آیا تا به حال به این فکر کرده اید که چه چیزی باعث می شود جهان به هم بچسبد؟ در اینجا یک نکته وجود دارد: این یک شیشه به اندازه صنعتی از چسب فوق العاده کیهانی نیست. نه، راز نگه داشتن اشیاء در کنار هم یک فرآیند پیوند شیمیایی است که به پیوند ظرفیتی معروف است - جایی که الکترونها در لایههای بیرونی اتمها با یکدیگر پیوند مییابند و مولکولها را تشکیل میدهند. پیوندهای کووالانسی برخی از قوی ترین پیوندهای جهان هستند.
پدر پیوندهای کووالانسی - ایروینگ لانگمویر
جهان علم شیمی با اصل کووالانسی در سال 1919 آشنا شد. شیمیدان آینده برنده جایزه نوبل، ایروینگ لانگمویر، این اصطلاح را برای توصیف پیوندهای مولکولی تشکیل شده توسط الکترون ها در بیرونی ترین لایه یا ظرفیت اتم ها ابداع کرد. اصطلاح 'پیوند کووالانسی' برای اولین بار در سال 1939 مورد استفاده قرار گرفت.
شیمیدان آمریکایی، ایروینگ لانگمویر، در 31 ژانویه 1881 در بروکلین، نیویورک، به عنوان سومین پسر از چهار پسر چارلز لانگمویر و سادی کامینگز به دنیا آمد. لانگمویر در سال 1903 به عنوان مهندس متالورژی از دانشکده معادن دانشگاه کلمبیا فارغ التحصیل شد و مدرک کارشناسی ارشد و دکتری خود را دریافت کرد. در شیمی در سال 1906. کار او در شیمی سطح با جایزه نوبل در شیمی، در سال 1932 پاداش داده شد.
اتم ها و مولکول ها - آیا واقعا مهم هستند؟
به زبان ساده، بدون اتم، جهان وجود نخواهد داشت. این به این دلیل است که اتم ها بلوک های سازنده اصلی ماده هستند. منظور از ماده دقیقاً چیست؟ در علوم فیزیکی و شیمیایی، «ماده» به عنوان چیزی است که فضا را اشغال می کند و دارای جرم استراحت است، به ویژه به عنوان متمایز از انرژی. بنابراین به طور خلاصه، «ماده» همه چیز است.
اتم ها از سه ذره زیراتمی اساسی تشکیل شده اند: پروتون، نوترون و الکترون. پروتون ها ذرات زیر اتمی هستند که بار الکتریکی مثبت را حفظ می کنند. نوترون ها ذرات زیر اتمی هستند که نه بار الکتریکی مثبت و نه منفی دارند، یعنی خنثی. پروتون ها و نوترون ها با هم ترکیب می شوند و هسته اتم را می سازند. الکترونها، آخرین نوع ذرات زیراتمی، بار الکتریکی منفی را حفظ میکنند و مانند یک ابر به دور هسته اتم میچرخند.
پس مولکول ها چیست؟ مولکول ها چیزی بیشتر یا کمتر از اتم هایی نیستند که به اندازه کافی به اتم های دیگر جذب می شوند تا پیوند ایجاد کنند. یک پیوند ظرفیتی.
پیوند مولکولی - انواع پیوندهای ولنت
هنگامی که اتم ها به یکدیگر پیوند می خورند و مولکول تشکیل می دهند، این فرآیند می تواند به روش های مختلف رخ دهد. راه اصلی پیوند اتم ها به عنوان کووالانسی شناخته می شود. اصطلاح کووالانسی به این واقعیت اشاره دارد که پیوند شامل اشتراک یک یا چند جفت الکترون است. راههای دیگری نیز وجود دارد که اتمها میتوانند پیوندهای ظرفیتی تشکیل دهند، از جمله:
دی وی دی جیمز باند
- پیوندها یا پیوندهای یونی هنگامی که یک اتم یک یا چند الکترون را به اتم دیگر می دهد تشکیل می شود.
- پیوندهای فلزی، نوع ماده شیمیایی پیوند که اتم های فلزات را کنار هم نگه می دارد. پیوندهای فلزی جاذبه اجباری بین الکترونهای ظرفیت و اتمهای فلز هستند.
پیوندهای مولکولی کووالانسی - عناصر در مقابل ترکیبات
همانطور که جاذبه های ظرفیتی بین اتم ها رخ می دهد، پیوندهای مولکولی یا موادی را تشکیل می دهند که یا ترکیبات یا عناصر هستند. اگرچه ترکیبات مولکولی و عناصر مولکولی در نتیجه پیوند کووالانسی ایجاد می شوند، تفاوت مهمی نیز بین این دو وجود دارد.
تفاوت بین یک مولکول یک ترکیب و یک مولکول یک عنصر در این است که در یک مولکول یک عنصر، همه اتم ها یکسان هستند. به عنوان مثال، در یک مولکول آب (یک ترکیب)، یک اتم اکسیژن و دو اتم هیدروژن وجود دارد. اما در یک مولکول اکسیژن (یک عنصر)، هر دو اتم اکسیژن هستند.
نمونه هایی از ترکیبات پیوند کووالانسی
نمونههای زیادی از ترکیبات دارای پیوند کووالانسی وجود دارد، از جمله گازهای موجود در جو ما، سوختهای رایج و بیشتر ترکیبات بدن ما. در اینجا سه نمونه آورده شده است.
مولکول متان (CH4)
پیکربندی الکترونیکی کربن 2،4 است. برای اینکه شبیه نئون گاز نجیب باشد به 4 الکترون دیگر در پوسته بیرونی خود نیاز دارد. برای انجام این کار، یک اتم کربن چهار الکترون را با تک الکترون های چهار اتم هیدروژن به اشتراک می گذارد. مولکول متان دارای چهار پیوند منفرد C-H است.
مولکول آب (H2O)
یک اتم اکسیژن به دو اتم هیدروژن می پیوندد. مولکول آب دارای دو پیوند تک O-H است.
دی اکسید کربن (CO2)
یک اتم کربن به دو اتم اکسیژن می پیوندد. مولکول دی اکسید کربن دارای دو پیوند C=O است.
گیاه یشم چه شکلی است
نمونه هایی از عناصر پیوند کووالانسی
وقتی مانند اتم ها پیوندهای مولکولی کووالانسی تشکیل می دهند، نتایج عناصر کووالانسی هستند. عناصر کووالانسی غیرفلزی موجود در جدول تناوبی عبارتند از:
ایده های نقاشی برای بوم
- هیدروژن
- کربن
- نیتروژن
- فسفر
- اکسیژن
- گوگرد و سلنیوم
علاوه بر این، تمام عناصر هالوژن، از جمله:
- فلوئور
- کلر
- برم
- ید و استاتین همگی عناصر غیرفلزی کووالانسی هستند.
پیوندهای کووالانسی قطبی و غیر قطبی
برخلاف پیوندهای یونی، پیوندهای کووالانسی اغلب بین اتمها شکل میگیرد که در آن یکی از اتمها نمیتواند به راحتی از طریق از دست دادن یا به دست آوردن یک یا دو الکترون به پیکربندی پوسته الکترون گاز نجیب دست یابد. ... بنابراین اتم هایی که پیوند کووالانسی دارند الکترون های خود را برای تکمیل لایه ظرفیت خود به اشتراک می گذارند.
هرچه اختلاف الکترونگاتیوی بیشتر باشد، پیوند یونی بیشتری دارد. پیوندهایی که تا حدی یونی هستند، پیوندهای کووالانسی قطبی هستند. پیوندهای کووالانسی غیرقطبی، با اشتراک مساوی از الکترون های پیوند، زمانی به وجود می آیند که الکترونگاتیوهای دو اتم برابر باشند.
نمونه هایی از پیوندهای کووالانسی قطبی
در یک پیوند کووالانسی قطبی، الکترونهای مشترک بین اتمها، به طور متوسط زمان بیشتری را نسبت به هسته هیدروژن به هسته اکسیژن نزدیکتر میگذرانند. این به دلیل هندسه مولکول و اختلاف الکترونگاتیوی زیاد بین اتم هیدروژن و اتم اکسیژن است.
یک مولکول آب که به اختصار H2O نامیده می شود، نمونه ای از پیوند کووالانسی قطبی است. الکترون ها به طور نابرابر به اشتراک گذاشته می شوند، به طوری که اتم اکسیژن زمان بیشتری را با الکترون ها صرف می کند تا اتم های هیدروژن. از آنجایی که الکترون ها زمان بیشتری را با اتم اکسیژن می گذرانند، بار منفی جزئی حمل می کنند.
نمونه هایی از پیوندهای کووالانسی غیر قطبی
مولکول های غیر قطبی کمتر در آب حل می شوند. یک ماده غیر قطبی ماده ای بدون دوقطبی است، به این معنی که توزیع عادلانه ای از الکترون ها در ساختار مولکولی خود دارد. به عنوان مثال می توان به دی اکسید کربن، روغن های گیاهی و فرآورده های نفتی اشاره کرد.
نمونه ای از پیوند کووالانسی غیرقطبی پیوند بین دو اتم هیدروژن است زیرا آنها به طور مساوی الکترون ها را به اشتراک می گذارند. نمونه دیگری از پیوند کووالانسی غیرقطبی پیوند بین دو اتم کلر است زیرا آنها به طور مساوی الکترون ها را به اشتراک می گذارند.
پیوندهای کووالانسی - هفت چیزی که باید به خاطر بسپارید
در اینجا چند نکته کلیدی وجود دارد که به شما کمک می کند آنچه را که اخیراً در مورد پیوندهای کووالانسی آموخته اید به خاطر بسپارید:
- پیوندهای ظرفیتی و کووالانسی اتم ها را به هم متصل می کنند تا مولکول بسازند.
- اتم ها می توانند به سه روش اصلی پیوند بخورند: پیوندهای کووالانسی، پیوندهای یونی و پیوندهای فلزی.
- اصطلاح پیوند کووالانسی پیوندهای موجود در ترکیبات را توصیف می کند که از اشتراک یک یا چند جفت الکترون حاصل می شود.
- پیوندهای یونی، جایی که الکترونها بین اتمها منتقل میشوند، زمانی اتفاق میافتند که اتمهایی که فقط چند الکترون در لایه بیرونی خود دارند، الکترونهایی را به اتمهایی میدهند که فقط چند الکترون از پوسته بیرونیشان وجود ندارد.
- در پیوندهای فلزی، تعداد زیادی اتم الکترون های خود را از دست می دهند. آنها توسط جاذبه بین الکترون های 'آزاد' و هسته های مثبت در یک شبکه نگه داشته می شوند.
- اتمی که یک الکترون از دست می دهد بار مثبت می شود. اتمی که یک الکترون به دست می آورد، بار منفی پیدا می کند، بنابراین دو اتم با جاذبه الکتریکی اضداد به هم کشیده می شوند.
- از آنجایی که آنها دارای بار منفی هستند، الکترون های مشترک به طور مساوی به سمت هسته مثبت هر دو اتم درگیر کشیده می شوند. اتم ها با جاذبه بین هر هسته و الکترون های مشترک کنار هم نگه داشته می شوند.