Wiązanie kowalencyjne
Wiązania kowalencyjne to wiązania chemiczne pomiędzy dwoma atomami niemetalicznymi. Przykładem jest woda, gdzie wodór (H) i tlen (O) łączą się ze sobą w celu utworzenia (H2O). Pełna powłoka zewnętrzna ma zazwyczaj osiem elektronów, lub dwa w przypadku wodoru lub helu. Elektrony walencyjne to elektrony trzymane stosunkowo luźno w zewnętrznej powłoce atomu. Struktura powłok elektronów jest okre¶lona przez mechanikę kwantow±).
O liczbie elektronów w atomie decyduje liczba protonów w atomie. Elektrony orbitują w jądrach atomowych, i są jak rozmyte ścieżki orbitalne wokół jądra atomu. Pierwsza warstwa ma do dwóch elektronów. Warstwy następne zawierają zazwyczaj do ośmiu elektronów. Wiązania kowalencyjne są tworzone przez atomy dzielące elektrony walencyjne.
Jeżeli, na przykład, atom miał dziewięć elektronów, pierwsze dwie orbity bardzo blisko jądra, następne siedem orbit nieco dalej. Zewnętrzne siedem elektronów jest mniej ściśnięte niż wewnętrzne dwa elektrony, ponieważ są one bardziej oddalone od dodatnio naładowanego jądra. Jeżeli ten atom zbliży się do innego atomu, z luźno trzymanym elektronem w jego zewnętrznej powłoce, to dla luźno trzymanego elektronu pojawi się nowa orbita. Ta nowa orbita elektronowa jest związana z obu jądrami atomowymi i ma niższy poziom energii niż oryginalna orbita elektronowa. Elektron może spontanicznie przeskakiwać do niej i emitować foton z nadmiarem energii. Teraz mamy elektron krążący wokół obu atomów, co daje atom, który pod warunkiem, że ma niewielki dodatni ładunek netto, a drugi atom ma niewielki ujemny ładunek netto. Te dwa atomy są teraz trzymane razem przez elektromagnetyczną siłę przyciągania pomiędzy dodatnim i ujemnym ładunkiem. To jest nazywane wiązaniem kowalencyjnym. Aby zerwać to wiązanie potrzebuje tej samej ilości energii, która została uwolniona podczas jego tworzenia.
Molekuła wody składa się z jednego atomu tlenu i dwóch atomów wodoru połączonych wiązaniem kowalencyjnym. W tym przypadku atom tlenu dzieli jeden elektron z każdym atomem wodoru. Oznacza to, że atomy tlenu mają niewielki dodatni ładunek netto, a atom wodoru ma niewielki ujemny ładunek netto. W rezultacie atomy tlenu i wodoru są przyciągane do siebie przez siłę elektromagnetyczną. Z tego powodu cząsteczka wody jest cząsteczką polarną: jej ładunek nie jest równomiernie rozłożony.
Covalent bonds of water (H2O)
Rodzaje wiązania kowalencyjnego
Orbitały atomowe (z wyjątkiem orbitałów s) tworzą różne rodzaje wiązań kowalencyjnych:
- Obligacje Sigma (σ) są najsilniejszymi obligacjami kowalencyjnymi. Posiadają one nakładające się na siebie orbity na dwóch różnych atomach. Pojedyncze wiązanie jest zwykle wiązaniem σ.
- Wiązania Pi (π) są słabsze i wynikają z bocznego nakładania się na siebie orbit p (lub d).
- Podwójne wiązanie pomiędzy dwoma danymi atomami ma jedno wiązanie σ i jedno π, oraz
- potrójna więź ma jedną σ i dwie π więzi.
Wiązania kowalencyjne są słabsze od wiązań jonowych i mają niższą temperaturę topnienia. Są one również na ogół słabymi przewodnikami prądu i ciepła.
Długość wiązania
W chemii długość wiązania jest miarą wielkości wiązania kowalencyjnego. Ponieważ molekuły są bardzo małe, są one mierzone w pikometrach, czyli około jednej milionowej miliardowej części metra.
Chemia cząsteczek jest wyjaśniona głównie przez ich wiązania, a ich wiązania są spowodowane strukturą elektronów.
Rysunek z benzenu. Przedstawiono długości i kąty wiązania.
Powiązane strony
- Walencja
Pytania i odpowiedzi
P: Co to jest wiązanie kowalencyjne?
O: Wiązanie kowalencyjne to wiązanie chemiczne pomiędzy dwoma atomami niemetalu, w którym atomy dzielą się elektronami walencyjnymi. W ten sposób powstaje orbital elektronowy, który jest związany z oboma jądrami atomowymi i ma niższy poziom energetyczny niż pierwotny orbital elektronowy. W rezultacie atom, który dostarczył elektron ma niewielki ładunek dodatni netto, a drugi atom ma niewielki ładunek ujemny netto, które są utrzymywane razem przez elektromagnetyczną siłę przyciągania między ładunkami dodatnimi i ujemnymi.
P: Ile elektronów ma zwykle atom w swojej zewnętrznej powłoce?
O: Zewnętrzna powłoka atomu zawiera zazwyczaj do ośmiu elektronów, lub dwa w przypadku wodoru lub helu.
P: Co decyduje o liczbie elektronów w atomie?
O: Liczba elektronów w atomie zależy od liczby protonów w atomie.
P: Jak powstają wiązania kowalencyjne?
O: Wiązania kowalencyjne powstają, gdy atomy zbliżają się do siebie i jeden luźno trzymany elektron z jednego atomu przeskakuje na nowy orbital, który jest związany z obydwoma jądrami atomowymi na niższym poziomie energetycznym niż poprzednio. W wyniku tego jeden atom ma niewielki ładunek dodatni netto, a drugi niewielki ładunek ujemny netto, co powoduje powstanie między nimi elektromagnetycznej siły przyciągania.
P: Jakim typem cząsteczki jest woda?
O: Cząsteczki wody składają się z jednego atomu tlenu i dwóch atomów wodoru połączonych wiązaniami kowalencyjnymi, co sprawia, że jest to cząsteczka polarna, ponieważ jej ładunek nie jest równomiernie rozłożony.
P: Gdzie elektrony krążą wokół jąder atomowych?
O: Elektrony krążą wokół jąder atomowych jak po rozmytych ścieżkach orbitalnych.
