Har du noen gang lurt på hva som får universet til å henge sammen? Her er et hint: det er ikke en krukke i industriell størrelse med kosmisk superlim. Nei, hemmeligheten til å holde ting sammen er en kjemisk bindingsprosess kjent som valent binding - hvor elektronene i de ytre skallene til atomer binder seg til hverandre for å danne molekyler. Kovalente bindinger er noen av de kraftigste bindingene i universet.
Kovalente bindingers far - Irving Langmuir
Kjemisk vitenskaps verden ble introdusert for prinsippet om kovalens i 1919. Den fremtidige nobelprisvinnende kjemikeren Irving Langmuir laget begrepet for å beskrive de molekylære bindingene som dannes av elektroner i det ytterste skallet eller valensen til atomer. Begrepet 'kovalent binding' ble først tatt i bruk i 1939.
En amerikansk kjemiker, Irving Langmuir, ble født i Brooklyn, New York, 31. januar 1881, som den tredje av fire sønner til Charles Langmuir og Sadie Comings. Langmuir ble uteksaminert som metallurgisk ingeniør fra School of Mines ved Columbia University i 1903 og fikk sin M. A. og Ph.D. i kjemi i 1906. Hans arbeid innen overflatekjemi ville bli belønnet med Nobelprisen i kjemi, i 1932.
Atomer og molekyler - betyr de virkelig noe?
Enkelt sagt, uten atomer ville ikke universet eksistert. Dette er fordi atomer er de grunnleggende byggesteinene i materie. Hva menes egentlig med materie? I de fysiske og kjemiske vitenskapene er 'materie' definert som det som opptar plass og har hvilemasse, spesielt til forskjell fra energi. Så i et universelt nøtteskall, 'materie' er alt.
Atomer består av tre grunnleggende subatomære partikler: protoner, nøytroner og elektroner. Protoner er subatomære partikler som opprettholder en positiv elektrisk ladning. Nøytroner er subatomære partikler som verken har positiv eller negativ elektrisk ladning, dvs. nøytral. Protoner og nøytroner kombineres for å utgjøre et atoms kjerne. Elektroner, den siste subatomære partikkeltypen, opprettholder en negativ elektrisk ladning og går i bane rundt atomkjernen som en sky.
Så hva er molekyler? Molekyler er verken mer eller mindre enn atomer som er tiltrukket av andre atomer nok til å danne en binding. En valensbinding.
Molecular Bonding - Typer Valent Bonds
Når atomer binder seg til hverandre for å danne molekyler, kan prosessen skje på flere forskjellige måter. Den viktigste måten atomer vil binde seg på er kjent som kovalent. Begrepet kovalent refererer til det faktum at bindingen innebærer deling av ett eller flere elektronpar. Det er også andre måter atomer kan danne valente bindinger på, inkludert:
lite alkymikull
- Ionebindinger eller bindinger dannes når ett atom gir fra seg ett eller flere elektroner til et annet atom.
- Metalliske bindinger, typen kjemikalie binding som holder atomene til metaller sammen. Metalliske bindinger er den tvungne tiltrekningen mellom valenselektroner og metallatomene.
Kovalente molekylære bindinger - elementer vs. forbindelser
Når valente attraksjoner oppstår mellom atomer, danner de molekylære bindinger eller stoffer som enten er forbindelser eller elementer. Selv om molekylære forbindelser og molekylære elementer oppstår som et resultat av kovalent binding, er det også en viktig forskjell mellom de to.
Forskjellen mellom et molekyl av en forbindelse og et molekyl av et element er at i et molekyl av et element er alle atomene like. For eksempel, i et vannmolekyl (en forbindelse), er det ett oksygenatom og to hydrogenatomer. Men i et molekyl av oksygen (et grunnstoff) er begge atomene oksygen.
Eksempler på kovalente bindingsforbindelser
Det er mange eksempler på forbindelser som har kovalente bindinger, inkludert gassene i atmosfæren vår, vanlige brensler og de fleste forbindelsene i kroppen vår. Her er tre eksempler.
Metanmolekyl (CH4)
Den elektroniske konfigurasjonen av karbon er 2,4. Den trenger 4 elektroner til i det ytre skallet for å være som edelgassen neon. For å gjøre dette deler ett karbonatom fire elektroner med enkeltelektronene fra fire hydrogenatomer. Metanmolekylet har fire CH enkeltbindinger.
Vannmolekyl (H2O)
Ett oksygenatom går sammen med to hydrogenatomer. Vannmolekylet har to O-H enkeltbindinger.
Karbondioksid (CO2)
Ett karbonatom går sammen med to oksygenatomer. Karbondioksidmolekylet har to C=O-bindinger.
hvordan fjerne en bolt med strippet hode
Eksempler på kovalente bindingselementer
Når like atomer danner kovalente molekylære bindinger, er resultatene kovalente elementer. De ikke-metalliske kovalente elementene som finnes i det periodiske systemet inkluderer:
Kort hår fra 1920-tallet
- hydrogen
- karbon
- nitrogen
- fosfor
- oksygen
- svovel og selen.
I tillegg er alle halogenelementene, inkludert:
- fluor
- klor
- brom
- jod og astatin, er alle kovalente ikke-metalliske elementer.
Polare og ikke-polare kovalente bindinger
I motsetning til ioniske bindinger dannes det ofte kovalente bindinger mellom atomer der ett av atomene ikke lett kan oppnå en edelgass-elektronskallkonfigurasjon gjennom tap eller forsterkning av ett eller to elektroner. ... Derfor deler atomer som binder seg kovalent elektronene sine for å fullføre valensskallet.
Jo større elektronegativitetsforskjellen er, jo mer ionisk er bindingen. Bindinger som er delvis ioniske er polare kovalente bindinger. Ikke-polare kovalente bindinger, med lik deling av bindingselektronene, oppstår når elektronegativiteten til de to atomene er like.
Eksempler på polar kovalente bindinger
I en polar kovalent binding tilbringer elektronene som deles av atomene en større mengde tid, i gjennomsnitt, nærmere oksygenkjernen enn hydrogenkjernen. Dette er på grunn av geometrien til molekylet og den store elektronegativitetsforskjellen mellom hydrogenatomet og oksygenatomet.
Et vannmolekyl, forkortet H2O, er et eksempel på en polar kovalent binding. Elektronene er ulikt delt, med oksygenatomet tilbringer mer tid med elektroner enn hydrogenatomene. Siden elektroner bruker mer tid med oksygenatomet, har det en delvis negativ ladning.
Eksempler på ikke-polare kovalente bindinger
Ikke-polare molekyler har mindre sannsynlighet for å kunne oppløses i vann. Et ikke-polart stoff er et uten dipol, noe som betyr at det har en rettferdig fordeling av elektroner i sin molekylære struktur. Eksempler inkluderer karbondioksid, vegetabilske oljer og petroleumsprodukter.
Et eksempel på en ikke-polar kovalent binding er bindingen mellom to hydrogenatomer fordi de deler elektronene likt. Et annet eksempel på en ikke-polar kovalent binding er bindingen mellom to kloratomer fordi de også deler elektronene likt.
Kovalente bindinger - syv ting å huske
Her er noen viktige ting for å hjelpe deg å huske hva du nettopp har lært om kovalente bindinger:
- Valens og kovalente bindinger kobler sammen atomer for å lage molekyler.
- Atomer kan bindes på tre hovedmåter: kovalente bindinger, ioniske bindinger og metalliske bindinger.
- Begrepet kovalent binding beskriver bindingene i forbindelser som er et resultat av deling av ett eller flere elektronpar.
- Ioniske bindinger, der elektroner overføres mellom atomer, oppstår når atomer med bare noen få elektroner i det ytre skallet gir elektronene til atomer som bare mangler noen få fra det ytre skallet.
- I metalliske bindinger mister et stort antall atomer elektronene sine. De holdes sammen i et gitter av tiltrekningen mellom 'frie' elektroner og positive kjerner.
- Et atom som mister et elektron blir positivt ladet; et atom som får et elektron blir negativt ladet slik at de to atomene trekkes sammen av den elektriske tiltrekningen av motsetninger.
- Fordi de er negativt ladet, trekkes de delte elektronene likt til den positive kjernen til begge involverte atomer. Atomene holdes sammen av tiltrekningen mellom hver kjerne og de delte elektronene.