طرح کلی برای تشکیل یک پیوند فلزی. اتصال فلزی

یک پیوند فلزی بین اتم های فلزی ایجاد می شود. یکی از ویژگی های مشخصه اتم های فلز، تعداد کمی الکترون در سطح انرژی بیرونی است که به طور ضعیف توسط هسته حفظ می شود و تعداد زیادی اوربیتال اتمی آزاد با انرژی های مشابه، بنابراین پیوند فلزی غیراشباع است.

الکترون های ظرفیت در تشکیل پیوندهایی با 8 یا 12 اتم به طور همزمان (با توجه به تعداد هماهنگی اتم های فلز) شرکت می کنند. در این شرایط، الکترون‌های ظرفیتی با انرژی یونیزاسیون کم در امتداد مدارهای موجود تمام اتم‌های همسایه حرکت می‌کنند و ارتباطی بین آنها ایجاد می‌کنند.

اتصال فلزی با برهمکنش ضعیف الکترون های مشترک با هسته اتم های متصل و جابجایی کامل این الکترون ها بین تمام اتم های کریستال مشخص می شود که پایداری این پیوند را تضمین می کند.

طرح تشکیل پیوند فلزی (M - فلز):

M 0 - ne M n +

فلزات دارای یک شبکه کریستالی ویژه هستند که در گره های آن اتم های فلزی خنثی و با بار مثبت وجود دارد که بین آنها الکترون های اجتماعی ("گاز الکترون") آزادانه حرکت می کنند (داخل کریستال). حرکت الکترون های رایج در فلزات در امتداد مجموعه ای از اوربیتال های مولکولی انجام می شود که به دلیل ادغام تعداد زیادی از اوربیتال های آزاد اتم های متصل و پوشاندن بسیاری از هسته های اتمی به وجود آمده اند. در مورد یک پیوند فلزی، نمی توان در مورد جهت آن صحبت کرد، زیرا الکترون های مشترک به طور یکنواخت در سراسر کریستال جابجا شده اند.

ویژگی های ساختاری فلزات خواص فیزیکی مشخصه آنها را تعیین می کند: سختی، شکل پذیری، رسانایی الکتریکی و حرارتی بالا، و همچنین درخشندگی فلزی خاص.

پیوند فلزی نه تنها در حالت جامد، بلکه در حالت مایع نیز مشخصه فلزات است، یعنی این خاصیت مجموعه های اتم هایی است که در مجاورت یکدیگر قرار دارند. در حالت گازی، اتم های فلز توسط یک یا چند پیوند کووالانسی به مولکول ها متصل می شوند، به عنوان مثال، Li 2 (Li–Li)، Be 2 (Be = Be)، Al 4 - هر اتم آلومینیوم به سه اتم دیگر متصل می شود تا تشکیل شود. ساختار چهار وجهی:

4. پیوند هیدروژنی

پیوند هیدروژنی نوع خاصی از پیوند است که منحصر به اتم های هیدروژن است. زمانی اتفاق می‌افتد که یک اتم هیدروژن به اتمی از الکترونگاتیوترین عناصر، عمدتاً فلوئور، اکسیژن و نیتروژن پیوند می‌خورد. تشکیل پیوند هیدروژنی را در مثال هیدروژن فلوراید در نظر بگیرید. اتم هیدروژن الکترونگاتیو تنها یک الکترون دارد که به لطف آن می تواند با اتم فلوئور پیوند کووالانسی ایجاد کند. در این حالت، یک مولکول هیدروژن فلوراید H-F بوجود می آید که در آن جفت الکترون مشترک به اتم فلوئور منتقل می شود.

در نتیجه این توزیع چگالی الکترون، مولکول هیدروژن فلوراید یک دوقطبی است که قطب مثبت آن یک اتم هیدروژن است. با توجه به این واقعیت که جفت الکترون اتصال به اتم فلوئور منتقل می شود، تا حدی آزاد می شود. 1 س- مدار اتم هیدروژن و هسته آن تا حدی در معرض دید قرار گرفته است. در هر اتم دیگری، بار مثبت هسته پس از حذف الکترون‌های ظرفیت، توسط لایه‌های الکترونی داخلی محافظت می‌شود که باعث دفع لایه‌های الکترونی اتم‌های دیگر می‌شود. اتم هیدروژن چنین پوسته ای ندارد، هسته آن یک ذره با بار مثبت بسیار کوچک (زیر اتمی) است - یک پروتون (قطر یک پروتون حدود 10 5 برابر کوچکتر از قطر اتم ها است، و به دلیل عدم وجود الکترون در آن، توسط لایه الکترونی سایر اتم های خنثی یا دارای بار منفی الکتریکی جذب می شود).

قدرت میدان الکتریکی در نزدیکی اتم هیدروژن تا حدی "برهنه" آنقدر زیاد است که می تواند به طور فعال قطب منفی مولکول همسایه را جذب کند. از آنجایی که این قطب اتم فلوئور است که دارای سه جفت الکترون غیر پیوندی است و س- مدار اتم هیدروژن تا حدی خالی است، سپس یک برهمکنش دهنده-گیرنده بین اتم هیدروژن پلاریزه مثبت یک مولکول و اتم فلوئور قطبی شده منفی مولکول همسایه رخ می دهد.

بنابراین، در نتیجه برهمکنش مشترک الکترواستاتیک و دهنده-گیرنده، یک پیوند دوم اضافی با مشارکت یک اتم هیدروژن ایجاد می شود. همین است پیوند هیدروژنی، …H–F H–F…

از نظر انرژی و طول با کووالانسی متفاوت است. پیوندهای هیدروژنی طولانی تر و کمتر از پیوندهای کووالانسی است. انرژی پیوند هیدروژنی 8-40 کیلوژول بر مول و انرژی پیوند کووالانسی 80-400 کیلوژول بر مول است. در هیدروژن فلوراید جامد، طول پیوند کووالانسی H–F 95 pm و طول پیوند هیدروژنی FH 156 pm است. به دلیل پیوند هیدروژنی بین مولکول‌های HF، بلورهای جامد هیدروژن فلوراید از زنجیره‌های زیگزاگی تخت بی‌پایان تشکیل شده‌اند، زیرا سیستم سه اتمی که توسط پیوند هیدروژنی تشکیل می‌شود معمولاً خطی است.

پیوندهای هیدروژنی بین مولکول های HF تا حدی در مایع و حتی در هیدروژن فلوراید گاز حفظ می شود.

پیوند هیدروژنی به صورت مشروط به صورت سه نقطه نوشته می شود و به صورت زیر نشان داده می شود:

که در آن X، Y اتم های F، O، N، Cl، S هستند.

انرژی و طول یک پیوند هیدروژنی با گشتاور دوقطبی پیوند H–X و اندازه اتم Y تعیین می‌شود. طول پیوند هیدروژنی کاهش می‌یابد و انرژی آن با افزایش اختلاف بین الکترونگاتیوهای الکترونگاتیوی افزایش می‌یابد. اتم های X و Y (و بر این اساس، گشتاور دوقطبی پیوند H-X) و با کاهش اندازه اتم Y.

پیوندهای هیدروژنی نیز بین مولکول هایی تشکیل می شود که در آن پیوندهای O-H وجود دارد (به عنوان مثال، آب H 2 O، اسید پرکلریک HClO 4، اسید نیتریک HNO 3، اسیدهای کربوکسیلیک RCOOH، فنل C 6 H 5 OH، الکل های ROH) و N. –H (به عنوان مثال آمونیاک NH 3، اسید تیوسیانیک HNCS، آمیدهای آلی RCONH 2 و آمین های RNH 2 و R2 NH).

موادی که مولکول‌های آن‌ها با پیوندهای هیدروژنی به هم متصل شده‌اند، از نظر خواص با موادی که در ساختار مولکول‌ها مشابه آنها هستند، اما پیوند هیدروژنی تشکیل نمی‌دهند، متفاوت هستند. نقطه ذوب و جوش هیدریدهای عناصر گروه IVA، که در آنها پیوند هیدروژنی وجود ندارد، به تدریج با کاهش تعداد دوره کاهش می یابد (شکل 15). از این وابستگی سه ماده ای که مولکول های آنها توسط پیوندهای هیدروژنی به هم متصل شده اند (آمونیاک NH 3، آب H 2 O و هیدروژن فلوراید HF) دارای نقطه ذوب و جوش بسیار بالاتری نسبت به همتایان خود هستند (شکل 15). علاوه بر این، این مواد دارای محدوده دمایی وسیع تری در حالت مایع، گرمای همجوشی و تبخیر بالاتر هستند.

پیوند هیدروژنی نقش مهمی در فرآیند انحلال و تبلور مواد و همچنین در تشکیل هیدرات های کریستالی ایفا می کند.

پیوندهای هیدروژنی می توانند نه تنها بین مولکول ها ایجاد شوند (پیوند هیدروژنی بین مولکولی، MVS) , همانطور که در مثال های مورد بحث در بالا، بلکه بین اتم های یک مولکول نیز وجود دارد (پیوند هیدروژنی درون مولکولی، VVS) . به عنوان مثال، به دلیل پیوندهای هیدروژنی درون مولکولی بین اتم های هیدروژن گروه های آمینه و اتم های اکسیژن گروه های کربونیل، زنجیره های پلی پپتیدی که مولکول های پروتئین را تشکیل می دهند، شکل مارپیچی دارند.

عکس؟؟؟؟؟؟؟؟؟؟؟؟؟؟؟

پیوندهای هیدروژنی نقش بزرگی در فرآیندهای تکثیر و بیوسنتز پروتئین ها دارند. دو رشته مارپیچ دوگانه DNA (اسید دئوکسی ریبونوکلئیک) توسط پیوندهای هیدروژنی در کنار هم نگه داشته می شوند. در فرآیند تکرار، این پیوندها شکسته می شوند. در طول رونویسی، سنتز RNA (ریبونوکلئیک اسید) با استفاده از DNA به عنوان یک الگو نیز به دلیل وقوع پیوندهای هیدروژنی رخ می دهد. هر دو فرآیند ممکن است زیرا پیوندهای هیدروژنی به راحتی تشکیل می شوند و به راحتی شکسته می شوند.

برنج. 15. نقاط ذوب ( آ) و جوشیدن ( ب) هیدریدهای عناصر گروه IVА-VIIA.

هدف از درس

• یک پیوند شیمیایی فلزی را توصیف کنید.

• یاد بگیرید که تشکیل یک پیوند فلزی را یادداشت کنید.

• با خواص فیزیکی فلزات آشنا شوید.

• یاد بگیرید که به وضوح بین گونه ها تمایز قائل شوید پیوندهای شیمیایی .

اهداف درس

• نحوه تعامل آنها را دریابید اتم های فلزی

• تعیین کنید که چگونه یک پیوند فلزی بر خواص مواد تشکیل شده توسط آن تأثیر می گذارد

اصطلاحات اساسی:

• الکترونگاتیوی - خاصیت شیمیایی یک اتم، که مشخصه کمی توانایی یک اتم در یک مولکول برای جذب جفت الکترون های مشترک به سمت خود است.
• پیوند شیمیایی - پدیده برهمکنش اتم ها، به دلیل همپوشانی ابرهای الکترونی اتم های برهم کنش.
• اتصال فلزی - این یک پیوند در فلزات بین اتم ها و یون ها است که به دلیل اجتماعی شدن الکترون ها ایجاد می شود.
• پیوند کووالانسی - پیوند شیمیایی که از روی هم قرار گرفتن یک جفت الکترون ظرفیت ایجاد می شود. الکترون هایی که پیوند را ایجاد می کنند، جفت الکترون مشترک نامیده می شوند. دو نوع وجود دارد: قطبی و غیر قطبی.
• پیوند یونی - یک پیوند شیمیایی که بین اتم های غیر فلزات ایجاد می شود و در آن یک جفت الکترون مشترک به اتمی با الکترونگاتیوی بیشتر منتقل می شود. در نتیجه، اتم ها مانند اجسام دارای بار مخالف جذب می شوند.
• پیوند هیدروژنی - پیوند شیمیایی بین یک اتم الکترونگاتیو و یک اتم هیدروژن H که به صورت کووالانسی به اتم الکترونگاتیو دیگری پیوند خورده است. N، O یا F می توانند به عنوان اتم های الکترونگاتیو عمل کنند.پیوندهای هیدروژنی می توانند بین مولکولی یا درون مولکولی باشند.

  در طول کلاس ها

پیوند شیمیایی فلزی

عناصری را که در «صف» اشتباه هستند، شناسایی کنید چرا؟
Ca Fe P K Al Mg Na
کدام عناصر از جدول مندلیفبه نام فلزات؟
امروز خواهیم فهمید که فلزات چه خواصی دارند و چگونه به پیوندی که بین یون های فلزی ایجاد می شود بستگی دارند.
ابتدا بیایید مکان فلزات در سیستم تناوبی را به یاد بیاوریم؟
همانطور که همه ما می دانیم فلزات معمولاً به صورت اتم های جدا شده نیستند، بلکه به صورت یک قطعه، شمش یا محصول فلزی وجود دارند. بیایید دریابیم که چه چیزی اتم های فلز را در یک حجم انتگرال جمع می کند.

در مثال ما یک تکه طلا را می بینیم. و به هر حال، طلا یک فلز منحصر به فرد است. با آهنگری طلای خالص می توانید یک فویل به ضخامت 0.002 میلی متر بسازید! چنین کوچکترین ورق فویل تقریباً شفاف است و دارای رنگ سبز در لومن است. در نتیجه، از یک شمش طلا به اندازه یک جعبه کبریت، می توانید یک فویل نازک به دست آورید که سطح زمین تنیس را می پوشاند.
از نظر شیمیایی، همه فلزات با سهولت انتشار الکترون های ظرفیتی و در نتیجه تشکیل یون های با بار مثبت مشخص می شوند و فقط اکسیداسیون مثبت از خود نشان می دهند. به همین دلیل است که فلزات در حالت آزاد عامل کاهنده هستند. ویژگی مشترک اتم های فلزی اندازه بزرگ آنها نسبت به غیر فلزات است. الکترون های خارجی در فواصل زیادی از هسته قرار دارند و بنابراین ضعیف به آن متصل می شوند، بنابراین به راحتی جدا می شوند.
اتم های تعداد بیشتری از فلزات در سطح بیرونی دارای تعداد کمی الکترون هستند - 1،2،3. این الکترون ها به راحتی جدا می شوند و اتم های فلز به یون تبدیل می شوند.
Me0 – n ē ⇆ مردان +
اتم های فلزی - الکترون های خارجی. مدار ⇆ یون های فلزی

بنابراین، الکترون های جدا شده می توانند از یک یون به یون دیگر حرکت کنند، یعنی آزاد می شوند، و آنها را به یک کل متصل می کنند، بنابراین، معلوم می شود که همه الکترون های جدا شده مشترک هستند، زیرا غیر ممکن است درک کنید که کدام الکترون متعلق به کدام یک از اتم های فلز است.
الکترون‌ها می‌توانند با کاتیون‌ها ترکیب شوند، سپس اتم‌ها به طور موقت تشکیل می‌شوند و سپس الکترون‌ها از آن جدا می‌شوند. این روند مستمر و بدون وقفه است. به نظر می رسد که در بخش عمده ای از اتم های فلزی به طور مداوم به یون تبدیل می شوند و بالعکس. در این حالت تعداد کمی از الکترون های معمولی تعداد زیادی اتم و یون فلز را به هم متصل می کنند. اما مهم است که تعداد الکترون های فلز برابر با بار کل یون های مثبت باشد، یعنی معلوم شود که به طور کلی فلز از نظر الکتریکی خنثی می ماند.
چنین فرآیندی به عنوان یک مدل ارائه می شود - یون های فلزی در ابری از الکترون ها هستند. چنین ابر الکترونی "گاز الکترونی" نامیده می شود.

به عنوان مثال، در اینجا، در این تصویر می بینیم که چگونه الکترون ها در میان یون های بی حرکت در داخل شبکه بلوری فلز حرکت می کنند.

برنج. 2. حرکت الکترون

برای اینکه بهتر بفهمیم گاز الکترون چیست و چگونه در واکنش های شیمیایی فلزات مختلف رفتار می کند، ویدیوی جالبی را تماشا می کنیم. (در این ویدیو از طلا فقط به عنوان رنگ یاد می شود!)

اکنون می‌توانیم این تعریف را بنویسیم: پیوند فلزی پیوندی در فلزات بین اتم‌ها و یون‌ها است که به دلیل اجتماعی شدن الکترون‌ها ایجاد می‌شود.

بیایید انواع اتصالاتی را که می شناسیم با هم مقایسه کنیم و آنها را برطرف کنیم تا آنها را بهتر تشخیص دهیم، برای این کار یک ویدیو تماشا خواهیم کرد.

پیوند فلزی نه تنها در فلزات خالص وجود دارد، بلکه مشخصه مخلوط فلزات مختلف، آلیاژها در حالت‌های مختلف تجمع است.
پیوند فلزی مهم است و خصوصیات اساسی فلزات را تعیین می کند
- هدایت الکتریکی - حرکت تصادفی الکترون ها در حجم فلز. اما با اختلاف پتانسیل کوچک، به طوری که الکترون ها به صورت منظم حرکت می کنند. فلزات با بهترین رسانایی عبارتند از Ag، Cu، Au، Al.
- پلاستیسیته
پیوندهای بین لایه های فلزی چندان قابل توجه نیست، این به شما امکان می دهد لایه ها را تحت بار حرکت دهید (فلز را بدون شکستن تغییر شکل دهید). بهترین فلزات قابل تغییر شکل (نرم) طلا، نقره، مس.
- براق فلزی
گاز الکترون تقریباً تمام پرتوهای نور را منعکس می کند. به همین دلیل است که فلزات خالص دارای چنان درخشندگی قوی هستند و اغلب خاکستری یا سفید هستند. فلزاتی که بهترین منعکس کننده های نقره، مس، آل، پالادیم، جیوه هستند

مشق شب

تمرین 1
فرمول موادی را انتخاب کنید که دارند
الف) پیوند قطبی کووالانسی: Cl2، KCl، NH3، O2، MgO، CCl4، SO2.
ب) با پیوند یونی: HCl، KBr، P4، H2S، Na2O، CO2، CaS.
تمرین 2
حذف اضافی:
الف) CuCl2، Al، MgS
ب) N2، HCl، O2
ج) Ca، CO2، Fe
د) MgCl2، NH3، H2

فلز سدیم، فلز لیتیوم و سایر فلزات قلیایی رنگ شعله را تغییر می دهند. فلز لیتیوم و نمک‌های آن به آتش رنگ قرمز می‌دهند، فلز سدیم و نمک‌های سدیم زرد، فلز پتاسیم و نمک‌های آن بنفش، و روبیدیم و سزیم نیز بنفش، اما روشن‌تر به آتش می‌دهند.

برنج. 4. یک قطعه لیتیوم فلزی

برنج. 5. رنگ کردن شعله با فلزات

لیتیوم (Li). فلز لیتیوم مانند فلز سدیم یک فلز قلیایی است. هر دو در آب حل می شوند. سدیم در آب حل می شود و هیدروکسید سدیم را تشکیل می دهد که یک اسید بسیار قوی است. هنگامی که فلزات قلیایی در آب حل می شوند، گرما و گاز (هیدروژن) زیادی آزاد می شود. توصیه می شود چنین فلزاتی را با دستان خود لمس نکنید، زیرا ممکن است دچار سوختگی شوید.

کتابشناسی - فهرست کتب

1. درس با موضوع "پیوند شیمیایی فلزی"، معلم شیمی توختا والنتینا آناتولیونا "دبیرستان Esenovichskaya"
2. F. A. Derkach "شیمی" - راهنمای علمی و روش شناختی. - کیف، 2008.
3. L. B. Tsvetkova "شیمی معدنی" - ویرایش 2، تصحیح و تکمیل شده است. - لووف، 2006.
4. V. V. Malinovsky، P. G. Nagorny "شیمی معدنی" - کیف، 2009.
5. گلینکا N.L. شیمی عمومی. - 27 ویرایش / زیر. ویرایش V.A. رابینوویچ - L .: شیمی، 2008. - 704 صفحه.

ویرایش و ارسال توسط Lisnyak A.V.

روی درس کار کرد:

توختا V.A.

Lisnyak A.V.

می توانید در مورد آموزش مدرن سؤالی مطرح کنید، ایده ای را بیان کنید یا یک مشکل فوری را حل کنید انجمن آموزشیجایی که شورای آموزشی اندیشه و عمل تازه در سطح بین المللی تشکیل جلسه می دهد. ایجاد کرده است وبلاگ، شیمی پایه هشتم

بسیار نادر است که مواد شیمیایی از اتم های منفرد و نامرتبط عناصر شیمیایی تشکیل شده باشند. در شرایط عادی، تنها تعداد کمی از گازها به نام گازهای نجیب چنین ساختاری دارند: هلیوم، نئون، آرگون، کریپتون، زنون و رادون. اغلب، مواد شیمیایی از اتم های متفاوت تشکیل نمی شوند، بلکه از ترکیب آنها در گروه های مختلف تشکیل شده اند. چنین ترکیباتی از اتم ها می تواند شامل چندین واحد، صدها، هزاران یا حتی بیشتر اتم باشد. نیرویی که این اتم ها را در چنین گروه بندی هایی نگه می دارد نامیده می شود پیوند شیمیایی.

به عبارت دیگر، می توان گفت که پیوند شیمیایی برهمکنشی است که پیوند اتم های منفرد را به ساختارهای پیچیده تر (مولکول ها، یون ها، رادیکال ها، کریستال ها و غیره) تضمین می کند.

دلیل تشکیل پیوند شیمیایی این است که انرژی ساختارهای پیچیده تر از انرژی کل اتم های منفرد تشکیل دهنده آن کمتر است.

بنابراین، به ویژه، اگر یک مولکول XY در طول برهمکنش اتم های X و Y تشکیل شود، به این معنی است که انرژی داخلی مولکول های این ماده کمتر از انرژی داخلی اتم های فردی است که از آن تشکیل شده است:

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

به همین دلیل، هنگامی که پیوندهای شیمیایی بین اتم های منفرد تشکیل می شود، انرژی آزاد می شود.

در تشکیل پیوندهای شیمیایی، الکترون های لایه الکترونی بیرونی با کمترین انرژی اتصال با هسته، به نام ظرفیت. به عنوان مثال، در بور، اینها الکترون های سطح انرژی 2 هستند - 2 الکترون در هر 2 s-اوربیتال ها و 1 در 2 پ-اوربیتال ها:

هنگامی که یک پیوند شیمیایی تشکیل می شود، هر اتم تمایل به به دست آوردن یک پیکربندی الکترونیکی از اتم های گاز نجیب دارد، به عنوان مثال. به طوری که در لایه الکترونی بیرونی آن 8 الکترون (2 برای عناصر دوره اول) وجود دارد. این پدیده را قانون اکتت می نامند.

اگر اتم های منفرد در ابتدا برخی از الکترون های ظرفیت خود را با اتم های دیگر به اشتراک بگذارند، ممکن است اتم ها به پیکربندی الکترونیکی یک گاز نجیب دست یابند. در این حالت جفت الکترون های مشترک تشکیل می شوند.

بسته به درجه اجتماعی شدن الکترون ها، پیوندهای کووالانسی، یونی و فلزی را می توان تشخیص داد.

پیوند کووالانسی

پیوند کووالانسی اغلب بین اتم های عناصر غیرفلزی ایجاد می شود. اگر اتم های غیر فلزات تشکیل دهنده یک پیوند کووالانسی متعلق به عناصر شیمیایی مختلف باشند، چنین پیوندی را پیوند قطبی کووالانسی می نامند. دلیل این نام در این واقعیت نهفته است که اتم های عناصر مختلف نیز توانایی متفاوتی برای جذب یک جفت الکترون مشترک به سمت خود دارند. بدیهی است که این منجر به جابجایی جفت الکترون مشترک به سمت یکی از اتم ها می شود که در نتیجه یک بار منفی جزئی روی آن تشکیل می شود. به نوبه خود، یک بار مثبت جزئی بر روی اتم دیگر تشکیل می شود. به عنوان مثال، در یک مولکول کلرید هیدروژن، جفت الکترون از اتم هیدروژن به اتم کلر منتقل می شود:

نمونه هایی از مواد با پیوند قطبی کووالانسی:

СCl 4، H 2 S، CO 2، NH 3، SiO 2 و غیره.

یک پیوند کووالانسی غیر قطبی بین اتم های غیر فلزی یک عنصر شیمیایی تشکیل می شود. از آنجایی که اتم ها یکسان هستند، توانایی آنها برای کشیدن الکترون های مشترک یکسان است. در این رابطه هیچ جابجایی جفت الکترون مشاهده نمی شود:

مکانیسم فوق برای تشکیل پیوند کووالانسی، زمانی که هر دو اتم الکترون هایی را برای تشکیل جفت الکترون های مشترک فراهم می کنند، تبادل نامیده می شود.

همچنین مکانیسم اهداکننده-پذیرنده نیز وجود دارد.

هنگامی که یک پیوند کووالانسی توسط مکانیسم دهنده - گیرنده تشکیل می شود، یک جفت الکترون مشترک به دلیل اوربیتال پر یک اتم (با دو الکترون) و اوربیتال خالی اتم دیگر تشکیل می شود. اتمی که یک جفت الکترون مشترک را فراهم می کند، دهنده و اتمی با اوربیتال آزاد گیرنده نامیده می شود. دهنده های جفت الکترون اتم هایی هستند که دارای الکترون های جفتی هستند، به عنوان مثال، N، O، P، S.

به عنوان مثال، با توجه به مکانیسم دهنده-گیرنده، چهارمین پیوند کووالانسی N-H در کاتیون آمونیوم NH 4 + تشکیل می شود:

پیوندهای کووالانسی علاوه بر قطبیت، با انرژی نیز مشخص می شوند. انرژی پیوند حداقل انرژی لازم برای شکستن پیوند بین اتم ها است.

انرژی اتصال با افزایش شعاع اتم های محدود کاهش می یابد. از آنجایی که می دانیم شعاع اتمی در زیر گروه ها افزایش می یابد، برای مثال می توانیم نتیجه بگیریم که استحکام پیوند هالوژن-هیدروژن در این سری افزایش می یابد:

سلام< HBr < HCl < HF

همچنین، انرژی پیوند به تعدد آن بستگی دارد - هر چه تعدد پیوند بیشتر باشد، انرژی آن بیشتر است. تعدد پیوند تعداد جفت الکترون های مشترک بین دو اتم است.

پیوند یونی

پیوند یونی را می توان به عنوان حالت محدود کننده پیوند قطبی کووالانسی در نظر گرفت. اگر در یک پیوند کووالانسی-قطبی، جفت الکترون مشترک تا حدی به یکی از جفت اتم‌ها منتقل شود، در پیوند یونی تقریباً به طور کامل به یکی از اتم‌ها داده می‌شود. اتمی که الکترون (های) اهدا کرده است، بار مثبت می گیرد و تبدیل می شود کاتیونو اتمی که از آن الکترون گرفته است بار منفی می گیرد و می شود آنیون.

بنابراین، پیوند یونی پیوندی است که به دلیل جاذبه الکترواستاتیکی کاتیون ها به آنیون ها ایجاد می شود.

تشکیل این نوع پیوند مشخصه برهمکنش اتم های فلزات معمولی و نافلزات معمولی است.

مثلا فلوراید پتاسیم. یک کاتیون پتاسیم در نتیجه جدا شدن یک الکترون از یک اتم خنثی به دست می آید و یک یون فلوئور با اتصال یک الکترون به اتم فلوئور تشکیل می شود:

بین یون های حاصل، نیروی جاذبه الکترواستاتیکی ایجاد می شود که در نتیجه یک ترکیب یونی تشکیل می شود.

در طول تشکیل یک پیوند شیمیایی، الکترون‌های اتم سدیم به اتم کلر منتقل شدند و یون‌هایی با بار مخالف تشکیل شدند که دارای سطح انرژی خارجی کامل هستند.

ثابت شده است که الکترون ها به طور کامل از اتم فلز جدا نمی شوند، بلکه فقط به سمت اتم کلر حرکت می کنند، مانند پیوند کووالانسی.

بیشتر ترکیبات دوتایی که حاوی اتم های فلزی هستند یونی هستند. به عنوان مثال، اکسیدها، هالیدها، سولفیدها، نیتریدها.

یک پیوند یونی بین کاتیون‌های ساده و آنیون‌های ساده (F -، Cl -، S 2-) و همچنین بین کاتیون‌های ساده و آنیون‌های پیچیده (NO 3 -، SO 4 2-، PO 4 3-، OH -) رخ می‌دهد. . بنابراین، ترکیبات یونی شامل نمک ها و بازها (Na 2 SO 4، Cu (NO 3) 2، (NH 4) 2 SO 4)، Ca (OH) 2، NaOH) هستند.

اتصال فلزی

این نوع پیوند در فلزات ایجاد می شود.

اتم های تمام فلزات دارای الکترون هایی در لایه الکترونی بیرونی هستند که انرژی اتصال کمی با هسته اتم دارند. برای اکثر فلزات، از دست دادن الکترون های خارجی از نظر انرژی مطلوب است.

با توجه به چنین برهمکنش ضعیفی با هسته، این الکترون ها در فلزات بسیار متحرک هستند و فرآیند زیر به طور مداوم در هر بلور فلزی رخ می دهد:

M 0 - ne - \u003d M n +، که در آن M 0 یک اتم فلز خنثی است و Mn + کاتیون همان فلز. شکل زیر تصویری از فرآیندهای در حال انجام را نشان می دهد.

یعنی الکترون‌ها در امتداد کریستال فلزی "عجله" می‌کنند، از یک اتم فلز جدا می‌شوند، کاتیونی از آن تشکیل می‌دهند، به کاتیون دیگری می‌پیوندند و یک اتم خنثی تشکیل می‌دهند. این پدیده «باد الکترونیکی» نام داشت و مجموعه الکترون‌های آزاد در بلور یک اتم غیرفلزی «گاز الکترون» نام داشت. به این نوع برهمکنش بین اتم های فلز، پیوند فلزی می گویند.

پیوند هیدروژنی

اگر یک اتم هیدروژن در هر ماده ای به عنصری با الکترونگاتیوی بالا (نیتروژن، اکسیژن یا فلوئور) پیوند خورده باشد، چنین ماده ای با پدیده ای مانند پیوند هیدروژنی مشخص می شود.

از آنجایی که یک اتم هیدروژن به یک اتم الکترونگاتیو پیوند دارد، یک بار مثبت جزئی روی اتم هیدروژن و یک بار منفی جزئی بر روی اتم الکترونگاتیو تشکیل می‌شود. در این راستا، جاذبه الکترواستاتیکی بین اتم هیدروژن با بار مثبت جزئی یک مولکول و اتم الکترونگاتیو دیگری امکان پذیر می شود. به عنوان مثال، پیوند هیدروژنی برای مولکول های آب مشاهده می شود:

این پیوند هیدروژنی است که نقطه ذوب غیر عادی آب را توضیح می دهد. پیوندهای هیدروژنی قوی علاوه بر آب در موادی مانند هیدروژن فلوراید، آمونیاک، اسیدهای حاوی اکسیژن، فنل ها، الکل ها، آمین ها نیز ایجاد می شود.

پیوند فلزی یک پیوند شیمیایی است که به دلیل وجود الکترون های نسبتا آزاد است. هم برای فلزات خالص و هم برای آلیاژها و ترکیبات بین فلزی آنها معمول است.

مکانیزم اتصال فلزی

در تمام گره های شبکه کریستالی یون های فلزی مثبت وجود دارد. بین آنها به طور تصادفی، مانند مولکول‌های گاز، الکترون‌های ظرفیتی حرکت می‌کنند که در طول تشکیل یون‌ها از اتم‌ها جدا می‌شوند. این الکترون ها نقش سیمان را بازی می کنند و یون های مثبت را در کنار هم نگه می دارند. در غیر این صورت، شبکه تحت تأثیر نیروهای دافعه بین یون ها متلاشی می شود. در عین حال، الکترون‌ها نیز توسط یون‌های درون شبکه کریستالی نگهداری می‌شوند و نمی‌توانند آن را ترک کنند. نیروهای ارتباطی بومی سازی و هدایت نشده اند.

بنابراین، در اغلب موارد، اعداد هماهنگی بالا ظاهر می شوند (مثلاً 12 یا 8). هنگامی که دو اتم فلز به یکدیگر نزدیک می شوند، اوربیتال های پوسته بیرونی آنها روی هم قرار می گیرند و اوربیتال های مولکولی تشکیل می دهند. اگر اتم سومی بالا بیاید، مدار آن با دو اتم اول همپوشانی پیدا می کند و در نتیجه اوربیتال مولکولی دیگری ایجاد می شود. هنگامی که اتم های زیادی وجود دارد، تعداد زیادی اوربیتال مولکولی سه بعدی وجود دارد که در همه جهات گسترش دارند. به دلیل همپوشانی چندگانه اوربیتال ها، الکترون های ظرفیت هر اتم تحت تاثیر اتم های زیادی قرار می گیرند.

شبکه های کریستالی مشخصه

اکثر فلزات یکی از شبکه های بسیار متقارن و بسته بندی شده زیر را تشکیل می دهند: مکعبی در مرکز بدن، مکعبی با محوریت صورت و شش ضلعی.

در یک شبکه مکعبی با مرکز جسم (bcc)، اتم ها در راس مکعب و یک اتم در مرکز حجم مکعب قرار دارند. فلزات دارای یک شبکه مکعبی در مرکز بدن هستند: Pb، K، Na، Li، β-Ti، β-Zr، Ta، W، V، α-Fe، Cr، Nb، Ba و غیره.

در یک شبکه مکعبی رو به مرکز (fcc)، اتم ها در راس مکعب و در مرکز هر وجه قرار دارند. فلزات این نوع دارای شبکه هستند: α-Ca، Ce، α-Sr، Pb، Ni، Ag، Au، Pd، Pt، Rh، γ-Fe، Cu، α-Co و غیره.

در یک شبکه شش ضلعی، اتم ها در راس ها و مرکز پایه های شش ضلعی منشور قرار دارند و سه اتم در صفحه وسط منشور قرار دارند. فلزات دارای چنین بسته بندی اتم ها هستند: Mg، α-Ti، Cd، Re، Os، Ru، Zn، β-Co، Be، β-Ca و غیره.

سایر خواص

الکترون‌هایی که آزادانه حرکت می‌کنند باعث هدایت الکتریکی و گرمایی بالایی می‌شوند. مواد با پیوند فلزی اغلب استحکام را با شکل‌پذیری ترکیب می‌کنند، زیرا وقتی اتم‌ها نسبت به یکدیگر جابجا می‌شوند، پیوندها شکسته نمی‌شوند. یکی دیگر از خواص مهم، معطر بودن فلز است.

فلزات گرما و الکتریسیته را به خوبی هدایت می کنند، به اندازه کافی قوی هستند، می توانند بدون شکستن تغییر شکل دهند. برخی از فلزات چکش خوار هستند (می توان آنها را جعل کرد)، برخی دیگر چکش خوار هستند (می توان آنها را به داخل سیم کشید). این ویژگی‌های منحصر به فرد با نوع خاصی از پیوند شیمیایی توضیح داده می‌شود که اتم‌های فلز را به یکدیگر متصل می‌کند - یک پیوند فلزی.

فلزات در حالت جامد به شکل کریستال های یون های مثبت وجود دارند که گویی در دریایی از الکترون ها که آزادانه بین آنها حرکت می کنند "شناور" هستند.

پیوند فلزی خواص فلزات، به ویژه استحکام آنها را توضیح می دهد. تحت تأثیر نیروی تغییر شکل، شبکه فلزی برخلاف کریستال‌های یونی می‌تواند بدون ترک خوردن شکل خود را تغییر دهد.

رسانایی حرارتی بالای فلزات با این واقعیت توضیح داده می شود که اگر یک قطعه فلز را در یک طرف گرم کنید، انرژی جنبشی الکترون ها افزایش می یابد. این افزایش انرژی در "دریای الکترونیکی" در سراسر نمونه با سرعت زیادی منتشر می شود.

رسانایی الکتریکی فلزات نیز مشخص می شود. اگر اختلاف پتانسیل به انتهای یک نمونه فلزی اعمال شود، آنگاه ابر الکترون‌های غیرمکانی‌شده در جهت پتانسیل مثبت جابه‌جا می‌شوند: این جریان الکترون‌هایی که در همان جهت حرکت می‌کنند جریان الکتریکی آشنا هستند.

در حالت تک اتمی در شرایط عادی، فقط گازهای نجیب یافت می شود. عناصر باقی مانده به شکل یک فرد وجود ندارند، زیرا آنها توانایی تعامل با یکدیگر یا با اتم های دیگر را دارند. در این حالت ذرات پیچیده تری تشکیل می شوند.

در تماس با

مجموعه ای از اتم ها می توانند ذرات زیر را تشکیل دهند:

• مولکول ها؛
• یون های مولکولی؛
• رادیکال های آزاد.

انواع فعل و انفعالات شیمیایی

برهمکنش بین اتم ها پیوند شیمیایی نامیده می شود. اساس نیروهای الکترواستاتیکی (نیروهای برهمکنش بارهای الکتریکی) است که بین اتم ها عمل می کنند، حامل این نیروها هسته یک اتم و الکترون ها هستند.

الکترون های واقع در سطح انرژی خارجی نقش اصلی را در تشکیل پیوندهای شیمیایی بین اتم ها ایفا می کنند. آنها از هسته دورتر هستند و در نتیجه کمترین میزان را با آن مرتبط می کنند. نامیده می شوند الکترون های ظرفیت

ذرات به طرق مختلف با یکدیگر تعامل دارند که منجر به تشکیل مولکول ها (و مواد) با ساختارهای مختلف می شود. انواع پیوندهای شیمیایی زیر وجود دارد:

• یونی؛
• کووالانسی؛
• واندروالس؛
• فلز.

در مورد انواع مختلف برهمکنش شیمیایی بین اتم ها، لازم به یادآوری است که همه انواع به طور مساوی بر اساس برهمکنش الکترواستاتیک ذرات هستند.

پیوند شیمیایی فلزی

همانطور که از موقعیت فلزات در جدول عناصر شیمیایی مشاهده می شود، آنها در اکثر موارد دارای تعداد کمی الکترون ظرفیت هستند. الکترون ها نسبتاً ضعیف به هسته خود متصل می شوند و به راحتی از آنها جدا می شوند. در نتیجه یون های فلزی با بار مثبت و الکترون های آزاد تشکیل می شوند.

این الکترون ها که آزادانه در شبکه کریستالی حرکت می کنند، «گاز الکترون» نامیده می شوند.

شکل به صورت شماتیک ساختار یک ماده فلزی را نشان می دهد.

یعنی در حجم یک فلز، اتم ها دائماً به یون تبدیل می شوند (به آنها یون اتم می گویند) و برعکس، یون ها دائماً از "گاز الکترون" الکترون دریافت می کنند.

مکانیسم تشکیل یک پیوند فلزی را می توان به صورت فرمولی نوشت:

اتم M 0 - ne ↔ یون M n+

بنابراین، فلزات یون های مثبتی هستند که در شبکه کریستالی در موقعیت های خاصی قرار دارند و الکترون هایی هستند که می توانند کاملا آزادانه بین یون های اتم حرکت کنند.

شبکه کریستالی نشان دهنده "اسکلت" است.، هسته ماده و الکترون ها بین گره های آن حرکت می کنند. شکل شبکه های کریستالی فلزات می تواند متفاوت باشد، به عنوان مثال:

• شبکه مکعبی حجم محور مشخصه فلزات قلیایی است.
• شبکه مکعبی رو به مرکز، به عنوان مثال، روی، آلومینیوم، مس و سایر عناصر انتقالی دارد.
• شکل شش ضلعی برای عناصر قلیایی خاکی معمولی است (یک استثناء باریم است).
• ساختار چهار ضلعی - در ایندیم؛
• لوزی - در جیوه.

نمونه ای از شبکه کریستالی فلزی در تصویر زیر نشان داده شده است..

تفاوت با انواع دیگر

یک پیوند فلزی از نظر استحکام با پیوند کووالانسی متفاوت است. انرژی پیوندهای فلزی کمتر استنسبت به کووالانسی ها 3 تا 4 برابر و انرژی پیوند یونی کمتری دارند.

در مورد پیوند فلزی، نمی توان از جهت دهی صحبت کرد، پیوند کووالانسی به شدت در فضا هدایت می شود.

چنین مشخصه ای به عنوان اشباع نیز برای برهمکنش بین اتم های فلزی معمولی نیست. در حالی که پیوندهای کووالانسی اشباع‌پذیر هستند، یعنی تعداد اتم‌هایی که می‌تواند با آن‌ها برهمکنش داشته باشد، به شدت توسط تعداد الکترون‌های ظرفیت محدود می‌شود.

نمودار و مثال های ارتباطی

فرآیندی که در فلز اتفاق می افتد را می توان با استفاده از فرمول نوشت:

ک - ای<->K+

Al-3e<->Al 3+

نا ای<->Na+

Zn - 2e<->Zn2+

Fe-3e<->Fe3+

اگر پیوند فلزی را با جزئیات بیشتری توضیح دهیم، نحوه تشکیل این نوع پیوند، لازم است ساختار سطوح انرژی خارجی عنصر را در نظر بگیریم.

به عنوان مثال سدیم است. تنها الکترون ظرفیت 3s موجود در سطح بیرونی می تواند آزادانه در امتداد اوربیتال های آزاد سطح انرژی سوم حرکت کند. هنگامی که اتم های سدیم به یکدیگر نزدیک می شوند، اوربیتال ها روی هم قرار می گیرند. اکنون همه الکترون‌ها می‌توانند بین یون‌های اتم در تمام اوربیتال‌های به هم قفل شده حرکت کنند.

روی دارای 2 الکترون ظرفیتی به تعداد 15 اوربیتال آزاد در سطح انرژی چهارم است. هنگامی که اتم ها برهم کنش می کنند، این اوربیتال های آزادهمپوشانی خواهند داشت، گویی که الکترون هایی را که در امتداد آنها حرکت می کنند اجتماعی می کنند.

اتم های کروم دارای 6 الکترون ظرفیت هستند و همه آنها در تشکیل گاز الکترون شرکت می کنند و یون های اتم را به هم متصل می کنند.

نوع خاصی از برهمکنش، که مشخصه اتم های فلز است، تعدادی از خواص را تعیین می کند که آنها را متحد می کند و فلزات را از سایر مواد متمایز می کند. نمونه هایی از این خواص عبارتند از: نقطه ذوب بالا، نقطه جوش بالا، چکش خواری، توانایی بازتاب نور، رسانایی الکتریکی و حرارتی بالا.

نقطه ذوب و جوش بالا با این واقعیت توضیح داده می شود که کاتیون های فلزی به شدت توسط گاز الکترون محدود شده اند. در همان زمان، یک نظم ردیابی می شود که استحکام پیوند با افزایش تعداد الکترون های ظرفیت افزایش می یابد. به عنوان مثال، روبیدیم و پتاسیم در مقایسه با کروم (1615 درجه سانتیگراد) مواد کم ذوب هستند (به ترتیب نقطه ذوب 39 و 63 درجه سانتیگراد).

توزیع یکنواخت الکترون های ظرفیت روی یک کریستال، به عنوان مثال، ویژگی فلزات مانند پلاستیسیته را توضیح می دهد - جابجایی یون ها و اتم ها در هر جهت بدون از بین بردن برهم کنش بین آنها.

حرکت آزاد الکترون ها در اوربیتال های اتمی رسانایی الکتریکی فلزات را نیز توضیح می دهد. گاز الکترون هنگام اعمال اختلافپتانسیل از حرکت آشفته به حرکت جهت دار می رود.

در صنعت اغلب از فلزات خالص استفاده نمی شود، بلکه از مخلوط آنها که آلیاژ نامیده می شود استفاده می شود. در یک آلیاژ، خواص یک جزء معمولاً با موفقیت خواص یک جزء دیگر را تکمیل می کند.

نوع متقابل فلزی هم برای فلزات خالص و هم مخلوط آنها - آلیاژها در حالت جامد و مایع مشخص است. اما اگر فلز به حالت گازی منتقل شود، پیوند بین اتم های آن کووالانسی خواهد بود. این فلز به شکل بخار از مولکول های منفرد (یک یا دو اتمی) تشکیل شده است.