Sadržaj:
2023 Autor: Jake Johnson | [email protected]. Zadnja izmjena: 2023-05-24 23:12
Do sada su kovalentne veze bile definisane u smislu kako dva jezgra dijele svoje elektrone, bez uzimanja u obzir njihove prirode. Međutim, postoje značajne razlike u ovom odnosu.
Ako se uzme u obzir molekul H, gdje dva atoma vodonika dijele par elektrona, nađeno je da ovaj par privlače dva jezgra istim intenzitetom. Isto se dešava i sa molekulom hlora.
S druge strane, kada su različiti atomi povezani, ova veza neće uvijek biti simetrična. Na primjer, možemo razmotriti molekulu hlorovodonične kiseline, u njenoj molekuli imamo atom vodika, vezan za jedan od hlora, koji je par elektrona koji privlače oba jezgra; velika razlika u elektronegativnosti ovih atoma rezultira većom privlačnošću elektronskog para na jezgro hlora.
Na ovaj način, elektronski oblak koji formira vezu će biti izobličen, stvarajući nedostatak elektrona (ili djelomični pozitivan naboj) oko vodonika i njihov višak (ili djelomični negativni naboj) oko hlora.
Kovalentne veze se tada mogu klasifikovati u dva tipa: one u kojima elektronski oblak nije polarizovan, formiran od atoma slične elektronegativnosti, i one u kojima je polarizovan, u slučaju jezgara sa izrazitom elektronegativnošćudrugačije.
Ove dvije vrste kovalentnih veza su poznate kao polarna kovalentna veza i nepolarna.
Kao rezultat polarizacije kovalentnih veza, imamo formiranje električnih dipola. U pomenutom slučaju hlorovodonične kiseline, formiranje ovog električnog dipola može se predstaviti na sljedećoj slici:
Formiranje električnih dipola u molekulima, kao u slučaju HCl, može se lako provjeriti eksperimentalno. Prilikom primjene električnog polja, molekuli će se rotirati kako bi se poravnali sa ovim poljem, kao što ćemo pokazati na sljedećoj šemi:
HCl
Razmotrimo, na primjer, molekul CO2. U ovom jedinjenju, ugljenik ima dve veze sa svakim kiseonikom, jednu preko hibridne sp orbitale, a drugu preko čiste p orbitale. Na ovaj način, geometrija molekula je linearna, sa uglom od 180º između dvostrukih veza. S obzirom na veću elektronegativnost kisika u odnosu na ugljik, u ovoj strukturi će se formirati dva električna dipola prema donjoj šemi. Ako se dodaju vektori koji predstavljaju ove dipole, vidjelo bi se da je rezultanta nula. Drugim riječima, molekul CO2, iako je formiran polarnim vezama, bit će nepolaran.
U molekuli vode, H2O, atom kiseonika ima hibridizaciju tipa sp3, gde su dve hibridne orbitale sa parom elektrona idruga dva formiraju veze sa atomima vodonika. Geometrija molekula je tada ravan trouglasta, sa uglom od 104,5º. Tada se formiraju dva dipola zbog velike razlike u elektronegativnosti između ova dva atoma. Zbir ovih dipola nije nula, što znači da molekul vode ima rezultirajući polaritet, kao što se može vidjeti na dijagramu ispod:
Zbir dipolnih momenata se radi pomoću vektora. Za takav zadatak moramo transportovati sve vektore koji predstavljaju postojeće električne dipole u molekuli, održavajući prvobitnu inklinaciju, na takav način da se početak jednog poklapa sa krajem drugog.
Rezultantni vektor koji predstavlja rezultujuću polarizaciju u molekulu se tada dobija spajanjem početka prvog vektora zbira sa krajem poslednjeg.
Sile intermolekularne interakcije
Formiranje električnih dipola u kovalentnim molekulima, ima za posljedicu nastanak elektrostatičkih sila između njih. To jest, električni dipoli će se međusobno privlačiti, držeći molekule zajedno. Pored ove vrste interakcije koja se smatra slabom u poređenju sa kovalentnom vezom, postoje mnoge druge sile između hemijskih jedinjenja, koje su odgovorne za postojanje kondenzovanih stanja materije (čvrsto i tečno). Mogu se identificirati dvije vrste sila međumolekularne interakcije.osnovne: one od Van der Walls i Hydrogen Bond.
Van der Walls Forces
Van der Wallsove sile djeluju između jona, molekula i atoma, a glavni tipovi su poznati kao ion-dipol, dipol-dipol, inducirani dipol i Londonske sile. Izuzetno je složeno objasniti kroz matematiku, putem kvantne mehanike, ove interakcije. Međutim, možemo ih kvalitativno opisati smatrajući ih elektrostatičkim privlačnim silama, kao što će biti urađeno u nastavku:
a) Ion-dipol sile: kada je električni dipol, na primjer, molekula vode, pod utjecajem električnog polja generiranog jonom koji može biti katjon natrijum, on će se poravnati sa poljem i ostati vezan za izvor koji stvara. Drugim riječima, u ovom slučaju kisik vode u kojoj se nalazi s djelomičnim negativnim nabojem, pridružuje se partnerskom katjonu i vodonici se udaljavaju što je više moguće, prema slici ispod.
b) Dipol-dipol sile: kada se dva polarna molekula, kao što su metanol i hloroform, približe jedna drugoj, između njih nastaju elektrostatičke sile privlačenja- Važno je napomenuti da su te sile usmjerene, orijentišući dipole prostorno, kao što ćemo pokazati na slici ispod.
c) Indukovane dipolarne sile: kada se nepolarni molekul približi polarnom, njegov elektronski oblak je izobličen stvarajući električni dipol. Između ovog formiranog dipola, poznatog kaoinduciranog dipola i induktora, tada dolazi do pojave sila privlačenja sličnih onima koje su potvrđene između polarnih molekula. Na slici ispod je ovaj indukcijski proces prikazan radi boljeg razumijevanja.
d) Londonske sile: ova vrsta interakcije nastaje između nepolarnih molekula. Priznaje se da interakcija uzrokovana približavanjem ovih vrsta dovodi do stvaranja induciranih dipola, koji će se međusobno privlačiti. Ova vrsta sile je također poznata kao disperzija:
Hydrogen Bond
Vodične veze (ili vodonične veze) je teško definisati, dok su one mnogo jače od Van der Wallsovih sila, ali slabije od valentne veze. Možemo reći da, kada je povezan sa jako elektronegativnom grupom (A), kao što su atomi fluora, kiseonika i azota, vodonik može predstavljati drugu vezu, slabiju od prethodne sa drugim atomom (B).
Ova druga veza se tada naziva vodikova veza, ili vodikova veza i predstavljena je isprekidanom linijom, kao nastavak:
A-H ……. B
Poznate su vodonične veze formirane sa atomima koji pripadaju drugoj molekuli, kao što su one potvrđene u čistoj vodi ili u rastvoru metanola u vodi, kao što vam pokazujemo u nastavku:
Bridges ofVodik između molekula vode
