazione elettronica più stabile. La più stabile è la configurazione con l'energia più bassa (come negli atomi dei gas nobili). Questo modello è chiamato "regola dell'ottetto" (Figura 1).

Figura: uno.

Questa regola vale per tutti tipi di collegamenti... I legami elettronici tra gli atomi consentono loro di formare strutture stabili, dai cristalli più semplici a biomolecole complesse che alla fine formano sistemi viventi. Differiscono dai cristalli per il loro metabolismo continuo. Inoltre, molte reazioni chimiche procedono secondo meccanismi trasferimento elettronico, che svolgono un ruolo essenziale nei processi energetici del corpo.

Un legame chimico è la forza che tiene insieme due o più atomi, ioni, molecole o qualsiasi combinazione di essi.

La natura del legame chimico è universale: è la forza di attrazione elettrostatica tra elettroni caricati negativamente e nuclei caricati positivamente, determinata dalla configurazione degli elettroni nel guscio esterno degli atomi. Viene chiamata la capacità di un atomo di formare legami chimici valenza, o stato di ossidazione... Il concetto di valenza è associato elettroni di valenza - elettroni che formano legami chimici, cioè quelli situati negli orbitali a più alta energia. Di conseguenza, viene chiamato il guscio esterno dell'atomo contenente questi orbitali guscio di valenza... Allo stato attuale non è sufficiente indicare la presenza di un legame chimico, ma è necessario chiarirne la tipologia: ionico, covalente, dipolo-dipolo, metallico.

Il primo tipo di comunicazione èionico connessione

Secondo la teoria elettronica della valenza di Lewis e Kossel, gli atomi possono ottenere una configurazione elettronica stabile in due modi: primo, perdendo elettroni, trasformandosi in cationi, in secondo luogo, acquisendoli, trasformandosi in anioni... A seguito del trasferimento di elettroni dovuto alla forza di attrazione elettrostatica tra ioni con cariche di segno opposto, si forma un legame chimico, chiamato Kossel “ elettrovalente"(Ora si chiama ionico).

In questo caso, anioni e cationi formano una configurazione elettronica stabile con un guscio elettronico esterno pieno. I legami ionici tipici sono formati da cationi di gruppi T e II del sistema periodico e anioni di elementi non metallici di gruppi VI e VII (rispettivamente 16 e 17 sottogruppi, calcogenie alogeni). I legami dei composti ionici sono insaturi e non direzionali, quindi mantengono la possibilità di interazione elettrostatica con altri ioni. Nella fig. Le Figure 2 e 3 mostrano esempi di legami ionici corrispondenti al modello di trasferimento di elettroni di Kossel.

Figura: 2.

Figura: 3. Legame ionico nella molecola di cloruro di sodio (NaCl)

Qui è opportuno richiamare alcune delle proprietà che spiegano il comportamento delle sostanze in natura, in particolare, da considerare il concetto di acidie motivi.

Le soluzioni acquose di tutte queste sostanze sono elettroliti. Cambiano colore in modi diversi indicatori... Il meccanismo d'azione degli indicatori è stato scoperto da F.V. Ostwald. Ha dimostrato che gli indicatori sono acidi o basi deboli, il cui colore è diverso negli stati non dissociati e dissociati.

Le basi sono in grado di neutralizzare gli acidi. Non tutte le basi sono solubili in acqua (ad esempio, alcuni composti organici che non contengono gruppi OH sono insolubili, in particolare, trietilammina N (C 2 H 5) 3); le basi solubili sono chiamate alcali.

Le soluzioni acquose di acidi entrano in reazioni caratteristiche:

a) con ossidi di metallo - con formazione di sale e acqua;

b) con metalli - con formazione di sale e idrogeno;

c) con carbonati - con formazione di sale, CO 2 e H 2 O.

Le proprietà degli acidi e delle basi sono descritte da diverse teorie. In accordo con la teoria di S.A. Arrhenius, l'acido è una sostanza che si dissocia per formare ioni H +, mentre la base forma ioni È LUI -. Questa teoria non tiene conto dell'esistenza di basi organiche che non hanno gruppi idrossilici.

Secondo protoneteoria di Bronsted e Lowry, un acido è una sostanza contenente molecole o ioni che donano protoni ( donatoriprotoni), e la base è una sostanza costituita da molecole o ioni che accettano protoni ( accettoriprotoni). Si noti che nelle soluzioni acquose, gli ioni idrogeno esistono in una forma idratata, cioè sotto forma di ioni idronio H 3 O +. Questa teoria descrive reazioni non solo con acqua e ioni idrossido, ma anche in assenza di un solvente o con un solvente non acquoso.

Ad esempio, nella reazione tra ammoniaca NH 3 (base debole) e l'acido cloridrico in fase gassosa formano cloruro di ammonio solido, e in una miscela di equilibrio di due sostanze ci sono sempre 4 particelle, due delle quali sono acidi e le altre due sono basi:

Questa miscela di equilibrio è costituita da due coppie coniugate di acidi e basi:

1) NH 4 + e NH 3

2) HCle Сl ‑

Qui, in ogni coppia coniugata, l'acido e la base differiscono di un protone. Ogni acido ha una base coniugata con esso. Un acido forte corrisponde a una base coniugata debole e un acido debole corrisponde a una base coniugata forte.

La teoria di Bronsted-Lowry permette di spiegare l'unicità del ruolo dell'acqua nella vita della biosfera. L'acqua, a seconda della sostanza che interagisce con essa, può esibire le proprietà di un acido o di una base. Ad esempio, nelle reazioni con soluzioni acquose di acido acetico, l'acqua è una base e con soluzioni acquose di ammoniaca è un acido.

1) CH 3 COOH + H 2 O ↔ H 3 O + + CH 3 COO -. Qui, una molecola di acido acetico dona un protone a una molecola d'acqua;

2) NH 3 + H 2 O ↔ NH 4 + + È LUI -. Qui la molecola di ammoniaca accetta un protone da una molecola d'acqua.

Pertanto, l'acqua può formare due coppie coniugate:

1) H 2 O (acido) e È LUI - (base coniugata)

2) H 3 O + (acido) e H 2 O(base coniugata).

Nel primo caso l'acqua dona un protone e nel secondo lo accetta.

Questa proprietà è chiamata anfiprotonicità... Vengono chiamate sostanze che possono reagire sia come acidi che come basi anfotero... Tali sostanze si trovano spesso nella natura vivente. Ad esempio, gli amminoacidi sono in grado di formare sali sia con acidi che con basi. Pertanto, i peptidi formano facilmente composti di coordinazione con gli ioni metallici presenti.

Pertanto, una proprietà caratteristica del legame ionico è il movimento completo della cuccetta degli elettroni che si legano a uno dei nuclei. Ciò significa che esiste una regione tra gli ioni in cui la densità elettronica è quasi zero.

Il secondo tipo di comunicazione ècovalente connessione

Gli atomi possono formare configurazioni elettroniche stabili condividendo gli elettroni.

Un tale legame si forma quando una coppia di elettroni viene socializzata uno per uno da ciascuno atomo. In questo caso, gli elettroni del legame socializzato sono equamente distribuiti tra gli atomi. Esempi di legami covalenti includono omonuclearebiatomico molecole H 2 , N 2 , F 2. Gli allotropi hanno lo stesso tipo di connessione. O 2 e ozono O 3 e la molecola poliatomica S 8, così come molecole eteronucleari cloruro di idrogeno Hcl, diossido di carbonio CO 2, metano CH 4, etanolo A PARTIRE DAL 2 H 5 È LUI, esafluoruro di zolfo SF 6, acetilene A PARTIRE DAL 2 H 2. Tutte queste molecole hanno in comune gli stessi elettroni ei loro legami sono saturi e diretti allo stesso modo (Fig.4).

È importante per i biologi che i raggi covalenti degli atomi nei doppi e tripli legami siano ridotti rispetto a un singolo legame.

Figura: quattro. Legame covalente nella molecola Cl 2.

I tipi di legame ionico e covalente sono due casi limitanti di molti tipi esistenti di legami chimici e, in pratica, la maggior parte dei legami sono intermedi.

I composti di due elementi situati alle estremità opposte di uno o diversi periodi del sistema di Mendeleev formano prevalentemente legami ionici. Man mano che gli elementi si avvicinano l'un l'altro entro il periodo, il carattere ionico dei loro composti diminuisce e il carattere covalente aumenta. Ad esempio, alogenuri e ossidi degli elementi sul lato sinistro della tavola periodica formano legami prevalentemente ionici ( NaCl, AgBr, BaSO 4, CaCO 3, KNO 3, CaO, NaOH), e gli stessi composti degli elementi sul lato destro della tabella sono covalenti ( H 2 O, CO 2, NH 3, NO 2, CH 4, fenolo C 6 H 5 OH, glucosio C 6 H 12 O 6, etanolo C 2 H 5 OH).

Il legame covalente, a sua volta, ha un'altra modifica.

Negli ioni poliatomici e nelle molecole biologiche complesse, entrambi gli elettroni possono provenire solo da unoatomo. È chiamato donatorecoppia elettronica. Viene chiamato un atomo che socializza questa coppia di elettroni con un donatore accettorecoppia elettronica. Questo tipo di legame covalente è chiamato coordinamento (donatore-accettore, odativo) comunicazione(fig.5). Questo tipo di legame è molto importante per la biologia e la medicina, poiché la chimica degli elementi d più importanti per il metabolismo è ampiamente descritta dai legami di coordinazione.

Figura. cinque.

Di regola, in un composto complesso, un atomo di metallo funge da accettore di una coppia di elettroni; al contrario, nei legami ionici e covalenti, l'atomo di metallo è un donatore di elettroni.

L'essenza del legame covalente e la sua varietà - il legame di coordinazione - può essere chiarita usando un'altra teoria degli acidi e delle basi proposta da GN. Lewis. Ha in qualche modo ampliato il concetto dei termini "acido" e "base" secondo la teoria di Bronsted-Lowry. La teoria di Lewis spiega la natura della formazione di ioni complessi e la partecipazione di sostanze nelle reazioni di sostituzione nucleofila, cioè nella formazione di CS.

Secondo Lewis, un acido è una sostanza in grado di formare un legame covalente accettando una coppia di elettroni da una base. La base di Lewis è una sostanza che ha una coppia di elettroni solitari, che, donando elettroni, forma un legame covalente con l'acido Lewisico.

Cioè, la teoria di Lewis espande la gamma di reazioni acido-base a reazioni in cui i protoni non partecipano affatto. Inoltre, il protone stesso, secondo questa teoria, è anche un acido, poiché è in grado di accettare una coppia di elettroni.

Pertanto, secondo questa teoria, i cationi sono acidi di Lewis e gli anioni sono basi di Lewis. Un esempio sono le seguenti reazioni:

È stato notato sopra che la suddivisione delle sostanze in quelle ioniche e covalenti è relativa, poiché non si verifica la transizione completa di un elettrone dagli atomi metallici agli atomi accettori nelle molecole covalenti. Nei composti con legami ionici, ogni ione si trova nel campo elettrico degli ioni di segno opposto, quindi si polarizzano reciprocamente e i loro gusci sono deformati.

Polarizzabilitàdeterminato dalla struttura elettronica, carica e dimensione dello ione; è maggiore per gli anioni che per i cationi. La polarizzabilità più alta tra i cationi è per i cationi con una carica maggiore e una dimensione minore, ad esempio per Hg 2+, Cd 2+, Pb 2+, Al 3+, Tl 3+... Ha un forte effetto polarizzante H +. Poiché l'influenza della polarizzazione ionica è bilaterale, cambia in modo significativo le proprietà dei composti da essi formati.

Il terzo tipo di connessione èdipolo-dipolo connessione

Oltre ai tipi di comunicazione elencati, esistono anche dipolo-dipolo intermolecolareinterazioni, chiamate anche vanderwaals .

La forza di queste interazioni dipende dalla natura delle molecole.

Esistono tre tipi di interazioni: dipolo permanente - dipolo permanente ( dipolo-dipolo attrazione); dipolo permanente - dipolo indotto ( induzione attrazione); dipolo istantaneo - dipolo indotto ( dispersivo gravità, o forze di Londra; Figura. 6).

Figura: 6.

Solo le molecole con legami covalenti polari hanno un momento dipolo-dipolo ( HCl, NH 3, SO 2, H 2 O, C 6 H 5 Cl) e la forza del legame è 1-2 debaya(1D \u003d 3,338 × 10-30 metri coulombiani - Cm × m).

In biochimica, si distingue un altro tipo di legame: idrogeno vincolo limitante dipolo-dipolo attrazione. Questo legame è formato dall'attrazione tra un atomo di idrogeno e un piccolo atomo elettronegativo, il più delle volte ossigeno, fluoro e azoto. Con atomi di grandi dimensioni che hanno un'elettronegatività simile (ad esempio, con cloro e zolfo), il legame idrogeno è molto più debole. L'atomo di idrogeno differisce per una caratteristica essenziale: quando attrae gli elettroni, il suo nucleo - un protone - viene esposto e cessa di essere schermato dagli elettroni.

Pertanto, l'atomo si trasforma in un grande dipolo.

Il legame idrogeno, in contrasto con il legame di van der Waals, si forma non solo durante le interazioni intermolecolari, ma anche all'interno di una molecola - intermolecolarelegame idrogeno. I legami idrogeno svolgono un ruolo importante in biochimica, ad esempio, per stabilizzare la struttura delle proteine \u200b\u200bsotto forma di un'elica o per formare una doppia elica del DNA (Fig. 7).

Fig. 7.

I legami idrogeno e van der Waals sono molto più deboli dei legami ionici, covalenti e di coordinazione. L'energia dei legami intermolecolari è indicata in tabella. uno.

Tabella 1. Energia delle forze intermolecolari

Nota: Il grado di interazioni intermolecolari riflette i valori dell'entalpia di fusione ed evaporazione (ebollizione). I composti ionici richiedono molta più energia per separare gli ioni che per separare le molecole. Le entalpie di fusione dei composti ionici sono molto superiori a quelle dei composti molecolari.

Il quarto tipo di connessione èlegame metallico

Infine, c'è un altro tipo di legami intermolecolari - metallo: connessione di ioni positivi del reticolo di metalli con elettroni liberi. Questo tipo di connessione non si trova negli oggetti biologici.

Da una breve panoramica dei tipi di legami, un dettaglio diventa chiaro: un parametro importante di un atomo o ione metallico - un donatore di elettroni, così come un atomo - un accettore di elettroni, è il suo la dimensione.

Senza entrare nei dettagli, notiamo che i raggi covalenti degli atomi, i raggi ionici dei metalli e i raggi di van der Waals delle molecole interagenti aumentano all'aumentare del loro numero ordinale nei gruppi del sistema periodico. In questo caso, i valori dei raggi degli ioni sono i più piccoli ei valori dei raggi di van der Waals sono i maggiori. Di norma, quando ci si sposta verso il basso nel gruppo, i raggi di tutti gli elementi aumentano, sia covalenti che van der Waals.

I più importanti per biologi e medici sono coordinamento(donatore-accettore) connessioni considerate dalla chimica di coordinazione.

Bioinorganici medici. G.K. Barashkov

Compito numero 1

Dall'elenco proposto, selezionare due composti in cui è presente un legame chimico ionico.

• 1. Ca (ClO 2) 2
• 2. HClO 3
• 3. NH 4 Cl
• 4. HClO 4
• 5. Cl 2 O 7

Risposta: 13

Nella stragrande maggioranza dei casi, è possibile determinare la presenza di un legame di tipo ionico in un composto dal fatto che la composizione delle sue unità strutturali include simultaneamente atomi di un metallo tipico e atomi di un non metallo.

Su questa base, stabiliamo che esiste un legame ionico nel composto sotto il numero 1 - Ca (ClO 2) 2, poiché nella sua formula puoi vedere gli atomi di un tipico calcio metallico e gli atomi di non metalli - ossigeno e cloro.

Tuttavia, in questo elenco non ci sono più composti contenenti atomi metallici e non metallici.

Tra i composti specificati nel task c'è il cloruro di ammonio, in cui si realizza il legame ionico tra il catione ammonio NH 4 + e lo ione cloruro Cl -.

Compito numero 2

Dall'elenco fornito, selezionare due composti in cui il tipo di legame chimico è lo stesso della molecola di fluoro.

1) ossigeno

2) ossido nitrico (II)

3) bromuro di idrogeno

4) ioduro di sodio

Annotare i numeri delle connessioni selezionate nel campo della risposta.

Risposta: 15

La molecola di fluoro (F 2) è costituita da due atomi di un elemento chimico di un non metallico, quindi il legame chimico in questa molecola è covalente non polare.

Un legame non polare covalente può essere realizzato solo tra atomi dello stesso elemento chimico di un non metallico.

Delle opzioni proposte, solo l'ossigeno e il diamante hanno un legame non polare covalente. La molecola di ossigeno è biatomica, consiste di atomi di un elemento chimico di un non metallico. Il diamante ha una struttura atomica e nella sua struttura ogni atomo di carbonio, che è un non metallico, è legato ad altri 4 atomi di carbonio.

L'ossido nitrico (II) è una sostanza costituita da molecole formate da atomi di due diversi non metalli. Poiché le elettronegatività dei diversi atomi sono sempre diverse, la coppia di elettroni totale in una molecola viene spostata verso un elemento più elettronegativo, in questo caso l'ossigeno. Pertanto, il legame nella molecola NO è polare covalente.

Il bromuro di idrogeno è costituito anche da molecole biatomiche composte da atomi di idrogeno e bromo. La coppia di elettroni totale che forma il legame H-Br viene spostata verso l'atomo di bromo più elettronegativo. Anche il legame chimico nella molecola HBr è polare covalente.

Lo ioduro di sodio è una sostanza ionica formata da un catione metallico e un anione ioduro. Il legame nella molecola NaI si forma a causa della transizione di un elettrone da 3 s-orbitale dell'atomo di sodio (l'atomo di sodio si trasforma in un catione) al sottocarico 5 p-orbitale dell'atomo di iodio (l'atomo di iodio si trasforma in un anione). Questo legame chimico è chiamato ionico.

Compito numero 3

Dall'elenco proposto, seleziona due sostanze tra le molecole di cui si formano i legami idrogeno.

• 1.C 2 H 6
• 2.C 2 H 5 OH
• 3. H 2 O
• 4. CH 3 OCH 3
• 5.CH 3 COCH 3

Annotare i numeri delle connessioni selezionate nel campo della risposta.

Risposta: 23

Spiegazione:

I legami idrogeno si verificano in sostanze di struttura molecolare, in cui sono presenti legami covalenti H-O, H-N, H-F. Quelli. legami covalenti di un atomo di idrogeno con gli atomi di tre elementi chimici con la più alta elettronegatività.

Quindi, ovviamente, ci sono legami idrogeno tra le molecole:

2) alcoli

3) fenoli

4) acidi carbossilici

5) ammoniaca

6) ammine primarie e secondarie

7) acido fluoridrico

Compito numero 4

Seleziona due composti con legami chimici ionici dall'elenco.

• 1.PCl 3
• 2.CO 2
• 3. NaCl
• 4.H 2 S
• 5. MgO

Annotare i numeri delle connessioni selezionate nel campo della risposta.

Risposta: 35

Spiegazione:

Nella stragrande maggioranza dei casi, è possibile trarre una conclusione sulla presenza di un legame di tipo ionico in un composto dal fatto che gli atomi di un metallo tipico e gli atomi di un metallo non sono inclusi simultaneamente nelle unità strutturali di Una sostanza.

Su questa base, stabiliamo che esiste un legame ionico nel composto numerato 3 (NaCl) e 5 (MgO).

Nota*

Oltre alla caratteristica di cui sopra, la presenza di un legame ionico in un composto si può dire se la sua unità strutturale contiene un catione di ammonio (NH 4 +) o suoi analoghi organici - cationi di alchilammonio RNH 3 +, dialchilammonio R 2 NH 2 +, trialchilammonio R 3 NH + o tetraalchilammonio R 4 N +, dove R è un radicale idrocarburico. Ad esempio, il legame di tipo ionico avviene nel composto (CH 3) 4 NCl tra il catione (CH 3) 4 + e lo ione cloruro Cl -.

Compito numero 5

Dall'elenco proposto, seleziona due sostanze con lo stesso tipo di struttura.

4) sale da cucina

Annotare i numeri delle connessioni selezionate nel campo della risposta.

Risposta: 23

Compito numero 8

Seleziona due sostanze di struttura non molecolare dall'elenco proposto.

2) ossigeno

3) fosforo bianco

5) silicio

Annotare i numeri delle connessioni selezionate nel campo della risposta.

Risposta: 45

Compito numero 11

Dall'elenco proposto, seleziona due sostanze nelle molecole di cui esiste un doppio legame tra atomi di carbonio e ossigeno.

3) formaldeide

4) acido acetico

5) glicerina

Annotare i numeri delle connessioni selezionate nel campo della risposta.

Risposta: 34

Compito numero 14

Dall'elenco proposto, seleziona due sostanze con un legame ionico.

1) ossigeno

3) monossido di carbonio (IV)

4) cloruro di sodio

5) ossido di calcio

Annotare i numeri delle connessioni selezionate nel campo della risposta.

Risposta: 45

Compito numero 15

Dall'elenco fornito, selezionare due sostanze con lo stesso tipo di reticolo cristallino del diamante.

1) silice SiO 2

2) ossido di sodio Na 2 O

3) monossido di carbonio CO

4) fosforo bianco P 4

5) silicio Si

Annotare i numeri delle connessioni selezionate nel campo della risposta.

Risposta: 15

Compito numero 20

Dall'elenco proposto, seleziona due sostanze nelle molecole di cui esiste un triplo legame.

• 1. HCOOH
• 2. HCOH
• 3.C 2 H 4
• 4.N 2
• 5.C 2 H 2

Annotare i numeri delle connessioni selezionate nel campo della risposta.

Risposta: 45

Spiegazione:

Per trovare la risposta corretta, tracciamo le formule strutturali dei composti dall'elenco presentato:

Quindi, vediamo che c'è un triplo legame nelle molecole di azoto e acetilene. Quelli. risposte corrette 45

Compito numero 21

Dall'elenco proposto, selezionare due sostanze nelle molecole di cui esiste un legame non polare covalente.

1. I metalli terrosi alcalino sono

5) a s– elementi

6) in p - elementi

7) ad - elementi

8) af - elementi

2. Quanti elettroni contengono gli atomi dei metalli alcalino terrosi a livello di energia esterna?

1) Uno 2) due 3) tre 4) quattro

3. Nelle reazioni chimiche si manifestano atomi di alluminio

3) Proprietà ossidanti 2) proprietà acide

4) 3) proprietà riducenti 4) proprietà di base

4. L'interazione del calcio con il cloro si riferisce alle reazioni

1) decomposizioni 2) composti 3) sostituzioni 4) scambio

5. Il peso molecolare del bicarbonato di sodio è:

1) 84 2) 87 3) 85 4) 86

3. Quale atomo è più pesante - ferro o silicio - e quante volte?

4. Determinare i pesi molecolari relativi di sostanze semplici: idrogeno, ossigeno, cloro, rame, diamante (carbonio). Ricorda quali di loro sono costituiti da molecole biatomiche e quali sono costituiti da atomi.
5.Calcolare i pesi molecolari relativi dei seguenti composti di anidride carbonica CO2 acido solforico H2SO4 zucchero C12H22O11 alcol etilico C2H6O marmo CaCPO3
6. Nel perossido di idrogeno, c'è un atomo di idrogeno per un atomo di ossigeno. Determina la formula del perossido di idrogeno, se sai che il suo peso molecolare relativo è 34. Qual è il rapporto di massa di idrogeno e ossigeno in questo composto?
7. Quante volte una molecola di anidride carbonica è più pesante di una molecola di ossigeno?

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