原子間の結合を決定します。 化学結合

化学物質が化学元素の関連性のない個々の原子から構成されることは非常にまれです。 通常の状態では、ヘリウム、ネオン、アルゴン、クリプトン、キセノン、ラドンなど、希ガスと呼ばれる少数のガスのみがそのような構造を持っています。 ほとんどの場合、化学物質は異なる原子で構成されているのではなく、それらの組み合わせでさまざまなグループが構成されています。 このような原子の組み合わせには、数単位、数百、数千、さらにはそれ以上の原子が含まれる場合があります。 これらの原子をそのようなグループに維持する力は次のように呼ばれます。 化学結合.

言い換えれば、化学結合は、個々の原子がより複雑な構造（分子、イオン、ラジカル、結晶など）に結合することを保証する相互作用であると言えます。

化学結合が形成される理由は、より複雑な構造のエネルギーが、それを形成する個々の原子の総エネルギーよりも小さいためです。

したがって、特に、X 原子と Y 原子の相互作用中に XY 分子が形成される場合、これは次のことを意味します。 内部エネルギーこの物質の分子は、それが形成された個々の原子の内部エネルギーよりも低くなります。

E(XY)< E(X) + E(Y)

このため、個々の原子間に化学結合が形成されると、エネルギーが放出されます。

化学結合の形成において、原子核との結合エネルギーが最も低い外側の電子層の電子は、 価数。 たとえば、ホウ素では、これらは第 2 エネルギー準位の電子です - 2 個あたり 2 個の電子 そ、軌道と 1 by 2 p-軌道:

化学結合が形成されると、各原子は希ガス原子の電子配置を取得する傾向があります。 そのため、その外側の電子層には 8 個の電子が存在します (第 1 周期の元素の場合は 2 個)。 この現象はオクテットルールと呼ばれます。

最初に単一の原子が価電子の一部を他の原子と共有している場合、原子が希ガスの電子配置を達成することが可能です。 この場合、共通の電子対が形成されます。

電子の社会化の程度に応じて、共有結合、イオン結合、および金属結合を区別できます。

共有結合

共有結合は、非金属元素の原子間で最も頻繁に発生します。 共有結合を形成する非金属原子が異なる化学元素に属している場合、そのような結合は極性共有結合と呼ばれます。 この名前の理由は、異なる元素の原子は、共通の電子対を自分自身に引き寄せる異なる能力も持っているという事実にあります。 明らかに、これにより共通の電子対が原子の 1 つに向かって移動し、その結果、原子上に部分的な負電荷が形成されます。 次に、他の原子に部分的な正電荷が形成されます。 たとえば、塩化水素分子では、電子対が水素原子から塩素原子に移動します。

極性共有結合を持つ物質の例:

СCl 4 、H 2 S、CO 2 、NH 3 、SiO 2 など

非極性の共有結合は、同じ非金属の原子間に形成されます。 化学元素。 原子は同一であるため、共有電子を引き出す能力も同じです。 この点に関して、電子対の変位は観察されません。

両方の原子が共通の電子対を形成するために電子を提供する場合の共有結合の形成に関する上記のメカニズムは、交換と呼ばれます。

ドナー・アクセプター機構もあります。

ドナー-アクセプター機構によって共有結合が形成されると、1 つの原子の満たされた軌道 (電子が 2 つある) と別の原子の空の軌道により共通の電子対が形成されます。 非共有電子対を提供する原子はドナーと呼ばれ、自由軌道を持つ原子はアクセプターと呼ばれます。 電子対のドナーは、N、O、P、S など、電子対を持つ原子です。

たとえば、ドナー-アクセプター機構によれば、4番目の共有結合の形成は NH結合アンモニウムカチオン NH 4 + では:

極性に加えて、共有結合はエネルギーによっても特徴付けられます。 結合エネルギーとは、原子間の結合を切るのに必要な最小エネルギーです。

結合エネルギーは、結合原子の半径が増加するにつれて減少します。 原子半径がサブグループになるほど増加することがわかっているため、たとえば、ハロゲン - 水素結合の強度が系列内で増加すると結論付けることができます。

やあ< HBr < HCl < HF

また、結合エネルギーはその多重度に依存します。結合の多重度が大きいほど、そのエネルギーも大きくなります。 結合多重度は、2 つの原子間の共通電子対の数です。

イオン結合

イオン結合は、極性共有結合の限定的なケースと考えることができます。 共有極性結合では、共通電子対が部分的に原子対の 1 つにシフトされますが、イオン結合では、共通電子対は原子の 1 つにほぼ完全に「与えられます」。 電子を供与した原子は正の電荷を帯びて、 カチオン、そこから電子を奪った原子はマイナスの電荷を帯びて、 アニオン.

したがって、イオン結合は、カチオンのアニオンへの静電引力によって形成される結合です。

このタイプの結合の形成は、典型的な金属と典型的な非金属の原子の相互作用の特徴です。

例えば、フッ化カリウム。 カリウムカチオンは中性原子から 1 個の電子が離れると得られ、フッ素原子に 1 個の電子が結合するとフッ素イオンが形成されます。

結果として生じるイオン間には静電引力が生じ、その結果としてイオン性化合物が形成されます。

化学結合の形成中に、ナトリウム原子からの電子が塩素原子に渡され、完全な外部エネルギー準位を有する逆に荷電したイオンが形成されます。

電子は金属原子から完全に離れるのではなく、共有結合のように塩素原子に向かって移動するだけであることが確認されています。

金属原子を含むほとんどの二元化合物はイオン性です。 例えば、酸化物、ハロゲン化物、硫化物、窒化物など。

イオン結合は、単純なカチオンと単純なアニオン (F -、Cl -、S 2-) の間、および単純なカチオンと複雑なアニオン (NO 3 -、SO 4 2-、PO 4 3-、OH -) の間でも発生します。 。 したがって、イオン性化合物には、塩および塩基 (Na 2 SO 4、Cu (NO 3) 2、(NH 4) 2 SO 4)、Ca (OH) 2、NaOH) が含まれます。

金属接続

このタイプの結合は金属内に形成されます。

すべての金属の原子は、外側の電子層に原子核との結合エネルギーが低い電子を持っています。 ほとんどの金属では、外部電子の損失はエネルギー的に有利です。

原子核とのこのような弱い相互作用を考慮すると、金属内のこれらの電子は非常に動きやすく、各金属結晶内で次のプロセスが継続的に発生します。

M 0 - ne - \u003d M n +、M 0 は中性金属原子、および同じ金属の M n + カチオンです。 以下の図は、進行中のプロセスを示しています。

つまり、電子は金属結晶に沿って「突進」し、1 つの金属原子から分離して陽イオンを形成し、別の陽イオンと結合して中性原子を形成します。 この現象は「電子風」と呼ばれ、非金属原子の結晶内にある自由電子の集合は「電子ガス」と呼ばれました。 このような金属原子間の相互作用は金属結合と呼ばれます。

水素結合

物質中の水素原子が電気陰性度の高い元素（窒素、酸素、フッ素）と結合すると、その物質は水素結合という現象を起こすという特徴があります。

水素原子は電気陰性原子に結合しているため、水素原子には部分的に正電荷が形成され、電気陰性原子には部分的に負電荷が形成されます。 これに関して、ある分子の部分的に正に帯電した水素原子と別の分子の電気陰性原子との間で静電引力が可能になります。 たとえば、水分子の水素結合が観察されます。

水の融点が異常に高いことは水素結合によって説明されます。 水に加えて、フッ化水素、アンモニア、酸素含有酸、フェノール、アルコール、アミンなどの物質でも強い水素結合が形成されます。

電子殻には 8 個の外部電子が含まれており、そのうち 2 個は表面に位置していることが知られています。 そ、軌道、そして6 - 上 R-軌道、持っています 安定性が向上しました。一致します 不活性ガス : ネオン、アルゴン、クリプトン、キセノン、ラドン（周期表で見つけてください）。 さらに安定しているのは、電子を 2 つだけ含むヘリウム原子です。 他のすべての元素の原子は、その電子配置を最も近い不活性ガスの電子配置に近づける傾向があります。 これは 2 つの方法で実行できます。1 つは外側準位に電子を与えるか追加することです。

不対電子を 1 つしか持たないナトリウム原子にとっては、それを手放す方が有利です。これにより、原子は電荷を受け取り（イオンになり）、不活性ネオンガスの電子配置を獲得します。

塩素原子は、最も近い不活性ガスの配置より電子が 1 つだけ足りないため、電子を獲得する傾向があります。

各元素は多かれ少なかれ電子を引き付ける能力を持っており、これは次の値によって数値的に特徴付けられます。 電気陰性度。 したがって、元素の電気陰性度が大きいほど、電子を引き寄せる力が強くなり、酸化特性がより顕著になります。

分子が形成される理由は、原子が安定した電子殻を獲得したいという欲求によって説明されます。

意味

化学結合- これは原子間の相互作用であり、化学分子または結晶全体の安定性を決定します。

化学結合の種類

化学結合には主に 4 つの種類があります。

2 つの原子との相互作用を考えてみましょう。 同じ価値観電気陰性度、たとえば 2 つの塩素原子。 それらはそれぞれ 7 つの価電子を持っています。 それらは、最も近い不活性ガスの電子配置より 1 電子足りません。

2 つの原子が一定の距離に近づくと、両方の原子に同時に属する共通の電子対が形成されます。 この共有ペアが化学結合です。 水素分子の場合も同じことが起こります。 水素には不対電子が 1 つだけあり、最も近い不活性ガス (ヘリウム) の構成ではもう 1 つ電子が欠けています。 したがって、2 つの水素原子が近づくと、1 つの共通の電子対を形成します。

意味

電子が相互作用して共通の電子対を形成するときに生じる非金属原子間の結合は、 共有結合性。

相互作用する原子の電気陰性度の値が等しい場合、共通の電子対は両方の原子に等しく属します。つまり、両方の原子から等しい距離にあります。 この共有結合はと呼ばれます 無極性.

意味

非極性の共有結合- 電気陰性度が等しいか近い値を持つ非金属原子間の化学結合。 この場合、共通の電子対は両方の原子に等しく属しており、電子密度のシフトは観察されません。

非極性の共有結合は、単純な非金属物質で発生します: $\mathrm(O)_2、\mathrm(N)_2、\mathrm(Cl)_2、\mathrm(P)_4、\mathrm(O)_3 $。 原子間の相互作用において、 いろいろな意味水素や塩素などの電気陰性度の場合、共通の電子対はより電気陰性度の高い原子、つまり塩素の方向にシフトします。 塩素原子は部分的に負の電荷を帯び、水素原子は部分的に正の電荷を帯びます。 これは極性共有結合の一例です。

意味

電気陰性度の異なる非金属元素によって形成される結合を 共有結合極性。この場合、電子密度はより電気陰性度の高い元素に向かってシフトします。

プラスとマイナスの電荷の中心が離れている分子を 双極子。 極性結合は、異なる電気陰性度を持つ原子間、たとえば異なる非金属間など、電気陰性度が大きく異なる原子間で発生します。 極性共有結合を持つ化合物の例としては、非金属同士の化合物や、非金属原子を含むさまざまなイオン $(\mathrm(NO)_3–, \mathrm(CH)_3\mathrm(COO)– )$。 共有結合性極性化合物は特に多く存在します。 有機物.

元素の電気陰性度の差が大きい場合、電子密度の変化だけでなく、ある原子から別の原子への電子の完全な移動が起こります。 フッ化ナトリウムNaFを例にして考えてみましょう。 前に見たように、ナトリウム原子は 1 つの電子を供与する傾向があるのに対し、フッ素原子はそれを受け入れる準備ができています。 これは、電子の移動を伴うそれらの相互作用によって簡単に達成されます。

この場合、ナトリウム原子はその電子をフッ素原子に完全に移動させます。ナトリウムは電子を失ってプラスに帯電し、塩素は電子を獲得してマイナスに帯電します。

意味

電荷を帯びた原子および原子団は次のように呼ばれます。 イオン。

得られた分子 - 塩化ナトリウム $Na^+F^-$ - では、逆に帯電したイオンの静電引力によって結合が行われます。 このような接続はと呼ばれます イオン性の。 これは、典型的な金属と非金属の間、つまり電気陰性度の値が大きく異なる原子の間で実現されます。

意味

イオン結合逆に帯電したイオン、つまり陽イオンと陰イオンの間の静電引力によって形成されます。

別のタイプの接続もあります - メタリックな単体金属の特徴。 それは、部分的にイオン化された金属原子と価電子が引き付けられ、単一の電子雲 (「電子ガス」) を形成するという特徴があります。 金属内の価電子は非局在化されており、同時にすべての金属原子に属し、結晶中を自由に移動します。 したがって、接続は多中心になります。 遷移金属では、金属結合は部分的に電子で満たされたプレ外部層の d 軌道の重なりによって補われるため、本質的に部分的に共有結合になります。 金属が金属を形成する 結晶格子。 「メタルボンドとその特徴」の項目で詳しく説明します。

分子間相互作用

強い分子間相互作用の例

は 水素このつながり、 1 つの分子の水素原子と電気陰性度の高い原子との間で形成されます ($\mathrm(F)$、$\mathrm(O)$、$\mathrm(N)$)。 水素結合の例としては、水分子 $\mathrm(O)_2\mathrm(O)…\mathrm(OH)_2$、アンモニア、水分子 $\mathrm(H)_3\mathrm(N)… の相互作用があります。 \mathrm(OH) _2$、メタノールと水 $\mathrm(CH)_3\mathrm(OH)…\mathrm(OH)_2$ 、およびタンパク質分子、多糖類、核酸のさまざまな部分。

分子間相互作用の別の例は次のとおりです。 ファンデルワールス軍、分子の分極と双極子の形成中に発生します。 これらは、層状結晶 (グラファイトの構造など) の原子層間の結合を引き起こします。

化学結合の特徴

化学結合の特徴は、 長さ、エネルギー、方向と 満腹感(各原子は限られた数の結合を形成できます)。 結合多重度は、共通の電子対の数に等しい。 分子の形状は、結合形成に関与する電子雲の種類と、非共有電子対の有無によって決まります。 したがって、たとえば $\mathrm(CO)_2$ 分子は線形 (孤立電子対がありません) ですが、$\mathrm(H)_2\mathrm(O)$ と $\mathrm(SO)_2$ は角度 (孤立電子対が存在します)、カップル)。 相互作用する原子の電気陰性度の値が大きく異なる場合、共通の電子対はほぼ完全に電気陰性度が最も高い原子の方にシフトします。 したがって、イオン結合は、電子がある原子から別の原子へほぼ完全に通過した場合の極性共有結合の限定的なケースと考えることができます。 実際には、完全な置換は決して起こりません。つまり、完全にイオン性の物質は存在しません。 たとえば、$\mathrm(NaCl)$ では、原子の実際の電荷は +1 と –1 ではなく、+0.92 と –0.92 です。

イオン結合は、典型的な金属と非金属および酸残基との化合物、つまり金属酸化物 ($\mathrm(CaO)$、$\mathrm(Al)_2\mathrm(O)_3$)、アルカリ ($\ mathrm(NaOH )$、$\mathrm(Ca(OH))_2$) および塩 ($\mathrm(NaCl)$、$\mathrm(K)_2\mathrm(S)$、$\mathrm(K)_2 \mathrm( SO)_4$、$\mathrm(NH)_4\mathrm(Cl)$、$\mathrm(CH)_3\mathrm(NH)_3^+$、$\mathrm(Cl^–)$)。

化学結合形成のメカニズム

化学結合の概念は、科学としての化学のさまざまな分野において少なからず重要です。 これは、個々の原子が分子に結合し、化学研究の対象となるあらゆる種類の物質を形成できるという事実によるものです。

原子や分子の多様性が出現に関係している さまざまな種類それらの間のつながり。 さまざまなクラスの分子は、電子の分布に関する独自の特徴、したがって独自の種類の結合によって特徴付けられます。

基本概念

化学結合原子の結合を引き起こし、より複雑な構造の安定した粒子 (分子、イオン、ラジカル) や凝集体 (結晶、ガラスなど) を形成する一連の相互作用と呼ばれます。 これらの相互作用の性質は電気的なものであり、接近する原子内の価電子の分布中に発生します。

原子価は受け入れられます原子が他の原子と特定の数の結合を形成する能力に名前を付けます。 イオン性化合物では、与えられた、または付着した電子の数が価数として扱われます。 共有結合性化合物では、これは共通電子対の数に等しくなります。

下 酸化の程度は条件付きで理解されますすべての極性共有結合がイオン性である場合に原子上に存在する可能性のある電荷。

接続の多重度は次のように呼ばれます。考慮されている原子間で共有される電子対の数。

化学のさまざまなセクションで考慮される結合は、2 つのタイプの化学結合に分類できます。1 つは新しい物質 (分子内) の形成につながる化学結合です。 、 と分子間（分子間）で生じるもの。

基本的な通信特性

結合エネルギーによって分子内のすべての結合を切断するのに必要なエネルギーです。 それは結合形成中に放出されるエネルギーでもあります。

通信長引力と斥力が釣り合う、分子内の隣接する原子核間の距離を指します。

原子の化学結合のこれら 2 つの特性は、その強度の尺度になります。長さが短く、エネルギーが大きいほど、結合は強くなります。

価電子角原子核を通る結合の方向に通る、表示された線の間の角度を呼ぶのが慣例です。

関係の記述方法

量子力学から借用した、化学結合を説明するための 2 つの最も一般的なアプローチは次のとおりです。

分子軌道の方法。彼は、分子を電子と原子核の集合として考え、個々の電子は他のすべての電子と原子核の作用場内を移動します。 分子には軌道構造があり、すべての電子はこの軌道に沿って分布しています。 また、この方法はMO LCAOと呼ばれます。これは、「分子軌道 - 線形結合」の略です。

原子価結合の方法。分子を 2 つの中心分子軌道の系として表します。 さらに、それらのそれぞれは、分子内の 2 つの隣接する原子間の 1 つの結合に対応します。 この方法は以下に基づいています 以下の規定:

1. 化学結合の形成は、考慮されている 2 つの原子の間に位置する、反対のスピンを持つ一対の電子によって行われます。 形成された電子対は 2 つの原子に等しく属します。
2. 1 つまたは別の原子によって形成される結合の数は、基底状態および励起状態の不対電子の数に等しい。
3. 電子対が結合の形成に関与しない場合、それらは孤立電子対と呼ばれます。

電気陰性度

物質内の化学結合の種類は、その構成原子の電気陰性度の値の違いに基づいて決定できます。 下 電気陰性度原子が共通の電子対 (電子雲) を引きつけ、結合分極を引き起こす能力を理解します。

存在 さまざまな方法化学元素の電気陰性度の値の決定。 ただし、最も使用されているのは、1932 年に L. Pauling によって提案された熱力学データに基づくスケールです。

原子の電気陰性度の差が大きいほど、そのイオン性がより顕著になります。 逆に、電気陰性度の値が等しいか近い場合は、結合の共有結合の性質を示します。 言い換えれば、特定の分子にどの化学結合が観察されるかを数学的に判断することが可能です。 これを行うには、次の式に従って原子の電気陰性度の差である ΔX を計算する必要があります。 ΔX=|X 1 -バツ 2 |.

• もしも ΔX>1.7、その場合、結合はイオン結合になります。
• もしも 0.5≦ΔХ≦1.7、共有結合は極性です。
• もしも ΔX=0またはそれに近い場合、共有結合は非極性になります。

イオン結合

イオン結合は、イオン間、または原子の 1 つによる共通の電子対の完全な引き抜きによって現れる結合です。 物質では、この種の化学結合は静電引力によって行われます。

イオンは、電子の追加または放出の結果として原子から形成される荷電粒子です。 原子が電子を受け取ると、マイナス電荷を帯びて陰イオンになります。 原子が与えるなら 価電子、カチオンと呼ばれるプラスに荷電した粒子になります。

これは、典型的な金属の原子と典型的な非金属の原子との相互作用によって形成される化合物の特徴です。 このプロセスの主な部分は、安定した電子配置を獲得するための原子の吸引です。 このために、典型的な金属と非金属は 1 ～ 2 個の電子のみを授受する必要があり、これを簡単に行います。

分子内でのイオン化学結合の形成メカニズムは、伝統的にナトリウムと塩素の相互作用を例にして考えられてきました。 アルカリ金属原子は、ハロゲン原子に引っ張られた電子を容易に供与します。 その結果、Na + カチオンと Cl - アニオンが形成され、静電引力によって結合されます。

理想的なイオン結合は存在しません。 イオン性と呼ばれることが多いこのような化合物であっても、原子から原子への最終的な電子の移動は起こりません。 形成された電子対は今でも一般的に使用されています。 したがって、彼らは共有結合のイオン性の程度について話します。

イオン結合は、相互に関連する 2 つの主な特性によって特徴付けられます。

• 無指向性、つまり 電界イオンの周りは球の形をしています。
• 不飽和、つまり任意のイオンの周囲に配置できる逆に帯電したイオンの数は、そのサイズによって決まります。

共有結合

非金属原子の電子雲が重なるときに形成される結合、つまり共通の電子対によって実行される結合は、共有結合と呼ばれます。 共有電子対の数によって結合の多重度が決まります。 したがって、水素原子は単一の H·H 結合によって接続され、酸素原子は二重結合 O::O を形成します。

その形成には 2 つのメカニズムがあります。

• 交換 - 各原子は共通ペアの形成のための1つの電子を表します：A + B \u003d A: B。一方、1つの電子が位置する外部原子軌道は接続の実装に参加します。
• ドナー-アクセプター - 結合を形成するには、原子の1つ（ドナー）が一対の電子を提供し、2番目（アクセプター）がその配置のための自由軌道を提供します：A +：B \u003d A：B。

共有結合の化学結合の形成中に電子雲が重なり合う方法も異なります。

1. 直接。 雲の重なり合う領域は、考慮されている原子の原子核を結ぶ仮想の直線上にあります。 この場合、σ結合が形成される。 この場合に発生する化学結合の種類は、重なり合う電子雲の種類 (s-s、s-p、p-p、s-d、または p-d σ 結合) によって異なります。 粒子 (分子またはイオン) 内では、隣接する 2 つの原子間に 1 つの σ 結合のみが発生します。
2. 横方向。 原子核を結んだ線の両側で行われます。 これが π 結合の形成方法であり、その種類も p-p、p-d、d-d のようになります。 σ 結合から離れて π 結合が形成されることはなく、複数の (二重および三重) 結合を含む分子内に存在する可能性があります。

共有結合の性質

彼らは化学物質を決定し、 物理的特徴接続。 物質内の化学結合の主な特性は、その方向性、極性、分極率、および飽和です。

オリエンテーション機能によるコミュニケーション 分子構造物質とその分子の幾何学的形状。 その本質は、空間内の特定の方向で電子雲の最良の重なりが可能であるという事実にあります。 σ 結合および π 結合の形成のオプションはすでに上で検討されています。

下 満腹感分子内に特定の数の化学結合を形成する原子の能力を理解します。 各原子の共有結合の数は、外側の軌道の数によって制限されます。

極性結合は原子の電気陰性度の値の違いに依存します。 これは、原子核間の電子の分布の均一性を決定します。 これに基づく共有結合は、極性または非極性であり得る。

• 共通の電子対が各原子に等しく属し、原子核から同じ距離に位置する場合、共有結合は無極性です。
• 共通の電子対が原子の 1 つの核に移動すると、共有極性化学結合が形成されます。

分極率外部からの作用による結合電子の変位によって表されます。 電界、別の粒子、同じ分子内の隣接する結合に属しているか、外部の電磁場の発生源に由来している可能性があります。 したがって、それらの影響下にある共有結合はその極性を変える可能性があります。

軌道の混成は、化学結合の実行中の軌道の形態の変化として理解されます。 これは、最も効果的なオーバーラップを実現するために必要です。 ハイブリダイゼーションには次の種類があります。

• スプ３。 1 つの s 軌道と 3 つの p 軌道は、同じ形状の 4 つの「混成」軌道を形成します。 外見上は、軸間の角度が 109 ° の四面体に似ています。
• スプ２。 1 つの s 軌道と 2 つの p 軌道は、軸間の角度が 120° の平らな三角形を形成します。
• sp. 1 つの s 軌道と 1 つの p 軌道は、軸間の角度が 180° である 2 つの「ハイブリッド」軌道を形成します。

金属原子の構造の特徴は、半径がかなり大きいことと、外側の軌道に少数の電子が存在することです。 その結果、このような化学元素では、原子核と価電子の間の結合が比較的弱く、簡単に壊れてしまいます。

金属結合は金属原子とイオン間の相互作用であり、非局在化電子の助けを借りて行われます。

金属粒子では、価電子は外側の軌道から簡単に離れたり、その上の空いた場所を占めたりすることがあります。 したがって、異なる時点では、同じ粒子が原子にもイオンにもなる可能性があります。 それらから引きはがされた電子は結晶格子全体を自由に移動し、化学結合を実行します。

このタイプの結合は、イオン結合や共有結合と類似しています。 イオンの場合と同様に、イオンも金属結合の存在に必要です。 しかし、前者の静電相互作用の実現にカチオンとアニオンが必要な場合、後者の場合、負に帯電した粒子の役割は電子によって果たされます。 金属結合と共有結合を比較すると、両方の形成には共通の電子が必要です。 ただし、極性化学結合とは異なり、それらは 2 つの原子間に局在せず、結晶格子内のすべての金属粒子に属します。

金属結合は、ほぼすべての金属の特殊な特性を担っています。

• 可塑性。電子ガスによって保持される結晶格子内の原子層が移動する可能性によって存在します。
• 金属光沢。電子からの光線の反射によって観察されます（粉末状態では結晶格子がないため、電子はそれに沿って移動します）。
• 電気伝導性は、荷電粒子の流れによって行われます。 この場合小さな電子は大きな金属イオンの間を自由に移動します。
• 熱伝導率は、電子が熱を伝達する能力によって観察されます。

このタイプの化学結合は、共有結合と分子間相互作用の中間と呼ばれることもあります。 水素原子が電気陰性度の強い元素 (リン、酸素、塩素、窒素など) と結合している場合、水素と呼ばれる追加の結合を形成することができます。

これは、上で検討したすべての種類の結合よりもはるかに弱い (エネルギーは 40 kJ/mol 以下) ですが、無視することはできません。 このため、図中の水素の化学結合は点線のように見えます。

水素結合の発生は、ドナーとアクセプターの静電相互作用によって同時に発生する可能性があります。 電気陰性度の値に大きな差があると、O、N、Fなどの原子に過剰な電子密度が現れ、水素原子には電子密度が不足します。 このような原子間に化学結合が存在しない場合は、それらの原子で十分です。 近接性引力が活性化されます。 この場合、陽子は電子対のアクセプターであり、2 番目の原子はドナーです。

水素結合は、隣接する分子間 (水、カルボン酸、アルコール、アンモニアなど) と分子内 (サリチル酸など) の両方で発生します。

水の分子間に水素結合が存在することで、その独特の物理的特性の多くが説明されます。

• 計算によると、その熱容量、誘電率、沸点、融点の値は実際の値よりもはるかに低いはずです。これは、分子の結合と分子間水素を破壊するのにエネルギーを消費する必要性によって説明されます。絆。
• 他の物質とは異なり、水は温度が下がると体積が増加します。 これは、分子が氷の結晶構造内の特定の位置を占め、水素結合の長さだけ互いに離れるという事実によるものです。

この結合は、タンパク質分子内のこの結合の存在によってその特別な構造が決まり、ひいてはその特性が決定されるため、生物にとって特別な役割を果たします。 そのほか、 核酸 DNA の二重らせんを構成する , も水素結合によって正確に接続されています。

結晶内の結合

固体の大部分は結晶格子、つまり固体を形成する粒子の特別な相互配置を持っています。 この場合、三次元の周期性が観察され、原子、分子、イオンがノードに位置し、それらが仮想線で結ばれます。 これらの粒子の性質と粒子間の結合に応じて、すべての結晶構造は原子、分子、イオン、金属に分類されます。

イオン結晶格子のノードには、カチオンとアニオンがあります。 そしてそれぞれが厳重に囲まれています 特定の数逆の電荷を持つイオン。 代表的な例は塩化ナトリウム (NaCl) です。 分解するには多くのエネルギーを必要とするため、融点と硬度が高い傾向があります。

分子結晶格子の節点には、共有結合によって形成された物質（例えば、I 2 ）の分子が存在します。 それらは弱いファンデルワールス相互作用によって互いに接続されているため、このような構造は簡単に破壊されます。 このような化合物は沸点と融点が低くなります。

原子結晶格子は、価数の高い化学元素の原子によって形成されます。 これらは強い共有結合によって結合されており、これは物質の沸点、融点、硬度が高いことを意味します。 その一例がダイヤモンドです。

したがって、すべてのタイプの接続が利用可能です。 化学薬品、分子や物質内の粒子の相互作用の微妙さを説明する独自の特徴があります。 化合物の特性はそれらに依存します。 これらは環境内で発生するすべてのプロセスを決定します。

無機および有機物質の分子が形成される原因。 化学結合は、原子の核と電子によって生成される電場の相互作用中に現れます。 したがって、共有化学結合の形成は電気的性質と関連しています。

つながりとは

この用語は、強力な多原子系の形成につながる 2 つ以上の原子の作用の結果を指します。 主な種類の化学結合は、反応する原子のエネルギーが減少するときに形成されます。 結合形成の過程で、原子は電子殻を完成させようとします。

通信の種類

化学では、イオン結合、共有結合、金属結合など、いくつかの種類の結合があります。 共有結合には、極性と非極性の 2 種類があります。

その生成メカニズムはどのようなものなのでしょうか？ 非極性の共有化学結合は、同じ電気陰性度を持つ同一の非金属の原子間に形成されます。 この場合、共通の電子対が形成されます。

無極性結合

非極性の共有化学結合を持つ分子の例には、ハロゲン、水素、窒素、酸素が含まれます。

この関連性は、1916 年にアメリカの化学者ルイスによって初めて発見されました。 まず、彼は仮説を立てましたが、それは実験による確認の後に初めて確認されました。

共有化学結合は電気陰性度に関連しています。 非金属の場合、値が高くなります。 原子の化学的相互作用の過程で、ある原子から別の原子に電子を移動させることが常に可能であるとは限らず、その結果、それらは結合します。 真の共有化学結合が原子間に現れます。 8年生レギュラー 学校のカリキュラムいくつかの種類のコミュニケーションについての詳細な検討が含まれます。

通常の状態では、このタイプの結合を持つ物質は、融点の低い液体、気体、固体です。

共有結合の種類

この問題についてさらに詳しく見てみましょう。 化学結合にはどのような種類がありますか? 共有結合は、ドナーとアクセプターの変異体を交換して存在します。

最初のタイプは、各原子が 1 個の不対電子を戻して共通の電子結合を形成することを特徴としています。

共通の結合で結合した電子は逆のスピンを持たなければなりません。 水素は、このタイプの共有結合の例として考えられます。 原子が互いに近づくと、それらの電子雲が互いに貫通し、科学では電子雲の重なりと呼ばれます。 その結果、原子核間の電子密度が増加し、系のエネルギーが減少します。

最小距離では、水素原子核は互いに反発し、最適な距離が得られます。

ドナー・アクセプター型の共有結合の場合、1つの粒子が電子を持っており、これをドナーと呼びます。 2 番目の粒子には、電子対が配置される自由セルがあります。

極性分子

極性の共有結合はどのように形成されるのでしょうか? それらは、非金属の結合原子が異なる電気陰性度を持つ場合に発生します。 このような場合、社会化された電子はより高い電気陰性度値を持つ原子の近くに位置します。 極性共有結合の例としては、臭化水素分子内に生じる結合が考えられます。 ここで、共有結合の形成に関与する公開電子は、水素よりも臭素に近いです。 この現象が起こる理由は、臭素の電気陰性度が水素よりも高いためです。

共有結合を決定する方法

共有極性化学結合を特定するにはどうすればよいですか? これを行うには、分子の組成を知る必要があります。 異なる元素の原子が含まれている場合、分子内に極性の共有結合が存在します。 非極性分子には、1 つの化学元素の原子が含まれています。 学校の化学コースの一部として提供されるタスクの中には、接続の種類を特定することが含まれるタスクがあります。 このタイプの課題は、9 年生の化学の最終認定の課題と、11 年生の化学の統一国家試験のテストに含まれます。

イオン結合

共有結合とイオン化学結合の違いは何ですか? 共有結合が非金属の特徴である場合、イオン結合は次のような原子間で形成されます。 大きな違い電気陰性度によって。 たとえば、これは、PS の主要サブグループの第 1 族と第 2 族の元素 (アルカリ金属およびアルカリ土類金属) と、周期表の主要サブグループの第 6 族と第 7 族の元素 (カルコゲンとハロゲン) の化合物に典型的です。

これは、反対の電荷を持つイオンの静電引力の結果として形成されます。

イオン結合の特徴

なぜなら 力場逆に帯電したイオンは全方向に均等に分布しており、それぞれが反対の符号の粒子を引き付けることができます。 これは、イオン結合の非方向性を特徴づけます。

反対の符号を持つ 2 つのイオンの相互作用は、個々の力場の完全な相互補償を意味するものではありません。 これは、他の方向にイオンを引き付ける能力の維持に寄与するため、イオン結合の不飽和が観察されます。

イオン性化合物では、各イオンは、イオン性結晶格子を形成するために、自分とは反対の符号を持つ一定数の他のイオンを引き付ける能力を持っています。 このような結晶には分子は存在しません。 物質内の各イオンは、符号の異なる特定の数のイオンによって囲まれています。

金属接続

このタイプの化学結合には、特定の個別の特性があります。 金属は、電子が不足している過剰な数の価電子軌道を持っています。

個々の原子が互いに近づくと、それらの価電子軌道が重なり、電子が 1 つの軌道から別の軌道へ自由に移動し、すべての金属原子間に接続が形成されます。 これらの自由電子は金属結合の主な特徴です。 価電子が結晶全体に均一に分布しているため、飽和や方向性がありません。 金属内の自由電子の存在は、金属の一部を説明します。 物理的特性：金属光沢、可塑性、展性、熱伝導性、不透明性。

共有結合の一種

水素原子と電気陰性度の高い元素との間で形成されます。 分子内および分子間には水素結合が存在します。 この種の共有結合は最も脆弱であり、静電気力の作用により発生します。 水素原子は半径が小さく、この電子1個が移動または放出されると、水素は陽イオンとなり、電気陰性度の大きな原子に作用します。

共有結合の特徴的な特性には、飽和、方向性、分極率、極性などがあります。 これらのインジケーターはそれぞれ、形成された化合物に対して特定の値を持ちます。 たとえば、方向性は分子の幾何学的形状によって決まります。

共有結合による化学結合、その種類と形成メカニズム。 共有結合の特徴 (極性と結合エネルギー)。 イオン結合。 金属接続。 水素結合

化学結合の理論はすべての理論化学の基礎です。

化学結合は、原子を結合して分子、イオン、ラジカル、結晶にするような原子の相互作用です。

化学結合には、イオン結合、共有結合、金属結合、水素結合の 4 種類があります。

化学結合はすべて一定の統一性を特徴とするため、化学結合のタイプへの分割は条件付きです。

イオン結合は、極性共有結合の限定的なケースと考えることができます。

金属結合は、共有電子の助けを借りた原子の共有結合相互作用と、これらの電子と金属イオン間の静電引力を組み合わせたものです。

物質では、多くの場合、化学結合 (または純粋な化学結合) が制限されるケースはありません。

例えば、フッ化リチウム $LiF$ はイオン性化合物に分類されます。 実際、その結合は 80%$ イオン結合、20%$ 共有結合です。 したがって、化学結合の極性 (イオン性) の程度について話す方が明らかに正確です。

ハロゲン化水素系列 $HF-HCl-HBr-HI-HAt$ では、ハロゲン原子と水素原子の電気陰性度の値の差が減少するため、結合の極性の度合いが減少し、静的水素では結合がほぼ無極性になります。 $(EO(H) = 2.1; EO(At) = 2.2)$。

同じ物質に異なるタイプの結合が含まれる場合があります。例:

1. 塩基では、ヒドロキソ基の酸素原子と水素原子の間の結合は極性共有結合であり、金属とヒドロキソ基の間はイオン結合です。
2. 酸素含有酸の塩では、非金属原子と酸残基の酸素との間 - 共有結合性極性、および金属と酸残基の間 - イオン性。
3. アンモニウム、メチルアンモニウムなどの塩では、窒素原子と水素原子の間 - 共有結合性極性、およびアンモニウムまたはメチルアンモニウムイオンと酸残基の間 - イオン性。
4. 金属過酸化物 ($Na_2O_2$ など) では、酸素原子間の結合は非極性の共有結合であり、金属と酸素の間の結合はイオン結合です。

さまざまなタイプの接続が相互に受け渡すことができます。

- 共有結合性化合物の水中での電解解離中に、極性共有結合がイオン結合に変わります。

- 金属の蒸発中に、金属結合は非極性の共有結合に変わります。

すべての種類と種類の化学結合が統一されている理由は、それらの同一の化学的性質、つまり電子と核の相互作用です。 いずれの場合でも、化学結合の形成は、エネルギーの放出を伴う原子の電子と核の相互作用の結果です。

共有結合の形成方法。 共有結合の特徴: 結合長とエネルギー

共有化学結合は、共通の電子対の形成により原子間に生じる結合です。

このような結合の形成メカニズムは、交換およびドナー-アクセプターである可能性があります。

私。 交換機構原子が不対電子を結合して共通の電子対を形成するときに作用します。

1) $H_2$ - 水素:

この結合は、水素原子の $s$-電子 ($s$-軌道の重なり) による共通の電子対の形成により生じます。

2) $HCl$ - 塩化水素:

この結合は、$s-$ と $p-$ 電子の共通電子対 ($s-p-$ 軌道が重なり合う) の形成によって生じます。

3) $Cl_2$: 塩素分子では、不対の $p-$ 電子 ($p-p-$ 軌道の重なり) により共有結合が形成されます。

4) $N_2$: 窒素分子の原子間には 3 つの共通電子対が形成されます。

II. ドナー・アクセプター機構アンモニウムイオン$NH_4^+$を例に共有結合の形成を考えてみましょう。

ドナーには電子対があり、アクセプターにはこの電子対が占有することができる空の軌道があります。 アンモニウムイオンでは、水素原子との 4 つの結合はすべて共有結合です。3 つは交換機構による窒素原子と水素原子による共通の電子対の生成により形成され、1 つはドナー - アクセプター機構により形成されます。

共有結合は、電子軌道の重なり方と、結合した原子の 1 つに対する電子軌道の移動によって分類できます。

結合線に沿った電子軌道の重なりの結果として形成される化学結合は $σ$ と呼ばれます -結合（シグマ結合）。 シグマ結合は非常に強いです。

$p-$orbital は 2 つの領域で重なることがあり、横方向の重なりによって共有結合を形成します。

通信回線の外側での電子軌道の「横方向」の重なりの結果として形成される化学結合。 2 つの領域では $π$ と呼ばれます - 結合 (パイ結合)。

に 偏りの程度共通の電子対が原子の 1 つに結合すると、共有結合が形成されます。 極地と 無極性。

同じ電気陰性度を持つ原子間で形成される共有結合を化学結合といいます。 無極性。電子対はどの原子にもシフトされません。 原子は同じ ER、つまり価電子を他の原子から自分自身に引き寄せる性質を持っています。 例えば：

それらの。 非極性の共有結合を通じて、単純な非金属物質の分子が形成されます。 電気陰性度が異なる元素の原子間の共有結合を化学結合といいます。 極性。

共有結合の長さとエネルギー。

特性 共有結合の性質その長さとエネルギーです。 リンク長さ原子核間の距離です。 化学結合は長さが短いほど強くなります。 ただし、絆の強さの尺度は、 結合エネルギー、結合を解除するのに必要なエネルギー量によって決まります。 通常、kJ/mol で測定されます。 したがって、実験データによれば、$H_2、Cl_2$、および$N_2$分子の結合長はそれぞれ$0.074、0.198$、および$0.109$ nmであり、結合エネルギーは$436、242$、および$946$ kJ/である。モル、それぞれ。

イオン。 イオン結合

2 つの原子、つまり I 族の金属原子と非金属原子が「出会う」ことを想像してください。 グループ VII。 金属原子にはその外側のエネルギー準位に電子が 1 つありますが、非金属原子には電子が 1 つだけ欠けていて、その外側の準位が完成します。

最初の原子は、原子核から遠く離れて原子核に弱く結合している電子を 2 番目の原子に簡単に与え、2 番目の原子はそれに電子を与えます。 自由な場所外側の電子レベルで。

次に、マイナス電荷の 1 つを奪われた原子はプラスに帯電した粒子になり、もう 1 つは電子を受け取ったためにマイナスに帯電した粒子になります。 このような粒子はと呼ばれます イオン。

イオン間に生じる化学結合をイオンといいます。

例としてよく知られた塩化ナトリウム化合物 (食塩) を使用して、この結合の形成を考えてみましょう。

原子がイオンに変化するプロセスを図に示します。

このような原子のイオンへの変換は、典型的な金属と典型的な非金属の原子の相互作用中に常に発生します。

たとえば、カルシウム原子と塩素原子の間のイオン結合の形成を記録するときの推論のアルゴリズム (シーケンス) を考えてみましょう。

原子や分子の数を表す数字をこう呼びます。 係数、分子内の原子またはイオンの数を示す数字はと呼ばれます。 インデックス。

金属接続

金属元素の原子がどのように相互作用するかを見てみましょう。 金属は通常、孤立した原子の形では存在せず、小片、インゴット、または金属製品の形で存在します。 金属原子を結合しているものは何ですか?

ほとんどの金属の外側レベルの原子には、 大きな数電子 - $1、2、3$。 これらの電子は簡単に切り離され、原子は陽イオンに変換されます。 切り離された電子は、あるイオンから別のイオンに移動し、それらを単一の全体に結合します。 これらの電子はイオンと結合して一時的に原子を形成し、その後再び切り離されて別のイオンと結合します。 その結果、金属の体積内では、原子はイオンに、またその逆に連続的に変換されます。

社会化された電子によるイオン間の金属結合は金属と呼ばれます。

図はナトリウム金属フラグメントの構造を模式的に示しています。

この場合、少数の社会化電子が多数のイオンや原子と結合します。

金属結合は外部電子の共有に基づいているため、共有結合に似ています。 ただし、共有結合では、隣接する 2 つの原子のみの外側の不対電子が社会化されますが、金属結合では、すべての原子がこれらの電子の社会化に参加します。 共有結合のある結晶は脆いのですが、金属結合のある結晶は一般にプラスチックであり、導電性があり、金属の光沢があるのはこのためです。

金属結合は、純粋な金属と混合物の両方に特徴的です。 さまざまな金属- 固体および液体状態の合金。

水素結合

1つの分子（またはその一部）の正に分極した水素原子と、非共有電子対（$F、O、N$、およびまれに$S$と$Cl$）を持つ強い電気陰性元素の負に分極した原子との間の化学結合。分子（またはその一部）は水素と呼ばれます。

水素結合形成のメカニズムは、部分的には静電気的であり、部分的にはドナー-アクセプターによるものです。

分子間水素結合の例:

このような結合が存在すると、低分子量物質でも通常の状態では液体 (アルコール、水) または容易に液化する気体 (アンモニア、フッ化水素) になります。

水素結合を持つ物質は分子結晶格子を持っています。

分子構造および非分子構造の物質。 結晶格子の種類。 物質の特性がその組成と構造に依存すること

物質の分子構造と非分子構造

化学相互作用を起こすのは個々の原子や分子ではなく、物質です。 特定の条件下での物質は、固体、液体、気体の 3 つの凝集状態のいずれかになります。 物質の特性は、それを形成する分子、原子、イオンなどの粒子間の化学結合の性質にも依存します。 結合の種類に応じて、分子構造の物質と非分子構造の物質が区別されます。

分子からできている物質をこう呼ぶ 分子物質。 このような物質の分子間の結合は非常に弱く、分子内の原子間の結合よりもはるかに弱く、比較的低温になると結合が切れてしまい、物質は液体になり、その後気体になります（ヨウ素昇華）。 分子で構成される物質の融点と沸点は、分子量が増加するにつれて増加します。

分子状物質には原子構造を持つ物質（$C、Si、Li、Na、K、Cu、Fe、W$）が含まれ、その中には金属と非金属が存在します。

アルカリ金属の物理的性質を考えてみましょう。 原子間の結合強度が比較的低いため、機械的強度が低くなります。アルカリ金属は柔らかく、ナイフで簡単に切断できます。

原子のサイズが大きいため、アルカリ金属の密度が低くなります。リチウム、ナトリウム、カリウムは水よりもさらに軽いです。 アルカリ金属のグループでは、元素の序数が増加すると沸点と融点が低下します。 原子のサイズが大きくなり、結合が弱くなります。

物質へ 非分子構造にはイオン性化合物が含まれます。 金属と非金属の化合物のほとんどは次の構造を持っています: すべての塩 ($NaCl, K_2SO_4$)、一部の水素化物 ($LiH$) および酸化物 ($CaO, MgO, FeO$)、塩基 ($NaOH, KOH$)。 イオン性 (非分子) 物質は、融点と沸点が高くなります。

結晶格子

私たちが知っているように、物質は 3 つの状態で存在できます。 凝集の状態：気体、液体、固体。

固体: 非晶質および結晶質。

化学結合の特徴が固体の特性にどのような影響を与えるかを考えてみましょう。 固体は次のように分けられます 結晶質と まとまりのない。

非晶質物質には明確な融点がありません。加熱すると、徐々に軟化して流体になります。 アモルファス状態には、例えば粘土やさまざまな樹脂があります。

結晶性物質の特徴 正しい位置それらを構成する粒子、つまり原子、分子、イオンは、空間内の厳密に定義された点にあります。 これらの点を直線で結ぶと、結晶格子と呼ばれる空間枠が形成されます。 結晶粒子が位置する点を格子節と呼びます。

結晶格子のノードに位置する粒子の種類と、それらの間の接続の性質に応じて、結晶格子は 4 種類に区別されます。 イオン、原子、分子と 金属。

イオン結晶格子。

イオン性結晶格子と呼ばれ、そのノードにはイオンがあります。 それらは、単純イオン$Na^(+)、Cl^(-)$と複合イオン$SO_4^(2−)、OH^-$の両方を結合できるイオン結合を持つ物質によって形成されます。 その結果、金属の塩、一部の酸化物および水酸化物はイオン結晶格子を持ちます。 例えば、塩化ナトリウムの結晶は、$Na^+$ 正イオンと $Cl^-$ 負イオンが交互に並んでおり、立方体状の格子を形成しています。 このような結晶内のイオン間の結合は非常に安定しています。 したがって、イオン格子を持つ物質は比較的高い硬度と強度を特徴とし、耐火性で不揮発性です。

原子結晶格子。

核結晶格子と呼ばれ、そのノードには個々の原子があります。 このような格子では、原子は非常に強い共有結合によって相互接続されています。 このタイプの結晶格子を持つ物質の例としては、炭素の同素体修飾の 1 つであるダイヤモンドが挙げられます。

原子結晶格子を持つほとんどの物質は融点が非常に高く (たとえば、ダイヤモンドの場合、融点は $3500°C$ 以上)、強くて硬く、実質的に不溶性です。

分子結晶格子。

分子結晶格子と呼ばれ、その節点に分子が位置します。 これらの分子の化学結合は極性($HCl, H_2O$)または非極性($N_2, O_2$)のいずれかになります。 分子内の原子は非常に強い共有結合によって接続されているにもかかわらず、分子自体の間には相互作用が存在します。 弱い力分子間引力。 したがって、分子結晶格子を持つ物質は硬度が低く、融点が低く、揮発性です。 最も堅固な 有機化合物分子結晶格子（ナフタレン、グルコース、砂糖）を持っています。

金属結晶格子。

金属結合を持つ物質は金属の結晶格子を持ちます。 このような格子の節点には、原子とイオン（金属原子が簡単に変化して、その外側の電子を「原子またはイオン」に与える）があります。 一般的な使用")。 そのような 内部構造金属は、延性、延性、電気伝導性および熱伝導性、特徴的な金属光沢などの特徴的な物理的特性を決定します。