Wiązania chemiczne w liceum
Chemia
Zestaw porządkuje najważniejsze wiadomości o wiązaniach jonowych, kowalencyjnych i metalicznych oraz o ich związku z budową i właściwościami substancji. Przećwiczysz też polaryzację wiązania, wzory elektronowe, wiązania sigma i pi oraz typowe przykłady spotykane na sprawdzianach i maturze.
1.Wiązanie chemiczne
Oddziaływanie między atomami lub jonami prowadzące do powstania trwalszego układu o mniejszej energii niż oddzielne cząstki. Powstaje dzięki przyciąganiu elektrostatycznemu między jądrami i elektronami albo między jonami przeciwnych znaków.
2.Wiązanie jonowe
Wiązanie wynikające z przyciągania elektrostatycznego między kationami i anionami. Powstaje zwykle po oddaniu elektronów przez atom metalu i przyjęciu ich przez atom niemetalu. Jest typowe np. dla chlorku sodu.
3.Wiązanie kowalencyjne
Wiązanie powstające przez uwspólnienie jednej lub kilku par elektronowych przez dwa atomy. Występuje najczęściej między atomami niemetali. Może być niespolaryzowane albo spolaryzowane.
4.Wiązanie kowalencyjne niespolaryzowane
Wiązanie kowalencyjne, w którym wspólna para elektronowa jest przyciągana przez oba atomy jednakowo lub prawie jednakowo. Występuje np. w cząsteczkach , , .
5.Wiązanie kowalencyjne spolaryzowane
Wiązanie kowalencyjne, w którym wspólna para elektronowa jest przesunięta w stronę bardziej elektroujemnego atomu. Powoduje to powstanie ładunków cząstkowych $ delta^+ delta^-$.
6.Elektroujemność
Miara zdolności atomu do przyciągania wspólnej pary elektronowej w wiązaniu chemicznym. Im większa różnica elektroujemności między atomami, tym większa polaryzacja wiązania.
7.Wiązanie metaliczne
Wiązanie charakterystyczne dla metali, polegające na przyciąganiu dodatnich jonów metalu przez zdelokalizowane elektrony walencyjne poruszające się w całym krysztale. Wyjaśnia przewodnictwo i kowalność metali.
8.Wiązanie \sigma
Wiązanie kowalencyjne powstające w wyniku czołowego nakładania się orbitali wzdłuż osi łączącej jądra atomów. Każde pojedyncze wiązanie jest wiązaniem \sigma.
9.Wiązanie \pi
Wiązanie kowalencyjne powstające przez boczne nakładanie się orbitali. Występuje obok wiązania \sigma w wiązaniach wielokrotnych: podwójnych i potrójnych.
10.Wzór elektronowy Lewisa
Sposób zapisu pokazujący elektrony walencyjne atomów oraz pary wiążące i niewiążące w cząsteczce lub jonie. Ułatwia określenie liczby wiązań i rozmieszczenia elektronów.
11.Sieć krystaliczna jonowa
Uporządkowany przestrzennie układ kationów i anionów. W substancjach jonowych nie ma zwykle pojedynczych cząsteczek, lecz rozległa sieć jonów, dlatego zapisuje się ich wzór sumaryczny, np. .
12.Ładunki cząstkowe
Niewielkie ładunki $ delta^+ delta^-$ pojawiające się w wiązaniu spolaryzowanym na skutek nierównomiernego rozmieszczenia elektronów. Nie są to pełne ładunki jonowe.
13.Przewodnictwo elektryczne związków jonowych
Substancje jonowe nie przewodzą prądu w stanie stałym, bo jony są unieruchomione w sieci. Przewodzą po stopieniu lub po rozpuszczeniu w wodzie, gdy jony mogą się przemieszczać.
14.Właściwości metali a wiązanie metaliczne
Metale dobrze przewodzą prąd i ciepło, mają połysk, są kowalne i ciągliwe. Wynika to z obecności zdelokalizowanych elektronów oraz możliwości przesuwania się warstw jonów bez niszczenia wiązania.
Notatka
1. Na czym polegają wiązania chemiczne
Wiązania chemiczne to oddziaływania, które łączą atomy albo jony w trwalsze układy. Ich powstawanie wiąże się z dążeniem układu do stanu o niższej energii. W chemii szkolnej najważniejsze są trzy typy: wiązanie jonowe, wiązanie kowalencyjne i wiązanie metaliczne.
Rodzaj wiązania zależy przede wszystkim od budowy elektronowej atomów, liczby elektronów walencyjnych oraz różnicy ich elektroujemności. Metale częściej oddają elektrony, a niemetale częściej je przyjmują albo uwspólniają.
W praktyce niektóre wiązania mają charakter pośredni, ale na poziomie liceum klasyfikuje się je według dominującego sposobu łączenia atomów lub jonów.
Ważne
Typ wiązania wpływa na właściwości substancji: temperaturę topnienia, przewodnictwo elektryczne, twardość, kruchość i rozpuszczalność.
2. Wiązanie jonowe
Wiązanie jonowe powstaje dzięki przyciąganiu elektrostatycznemu między jonami o przeciwnych ładunkach, czyli kationami i anionami. Najczęściej tworzy się między atomem metalu a atomem niemetalu. Metal oddaje elektrony walencyjne, a niemetal je przyjmuje.
W substancjach jonowych nie występują zwykle pojedyncze cząsteczki. Tworzą one rozległą sieć krystaliczną, w której jony są ułożone regularnie w przestrzeni. Dlatego zapis oznacza stosunek jonów w krysztale, a nie pojedynczą cząsteczkę w klasycznym sensie.
Związki jonowe są zwykle ciałami stałymi o wysokich temperaturach topnienia i wrzenia, ponieważ rozerwanie sieci jonowej wymaga dużej energii. Często są też kruche: przesunięcie warstw w krysztale może doprowadzić do zetknięcia się jonów o tym samym znaku, które się odpychają.
W stanie stałym substancje jonowe nie przewodzą prądu, bo jony nie mogą się poruszać. Po stopieniu albo po rozpuszczeniu w wodzie przewodzą, ponieważ jony stają się ruchliwe.
Zapamiętaj
Związek jonowy przewodzi prąd dopiero wtedy, gdy jego jony mogą się przemieszczać: w stanie ciekłym lub w roztworze.
3. Wiązanie kowalencyjne i jego polaryzacja
Wiązanie kowalencyjne polega na uwspólnieniu pary elektronowej przez dwa atomy. Występuje najczęściej między atomami niemetali. Jeśli atomy przyciągają wspólną parę jednakowo, powstaje wiązanie kowalencyjne niespolaryzowane. Tak jest zwykle w cząsteczkach zbudowanych z jednakowych atomów, na przykład , czy .
Gdy atomy różnią się elektroujemnością, wspólna para elektronowa przesuwa się w stronę atomu silniej ją przyciągającego. Wtedy powstaje wiązanie kowalencyjne spolaryzowane. Na atomach pojawiają się ładunki cząstkowe: $
delta^+
delta^-$. Nie są to jednak pełne ładunki jonowe.
Do zapisu rozmieszczenia elektronów walencyjnych używa się wzorów elektronowych Lewisa. Pokazują one pary wiążące i niewiążące, dzięki czemu łatwiej określić, ile wiązań może utworzyć dany atom.
Przykład
W cząsteczce para elektronowa jest przesunięta w stronę chloru, więc wiązanie jest kowalencyjne spolaryzowane.
4. Wiązania \sigma i \pi
Wiązania kowalencyjne można też opisywać jako wiązania \sigma i wiązania \pi. Wiązanie \sigma powstaje przez czołowe nakładanie się obszarów elektronowych wzdłuż osi łączącej jądra atomów. Każde pojedyncze wiązanie jest właśnie wiązaniem \sigma.
Wiązanie \pi powstaje przez boczne nakładanie się obszarów elektronowych. Nie występuje samodzielnie w zwykłym pojedynczym wiązaniu, lecz pojawia się dodatkowo w wiązaniach wielokrotnych.
Wiązanie podwójne składa się z jednego \sigma i jednego \pi, a wiązanie potrójne z jednego \sigma i dwóch \pi. To ważne przy analizie cząsteczek takich jak , czy etylen.
Na poziomie liceum warto umieć rozpoznać tę zależność i powiązać ją z rodzajem wiązania w prostych cząsteczkach.
5. Wiązanie metaliczne
Wiązanie metaliczne jest charakterystyczne dla metali. Atomy metalu oddają elektrony walencyjne do wspólnej puli, a w krysztale pozostają dodatnio naładowane jony metalu. Między tymi jonami a zdelokalizowanymi elektronami działa przyciąganie elektrostatyczne.
Ten model tłumaczy typowe właściwości metali. Dzięki ruchliwym elektronom metale dobrze przewodzą prąd elektryczny i ciepło. Obecność swobodnie przemieszczających się elektronów odpowiada także za połysk metaliczny.
Metale są zwykle kowalne i ciągliwe, ponieważ warstwy jonów mogą się przesuwać względem siebie bez całkowitego zniszczenia wiązania. To odróżnia je od kryształów jonowych, które częściej są kruche.
Ważne
Dobra przewodność metali wynika z obecności zdelokalizowanych elektronów, a nie z ruchu całych jonów metalu.
6. Jak rozpoznawać typ wiązania i łączyć go z właściwościami
Przy rozpoznawaniu rodzaju wiązania warto najpierw sprawdzić, jakie pierwiastki tworzą substancję. Połączenie metalu z niemetalem najczęściej wskazuje na wiązanie jonowe. Połączenie niemetalu z niemetalem zwykle oznacza wiązanie kowalencyjne. Substancje zbudowane z samych metali mają wiązanie metaliczne.
Trzeba też łączyć typ wiązania z właściwościami makroskopowymi. Substancje jonowe często mają wysoką temperaturę topnienia i przewodzą prąd dopiero po stopieniu lub w roztworze. Substancje kowalencyjne cząsteczkowe zwykle nie przewodzą prądu. Metale przewodzą prąd w stanie stałym i są plastyczne.
Na sprawdzianach i maturze często pojawiają się zadania typu: wskaż typ wiązania w , , , albo porównaj właściwości soli, cząsteczek niemetali i metali. Kluczem jest połączenie budowy z właściwościami.
Warto pamiętać, że polaryzacja wiązania kowalencyjnego zależy od różnicy elektroujemności, ale samo rozpoznanie całej substancji wymaga spojrzenia szerzej: czy tworzy ona cząsteczki, sieć jonową czy kryształ metaliczny.
Quizy w tym zestawie
18 pytań w 2 etapach — odblokujesz je po dodaniu zestawu