화학 연결 정의, 특성, 형성 방법, 유형



그 화학 결합 그것은 물질을 함께 구성하는 원자를 유지하는 것을 관리하는 힘이다. 물질의 각 유형은 하나 이상의 전자가 참여하는 특징적인 화학 결합을 가지고 있습니다. 따라서 가스 내의 원자와 결합하는 힘은 예를 들어 금속.

주기율표의 모든 원소 (헬륨과 희가스를 제외하고)는 서로 화학 결합을 형성 할 수있다. 그러나, 이들의 본질은 어떤 원소가 전자를 형성하는지에 따라 달라진다. 연결 유형을 설명하는 필수 매개 변수는 전기 음성도.

두 원자 사이의 전기 음성도 (ΔE)의 차이는 화학 결합의 유형뿐만 아니라 화합물의 물리 화학적 성질을 정의한다. 상기 염은 이온 결합 (높은 ΔE)을 갖는 것으로 특징 지어지며, 많은 유기 화합물, 예를 들어 비타민 B12 (상단 이미지), 공유 결합 (낮은 ΔE).

상위 분자 구조에서 각 선은 공유 결합을 나타냅니다. 쐐기는 링크가 비행기에서 (리더기쪽으로) 나오고, 비행기에서 밑줄 친 리더기 (리더기와는 거리가 먼)에서 나온다는 것을 나타냅니다. 이중 결합 (=)과 코발트 원자 협조 된 5 개의 질소 원자와 측쇄 R.

그런 화학 결합은 왜 형성 되는가? 대답은 참여하는 원자와 전자의 활력있는 안정성에 있습니다. 이러한 안정성은 전자 구름과 핵 사이에서 발생하는 정전 기적 반발과 이웃 원자의 전자에 대한 핵에 의한 인력의 균형을 유지해야한다.

색인

  • 1 화학 결합의 정의
  • 2 특성
  • 3 어떻게 형성 되는가?
    • 3.1 동종 원소 화합물 A-A
    • 3.2 핵무기 화합물 A-B
  • 4 가지 유형
    • 4.1 - 공유 링크
    • 4.2 - 이오니아 링크
    • 4.3 금속 링크
  • 5 예
  • 6 화학 결합의 중요성
  • 7 참고

화학 결합의 정의

많은 저자들이 화학 결합의 정의를 내놓았습니다. 그 중 가장 중요한 것은 두 개의 원자 사이에 한 쌍의 전자가 참여하는 것으로 화학 결합을 정의한 물리 화학적 G. N. 루이스 (G. N. Lewis)였다. 원자 A · B가 단일 전자를 제공 할 수있는 경우, 단순한 링크 A : B 또는 A-B가 그들 사이에 형성 될 것이다.

링크가 형성되기 전에 A와 B는 둘 다 부정확 한 거리로 분리되어 있지만 링크 할 때 이원자 AB에 링크를 유지하고 링크의 거리 (또는 길이)를 유지하는 힘이 있습니다..

특징

이 힘은 원자를 함께 묶는 어떤 특징을 가지고 있습니까? 이들은 전자 구조보다 A와 B 사이의 링크 유형에 더 의존합니다. 예를 들어, 링크 A-B는 방향입니다. 너 무슨 뜻이야? 한 쌍의 전자의 결합에 의해 가해지는 힘이 축 (마치 실린더 인 것처럼).

마찬가지로이 링크는 에너지를 끊어야합니다. 이 에너지 양은 kJ / mol 또는 cal / mol의 단위로 나타낼 수 있습니다. 일단 충분한 에너지가 AB 화합물에 적용되면 (예 : 열에 의해) 원래의 A 및 B 원자로 분리됩니다.

링크의 안정성이 높을수록 결합 된 원자를 분리하는 데 필요한 에너지 양이 커집니다.

한편, 화합물 AB의 결합이 이온 성이라면, A+B-, 비 방향성의 힘이 될 것입니다. 왜? 왜냐하면 A+ B에 인력을가한다.- (반대의 경우도 마찬가지 임) 우주의 두 이온을 상대적인 위치보다 분리하는 거리에 더 의존하는.

이 인력과 반발의 장은 다른 이온을 모아서 결정질 격자 (상층 이미지 : 양이온 A+ 4 개의 음이온 B로 둘러싸인 거짓말-, 이 네 가지 양이온 A+ 등).

그들이 어떻게 형성 되는가?

동종 원소 화합물 A-A

하나의 전자가 결합을 형성하기 위해서는 먼저 고려해야 할 많은 측면이 있습니다. A의 핵이라고 할 수있는 핵은 양성자를 가지고 있으므로 양성이다. A의 두 원자가 서로 멀리 떨어져있을 때, 즉 원자핵 간 거리가 먼 경우 (상단 이미지), 아무런 매력도 느끼지 않습니다.

그들은 두 개의 원자에 접근하기 때문에 핵은 이웃하는 원자의 전자 구름 (보라색 원)을 끌어 당긴다. 이것은 매력적인 힘입니다 (이웃하는 보라색 원 위에 A). 그러나, A의 두 핵은 양성으로 반발되며,이 힘은 결합의 포텐셜 에너지 (수직축)를 증가시키고,.

잠재적 인 에너지가 최소가되는 핵간 거리가있다. 즉, 인력과 반발력은 균형을 이룬다 (이미지의 아래 부분에서 A의 두 원자).

이 거리 후에이 거리가 감소하면 링크가 두 핵을 매우 강하게 격퇴시켜 화합물 A-A를 불안정하게 만듭니다.

따라서, 형성 될 연결이 에너지 적으로 적절한 핵간 거리를 가져야합니다. 또한 원자 궤도가 겹쳐 전자들이 서로 겹치도록해야한다..

헤테로 핵 화합물 A-B

A의 두 원자 대신에 A와 B 중 하나가 결합한다면? 이 경우 원자의 한쪽이 다른 쪽보다 많은 양성자를 가지며 전자 구름이 다른 크기를 가지므로 상위 그래프가 변경됩니다.

적절한 핵간 거리에서 A-B 결합이 형성 될 때, 한 쌍의 전자는 주로 전기 음성 원자 근처에서 발견 될 것이다. 이것은 알고있는 (그리고 알려질 것입니다) 대부분의 핵을 구성하는 모든 이핵 화학 화합물에서 발생합니다..

깊이는 언급하지 않았지만 원자가 어떻게 접근하고 화학 결합이 형성되는지에 직접적인 영향을 미치는 많은 변수가있다. 일부는 열역학적이다 (반응은 자발적인가?), 전자 (원자의 궤도가 얼마나 충만하거나 비어 있는지) 및 기타 동력학.

유형

링크는 서로 구별되는 일련의 특성을 나타냅니다. 이들 중 몇 개는 공유, 이온 또는 금속의 3 가지 주요 분류로 구성 될 수 있습니다..

링크가 하나의 유형에 속하는 화합물이 있지만 실제로 많은 것은 각각의 문자가 혼합되어 구성됩니다. 이 사실은 결합을 구성하는 원자 사이의 전기 음성도의 차이 때문입니다. 따라서, 일부 화합물은 공유 결합 할 수 있지만, 결합에 특정한 이온 성질을 나타낸다.

또한 결합 유형, 구조 및 분자량은 물질의 거시적 특성 (밝기, 경도, 용해도, 융점 등)을 정의하는 핵심 요소입니다..

-공유 결합

공유 결합은 지금까지 설명 된 것들입니다. 그 (것)들에서, 2 개의 orbitals (각각에있는 1 개의 전자)는 적합한 핵 간 거리에 분리 핵과 겹쳐 야한다.

분자 궤도 이론 (TOM)에 따르면, 궤도 함수의 겹침이 정면이면 시그마 σ 결합이 형성 될 것입니다 (간단하거나 간단한 링크라고도 함). 궤도가 원자핵 축에 대해 측면 및 수직 중첩에 의해 형성되면, π (double 및 triple) 링크가 존재합니다 :

단순 링크

이미지에서 볼 수있는 링크 σ는 핵의 축을 따라 형성됩니다. 그것은 표시되지 않지만, A와 B는 다른 링크를 가질 수 있으며, 따라서 자신의 화학적 환경 (분자 구조의 다른 부분)을 가질 수 있습니다. 이 유형의 링크는 회전력 (녹색 실린더)과 모든 것 중에서 가장 강한 특성을 특징으로합니다.

예를 들어, 수소 분자의 단순 결합은 원자핵 축 (H-H)상에서 회전 할 수있다. 같은 방식으로, 가설적인 CA-AB 분자가 그것을 할 수있다..

C-A, A-A 및 A-B 링크가 회전합니다. 그러나 C 또는 B가 원자 또는 부피가 큰 원자의 그룹 인 경우 회전 A-A는 입체적으로 방해됩니다 (C 및 B가 충돌하기 때문에).

간단한 결합은 사실상 모든 분자에서 발견됩니다. 그들의 원자는 그들의 궤도의 겹침이 정면 일 때 어떤 화학 혼성화도 가질 수있다. 비타민 B의 구조로 되돌아 간다.12, 모든 단일 행 (-)은 단일 링크를 나타냅니다 (예 : -CONH links2).

이중 링크

이중 결합은 원자가 (보통) sp 하이브리드 화2. 순수한 p 결합, 3 개의 sp 하이브리드 궤도에 수직2, 이중 결합을 형성하며, 이는 칙칙한 시트로 나타난다.

단일 링크 (녹색 실린더)와 이중 링크 (회색 시트)가 동시에 공존한다는 점에 유의하십시오. 그러나 단순 링크와 달리 복식은 핵 원자 축 주위로 동일한 회전 자유도를 갖지 않습니다. 이것은 회전하기 위해 링크 (또는 시트)가 깨져 있어야하기 때문입니다. 에너지가 필요한 공정.

또한 링크 A = B는 A-B보다 반응성이 높습니다. 이 길이는 더 작고 원자 A와 B는 더 작은 핵간 거리에있다; 그러므로 두 핵 사이에 더 큰 반발력이있다. 단일 및 이중 링크 모두를 끊으면 A-B 분자의 원자를 분리하는 데 필요한 것보다 많은 에너지가 필요합니다..

비타민 B의 구조12 몇몇 이중 결합이 관찰 될 수있다 : C = O, P = O 및 방향족 고리 내.

트리플 링크

삼중 결합은 이중 결합보다 훨씬 짧으며 회전은보다 에너지 적으로 손상됩니다. 그 안에는 두 개의 수직 π 링크 (회색과 보라색 시트)와 간단한 링크가 형성됩니다.

일반적으로, A와 B의 원자의 화학적 하이브리드 화는 sp : 2 개의 sp 궤도가 180 °로 분리되고, 2 개의 순수 p 궤도가 전자와 수직이되어야한다. 삼중 결합은 팔레트와 비슷하지만 회전력이 없다는 점에 유의하십시오. 이 연결은 간단하게 A≡B (N≡N, N- 질소 분자2).

모든 공유 결합 중에서 가장 반응이 빠릅니다. 그러나 동시에 원자의 완전한 분리를 위해 더 많은 에너지를 필요로하는 것은 (· A : + : B ·). 비타민 B12 분자 구조 내에 삼중 결합을 가지므로 그 약리학 적 효과가 크게 바뀔 것입니다..

삼중 결합에는 6 개의 전자가 참여한다. 복식에서 네 개의 전자; 그리고 단순하거나 단순한 두 가지.

하나 이상의 이들 공유 결합의 형성은 원자의 전자 가용성에 달려있다. 즉, 원자가 옥텟을 얻기 위해 얼마나 많은 전자들이 그들의 궤도를 필요로하는지.

비극성 링크

공유 결합은 두 원자 사이에 한 쌍의 전자를 공평하게 공유하는 것으로 구성됩니다. 그러나 이것은 두 원자가 동등한 전기 음성도를 갖는 경우에만 엄격하게 적용됩니다. 즉, 화합물 내에서 그 환경의 전자 밀도를 끌어들이는 경향이 동일하다.

비극성 결합은 제로 전기 음성도 (ΔE ≒ 0)의 차이로 특징 지어진다. 이것은 두 가지 상황에서 발생합니다 : 동종 핵 화합물 (A2), 링크 양쪽의 화학적 환경이 동일하다면 (H3C-CH3, 에탄 분자).

비극성 링크의 예는 다음 화합물에서 볼 수 있습니다 :

-수소 (H-H)

-산소 (O = O)

-질소 (N≡N)

-불소 (F-F)

-염소 (Cl-Cl)

-아세틸렌 (HC≡CH)

극지방 링크

양 원자 사이의 전기 음성도 ΔE에 현저한 차이가있을 때, 쌍극자 모멘트는 링크 축을 따라 형성된다 : Aδ+-Bδ-. 이핵 화합물 AB의 경우, B는 가장 전기적 소수성이 강한 원자이며 따라서 가장 높은 전자 밀도 δ-를 갖는다. 반면에, A는 전기 음성이 가장 적고, 하중 부족 δ+.

극성 결합이 일어나기 위해서는 서로 다른 전기 음성도를 갖는 두 개의 원자가 결합되어야한다. 따라서 이핵 핵 화합물을 형성한다. A-B는 자석과 비슷합니다. 양극과 음극이 있습니다. 이것은 쌍극자 - 쌍극자 힘을 통해 다른 분자와 상호 작용할 수 있으며, 그 중 수소 결합.

물은 두 개의 극성 공유 결합 H-O-H를 가지며, 분자 구조는 각도를 가지고 쌍극자 모멘트를 증가시킨다. 그 기하학적 구조가 선형이라면 해양이 증발하고 물의 비등점이 더 낮을 것입니다.

화합물에 극성 결합이 있다는 사실, 그것은 그것이 극성임을 의미하지 않는다.. 예를 들어, 사염화탄소, CCl4, 4 개의 C-Cl 극성 링크를 가지고 있지만, 사면체 배열에 의해 쌍극자 모멘트는 벡터 적으로 상쇄된다.

독창적 인 또는 조정 링크

한 원자가 한 쌍의 전자를 만들어 다른 원자와 공유 결합을 형성 할 때, 우리는 계시 또는 조정 결합 (coordination bond)을 말합니다. 예를 들어 B : 전자쌍을 사용할 수 있고 A (또는 A+), 전자 공석, 링크 B : A 형성.

비타민 B의 구조12 이 5 개의 질소 원자는 공유 결합의 유형에 의해 Co의 금속 중심에 결합된다. 이 질소들은 쌍의 자유 전자를 양이온 Co3+, 그들과 함께 금속을 협조 (Co3+: N-)

다른 예는 암모니아를 형성하는 암모니아 분자의 양성자 화 (protonation)에서 발견 할 수있다.

H3N : + H+ = NH4+

두 경우 모두 전자에 기여하는 것은 질소 원자이다. 그러므로, 공유 결합 데이타 또는 배위 결합은 원자가 단독으로 전자쌍에 기여할 때 발생한다.

유사하게, 물 분자는 양성자 화되어 하이드로 늄 (또는 옥소 늄) 양이온으로 변형 될 수있다 :

H2O + H+ => H3O+

암모늄 양이온과 달리, 하이드로 늄은 여전히 ​​자유 쌍 전자 (H3O :+); 그러나, 다른 양성자를 받아들이면 불안정한이 수소 하이드로 늄 H4O2+.

-이오니아 본드

이미지는 소금의 흰 언덕을 보여줍니다. 상기 염은 결정질 구조, 즉 대칭 및 규칙 성을 갖는 것을 특징으로한다; 고 융점 및 비등점, 용융 또는 용해시 높은 전기 전도도 및 이들의 이온은 정전 기적 상호 작용에 강하게 결합한다.

이러한 상호 작용은 이온 결합으로 알려진 것을 구성합니다. 두 번째 이미지에서, 양이온 A가 나타났다.+ 네 개의 음이온으로 둘러싸인 B-, 그러나 이것은 2D 표현입니다. 3 차원에서 A+ 다른 음이온이 있어야한다 B- 비행기 전방과 후방, 다양한 구조물.

그래서, A+ 그것은 6 명, 8 명 또는 심지어 12 명의 이웃을 가질 수 있습니다. 크리스탈에서 이온을 둘러싸고있는 이웃의 수를 좌표 수 (N.C)라고합니다. 각 N.C에 대해 결정 배열의 유형이 연관되어 있으며, 이는 차례로 소금의 고체상을 구성합니다.

염에서 보이는 대칭 및면 결정 (faceted crystals)은 인력 상호 작용에 의해 설정된 평형에 기인한다 (A+ B-)과 반발력 (A+ A+, B- B-정전기).

교육

그러나 왜 A +와 B-, 또는 Na+ 및 CI-, Na-Cl 공유 결합을 형성하지 않습니까? 염소 원자는 나트륨 금속보다 훨씬 더 전기 음성이기 때문에 전자는 매우 쉽게 전자를 포기한다는 특징이 있습니다. 이들 원소가 발견되면, 이들은 발열 반응하여 식탁 소금을 생성한다 :

2Na (s) + Cl2(g) => 2NaCl (s)

두 개의 나트륨 원자는 Cl의 이원자 분자에 고유의 원자가 전자 (Na ·)를 생성한다.2, Cl 음이온을 형성하기 위해-.

나트륨 양이온과 클로라이드 음이온 사이의 상호 작용은 공유 결합보다 약한 결합을 나타내지 만 고체에서 강하게 결합 할 수 있습니다. 이 사실은 소금의 높은 융점 (801ºC)에 반영됩니다..

금속 링크

화학 결합의 마지막 유형은 금속입니다. 이것은 모든 금속 또는 합금 조각에서 찾을 수 있습니다. 그것은 전자가 하나의 원자에서 다른 원자로 통과하지 않기 때문에 다른 것과 특별하고 다른 것으로 특징 지어 지지만 바다처럼 금속의 결정체를 이동합니다.

따라서, 구리라고하는 금속 원자는 원자가 궤도를 서로 섞어서 전도대를 형성한다. 전자 (s, p, d 또는 f)가 원자 주위를 통과하여 이들을 강하게 결합시킨다.

금속 유리를 통해 이동하는 전자의 수에 따라 궤도가 대역을 위해 제공하고, 원자의 패킹은 금속 (알칼리 금속 등) 소프트 하드 광택 또는 전기의 양도체 수 있고 열.

이미지의 작은 사람을 구성하는 금속과 그의 노트북과 같은 금속의 원자를 함께 묶는 힘은 소금보다 우수합니다..

이것은 소금의 결정이 기계적 힘이 있기 전에 몇 개의 반으로 나뉠 수 있기 때문에 실험적으로 검증 될 수 있습니다. 금속 조각 (매우 작은 결정으로 이루어짐)은 변형된다..

예제들

다음 4 가지 화합물은 설명 된 화학 결합의 유형을 포함합니다 :

-불화 나트륨, NaF (Na+F-) : 이온 성.

-나트륨, 나트륨 : 금속.

-불소, F2 (F-F) : 비극성 공유 결합. 양자가 동일하기 때문에 두 원자 사이에 ΔE null이 있기 때문에.

-불화 수소, HF (H-F) :이 화합물에서는 불소가 수소보다 더 전기적이기 때문에 극성 공유.

비타민 B와 같은 화합물이 있습니다.12, 그것은 극성 및 이온 공유 결합 (포스페이트 그룹 -PO의 음전하에서)4--). 금속 클러스터와 같은 일부 복잡한 구조에서는 이러한 모든 유형의 링크가 공존 할 수 있습니다.

물질은 모든 현상에서 화학 결합의 예를 제공합니다. 연못의 바닥에있는 돌과 그것을 에워싸는 물에서 그 가장자리를 두드리는 두꺼비까지.

링크가 단순 할 수도 있지만, 분자 구조에서 원자의 수와 공간적 배열은 다양한 화합물의 길을 열어 준다..

화학 결합의 중요성

화학 결합의 중요성은 무엇입니까? 화학 결합의 부재를 일으킬 수있는 헤아릴 수 없을 정도의 결과는 자연에서의 그것의 엄청난 중요성을 강조합니다 :

-그것 없이는 전자는 전자기 복사를 흡수하지 않기 때문에 색이 존재하지 않을 것입니다. 대기 중에 존재하는 먼지와 얼음 입자가 사라져 하늘의 푸른 색이 어두워집니다..

-탄소는 끝없는 사슬을 형성 할 수 없으며, 이로부터 수조의 유기 및 생물학적 화합물이 유래되었습니다.

-단백질은 구성 아미노산으로 정의 될 수도 없습니다. 설탕과 지방은 살아있는 유기체의 탄소 화합물뿐만 아니라 사라질 것입니다..

-지구는 대기에서 빠져 나옵니다. 왜냐하면 가스에 화학 결합이 없기 때문에 지구를 함께 묶을 힘이 없기 때문입니다. 그들 사이에 약간의 분자간 상호 작용이있을 수도 없다..

-암석과 미네랄은 무겁지 만 결정질 또는 무정형 구조물 내부에 원자를 저장할 수 없기 때문에 산이 사라질 수 있습니다..

-세계는 고체 또는 액체 물질을 형성 할 수없는 독방 원자에 의해 형성 될 것이다. 이것은 또한 물질의 모든 변형이 사라지는 결과를 낳습니다. 즉, 화학 반응이 없을 것입니다. 어디서나 단 한 번의 가스 만.

참고 문헌

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