Wiązania chemiczne: jonowe, kowalencyjne i metaliczne
Chemia
Zestaw wyjaśnia, jak powstają wiązania jonowe, kowalencyjne i metaliczne oraz jak wpływają na właściwości substancji. Obejmuje elektroujemność, polaryzację wiązań, wiązania sigma i pi, a także rodzaje kryształów i typowe przykłady.
1.Wiązanie chemiczne
Oddziaływanie łączące atomy lub jony w trwałe układy. Jego utworzenie zwykle prowadzi do obniżenia energii układu i zwiększenia jego trwałości.
2.Elektroujemność
Miara zdolności atomu do przyciągania wspólnej pary elektronowej w wiązaniu kowalencyjnym. Różnica elektroujemności pomaga przewidzieć rodzaj i polaryzację wiązania.
3.Wiązanie jonowe
Oddziaływanie elektrostatyczne między kationami i anionami. Powstaje po przeniesieniu elektronu lub elektronów, najczęściej z atomu metalu na atom niemetalu.
4.Kation i anion
Kation jest jonem dodatnim, powstającym zwykle przez oddanie elektronów. Anion jest jonem ujemnym, powstającym zwykle przez przyjęcie elektronów.
5.Wiązanie kowalencyjne
Wiązanie powstające przez uwspólnienie jednej lub kilku par elektronowych przez atomy. Występuje przede wszystkim między atomami niemetali.
6.Wiązanie kowalencyjne niespolaryzowane
Wiązanie, w którym wspólna para elektronowa jest przyciągana jednakowo lub prawie jednakowo przez oba atomy. Występuje np. w cząsteczkach H2, Cl2 i O2.
7.Wiązanie kowalencyjne spolaryzowane
Wiązanie, w którym wspólna para elektronowa jest przesunięta w stronę atomu o większej elektroujemności. Na atomach pojawiają się ładunki cząstkowe: dodatni i ujemny.
8.Dipol
Układ dwóch przeciwnych ładunków cząstkowych rozdzielonych w przestrzeni. Może powstać w wiązaniu kowalencyjnym spolaryzowanym, np. w cząsteczce HCl.
9.Wiązanie pojedyncze, podwójne i potrójne
Wiązanie pojedyncze obejmuje jedną wspólną parę elektronową, podwójne dwie, a potrójne trzy. Wiązania wielokrotne są zwykle krótsze i mocniejsze od pojedynczych.
10.Wiązanie sigma
Wiązanie kowalencyjne utworzone wzdłuż osi łączącej jądra atomów. Każde wiązanie pojedyncze jest wiązaniem sigma.
11.Wiązanie pi
Wiązanie kowalencyjne występujące dodatkowo obok wiązania sigma w wiązaniu podwójnym lub potrójnym. Gęstość elektronowa znajduje się po obu stronach osi łączącej jądra.
12.Wiązanie metaliczne
Oddziaływanie między dodatnimi jonami metalu w sieci krystalicznej a zdelokalizowanymi elektronami walencyjnymi, które mogą przemieszczać się w całym krysztale.
13.Kryształ jonowy
Uporządkowana struktura zbudowana z naprzemiennie ułożonych kationów i anionów. Przykładem jest chlorek sodu. Nie tworzy się w nim pojedynczych cząsteczek NaCl.
14.Kryształ metaliczny
Struktura złożona z dodatnich jonów metalu i zdelokalizowanych elektronów. Taka budowa odpowiada za przewodnictwo prądu, połysk, kowalność i ciągliwość metali.
15.Wzór elektronowy Lewisa
Sposób zapisu pokazujący elektrony walencyjne atomów, pary wiążące oraz pary niewiążące. Ułatwia przedstawianie tworzenia wiązań w cząsteczkach i jonach.
Notatka
Dlaczego atomy tworzą wiązania?
Atomowe elektrony walencyjne, czyli elektrony na najbardziej zewnętrznej powłoce, uczestniczą w tworzeniu wiązań. Atomy łączą się, gdy powstały układ ma niższą energię niż oddzielne atomy, a więc jest bardziej trwały.
O rodzaju wiązania decydują przede wszystkim: rodzaj łączących się pierwiastków, liczba elektronów walencyjnych oraz różnica elektroujemności. Elektroujemność określa zdolność atomu do przyciągania wspólnej pary elektronowej.
W szkolnym ujęciu wyróżnia się trzy podstawowe typy: wiązanie jonowe, wiązanie kowalencyjne i wiązanie metaliczne. Nie należy ich utożsamiać wyłącznie z pojedynczymi cząsteczkami: wiązanie może budować rozległą sieć krystaliczną.
Zapamiętaj
Elektroujemność wpływa na rozkład elektronów w wiązaniu, natomiast o wiązaniu jonowym przesądza powstanie i przyciąganie jonów o przeciwnych ładunkach.
Wiązanie jonowe i kryształy jonowe
Wiązanie jonowe powstaje zwykle między metalem a niemetalem. Atom metalu oddaje elektron lub elektrony i staje się dodatnim kationem, natomiast atom niemetalu je przyjmuje, tworząc ujemny anion. Następnie przeciwne ładunki przyciągają się elektrostatycznie.
Przykładem jest chlorek sodu. Atom sodu oddaje jeden elektron, a atom chloru go przyjmuje. W stanie stałym NaCl nie występuje jako zbiór pojedynczych cząsteczek, lecz jako kryształ jonowy: regularna sieć zbudowana z wielu jonów sodowych i chlorkowych.
Typowe właściwości związków jonowych wynikają z silnych oddziaływań między jonami:
- często mają wysokie temperatury topnienia i wrzenia,
- są zwykle twarde, ale kruche,
- nie przewodzą prądu w stanie stałym,
- przewodzą prąd po stopieniu lub w roztworze wodnym, ponieważ jony mogą się wtedy przemieszczać.
Ważne
Kryształ jonowy pęka po przesunięciu warstw jonów, ponieważ obok siebie mogą znaleźć się jony o tym samym ładunku, które silnie się odpychają.
Wiązanie kowalencyjne i jego polaryzacja
Wiązanie kowalencyjne polega na uwspólnieniu pary elektronowej przez dwa atomy, najczęściej niemetale. Para elektronowa jest przyciągana przez oba jądra atomowe, dzięki czemu łączy atomy.
Gdy atomy mają identyczną albo bardzo zbliżoną elektroujemność, tworzy się wiązanie kowalencyjne niespolaryzowane. Przykłady to H2, Cl2 oraz O2. Wspólna para elektronowa nie jest wtedy przesunięta ku żadnemu z atomów.
Jeżeli elektroujemności atomów są różne, tworzy się wiązanie kowalencyjne spolaryzowane. Elektrony wiążące są przesunięte w kierunku atomu o większej elektroujemności. Pojawiają się wtedy ładunki cząstkowe: przy atomie silniej przyciągającym elektrony występuje ładunek cząstkowy ujemny, a przy drugim dodatni. Tak jest np. w HCl i w wiązaniach O–H w wodzie.
Polaryzacja pojedynczego wiązania nie zawsze oznacza, że cała cząsteczka jest polarna. Znaczenie ma również rozmieszczenie wiązań w całej cząsteczce.
Wiązania pojedyncze, wielokrotne, sigma i pi
Jedna wspólna para elektronowa tworzy wiązanie pojedyncze, dwie pary tworzą wiązanie podwójne, a trzy pary — wiązanie potrójne. Wiązania wielokrotne są na ogół krótsze i mocniejsze niż wiązania pojedyncze między tymi samymi atomami.
Każde wiązanie między dwoma atomami zawiera jedno wiązanie sigma. Powstaje ono wzdłuż osi łączącej jądra atomowe. Dodatkowe wiązanie w wiązaniu podwójnym jest wiązaniem pi, a w potrójnym występują dwa wiązania pi.
- wiązanie pojedyncze: jedno sigma,
- wiązanie podwójne: jedno sigma i jedno pi,
- wiązanie potrójne: jedno sigma i dwa pi.
Przykład
W cząsteczce etenu między atomami węgla występuje jedno wiązanie sigma oraz jedno wiązanie pi, czyli łącznie wiązanie podwójne.
Wiązanie metaliczne
Wiązanie metaliczne występuje w metalach i stopach. Atomy metalu tworzą uporządkowaną sieć, w której dodatnie jony metalu są otoczone przez zdelokalizowane elektrony walencyjne. Elektrony te nie należą wyłącznie do jednej pary atomów, lecz mogą przemieszczać się w całym krysztale.
Przyciąganie między dodatnimi jonami metalu a elektronami spaja kryształ metaliczny. Ten model wyjaśnia charakterystyczne właściwości metali:
- przewodzenie prądu elektrycznego i ciepła,
- metaliczny połysk,
- kowalność, czyli możliwość rozkuwania na blachy,
- ciągliwość, czyli możliwość wyciągania na druty.
W przeciwieństwie do kryształów jonowych warstwy jonów metalu mogą się przesuwać bez łatwego zniszczenia całej struktury. Zdelokalizowane elektrony nadal utrzymują oddziaływanie spajające.
Jak rozpoznawać rodzaj wiązania?
W zadaniach maturalnych warto najpierw ustalić, czy łączą się metal i niemetal, dwa niemetale czy atomy metalu. Metal z niemetalem często prowadzi do wiązania jonowego, dwa niemetale — do kowalencyjnego, a atomy metalu w krysztale — do wiązania metalicznego.
Następnie przy wiązaniu kowalencyjnym porównuje się elektroujemności. Taka sama elektroujemność oznacza wiązanie niespolaryzowane, a różna — spolaryzowane. Należy pamiętać, że rzeczywiste wiązania mogą mieć charakter pośredni, lecz w zadaniach szkolnych stosuje się ten podział do opisu dominującego charakteru wiązania.
Wzory elektronowe Lewisa pokazują elektrony walencyjne, pary wiążące i pary niewiążące. Są przydatne do określania liczby wiązań oraz do odróżniania wiązania pojedynczego od wielokrotnego.
Zapamiętaj
Związek jonowy przewodzi prąd wtedy, gdy jego jony są ruchliwe: w stanie ciekłym lub w roztworze wodnym.
Quizy w tym zestawie
16 pytań w 2 etapach — odblokujesz je po dodaniu zestawu