Dans lequel l'un des atomes a cédé un électron et est devenu un cation, et l'autre atome a accepté un électron et est devenu un anion.
Les propriétés caractéristiques d'une liaison covalente - directionnalité, saturation, polarité, polarisabilité - déterminent les propriétés chimiques et physiques des composés.
La direction de la liaison est due à la structure moléculaire de la substance et à la forme géométrique de sa molécule. Les angles entre deux liaisons sont appelés angles de liaison.
Saturation - la capacité des atomes à former un nombre limité de liaisons covalentes. Le nombre de liaisons formées par un atome est limité par le nombre de ses orbitales atomiques externes.
La polarité de la liaison est due à la répartition inégale de la densité électronique due aux différences d'électronégativité des atomes. Sur cette base, les liaisons covalentes sont divisées en non polaires et polaires (non polaires - une molécule diatomique est constituée d'atomes identiques (H 2, Cl 2, N 2) et les nuages d'électrons de chaque atome sont répartis symétriquement par rapport à ceux-ci atomes; polaire - une molécule diatomique est constituée d'atomes d'éléments chimiques différents et le nuage électronique général se déplace vers l'un des atomes, formant ainsi une asymétrie dans la répartition de la charge électrique dans la molécule, générant un moment dipolaire de la molécule) .
La polarisabilité d'une liaison s'exprime par le déplacement des électrons de la liaison sous l'influence d'un champ électrique externe, y compris celui d'une autre particule réagissante. La polarisabilité est déterminée par la mobilité des électrons. La polarité et la polarisabilité des liaisons covalentes déterminent la réactivité des molécules vis-à-vis des réactifs polaires.
Cependant, L. Pauling, deux fois lauréat du prix Nobel, a souligné que "dans certaines molécules, il existe des liaisons covalentes dues à un ou trois électrons au lieu d'une paire commune". Une liaison chimique à électron unique est réalisée dans l'ion moléculaire hydrogène H 2 + .
L'ion hydrogène moléculaire H 2 + contient deux protons et un électron. L'électron unique du système moléculaire compense la répulsion électrostatique de deux protons et les maintient à une distance de 1,06 Å (la longueur de la liaison chimique H 2 +). Le centre de la densité électronique du nuage d'électrons du système moléculaire est équidistant des deux protons par le rayon de Bohr α 0 = 0,53 A et est le centre de symétrie de l'ion hydrogène moléculaire H 2 + .
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Une liaison covalente est formée par une paire d'électrons partagés entre deux atomes, et ces électrons doivent occuper deux orbitales stables, une de chaque atome.
A + B → A : B
À la suite de la socialisation, les électrons forment un niveau d'énergie rempli. Une liaison est formée si leur énergie totale à ce niveau est inférieure à celle de l'état initial (et la différence d'énergie ne sera rien de plus que l'énergie de la liaison).
Selon la théorie des orbitales moléculaires, le chevauchement de deux orbitales atomiques conduit dans le cas le plus simple à la formation de deux orbitales moléculaires (OM) : contraignant MO Et anticollage (desserrage) MO. Les électrons partagés sont situés sur un MO de liaison à plus faible énergie.
Formation d'une liaison lors de la recombinaison d'atomes
Cependant, le mécanisme de l'interaction interatomique est resté longtemps inconnu. Ce n'est qu'en 1930 que F. London a introduit le concept d'attraction de dispersion - l'interaction entre les dipôles instantanés et induits (induits). Actuellement, les forces d'attraction dues à l'interaction entre les dipôles électriques fluctuants des atomes et des molécules sont appelées "forces de Londres".
L'énergie d'une telle interaction est directement proportionnelle au carré de la polarisabilité électronique α et inversement proportionnelle à la distance entre deux atomes ou molécules à la puissance six.
Formation de liaisons par le mécanisme donneur-accepteur
En plus du mécanisme homogène de formation d'une liaison covalente décrit dans la section précédente, il existe un mécanisme hétérogène - l'interaction d'ions de charges opposées - le proton H + et l'ion hydrogène négatif H -, appelé ion hydrure :
H + + H - → H 2
Lorsque les ions se rapprochent, le nuage à deux électrons (paire d'électrons) de l'ion hydrure est attiré par le proton et finit par devenir commun aux deux noyaux d'hydrogène, c'est-à-dire qu'il se transforme en une paire d'électrons de liaison. La particule qui fournit une paire d'électrons s'appelle un donneur, et la particule qui accepte cette paire d'électrons s'appelle un accepteur. Un tel mécanisme de formation d'une liaison covalente est appelé donneur-accepteur.
H + + H 2 O → H 3 O +
Un proton attaque la seule paire d'électrons d'une molécule d'eau et forme un cation stable qui existe dans les solutions aqueuses d'acides.
De même, un proton est attaché à une molécule d'ammoniac avec la formation d'un cation ammonium complexe :
NH 3 + H + → NH 4 +
De cette manière (selon le mécanisme donneur-accepteur de la formation de liaisons covalentes), une grande classe de composés d'onium est obtenue, qui comprend l'ammonium, l'oxonium, le phosphonium, le sulfonium et d'autres composés.
Une molécule d'hydrogène peut jouer le rôle de donneur de paires d'électrons, ce qui, au contact d'un proton, conduit à la formation d'un ion hydrogène moléculaire H 3 + :
H 2 + H + → H 3 +
La paire d'électrons de liaison de l'ion hydrogène moléculaire H 3 + appartient simultanément à trois protons.
Types de liaison covalente
Il existe trois types de liaisons chimiques covalentes qui diffèrent par le mécanisme de formation :
1. Liaison covalente simple. Pour sa formation, chacun des atomes fournit un électron non apparié. Lorsqu'une simple liaison covalente se forme, les charges formelles des atomes restent inchangées.
- Si les atomes qui forment une simple liaison covalente sont les mêmes, alors les vraies charges des atomes dans la molécule sont également les mêmes, puisque les atomes qui forment la liaison possèdent également une paire d'électrons partagée. Une telle connexion est appelée liaison covalente non polaire. Les substances simples ont une telle connexion, par exemple : 2, 2, 2. Mais non seulement les non-métaux du même type peuvent former une liaison covalente non polaire. Les éléments non métalliques dont l'électronégativité est de valeur égale peuvent également former une liaison covalente non polaire, par exemple, dans la molécule PH 3, la liaison est covalente non polaire, puisque l'OE de l'hydrogène est égal à l'OE du phosphore.
- Si les atomes sont différents, alors le degré de propriété d'une paire d'électrons socialisés est déterminé par la différence d'électronégativité des atomes. Un atome avec une plus grande électronégativité attire plus fortement une paire d'électrons de liaison vers lui-même et sa véritable charge devient négative. Un atome avec moins d'électronégativité acquiert, respectivement, la même charge positive. Si un composé est formé entre deux non-métaux différents, alors un tel composé est appelé liaison covalente polaire.
Dans la molécule d'éthylène C 2 H 4, il existe une double liaison CH 2 \u003d CH 2, sa formule électronique: H: C :: C: H. Les noyaux de tous les atomes d'éthylène sont situés dans le même plan. Trois nuages d'électrons de chaque atome de carbone forment trois liaisons covalentes avec d'autres atomes dans le même plan (avec des angles entre eux d'environ 120°). Le nuage du quatrième électron de valence de l'atome de carbone est situé au-dessus et au-dessous du plan de la molécule. De tels nuages d'électrons des deux atomes de carbone, se chevauchant partiellement au-dessus et au-dessous du plan de la molécule, forment une seconde liaison entre les atomes de carbone. La première liaison covalente plus forte entre les atomes de carbone est appelée une liaison σ ; la deuxième liaison covalente plus faible est appelée π (\displaystyle\pi )-la communication.
Dans une molécule d'acétylène linéaire
H-S≡S-N (N : S : : : S : N)
il y a des liaisons σ entre les atomes de carbone et d'hydrogène, une liaison σ entre deux atomes de carbone et deux π (\displaystyle\pi ) liaisons entre les mêmes atomes de carbone. Deux π (\displaystyle\pi )-les liaisons sont situées au-dessus de la sphère d'action de la liaison σ dans deux plans mutuellement perpendiculaires.
Les six atomes de carbone de la molécule de benzène cyclique C 6 H 6 se trouvent dans le même plan. les liaisons σ agissent entre les atomes de carbone dans le plan du cycle ; les mêmes liaisons existent pour chaque atome de carbone avec des atomes d'hydrogène. Chaque atome de carbone dépense trois électrons pour créer ces liaisons. Les nuages des électrons de quatrième valence des atomes de carbone, ayant la forme de huit, sont situés perpendiculairement au plan de la molécule de benzène. Chacun de ces nuages chevauche également les nuages d'électrons des atomes de carbone voisins. Dans la molécule de benzène, pas trois distincts π (\displaystyle\pi )-connexions, mais un seul π (\displaystyle \pi ) diélectriques ou semi-conducteurs. Des exemples typiques de cristaux atomiques (les atomes dans lesquels sont interconnectés par des liaisons covalentes (atomiques)) sont
Et une liaison à trois centres à deux électrons.
Compte tenu de l'interprétation statistique de la fonction d'onde par M. Born, la densité de probabilité de trouver des électrons de liaison est concentrée dans l'espace entre les noyaux de la molécule (Fig. 1). Dans la théorie de la répulsion des paires d'électrons, les dimensions géométriques de ces paires sont considérées. Ainsi, pour les éléments de chaque période, il existe un certain rayon moyen de la paire d'électrons (Å) :
0,6 pour les éléments jusqu'au néon ; 0,75 pour les éléments jusqu'à l'argon ; 0,75 pour les éléments jusqu'au krypton et 0,8 pour les éléments jusqu'au xénon.
Propriétés caractéristiques d'une liaison covalente
Les propriétés caractéristiques d'une liaison covalente - directionnalité, saturation, polarité, polarisabilité - déterminent les propriétés chimiques et physiques des composés.
- La direction de la liaison est due à la structure moléculaire de la substance et à la forme géométrique de sa molécule.
Les angles entre deux liaisons sont appelés angles de liaison.
- Saturation - la capacité des atomes à former un nombre limité de liaisons covalentes. Le nombre de liaisons formées par un atome est limité par le nombre de ses orbitales atomiques externes.
- La polarité de la liaison est due à la répartition inégale de la densité électronique due aux différences d'électronégativité des atomes.
Sur cette base, les liaisons covalentes sont divisées en non polaires et polaires (non polaires - une molécule diatomique est constituée d'atomes identiques (H 2, Cl 2, N 2) et les nuages d'électrons de chaque atome sont répartis symétriquement par rapport à ceux-ci atomes; polaire - une molécule diatomique est constituée d'atomes d'éléments chimiques différents et le nuage électronique général se déplace vers l'un des atomes, formant ainsi une asymétrie dans la distribution de la charge électrique dans la molécule, générant le moment dipolaire de la molécule).
- La polarisabilité d'une liaison s'exprime par le déplacement des électrons de la liaison sous l'influence d'un champ électrique externe, y compris celui d'une autre particule réagissante. La polarisabilité est déterminée par la mobilité des électrons. La polarité et la polarisabilité des liaisons covalentes déterminent la réactivité des molécules vis-à-vis des réactifs polaires.
Cependant, L. Pauling, deux fois lauréat du prix Nobel, a souligné que "dans certaines molécules, il existe des liaisons covalentes dues à un ou trois électrons au lieu d'une paire commune". Une liaison chimique à un électron est réalisée dans l'ion hydrogène moléculaire H 2 + .
L'ion hydrogène moléculaire H 2 + contient deux protons et un électron. L'électron unique du système moléculaire compense la répulsion électrostatique de deux protons et les maintient à une distance de 1,06 Å (la longueur de la liaison chimique H 2 +). Le centre de la densité électronique du nuage d'électrons du système moléculaire est équidistant des deux protons par le rayon de Bohr α 0 = 0,53 A et est le centre de symétrie de l'ion hydrogène moléculaire H 2 + .
Histoire du terme
Le terme "liaison covalente" a été introduit pour la première fois par le lauréat du prix Nobel Irving Langmuir en 1919. Le terme fait référence à une liaison chimique, due à la possession partagée d'électrons, par opposition à une liaison métallique, dans laquelle les électrons étaient libres, ou à une liaison ionique, dans laquelle l'un des atomes a donné un électron et est devenu un cation, et l'autre atome a accepté un électron et est devenu un anion.
Enseignement de la communication
Une liaison covalente est formée par une paire d'électrons partagés entre deux atomes, et ces électrons doivent occuper deux orbitales stables, une de chaque atome.
A + B → A : B
À la suite de la socialisation, les électrons forment un niveau d'énergie rempli. Une liaison est formée si leur énergie totale à ce niveau est inférieure à celle de l'état initial (et la différence d'énergie ne sera rien de plus que l'énergie de la liaison).
Selon la théorie des orbitales moléculaires, le chevauchement de deux orbitales atomiques conduit dans le cas le plus simple à la formation de deux orbitales moléculaires (OM) : contraignant MO Et anticollage (desserrage) MO. Les électrons partagés sont situés sur un MO de liaison à plus faible énergie.
Formation d'une liaison lors de la recombinaison d'atomes
Cependant, le mécanisme de l'interaction interatomique est resté longtemps inconnu. Ce n'est qu'en 1930 que F. London a introduit le concept d'attraction de dispersion - l'interaction entre les dipôles instantanés et induits (induits). Actuellement, les forces d'attraction dues à l'interaction entre les dipôles électriques fluctuants des atomes et des molécules sont appelées "forces de Londres".
L'énergie d'une telle interaction est directement proportionnelle au carré de la polarisabilité électronique α et inversement proportionnelle à la distance entre deux atomes ou molécules à la puissance six.
Formation de liaisons par le mécanisme donneur-accepteur
En plus du mécanisme homogène de formation d'une liaison covalente décrit dans la section précédente, il existe un mécanisme hétérogène - l'interaction d'ions de charges opposées - le proton H + et l'ion hydrogène négatif H -, appelé ion hydrure :
H + + H - → H 2
Lorsque les ions se rapprochent, le nuage à deux électrons (paire d'électrons) de l'ion hydrure est attiré par le proton et finit par devenir commun aux deux noyaux d'hydrogène, c'est-à-dire qu'il se transforme en une paire d'électrons de liaison. La particule qui fournit une paire d'électrons s'appelle un donneur, et la particule qui accepte cette paire d'électrons s'appelle un accepteur. Un tel mécanisme de formation d'une liaison covalente est appelé donneur-accepteur.
H + + H 2 O → H 3 O +
Un proton attaque la seule paire d'électrons d'une molécule d'eau et forme un cation stable qui existe dans les solutions aqueuses d'acides.
De même, un proton est attaché à une molécule d'ammoniac avec la formation d'un cation ammonium complexe :
NH 3 + H + → NH 4 +
De cette manière (selon le mécanisme donneur-accepteur pour la formation d'une liaison covalente), une grande classe de composés d'onium est obtenue, qui comprend l'ammonium, l'oxonium, le phosphonium, le sulfonium et d'autres composés.
Une molécule d'hydrogène peut jouer le rôle de donneur de paires d'électrons, ce qui, au contact d'un proton, conduit à la formation d'un ion hydrogène moléculaire H 3 + :
H 2 + H + → H 3 +
La paire d'électrons de liaison de l'ion hydrogène moléculaire H 3 + appartient simultanément à trois protons.
Types de liaison covalente
Il existe trois types de liaisons chimiques covalentes qui diffèrent par le mécanisme de formation :
1. Liaison covalente simple. Pour sa formation, chacun des atomes fournit un électron non apparié. Lorsqu'une simple liaison covalente se forme, les charges formelles des atomes restent inchangées.
- Si les atomes qui forment une simple liaison covalente sont les mêmes, alors les vraies charges des atomes dans la molécule sont également les mêmes, puisque les atomes qui forment la liaison possèdent également une paire d'électrons partagée. Une telle connexion est appelée liaison covalente non polaire. Les substances simples ont une telle liaison, par exemple : 2, 2, 2. Mais non seulement les non-métaux du même type peuvent former une liaison covalente non polaire. Les éléments non métalliques dont l'électronégativité est de valeur égale peuvent également former une liaison covalente non polaire, par exemple, dans la molécule PH 3, la liaison est covalente non polaire, puisque l'OE de l'hydrogène est égal à l'OE du phosphore.
- Si les atomes sont différents, alors le degré de propriété d'une paire d'électrons socialisés est déterminé par la différence d'électronégativité des atomes. Un atome avec une plus grande électronégativité attire plus fortement une paire d'électrons de liaison vers lui-même et sa véritable charge devient négative. Un atome avec moins d'électronégativité acquiert, respectivement, la même charge positive. Si un composé est formé entre deux non-métaux différents, alors un tel composé est appelé liaison covalente polaire.
Dans la molécule d'éthylène C 2 H 4, il existe une double liaison CH 2 \u003d CH 2, sa formule électronique est: H: C :: C: H. Les noyaux de tous les atomes d'éthylène sont situés dans le même plan. Trois nuages d'électrons de chaque atome de carbone forment trois liaisons covalentes avec d'autres atomes dans le même plan (avec des angles entre eux d'environ 120°). Le nuage du quatrième électron de valence de l'atome de carbone est situé au-dessus et au-dessous du plan de la molécule. De tels nuages d'électrons des deux atomes de carbone, se chevauchant partiellement au-dessus et au-dessous du plan de la molécule, forment une seconde liaison entre les atomes de carbone. La première liaison covalente plus forte entre les atomes de carbone est appelée une liaison σ ; la deuxième liaison covalente plus faible est appelée π (\displaystyle\pi )-la communication.
Plan de cours :
1. Le concept de liaison covalente.
2. Électronégativité.
3. Liaisons covalentes polaires et non polaires.
Une liaison covalente est formée en raison de paires d'électrons communes qui apparaissent dans les coquilles des atomes liés.
Il peut être formé d'atomes d'un même élément et il est alors non polaire ; par exemple, une telle liaison covalente existe dans les molécules de gaz à un seul élément H 2, O 2, N 2, Cl 2, etc.
Une liaison covalente peut être formée par des atomes d'éléments différents de nature chimique similaire, puis elle est polaire ; par exemple, une telle liaison covalente existe dans les molécules H 2 O, NF 3 , CO 2 .
Il est nécessaire d'introduire le concept d'électronégativité.
L'électronégativité est la capacité des atomes d'un élément chimique à attirer vers eux les paires d'électrons communes impliquées dans la formation d'une liaison chimique.
série d'électronégativitéLes éléments avec une plus grande électronégativité éloigneront les électrons partagés des éléments avec moins d'électronégativité.
Pour une représentation visuelle d'une liaison covalente, des points sont utilisés dans les formules chimiques (chaque point correspond à un électron de valence, et une barre correspond également à une paire d'électrons commune).
Exemple.Les liaisons dans la molécule Cl 2 peuvent être représentées comme suit :
De telles entrées de formules sont équivalentes. Les liaisons covalentes ont une orientation spatiale. À la suite de la liaison covalente des atomes, des molécules ou des réseaux cristallins atomiques sont formés avec une disposition géométrique strictement définie des atomes. Chaque substance a sa propre structure.
Du point de vue de la théorie de Bohr, la formation d'une liaison covalente s'explique par la tendance des atomes à transformer leur couche externe en un octet (remplissage complet jusqu'à 8 électrons).Les deux atomes représentent un électron non apparié pour la formation d'une liaison covalente. , et les deux électrons deviennent communs.
Exemple. Formation d'une molécule de chlore.
Les points représentent les électrons. Lors de l'arrangement, vous devez suivre la règle: les électrons sont placés dans un certain ordre - gauche, haut, droite, bas, un à la fois, puis ajoutez un à la fois des électrons non appariés et participez à la formation d'une liaison.
Une nouvelle paire d'électrons issue de deux électrons non appariés devient commune à deux atomes de chlore. Il existe plusieurs façons de former des liaisons covalentes en faisant se chevaucher des nuages d'électrons.
σ - la liaison est beaucoup plus forte que la liaison π, et la liaison π ne peut être qu'avec une liaison σ. En raison de cette liaison, des liaisons multiples doubles et triples se forment.
Des liaisons covalentes polaires se forment entre des atomes d'électronégativité différente.
En raison du déplacement des électrons de l'hydrogène vers le chlore, l'atome de chlore est partiellement chargé négativement, l'hydrogène est partiellement chargé positivement.
Liaison covalente polaire et non polaire
Si une molécule diatomique est constituée d'atomes d'un élément, le nuage d'électrons est distribué dans l'espace de manière symétrique par rapport aux noyaux des atomes. Une telle liaison covalente est dite non polaire. Si une liaison covalente se forme entre des atomes d'éléments différents, alors le nuage d'électrons commun est déplacé vers l'un des atomes. Dans ce cas, la liaison covalente est polaire. Pour évaluer la capacité d'un atome à attirer une paire d'électrons commune, la valeur de l'électronégativité est utilisée.
À la suite de la formation d'une liaison covalente polaire, un atome plus électronégatif acquiert une charge négative partielle et un atome avec une électronégativité inférieure acquiert une charge positive partielle. Ces charges sont communément appelées les charges effectives des atomes dans la molécule. Ils peuvent être fractionnaires. Par exemple, dans une molécule de HCl, la charge effective est de 0,17e (où e est la charge de l'électron. La charge de l'électron est de 1,602. 10 -19 C.) :
Un système de deux charges de même grandeur mais de signe opposé situées à une certaine distance l'une de l'autre est appelé un dipôle électrique. Évidemment, une molécule polaire est un dipôle microscopique. Bien que la charge totale du dipôle soit nulle, il existe un champ électrique dans l'espace qui l'entoure, dont l'intensité est proportionnelle au moment dipolaire m :
Dans le système SI, le moment dipolaire est mesuré en C × m, mais généralement pour les molécules polaires, debye est utilisé comme unité de mesure (l'unité porte le nom de P. Debye):
1 D \u003d 3,33 × 10 -30 C × m
Le moment dipolaire sert de mesure quantitative de la polarité d'une molécule. Pour les molécules polyatomiques, le moment dipolaire est la somme vectorielle des moments dipolaires des liaisons chimiques. Par conséquent, si une molécule est symétrique, elle peut être non polaire, même si chacune de ses liaisons a un moment dipolaire significatif. Par exemple, dans une molécule plate de BF 3 ou dans une molécule linéaire de BeCl 2 , la somme des moments dipolaires de la liaison est nulle :
De même, les molécules tétraédriques CH 4 et CBr 4 ont un moment dipolaire nul. Cependant, la rupture de symétrie, par exemple dans la molécule BF 2 Cl, provoque un moment dipolaire non nul.
Le cas limite d'une liaison polaire covalente est une liaison ionique. Il est formé d'atomes dont l'électronégativité diffère considérablement. Lorsqu'une liaison ionique est formée, un transfert presque complet de la paire d'électrons de liaison à l'un des atomes se produit et des ions positifs et négatifs se forment, maintenus proches les uns des autres par des forces électrostatiques. Étant donné que l'attraction électrostatique vers un ion donné agit sur tous les ions de signe opposé, quelle que soit la direction, une liaison ionique, contrairement à une liaison covalente, est caractérisée par non-directionnalité Et insatiabilité. Les molécules avec la liaison ionique la plus prononcée sont formées d'atomes de métaux typiques et de non-métaux typiques (NaCl, CsF, etc.), c'est-à-dire lorsque la différence d'électronégativité des atomes est grande.
Loin d'être le dernier rôle au niveau chimique de l'organisation du monde est joué par la manière dont les particules structurelles sont connectées, interconnectées. La grande majorité des substances simples, à savoir les non-métaux, ont un type de liaison covalente non polaire, à l'exception des métaux sous leur forme pure, ils ont une méthode de liaison spéciale, qui est réalisée par la socialisation d'électrons libres dans le réseau cristallin.
Dont les types et exemples seront indiqués ci-dessous, ou plutôt, la localisation ou le déplacement partiel de ces liaisons vers l'un des participants à la liaison, s'explique précisément par le caractère électronégatif de l'un ou l'autre élément. Le déplacement se produit vers l'atome dans lequel il est le plus fort.
Liaison covalente non polaire
La "formule" d'une liaison non polaire covalente est simple - deux atomes de même nature unissent les électrons de leurs coquilles de valence en une paire conjointe. Une telle paire est dite partagée car elle appartient à parts égales aux deux participants à la liaison. C'est grâce à la socialisation de la densité électronique sous la forme d'une paire d'électrons que les atomes passent dans un état plus stable, au fur et à mesure qu'ils complètent leur niveau électronique externe, et l'« octet » (ou « doublet » dans le cas de une simple substance hydrogène H 2, elle a une seule orbitale s, pour l'achèvement de laquelle deux électrons sont nécessaires) est l'état du niveau extérieur, auquel tous les atomes aspirent, puisque son remplissage correspond à l'état avec l'énergie minimale.
Il existe un exemple de liaison covalente non polaire dans la chimie inorganique et, aussi étrange que cela puisse paraître, mais aussi dans la chimie organique. Ce type de liaison est inhérent à toutes les substances simples - les non-métaux, à l'exception des gaz nobles, car le niveau de valence d'un atome de gaz inerte est déjà terminé et possède un octet d'électrons, ce qui signifie que la liaison avec un similaire ne fait pas sens pour cela et est encore moins énergétiquement bénéfique. Dans les matières organiques, la non-polarité se produit dans les molécules individuelles d'une certaine structure et est conditionnelle.
liaison polaire covalente
Un exemple de liaison covalente non polaire est limité à quelques molécules d'une substance simple, tandis que les composés dipolaires dans lesquels la densité électronique est partiellement décalée vers un élément plus électronégatif sont la grande majorité. Toute combinaison d'atomes avec des valeurs d'électronégativité différentes donne une liaison polaire. En particulier, les liaisons dans les matières organiques sont des liaisons polaires covalentes. Parfois, les oxydes inorganiques ioniques sont également polaires et, dans les sels et les acides, le type de liaison ionique prédomine.
Le type de composés ioniques est parfois considéré comme un cas extrême de liaison polaire. Si l'électronégativité de l'un des éléments est nettement supérieure à celle de l'autre, la paire d'électrons est complètement décalée du centre de la liaison vers celui-ci. C'est ainsi que se produit la séparation en ions. Celui qui prend la paire d'électrons se transforme en anion et reçoit une charge négative, et celui qui perd un électron se transforme en cation et devient positif.
Exemples de substances inorganiques avec un type de liaison covalente non polaire
Les substances avec une liaison non polaire covalente sont, par exemple, toutes les molécules de gaz binaires: hydrogène (H - H), oxygène (O \u003d O), azote (dans sa molécule, 2 atomes sont reliés par une triple liaison (N ≡ N) ); liquides et solides : chlore (Cl - Cl), fluor (F - F), brome (Br - Br), iode (I - I). Ainsi que des substances complexes constituées d'atomes d'éléments différents, mais avec la même valeur d'électronégativité, par exemple l'hydrure de phosphore - PH 3.
Liaison organique et non polaire
Il est clair que tout est complexe. La question se pose, comment peut-il y avoir une liaison non polaire dans une substance complexe ? La réponse est assez simple si vous pensez un peu logiquement. Si les valeurs de l'électronégativité des éléments connectés diffèrent légèrement et ne se forment pas dans le composé, une telle liaison peut être considérée comme non polaire. C'est exactement la situation avec le carbone et l'hydrogène : toutes les liaisons C - H dans les composés organiques sont considérées comme non polaires.
Un exemple de liaison covalente non polaire est la molécule de méthane, la plus simple, constituée d'un atome de carbone qui, selon sa valence, est relié par des liaisons simples à quatre atomes d'hydrogène. En fait, la molécule n'est pas un dipôle, car il n'y a pas de localisation de charges en elle, en partie en raison de la structure tétraédrique. La densité électronique est uniformément répartie.
Un exemple de liaison covalente non polaire existe dans des composés organiques plus complexes. Il est réalisé en raison d'effets mésomères, c'est-à-dire d'une traction séquentielle de la densité électronique, qui s'estompe rapidement le long de la chaîne carbonée. Ainsi, dans une molécule d'hexachloroéthane, la liaison C - C est non polaire en raison de l'attraction uniforme de la densité électronique par six atomes de chlore.
Autres types de connexions
Outre la liaison covalente, qui, soit dit en passant, peut également être réalisée selon le mécanisme donneur-accepteur, il existe des liaisons ioniques, métalliques et hydrogène. De brèves caractéristiques des deux avant-dernières sont présentées ci-dessus.
Une liaison hydrogène est une interaction électrostatique intermoléculaire qui est observée si la molécule contient un atome d'hydrogène et tout autre qui a des paires d'électrons non partagées. Ce type de liaison est beaucoup plus faible que les autres, mais étant donné qu'un grand nombre de ces liaisons peuvent se former dans la substance, il contribue de manière significative aux propriétés du composé.
La formation de composés chimiques est due à l'apparition d'une liaison chimique entre les atomes dans les molécules et les cristaux.
Une liaison chimique est l'adhésion mutuelle des atomes d'une molécule et d'un réseau cristallin résultant de l'action des forces électriques d'attraction entre les atomes.
UNE LIAISON COVALENTE.
Une liaison covalente est formée en raison de paires d'électrons communes qui apparaissent dans les coquilles des atomes liés. Il peut être formé par des atomes d'un même élément, puis il non polaire; par exemple, une telle liaison covalente existe dans les molécules de gaz à un seul élément H2, O2, N2, Cl2, etc.
Une liaison covalente peut être formée par des atomes de différents éléments de nature chimique similaire, puis elle polaire; par exemple, une telle liaison covalente existe dans les molécules H2O, NF3, CO2. Une liaison covalente se forme entre les atomes des éléments,
Caractéristiques quantitatives des liaisons chimiques. L'énergie communicative. Longueur du lien. La polarité d'une liaison chimique. Angle de valence. Charges effectives sur les atomes dans les molécules. Moment dipolaire d'une liaison chimique. Moment dipolaire d'une molécule polyatomique. Facteurs qui déterminent l'amplitude du moment dipolaire d'une molécule polyatomique.
Caractéristiques d'une liaison covalente . Les caractéristiques quantitatives importantes d'une liaison covalente sont l'énergie de la liaison, sa longueur et le moment dipolaire.
Énergie de liaison- l'énergie dégagée lors de sa formation, ou nécessaire pour séparer deux atomes liés. L'énergie de liaison caractérise sa force.
Longueur du lien est la distance entre les centres des atomes liés. Plus la longueur est courte, plus la liaison chimique est forte.
Moment dipolaire de liaison(m) - valeur vectorielle caractérisant la polarité de la liaison.
La longueur du vecteur est égale au produit de la longueur de liaison l et de la charge effective q, que les atomes acquièrent lorsque la densité électronique se déplace : | m | = lhq. Le vecteur moment dipolaire est dirigé de la charge positive vers la charge négative. Avec l'addition vectorielle des moments dipolaires de toutes les liaisons, le moment dipolaire de la molécule est obtenu.
Les caractéristiques des obligations sont affectées par leur multiplicité:
L'énergie de la liaison augmente d'affilée ;
La longueur de la liaison croît dans l'ordre inverse.
Énergie de liaison(pour un état donné du système) est la différence entre l'énergie de l'état dans lequel les parties constituantes du système sont infiniment éloignées les unes des autres et sont dans un état de repos actif et l'énergie totale de l'état lié de la système:
où E est l'énergie de liaison des composants dans un système de N composants (particules), Еi est l'énergie totale du i-ème composant dans un état non lié (particule au repos infiniment distante) et E est l'énergie totale du système lié . Pour un système constitué de particules au repos à l'infini, l'énergie de liaison est considérée comme égale à zéro, c'est-à-dire que lorsqu'un état lié se forme, de l'énergie est libérée. L'énergie de liaison est égale au travail minimum qui doit être dépensé pour décomposer le système en ses particules constitutives.
Elle caractérise la stabilité du système : plus l'énergie de liaison est élevée, plus le système est stable. Pour les électrons de valence (électrons des couches électroniques externes) des atomes neutres à l'état fondamental, l'énergie de liaison coïncide avec l'énergie d'ionisation, pour les ions négatifs, avec l'affinité électronique. L'énergie de liaison chimique d'une molécule diatomique correspond à l'énergie de sa dissociation thermique, qui est de l'ordre de la centaine de kJ/mol. L'énergie de liaison des hadrons d'un noyau atomique est principalement déterminée par l'interaction forte. Pour les noyaux légers, il est d'environ 0,8 MeV par nucléon.
Longueur de la liaison chimique est la distance entre les noyaux des atomes chimiquement liés. La longueur d'une liaison chimique est une grandeur physique importante qui détermine les dimensions géométriques d'une liaison chimique et son étendue dans l'espace. Diverses méthodes sont utilisées pour déterminer la longueur d'une liaison chimique. La diffraction des électrons gazeux, la spectroscopie micro-ondes, les spectres Raman et les spectres IR à haute résolution sont utilisés pour estimer la longueur des liaisons chimiques de molécules isolées en phase vapeur (gaz). On pense que la longueur d'une liaison chimique est une quantité additive déterminée par la somme des rayons covalents des atomes qui composent la liaison chimique.
Polarité des liaisons chimiques- une caractéristique d'une liaison chimique, montrant une modification de la répartition de la densité électronique dans l'espace autour des noyaux par rapport à la répartition de la densité électronique dans les atomes neutres formant cette liaison. Il est possible de quantifier la polarité d'une liaison dans une molécule. La difficulté d'une évaluation quantitative précise réside dans le fait que la polarité de la liaison dépend de plusieurs facteurs : de la taille des atomes et des ions des molécules de liaison ; du nombre et de la nature de la liaison que les atomes de liaison avaient déjà avant leur interaction donnée ; sur le type de structure et même sur les caractéristiques des défauts dans leurs réseaux cristallins. De tels calculs sont effectués par diverses méthodes, qui donnent généralement approximativement les mêmes résultats (valeurs).
Par exemple, pour HCl, on a trouvé que chacun des atomes de cette molécule a une charge égale à 0,17 de la charge d'un électron entier. Sur l'atome d'hydrogène +0,17 et sur l'atome de chlore -0,17. Les charges dites effectives sur les atomes sont le plus souvent utilisées comme mesure quantitative de la polarité des liaisons. La charge effective est définie comme la différence entre la charge des électrons situés dans une région de l'espace proche du noyau et la charge du noyau. Cependant, cette mesure n'a qu'un sens conditionnel et approximatif [relatif], puisqu'il est impossible de distinguer sans ambiguïté une région d'une molécule qui appartient exclusivement à un seul atome, et dans le cas de plusieurs liaisons, à une liaison spécifique.
Angle de valence- l'angle formé par les directions des liaisons chimiques (covalentes) émanant d'un atome. La connaissance des angles de liaison est nécessaire pour déterminer la géométrie des molécules. Les angles de valence dépendent à la fois des caractéristiques individuelles des atomes attachés et de l'hybridation des orbitales atomiques de l'atome central. Pour les molécules simples, l'angle de liaison, ainsi que d'autres paramètres géométriques de la molécule, peuvent être calculés par des méthodes de chimie quantique. Expérimentalement, ils sont déterminés à partir des valeurs des moments d'inertie des molécules obtenues en analysant leurs spectres de rotation. L'angle de liaison des molécules complexes est déterminé par les méthodes d'analyse structurale par diffraction.
CHARGE EFFECTIVE DE L'ATOME, caractérise la différence entre le nombre d'électrons appartenant à un atome donné dans un produit chimique. Comm., et le nombre d'électrons libres. atome. Pour les estimations E. z. mais. des modèles sont utilisés dans lesquels les grandeurs déterminées expérimentalement sont présentées comme des fonctions de charges ponctuelles non polarisables localisées sur les atomes ; par exemple, le moment dipolaire d'une molécule diatomique est considéré comme le produit de E. z. mais. à la distance interatomique. Dans les limites des modèles similaires E. z. mais. peut être calculé à l'aide de données optiques. ou la spectroscopie à rayons X.
Moments dipolaires des molécules.
Une liaison covalente idéale n'existe que dans des particules composées d'atomes identiques (H2, N2, etc.). Si une liaison se forme entre différents atomes, la densité électronique se déplace vers l'un des noyaux des atomes, c'est-à-dire que la liaison est polarisée. La polarité d'une liaison est caractérisée par son moment dipolaire.
Le moment dipolaire d'une molécule est égal à la somme vectorielle des moments dipolaires de ses liaisons chimiques. Si les liaisons polaires sont situées symétriquement dans la molécule, les charges positives et négatives se compensent et la molécule dans son ensemble est non polaire. Cela se produit, par exemple, avec la molécule de dioxyde de carbone. Les molécules polyatomiques avec un arrangement asymétrique de liaisons polaires sont généralement polaires. Ceci s'applique en particulier à la molécule d'eau.
La valeur résultante du moment dipolaire de la molécule peut être affectée par la seule paire d'électrons. Ainsi, les molécules NH3 et NF3 ont une géométrie tétraédrique (en tenant compte de la paire d'électrons isolée). Les degrés d'ionicité des liaisons azote-hydrogène et azote-fluor sont respectivement de 15 et 19% et leurs longueurs sont respectivement de 101 et 137 pm. Sur cette base, on pourrait conclure que le moment dipolaire de NF3 est plus grand. Or, l'expérience montre le contraire. Avec une prédiction plus précise du moment dipolaire, la direction du moment dipolaire de la paire isolée doit être prise en compte (Fig. 29).
Le concept d'hybridation des orbitales atomiques et la structure spatiale des molécules et des ions. Particularités de la distribution de la densité électronique des orbitales hybrides. Les principaux types d'hybridation : sp, sp2, sp3, dsp2, sp3d, sp3d2. Hybridation impliquant des paires d'électrons isolés.
HYBRIDATION DES ORBITALES ATOMIQUES.
Pour expliquer la structure de certaines molécules dans la méthode VS, le modèle d'hybridation des orbitales atomiques (AO) est utilisé. Pour certains éléments (béryllium, bore, carbone), les électrons s et p participent à la formation de liaisons covalentes. Ces électrons sont situés sur des AO qui diffèrent par leur forme et leur énergie. Malgré cela, les liens formés avec leur participation s'avèrent équivalents et se situent symétriquement.
Dans les molécules de BeC12, BC13 et CC14, par exemple, l'angle de liaison C1-E-C1 est de 180, 120 et 109,28 o. Les valeurs et les énergies des longueurs de liaison E-C1 sont les mêmes pour chacune de ces molécules. Le principe de l'hybridation des orbitales est que les AO initiales de formes et d'énergies différentes, lorsqu'elles sont mélangées, donnent de nouvelles orbitales de même forme et énergie. Le type d'hybridation de l'atome central détermine la forme géométrique de la molécule ou de l'ion formé par celui-ci.
Considérons la structure de la molécule du point de vue de l'hybridation des orbitales atomiques.
Forme spatiale des molécules.
Les formules de Lewis en disent long sur la structure électronique et la stabilité des molécules, mais jusqu'à présent, elles ne peuvent rien dire sur leur structure spatiale. Dans la théorie des liaisons chimiques, il existe deux bonnes approches pour expliquer et prédire la géométrie des molécules. Ils sont en bon accord les uns avec les autres. La première approche est appelée théorie de la répulsion des paires d'électrons de valence (OVEP). Malgré le nom "terrible", l'essence de cette approche est très simple et claire : les liaisons chimiques et les paires d'électrons isolés dans les molécules ont tendance à être situées aussi loin que possible les unes des autres. Expliquons avec des exemples concrets. Il existe deux liaisons Be-Cl dans la molécule BeCl2. La forme de cette molécule doit être telle que ces deux liaisons et les atomes de chlore à leurs extrémités soient situés aussi loin que possible :
Ceci n'est possible qu'avec une forme linéaire de la molécule, lorsque l'angle entre les liaisons (angle ClBeCl) est égal à 180o.
Autre exemple : il y a 3 liaisons B-F dans la molécule BF3. Ils sont situés le plus loin possible les uns des autres et la molécule a la forme d'un triangle plat, où tous les angles entre liaisons (angles FBF) sont égaux à 120 o :
Hybridation des orbitales atomiques.
L'hybridation implique non seulement la liaison d'électrons, mais aussi paires d'électrons isolés . Par exemple, une molécule d'eau contient deux liaisons chimiques covalentes entre un atome d'oxygène et deux atomes d'hydrogène (Figure 21).
En plus de deux paires d'électrons communs avec les atomes d'hydrogène, l'atome d'oxygène a deux paires d'électrons externes qui ne participent pas à la formation de liaisons ( paires d'électrons non partagés). Les quatre paires d'électrons occupent certaines régions de l'espace autour de l'atome d'oxygène. Comme les électrons se repoussent, les nuages d'électrons sont situés le plus loin possible. Dans ce cas, à la suite de l'hybridation, la forme des orbitales atomiques change, elles sont allongées et dirigées vers les sommets du tétraèdre. Par conséquent, la molécule d'eau a une forme angulaire et l'angle entre les liaisons oxygène-hydrogène est de 104,5 o.
La forme des molécules et des ions tels que AB2, AB3, AB4, AB5, AB6. d-AO impliqué dans la formation de liaisons σ dans les molécules carrées planes, dans les molécules octaédriques et dans les molécules construites sous la forme d'une bipyramide trigonale. Influence de la répulsion des paires d'électrons sur la configuration spatiale des molécules (le concept de participation des paires d'électrons non partagés de KNEP).
La forme des molécules et des ions tels que AB2, AB3, AB4, AB5, AB6. Chaque type d'hybridation AO correspond à une forme géométrique strictement définie, confirmée expérimentalement. Sa base est créée par des liaisons σ formées par des orbitales hybrides ; dans leur champ électrostatique, des paires délocalisées d'électrons π se déplacent (dans le cas de liaisons multiples) (tableau 5.3). hybridation sp. Un type d'hybridation similaire se produit lorsqu'un atome forme deux liaisons dues à des électrons situés dans les orbitales s et p et ayant des énergies similaires. Ce type d'hybridation est caractéristique des molécules de type AB2 (Fig. 5.4). Des exemples de telles molécules et ions sont donnés dans le tableau. 5.3 (Fig. 5.4).
Tableau 5.3
Formes géométriques des molécules
E est une paire d'électrons non partagée.
Structure de la molécule BeCl2. L'atome de béryllium à l'état normal a deux électrons s appariés dans la couche externe. À la suite de l'excitation, l'un des électrons s passe à l'état p - deux électrons non appariés apparaissent, différant par la forme de l'orbite et l'énergie. Lorsqu'une liaison chimique est formée, elles sont converties en deux orbitales hybrides sp identiques dirigées à un angle de 180 degrés l'une par rapport à l'autre.
Be 2s2 Be 2s1 2p1 - état excité de l'atome
Riz. 5.4. Disposition spatiale des nuages sp-hybrides
Les principaux types d'interactions intermoléculaires. Matière à l'état condensé. Facteurs qui déterminent l'énergie des interactions intermoléculaires. Liaison hydrogène. La nature de la liaison hydrogène. Caractéristiques quantitatives de la liaison hydrogène. Liaisons hydrogène inter et intramoléculaires.
INTERACTIONS INTERMOLÉCULAIRES- interaction. molécules entre elles, ne conduisant pas à la rupture ou à la formation de nouveaux produits chimiques. Connexions. M. c. détermine la différence entre les gaz réels et les gaz idéaux, l'existence de liquides et ils disent. cristaux. De M. à. beaucoup dépendent. structurelle, spectrale, thermodynamique. et d'autres îles Saint-in-in. L'émergence du concept de M. siècle. associé au nom de Van der Waals, qui, pour expliquer St. dans les gaz et liquides réels, proposa en 1873 une équation d'état prenant en compte M. v. Par conséquent, les forces de M. souvent appelé van der Waals.
La base de M. siècle. constituent les forces coulombiennes d'interaction. entre les électrons et les noyaux d'une molécule et les noyaux et les électrons d'une autre. Dans le St.-vahs in-va déterminé expérimentalement, une interaction moyenne se manifeste, qui dépend de la distance R entre les molécules, de leur orientation mutuelle, de leur structure et de leur physique. caractéristiques (moment dipolaire, polarisabilité, etc.). Au grand R, qui dépasse considérablement les dimensions linéaires des molécules elles-mêmes, à la suite de quoi les coquilles d'électrons des molécules ne se chevauchent pas, les forces de M. v. peut raisonnablement être subdivisé en trois types - électrostatique, polarisation (induction) et dispersion. Les forces électrostatiques sont parfois appelées orientationnelles, mais cela est inexact, car l'orientation mutuelle des molécules peut également être déterminée par polarisation. forces si les molécules sont anisotropes.
À de petites distances entre les molécules (R ~ l) pour distinguer les types individuels de M. siècle. n'est possible qu'approximativement, tandis que, en plus des trois types mentionnés, deux autres sont distingués associés au chevauchement des couches d'électrons - l'interaction d'échange et les interactions dues au transfert de charge électronique. Malgré une certaine conventionnalité, une telle division dans chaque cas spécifique nous permet d'expliquer la nature de M. siècle. et calculer son énergie.
Structure de la matière à l'état condensé.
En fonction de la distance entre les particules qui composent la substance, et de la nature et de l'énergie de l'interaction entre elles, la substance peut se trouver dans l'un des trois états d'agrégation : solide, liquide et gazeux.
A une température suffisamment basse, la substance est à l'état solide. Les distances entre les particules d'une substance cristalline sont de l'ordre de la taille des particules elles-mêmes. L'énergie potentielle moyenne des particules est supérieure à leur énergie cinétique moyenne. Le mouvement des particules qui composent les cristaux est très limité. Les forces agissant entre les particules les maintiennent proches de leurs positions d'équilibre. Ceci explique la présence de corps cristallins de forme et de volume propres et d'une grande résistance au cisaillement.
Une fois fondus, les solides se transforment en liquides. En termes de structure, une substance liquide diffère d'une substance cristalline en ce que toutes les particules ne sont pas situées aux mêmes distances les unes des autres que dans les cristaux, certaines des molécules sont séparées les unes des autres par de longues distances. L'énergie cinétique moyenne des particules pour les substances à l'état liquide est approximativement égale à leur énergie potentielle moyenne.
Les états solide et liquide sont souvent combinés sous le terme général d'état condensé.
Types d'interactions intermoléculaires liaison hydrogène intramoléculaire. Les liaisons, au cours de la formation desquelles le réarrangement des couches d'électrons ne se produit pas, sont appelées interaction entre molécules . Les principaux types d'interactions moléculaires comprennent les forces de van der Waals, les liaisons hydrogène et l'interaction donneur-accepteur.
Lorsque les molécules se rapprochent, une attraction apparaît, ce qui provoque l'apparition d'un état condensé de la matière (liquide, solide avec un réseau cristallin moléculaire). Les forces qui contribuent à l'attraction des molécules sont appelées forces de van der Waals.
Ils se caractérisent par trois types interaction intermoléculaire :
a) l'interaction orientationnelle, qui se manifeste entre molécules polaires, tendant à prendre une position dans laquelle leurs dipôles seraient face à face avec des pôles opposés, et les vecteurs moment de ces dipôles seraient orientés le long d'une droite (d'une autre manière, il est appelée interaction dipôle-dipôle );
b) l'induction, qui se produit entre des dipôles induits, dont la raison de la formation est la polarisation mutuelle des atomes de deux molécules qui se rapprochent;
c) dispersif, qui résulte de l'interaction de microdipôles formés en raison de déplacements instantanés de charges positives et négatives dans les molécules lors du mouvement des électrons et des vibrations des noyaux.
Les forces de dispersion agissent entre toutes les particules. L'interaction d'orientation et d'induction pour les particules de nombreuses substances, par exemple : He, Ar, H2, N2, CH4, n'est pas effectuée. Pour les molécules NH3, l'interaction de dispersion représente 50 %, l'interaction d'orientation 44,6 % et l'interaction d'induction 5,4 %. L'énergie polaire des forces d'attraction de van der Waals est caractérisée par de faibles valeurs. Ainsi, pour la glace, il est de 11 kJ/mol, c'est-à-dire 2,4 % d'énergie de liaison covalente H-O (456 kJ/mol). Les forces d'attraction de van der Waals sont des interactions physiques.
liaison hydrogène est une liaison physico-chimique entre l'hydrogène d'une molécule et l'élément EO d'une autre molécule. La formation de liaisons hydrogène s'explique par le fait que dans les molécules ou groupes polaires, un atome d'hydrogène polarisé possède des propriétés uniques : l'absence de couches d'électrons internes, un déplacement important d'une paire d'électrons vers un atome avec un EO élevé et un très petit Taille. Par conséquent, l'hydrogène est capable de pénétrer profondément dans la couche électronique d'un atome voisin polarisé négativement. Comme le montrent les données spectrales, l'interaction donneur-accepteur de l'atome EO en tant que donneur et de l'atome d'hydrogène en tant qu'accepteur joue également un rôle important dans la formation d'une liaison hydrogène. La liaison hydrogène peut être intermoléculaire ou intramoléculaire.
Des liaisons hydrogène peuvent se produire à la fois entre différentes molécules et au sein d'une molécule si cette molécule contient des groupes ayant des capacités de donneur et d'accepteur. Ainsi, ce sont les liaisons hydrogène intramoléculaires qui jouent le rôle principal dans la formation des chaînes peptidiques qui déterminent la structure des protéines. L'un des exemples les plus connus de l'effet de la liaison hydrogène intramoléculaire sur la structure est l'acide désoxyribonucléique (ADN). La molécule d'ADN est pliée en une double hélice. Les deux brins de cette double hélice sont liés l'un à l'autre par des liaisons hydrogène. La liaison hydrogène a un caractère intermédiaire entre la valence et les interactions intermoléculaires. Il est associé aux propriétés uniques de l'atome d'hydrogène polarisé, sa petite taille et l'absence de couches d'électrons.
Liaison hydrogène intermoléculaire et intramoléculaire.
Les liaisons hydrogène se trouvent dans de nombreux composés chimiques. Ils surviennent, en règle générale, entre les atomes de fluor, d'azote et d'oxygène (les éléments les plus électronégatifs), moins souvent - avec la participation d'atomes de chlore, de soufre et d'autres non-métaux. Des liaisons hydrogène fortes se forment dans des substances liquides telles que l'eau, le fluorure d'hydrogène, les acides inorganiques contenant de l'oxygène, les acides carboxyliques, les phénols, les alcools, l'ammoniac, les amines. Lors de la cristallisation, les liaisons hydrogène de ces substances sont généralement préservées. Par conséquent, leurs structures cristallines ont la forme de chaînes (méthanol), de couches planes bidimensionnelles (acide borique), de grilles spatiales tridimensionnelles (glace).
Si une liaison hydrogène unit des parties d'une molécule, alors ils parlent de intramoléculaire liaison hydrogène. Ceci est particulièrement caractéristique de nombreux composés organiques (Fig. 42). Si une liaison hydrogène se forme entre un atome d'hydrogène d'une molécule et un atome non métallique d'une autre molécule (liaison hydrogène intermoléculaire), puis les molécules forment des paires, des chaînes, des anneaux assez solides. Ainsi, l'acide formique existe à la fois à l'état liquide et gazeux sous forme de dimères :
et le fluorure d'hydrogène gazeux contiennent des molécules polymères, y compris jusqu'à quatre particules de HF. Des liaisons fortes entre les molécules peuvent être trouvées dans l'eau, l'ammoniac liquide, les alcools. Les atomes d'oxygène et d'azote nécessaires à la formation des liaisons hydrogène contiennent tous les glucides, protéines, acides nucléiques. On sait par exemple que le glucose, le fructose et le saccharose sont parfaitement solubles dans l'eau. Un rôle important à cet égard est joué par les liaisons hydrogène formées en solution entre les molécules d'eau et de nombreux groupes OH des glucides.
Loi périodique. La formulation moderne de la loi périodique. Système périodique des éléments chimiques - illustration graphique de la loi périodique. Version moderne du système périodique. Caractéristiques du remplissage des orbitales atomiques avec des électrons et de la formation de périodes. s-, p-, d-, f- Éléments et leur emplacement dans le système périodique. Groupes, périodes. Sous-groupes principaux et secondaires. Limites du système périodique.
Découverte de la loi périodique.
La loi fondamentale de la chimie - la loi périodique a été découverte par D.I. Mendeleïev en 1869 à une époque où l'atome était considéré comme indivisible et où l'on ne savait rien de sa structure interne. La base de la loi périodique D.I. Mendeleev a mis les masses atomiques (plus tôt - les poids atomiques) et les propriétés chimiques des éléments.
Organisant 63 éléments connus à cette époque dans l'ordre croissant de leurs masses atomiques, D.I. Mendeleev a reçu une série naturelle (naturelle) d'éléments chimiques, dans laquelle il a découvert la répétition périodique des propriétés chimiques.
Par exemple, les propriétés d'un lithium métallique typique Li ont été répétées pour les éléments sodium Na et potassium K, les propriétés d'un fluor non métallique typique F ont été répétées pour les éléments chlore Cl, brome Br, iode I.
Quelques éléments de D.I. Mendeleev n'a pas trouvé d'analogues chimiques (par exemple, l'aluminium Al et le silicium Si), car ces analogues étaient encore inconnus à l'époque. Pour eux, il a laissé des places vides dans la série naturelle et, sur la base de la récurrence périodique, a prédit leurs propriétés chimiques. Après la découverte des éléments correspondants (un analogue de l'aluminium - gallium Ga, un analogue du silicium - germanium Ge, etc.), les prédictions de D.I. Mendeleev ont été pleinement confirmés.