Mengapa atom dapat bergabung satu sama lain untuk membentuk molekul? Apa alasan kemungkinan adanya zat, yang mencakup atom dari unsur kimia yang sama sekali berbeda? Ini adalah isu-isu global yang mempengaruhi konsep dasar ilmu fisika dan kimia modern. Anda dapat menjawabnya, memiliki gagasan tentang struktur elektronik atom dan mengetahui karakteristik ikatan kovalen, yang merupakan dasar dasar untuk sebagian besar kelas senyawa. Tujuan artikel kami adalah untuk berkenalan dengan mekanisme pembentukan berbagai jenis ikatan kimia dan fitur sifat-sifat senyawa yang mengandungnya dalam molekulnya.
Struktur elektronik atom
Partikel materi elektronutral, yang merupakan elemen strukturalnya, memiliki struktur yang mencerminkan struktur tata surya. Karena planet-planet berputar mengelilingi bintang pusat - Matahari, maka elektron-elektron dalam atom bergerak mengelilingi inti yang bermuatan positif. Untuk mengkarakterisasiDalam ikatan kovalen, elektron yang terletak pada tingkat energi terakhir dan paling jauh dari inti akan menjadi signifikan. Karena hubungan mereka dengan pusat atom mereka sendiri minimal, mereka dapat dengan mudah tertarik oleh inti atom lain. Hal ini sangat penting untuk terjadinya interaksi antar atom yang mengarah pada pembentukan molekul. Mengapa bentuk molekul adalah jenis utama keberadaan materi di planet kita? Mari kita cari tahu.
Sifat dasar atom
Kemampuan partikel netral untuk berinteraksi, yang menghasilkan energi, adalah fitur terpentingnya. Memang, dalam kondisi normal, keadaan molekul materi lebih stabil daripada keadaan atom. Ketentuan utama teori atom dan molekul modern menjelaskan prinsip-prinsip pembentukan molekul dan karakteristik ikatan kovalen. Ingatlah bahwa tingkat energi terluar suatu atom dapat mengandung 1 hingga 8 elektron, dalam kasus terakhir lapisannya akan lengkap, yang berarti akan sangat stabil. Atom gas mulia memiliki struktur tingkat eksternal seperti itu: argon, kripton, xenon - elemen inert yang menyelesaikan setiap periode dalam sistem D. I. Mendeleev. Pengecualian di sini adalah helium, yang tidak memiliki 8, tetapi hanya 2 elektron di tingkat terakhir. Alasannya sederhana: pada periode pertama hanya ada dua unsur yang atomnya memiliki satu lapisan elektron. Semua unsur kimia lainnya memiliki 1 sampai 7 elektron pada lapisan terakhir yang tidak lengkap. Dalam proses berinteraksi satu sama lain, atom-atom akanberusaha untuk diisi dengan elektron hingga oktet dan mengembalikan konfigurasi atom dari elemen inert. Keadaan seperti itu dapat dicapai dengan dua cara: dengan kehilangan miliknya sendiri atau dengan menerima partikel asing bermuatan negatif. Bentuk-bentuk interaksi ini menjelaskan bagaimana menentukan apakah ikatan ionik atau kovalen akan terbentuk antara atom-atom yang bereaksi.
Mekanisme pembentukan konfigurasi elektron yang stabil
Mari kita bayangkan bahwa dua zat sederhana masuk ke dalam reaksi senyawa: natrium logam dan gas klorin. Zat dari kelas garam terbentuk - natrium klorida. Ini memiliki jenis ikatan kimia ionik. Mengapa dan bagaimana hal itu terjadi? Mari kita kembali ke struktur atom zat awal. Natrium hanya memiliki satu elektron pada lapisan terakhir, terikat lemah pada nukleus karena jari-jari atom yang besar. Energi ionisasi semua logam alkali, termasuk natrium, rendah. Oleh karena itu, elektron tingkat terluar meninggalkan tingkat energi, ditarik oleh inti atom klorin dan tetap berada di ruangnya. Ini menciptakan preseden untuk transisi atom Cl ke dalam bentuk ion bermuatan negatif. Sekarang kita tidak lagi berurusan dengan partikel netral secara elektrik, tetapi dengan kation natrium dan anion klorin yang bermuatan. Sesuai dengan hukum fisika, gaya tarik elektrostatik muncul di antara mereka, dan senyawa membentuk kisi kristal ionik. Mekanisme pembentukan jenis ionik dari ikatan kimia yang dibahas oleh kami akan membantu memperjelas spesifikasi dan karakteristik utama ikatan kovalen dengan lebih jelas.
pasangan elektron bersama
Jika ikatan ionik terjadi antara atom-atom unsur yang sangat berbeda keelektronegatifannya, yaitu logam dan non-logam, maka jenis kovalen muncul ketika atom-atom dari unsur non-logam yang sama atau berbeda berinteraksi. Dalam kasus pertama, biasanya berbicara tentang non-polar, dan yang lain, tentang bentuk polar dari ikatan kovalen. Mekanisme pembentukannya adalah umum: masing-masing atom memberikan sebagian elektron untuk penggunaan umum, yang digabungkan berpasangan. Tetapi susunan spasial pasangan elektron relatif terhadap inti atom akan berbeda. Atas dasar ini, jenis ikatan kovalen dibedakan - non-polar dan polar. Paling sering, dalam senyawa kimia yang terdiri dari atom-atom unsur non-logam, ada pasangan yang terdiri dari elektron dengan putaran yang berlawanan, yaitu, berputar di sekitar inti mereka dalam arah yang berlawanan. Karena pergerakan partikel bermuatan negatif di ruang angkasa mengarah pada pembentukan awan elektron, yang pada akhirnya berakhir dengan saling tumpang tindih. Apa konsekuensi dari proses ini untuk atom dan apa yang menyebabkannya?
Sifat fisika ikatan kovalen
Ternyata di antara pusat dua atom yang berinteraksi terdapat awan dua elektron dengan kerapatan tinggi. Gaya tarik elektrostatik antara awan bermuatan negatif itu sendiri dan inti atom meningkat. Sebagian energi dilepaskan dan jarak antara pusat atom berkurang. Misalnya, pada awal pembentukan molekul H2 jarak antara inti atom hidrogenadalah 1,06 A, setelah tumpang tindih awan dan pembentukan pasangan elektron yang sama - 0,74 A. Contoh ikatan kovalen yang terbentuk menurut mekanisme di atas dapat ditemukan baik di antara zat anorganik sederhana maupun kompleks. Fitur pembeda utamanya adalah adanya pasangan elektron yang sama. Akibatnya, setelah munculnya ikatan kovalen antara atom, misalnya, hidrogen, masing-masing memperoleh konfigurasi elektronik helium inert, dan molekul yang dihasilkan memiliki struktur yang stabil.
Bentuk spasial molekul
Sifat fisik lain yang sangat penting dari ikatan kovalen adalah arah. Itu tergantung pada konfigurasi spasial molekul zat. Misalnya, ketika dua elektron tumpang tindih dengan awan bulat, penampilan molekulnya linier (hidrogen klorida atau hidrogen bromida). Bentuk molekul air, di mana awan s dan p berhibridisasi, adalah bersudut, dan partikel gas nitrogen yang sangat kuat terlihat seperti piramida.
Struktur zat sederhana - bukan logam
Setelah mengetahui jenis ikatan apa yang disebut kovalen, apa tanda-tandanya, sekarang saatnya untuk berurusan dengan varietasnya. Jika atom dari non-logam yang sama - klorin, nitrogen, oksigen, brom, dll., berinteraksi satu sama lain, maka zat sederhana yang sesuai akan terbentuk. Pasangan elektron umum mereka terletak pada jarak yang sama dari pusat atom, tanpa bergeser. Untuk senyawa dengan jenis ikatan kovalen non-polar, ciri-ciri berikut ini melekat: titik didih rendah danmencair, tidak larut dalam air, sifat dielektrik. Selanjutnya, kita akan mengetahui zat apa saja yang dicirikan oleh ikatan kovalen, di mana terjadi pergeseran pasangan elektron yang sama.
Keelektronegatifan dan pengaruhnya terhadap jenis ikatan kimia
Sifat unsur tertentu untuk menarik elektron dari atom unsur lain dalam kimia disebut elektronegativitas. Skala nilai untuk parameter ini, yang diusulkan oleh L. Pauling, dapat ditemukan di semua buku teks tentang kimia anorganik dan umum. Nilai tertinggi - 4,1 eV - memiliki fluor, yang lebih kecil - non-logam aktif lainnya, dan indikator terendah khas untuk logam alkali. Jika unsur-unsur yang berbeda keelektronegatifannya bereaksi satu sama lain, maka tak terhindarkan satu, lebih aktif, akan menarik partikel bermuatan negatif dari atom dari unsur yang lebih pasif ke nukleusnya. Dengan demikian, sifat fisik ikatan kovalen secara langsung bergantung pada kemampuan elemen untuk menyumbangkan elektron untuk penggunaan umum. Pasangan umum yang dihasilkan tidak lagi terletak secara simetris terhadap inti, tetapi bergeser ke arah elemen yang lebih aktif.
Fitur senyawa dengan ikatan polar
Zat dalam molekul yang pasangan elektronnya tidak simetris terhadap inti atom termasuk hidrogen halida, asam, senyawa kalkogen dengan hidrogen dan asam oksida. Ini adalah asam sulfat dan nitrat, oksida belerang dan fosfor, hidrogen sulfida, dll. Misalnya, molekul hidrogen klorida mengandung satu pasangan elektron yang sama,dibentuk oleh elektron hidrogen dan klorin yang tidak berpasangan. Itu digeser lebih dekat ke pusat atom Cl, yang merupakan elemen yang lebih elektronegatif. Semua zat dengan ikatan polar dalam larutan berair terdisosiasi menjadi ion dan menghantarkan arus listrik. Senyawa yang memiliki ikatan kovalen polar, contohnya yang telah kami berikan, juga memiliki titik leleh dan titik didih yang lebih tinggi dibandingkan dengan zat non-logam sederhana.
Metode pemutusan ikatan kimia
Dalam kimia organik, reaksi substitusi hidrokarbon jenuh dengan halogen mengikuti mekanisme radikal. Campuran metana dan klorin dalam cahaya dan pada suhu biasa bereaksi sedemikian rupa sehingga molekul klorin mulai terpecah menjadi partikel yang membawa elektron tidak berpasangan. Dengan kata lain, penghancuran pasangan elektron yang sama dan pembentukan radikal yang sangat aktif -Cl diamati. Mereka mampu mempengaruhi molekul metana sedemikian rupa sehingga mereka memutuskan ikatan kovalen antara atom karbon dan hidrogen. Partikel aktif –H terbentuk, dan valensi bebas atom karbon mengambil radikal klorin, dan klorometana menjadi produk pertama reaksi. Mekanisme pemisahan molekul seperti itu disebut homolitik. Jika pasangan elektron yang sama sepenuhnya menjadi milik salah satu atom, maka mereka berbicara tentang karakteristik mekanisme heterolitik dari reaksi yang terjadi dalam larutan berair. Dalam hal ini, molekul air yang bersifat polar akan meningkatkan kecepatan penghancuran ikatan kimia senyawa terlarut.
Ganda dan rangkap tigatautan
Sebagian besar zat organik dan beberapa senyawa anorganik dalam molekulnya mengandung bukan hanya satu, tetapi beberapa pasangan elektron yang sama. Banyaknya ikatan kovalen mengurangi jarak antar atom dan meningkatkan stabilitas senyawa. Mereka biasanya disebut sebagai tahan kimia. Misalnya, dalam molekul nitrogen ada tiga pasang elektron, mereka ditunjukkan dalam rumus struktur dengan tiga garis putus-putus dan menentukan kekuatannya. Zat sederhana nitrogen secara kimiawi inert dan dapat bereaksi dengan senyawa lain, seperti hidrogen, oksigen atau logam, hanya jika dipanaskan atau pada tekanan tinggi, serta dengan adanya katalis.
Ikatan rangkap dan rangkap tiga melekat pada kelas senyawa organik seperti hidrokarbon diena tak jenuh, serta zat dari seri etilen atau asetilen. Ikatan rangkap menentukan sifat kimia utama: reaksi adisi dan polimerisasi terjadi pada titik putusnya.
Dalam artikel kami, kami memberikan gambaran umum tentang ikatan kovalen dan memeriksa jenis utamanya.
