화학 결합은 유기 또는 무기 화합물에서 둘 이상의 원자(분자) 사이의 결합입니다. 시스템의 총 에너지가 감소한 상태에서 형성됩니다.
모든 원소가 화학 결합을 형성할 수 있습니까?
주기율표의 모든 원소는 서로 다른의사 소통을 형성하는 능력. 가장 안정적이고 결과적으로 화학적으로 비활성인 원자는 외부 전자 껍질에 2개 또는 8개의 전자를 포함하기 때문에 불활성(비활성) 기체의 원자입니다. 그들은 적은 수의 채권을 형성합니다. 예를 들어 네온, 헬륨 및 아르곤은 어떤 원소와도 화학 결합을 형성하지 않는 반면 크세논, 크립톤 및 라돈은 불소 및 물 분자와 반응할 수 있습니다.
다른 원소의 원자의 경우 외부 준위가 완전하지 않고 1~7개의 전자를 가지므로 껍질의 안정성을 높이기 위해 화학 결합을 형성합니다.
화학 결합의 종류
다음과 같은 몇 가지 유형의 통신이 있습니다.
- 공유.
- 이오니아.
- 메탈릭.
- 수소.
공유 결합
이 유형의 결합은 원자 사이에 형성됩니다.원자가 전자 쌍의 사회화 또는 중첩의 결과로 분자. 따라서 공유 결합 형성을 위한 교환(a) 및 공여체-수용체(b) 메커니즘이 있습니다. 별도의 경우는 아래에서 논의될 날짜 채권입니다.
공유 결합: 교환 메커니즘
외부 수준의 원자는 짝을 이루지 않았습니다.전자. 상호 작용할 때 외부 껍질이 겹칩니다. 외부 수준에 포함된 단일 전자의 역평행 스핀은 쌍을 이루어 두 원자에 공통적인 전자 쌍을 형성합니다. 이 전자 쌍은 실제로 공유 결합으로, 예를 들어 수소 분자에서 교환 메커니즘에 의해 형성됩니다.
공유 결합: 공여체-수용체 메커니즘
이 메커니즘은 사회화로 구성됩니다.외부 수준에 두 전자의 두 원자. 이 경우 원자 중 하나는 도너(2개의 전자 제공) 역할을 하고 다른 하나는 억셉터(전자에 대한 빈 궤도를 가짐) 역할을 합니다. s 및 p 요소의 원자는 수용체 또는 전자 공여체가 될 수 있습니다. D-요소 원자는 도너와 억셉터 모두가 될 수 있습니다.
공여체-수용체 메커니즘이 무엇인지 이해하려면 히드로늄 양이온 H의 형성이라는 두 가지 가장 간단한 예를 고려하십시오.3아+ 및 암모늄 NH4+.
기증자-수용체 메커니즘의 예는 암모늄 양이온입니다.
개략적으로, 암모늄 입자의 형성 반응은 다음과 같습니다.
NH3+ H+= NH4+
N 원자의 전자는 다음 순서로 분포됩니다.2 2 초2 2p3.
H:1s 양이온의 전자 구조0.
외부 수준의 질소 원자에는 두 개의 s- 및3개의 p-전자. 3개의 p-전자는 3개의 공유 교환 유형 결합 질소-수소 N-H의 형성에 참여합니다. 이것은 암모니아 분자 NH의 형성을 초래합니다.3 공유 결합으로. 바깥쪽에 있는 질소 원자 N은 한 쌍의 전자 s를 가지고 있기 때문에 NH는3 수소 양이온을 추가할 수도 있습니다. 암모니아 분자는 공여체이며 수소 양이온 H+ - 질소에서 자신의 자유 s-오비탈로 도너 전자를 받아들이는 억셉터.
도너-수용체 메커니즘의 예는 H3O(하이드로늄 이온)입니다.
산소 원자의 전자는 다음 순서로 분포됩니다.2 2 초2 2p4.
외부 수준의 산소 원자는 2개의 s를 가지며4개의 p-전자. 이를 기반으로 두 개의 H 원자에서 두 개의 자유 p 전자와 두 개의 s 전자가 H-O 결합 형성에 참여합니다.즉, H 분자에 2 개의 기존 결합이 있습니다.2O - 교환 메커니즘에 의해 형성되는 공유.
수소 양이온의 전자 구조: 1s0.
외부 수준의 산소 원자 때문에여전히 두 개의 전자(s형)가 있고, 공여체-수용체 메커니즘에 의해 공유 유형의 세 번째 결합을 형성할 수 있습니다. 수용체는 자유 궤도를 가진 원자일 수 있습니다. 이 예에서는 입자 H입니다.+... H의 자유 s-오비탈+ 산소 원자의 두 개의 전자를 차지합니다.
무기 분자 간의 공유 결합 형성을 위한 공여체-수용체 메커니즘
공유 결합의 공여체-수용체 메커니즘"원자-원자" 또는 "분자-원자" 유형의 상호 작용뿐만 아니라 분자 사이에서 발생하는 반응에서도 가능합니다. 동역학적으로 독립적인 분자의 공여체-수용체 상호작용을 위한 유일한 조건은 엔트로피의 감소, 즉 화학 구조의 정렬 증가입니다.
첫 번째 예를 고려하십시오 - 비양자성 산(루이스 산) NH의 형성3BF3... 이 무기 복합체는 암모니아 분자와 불화붕소의 첨가 반응에서 형성됩니다.
NH3+ BF3= NH3BF3
붕소 원자의 전자는 다음 순서로 분포됩니다.2 2 초2 2p1.
원자 B가 여기되면 하나의 s형 전자가 p 하위준위(1s2 2 초1 2p2). 따라서 여기된 붕소 원자의 외부 수준에는 2개의 s 및 2개의 p 전자가 있습니다.
BF 분자에서3 3개의 공유 붕소-불소 B-F 결합이 형성됩니다.교환 유형(붕소 및 불소 원자는 각각 하나의 전자를 제공함). 붕소 원자에 3개의 공유 결합이 형성된 후, 자유 p-하위 수준이 외부 전자 껍질에 남아 있어 불화 붕소 분자가 전자 수용체로 작용할 수 있습니다.
질소 원자의 전자는 다음 순서로 분포됩니다.2 2 초2 2p3.
N과 H 원자에서 각각 3개의 전자가 참여한다.질소 - 수소 결합의 형성. 그 후에도 질소는 여전히 2개의 s형 전자를 가지고 있으며, 이는 공여체-수용체 메커니즘에 의한 결합 형성을 제공할 수 있습니다.
삼불화붕소와 암모니아의 상호작용 반응에서 NH 분자는3 전자 공여체의 역할을 하고, BF3 - 수용자. 한 쌍의 질소 전자가 불화붕소의 자유궤도를 차지하여 화합물 NH가 형성됩니다.3BF3.
공여체-수용체 결합 형성 메커니즘의 또 다른 예는 베릴륨 플루오라이드 중합체의 생산입니다.
반응은 개략적으로 다음과 같습니다.
BeF2+ 비프2+… + BeF2-> (BeF2)엔
Be 원자의 전자는 다음과 같이 배열됩니다 - 1s2 2 초2, 그리고 F 원자에서 - 12 2 초2 2p5.
베릴륨 플루오라이드 분자의 2개의 베릴륨-불소 결합은 공유 교환 유형입니다(2개의 플루오르 원자에서 2개의 p-전자와 베릴륨 원자의 s-하위 수준의 2개 전자가 포함됨).
한 쌍의 베릴륨(Be)과 불소(F) 원자 사이도너-수용체 메커니즘에 의해 두 개의 공유 결합이 더 형성됩니다. 베릴륨 플루오라이드 폴리머에서 불소 원자는 전자 공여체이고 베릴륨 원자는 수용체이며 빈 궤도를 가지고 있습니다.
유기 분자 간의 공유 결합 형성을 위한 공여체-수용체 메커니즘
통신의 형성이 있을 때유기 성질의 분자 사이의 고려 된 메커니즘에 따라 더 복잡한 화합물이 형성됩니다 - 복합체. 공유 결합이 있는 모든 유기 화합물은 점유(비결합 및 결합) 및 빈 오비탈(풀기 및 비결합)을 모두 포함합니다. 복합체의 도너-수용체 형성 가능성은 결합 강도에 따라 달라지는 복합체의 안정성 정도에 의해 결정됩니다.
예를 들어 봅시다 - 상호 작용의 반응메틸아민 분자를 염산과 결합하여 염화메틸암모늄을 형성합니다. 메틸아민 분자에서 모든 결합은 교환 메커니즘(2개의 H-N 결합 및 1개의 N-CH 결합)에 의해 형성되는 공유결합입니다.3... 수소와 메틸과 결합한 후그룹에서 질소 원자는 한 쌍의 s-형 전자를 가지고 있습니다. 공여체로서 자유 궤도를 갖는 수소 원자(수용체)에 대해 이 전자 쌍을 제공합니다.
화학 결합이 형성되지 않은 기증자-수용체 메커니즘
기증자-수용자의 모든 경우는 아님상호 작용은 전자 쌍의 사회화와 결합의 형성입니다. 일부 유기 화합물은 채워진 도너 궤도와 빈 억셉터 궤도의 겹침으로 인해 서로 결합할 수 있습니다. 전하 이동이 있습니다. 전자는 서로 매우 가까운 억셉터와 도너 사이에서 비편재화됩니다. 전하 이동 착물(CTC)이 형성됩니다.
이 상호 작용은 파이 시스템에 일반적이며,궤도가 쉽게 겹치고 전자가 쉽게 분극됩니다. 메탈로센, 불포화 아미노 화합물, TDAE(테트라키스(디메틸아미노)에틸렌)는 공여체로 작용할 수 있습니다. 수용체 치환기가 있는 풀러렌 및 퀴노디메탄은 종종 수용체입니다.
요금 이전은 부분적 또는 전체적일 수 있습니다. 분자의 광여기시 완전 전하 이동이 발생합니다. 이것은 스펙트럼으로 관찰할 수 있는 복합체를 형성합니다.
요금 이전의 완료 여부와 상관없이,콤플렉스는 불안정하다. 이러한 상태의 강도와 수명을 늘리기 위해 브리지 그룹이 추가로 도입됩니다. 결과적으로 도너-수용체 시스템은 태양 에너지 변환 장치에 성공적으로 사용됩니다.
일부 유기 분자에서 결합도너-수용체 메커니즘은 도너 그룹과 수용체 그룹 사이의 분자 내부에 형성됩니다. 이러한 유형의 상호작용을 환형횡단 효과(transannular effect)라고 하며, 예를 들어 아트란(N-> B, N-> Si 결합을 갖는 유기 원소 화합물)의 특성입니다.
반극성 결합 또는 결합 형성의 Dative 메커니즘
교환 및 기증자-수용자 외에도세 번째 메커니즘은 날짜입니다(다른 이름은 반극성, 반극성 또는 조정 연결임). 기증자 원자는 중성 원자의 빈 궤도에 한 쌍의 전자를 제공하며, 외부 준위를 완성하려면 두 개의 전자가 필요합니다. 억셉터에서 도너로 전자 밀도의 일종의 전이가 있습니다. 이 경우 공여자는 양전하(양이온)가 되고 수용체는 음전하(음이온)가 됩니다.
실제 화학 결합은 다음으로 인해 형성됩니다.결합 껍질(원자 중 하나의 두 쌍의 전자가 다른 하나의 외부 자유 궤도와 겹침) 및 양이온과 음이온 사이에서 발생하는 정전기적 인력. 따라서 공유 및 이온 유형은 반극성 결합으로 결합됩니다. 반극성 결합은 다른 화합물에서 수용체와 공여체의 역할을 모두 수행할 수 있는 d-요소의 특징입니다. 대부분의 경우 복잡하고 유기적인 물질에서 발견됩니다.
데이티브 링크의 예
가장 간단한 예는 염소 분자입니다.하나의 Cl 원자는 자유 d-오비탈을 갖는 다른 염소 원자에 한 쌍의 전자를 제공합니다. 이 경우 하나의 Cl 원자는 양전하를 띠고 다른 하나는 음전하를 띠고 그들 사이에 정전기 인력이 발생합니다. 길이가 길기 때문에 dative 결합은 공유 교환 및 기증자 - 수용체 유형에 비해 강도가 낮지 만 존재하면 염소 분자의 강도가 높아집니다. 그렇기 때문에 클2 F보다 강하다2 (불소 원자에는 d-오비탈이 없고, 불소-불소 결합은 공유 교환일 뿐입니다).
일산화탄소 분자 CO (일산화탄소)3개의 C-O 결합에 의해 형성된다. 산소와 탄소 원자는 외부 수준에 두 개의 단일 전자를 가지고 있기 때문에 두 개의 공유 교환 결합이 형성됩니다. 그 후, 탄소 원자는 빈 궤도를 가지며, O 원자는 외부 준위에서 두 쌍의 전자를 갖는다. 따라서 일산화탄소 (II) 분자에는 세 번째 결합이 있습니다. 반극성 결합은 두 개의 원자가 짝을 이루는 산소 전자와 탄소의 자유 궤도로 인해 형성됩니다.
디메틸 에테르 (Н3С-О-СН3) 염화알루미늄 AlCl 사용3... 디메틸 에테르의 산소 원자는 두 개의메틸 그룹과 공유 결합. 그 후에도 그는 여전히 p-하위 수준에 두 개의 전자가 더 있는데, 이를 수용체 원자(알루미늄)에 주고 양의 양이온이 됩니다. 이 경우 수용체 원자는 음전하를 얻습니다(음이온으로 변함). 양이온과 음이온은 서로 정전기적으로 상호작용합니다.
기증자-수용자 채권 가치
기증자 - 수용체 결합 형성의 메커니즘인간의 삶에서 중요하며 위에서 논의한 예에서 확인되는 유기 및 무기 성질의 화합물에 널리 퍼져 있습니다. 암모늄 양이온을 포함하는 암모늄 알코올은 일상 생활, 의약품 및 비료의 산업 생산에 성공적으로 사용됩니다. 히드로늄 이온은 물에서 산의 용해에 중요한 역할을 합니다. 일산화탄소는 산업(예: 비료, 레이저 시스템 생산)에서 사용되며 인체의 생리학적 시스템에서 매우 중요합니다.
