화학 결합 : 정의의 정의, 유형, 분류 및 특징

화학 결합의 개념은 중요한과학으로서의 다양한 화학 분야에서 중요성. 이것은 개별 원자가 분자로 결합하여 모든 종류의 물질을 형성하고 차례로 화학 연구의 주제가 될 수 있다는 사실 때문입니다.

다양한 원자와 분자는 그들 사이에 다양한 유형의 결합의 출현과 관련이 있습니다. 분자의 다른 부류는 전자 분포의 고유 한 특성, 따라서 고유 한 유형의 결합으로 특징 지워집니다.

기본 개념

화학 결합 일련의 상호 작용을 호출더 복잡한 구조 (분자, 이온, 라디칼) 및 응집체 (결정, 유리 등)의 안정된 입자 형성으로 원자의 결합을 유도합니다. 이러한 상호 작용의 특성은 본질적으로 전기적이며 접근하는 원자에서 원자가 전자가 분포하는 동안 발생합니다.

원자가 허용 원자의 능력을 말하다다른 원자와 특정 수의 결합을 형성합니다. 이온 성 화합물에서 기증되거나 부착 된 전자의 수는 원자가 값으로 간주됩니다. 공유 화합물에서는 공통 전자 쌍의 수와 같습니다.

아래에 산화 상태는 조건부로 이해됩니다. 모든 극성 공유 결합이 이온이라면 원자에있을 수있는 전하.

의사 소통의 다양성을 고려 된 원자 사이의 공유 전자 쌍의 수.

다양한 화학 분야에서 고려되는 결합은 두 가지 유형의 화학 결합으로 나눌 수 있습니다 : 새로운 물질 (분자 내)의 형성과 분자 사이에서 발생하는 것 (분자간).

기본적인 통신 특성

소통의 에너지로 분자의 모든 기존 결합을 끊는 데 필요한 에너지라고합니다. 결합이 형성되는 동안 방출되는 에너지이기도합니다.

통신 길이 인력과 반발력이 균형을 이루는 분자에서 인접한 원자 핵 사이의 거리를 나타냅니다.

원자의 화학적 결합의이 두 가지 특성은 그 강도의 척도입니다. 길이가 짧고 에너지가 클수록 결합이 강합니다.

원자가 각도 원자핵을 통해 결합의 방향으로 지나가는 표시된 선 사이의 각도를 부르는 것이 일반적입니다.

관계 설명 방법

가장 일반적인 방법은 양자 역학에서 차용 한 화학 결합을 설명하는 두 가지 접근 방식입니다.

분자 궤도 방법. 그는 분자를 응집체로 본다전자와 원자의 핵, 그리고 각각 따로 취해진 전자는 다른 모든 전자와 핵의 작용 장에서 움직입니다. 분자는 궤도 구조를 가지고 있으며 모든 전자는 이러한 궤도를 따라 분포되어 있습니다. 또한이 방법은 "분자 궤도-원자 궤도의 선형 조합"을 나타내는 MO LCAO라고합니다.

원자가 채권의 방법. 두 개의 중심 시스템으로 분자를 나타냅니다.분자 궤도. 더욱이, 그들 각각은 분자에서 인접한 두 원자 사이의 하나의 결합에 해당합니다. 이 방법은 다음 조항을 기반으로합니다.

1. 화학 결합의 형성은 한 쌍에 의해 수행됩니다두 개의 고려 된 원자 사이에 위치한 반대 스핀을 가진 전자. 형성된 전자쌍은 두 원자에 똑같이 속합니다.
2. 하나 또는 다른 원자에 의해 형성된 결합의 수는지면 및 여기 상태의 짝을 이루지 않은 전자의 수와 같습니다.
3. 전자 쌍이 결합 형성에 참여하지 않으면 고독 쌍이라고합니다.

전기 음성도

구성 원자의 전기 음성도 값의 차이를 기반으로 물질의 화학 결합 유형을 결정할 수 있습니다. 아래에 전기 음성도 결합의 분극화로 이어지는 공통 전자 쌍 (전자 구름)을 분리하는 원자의 능력을 이해합니다.

가치를 정의하는 다양한 방법이 있습니다화학 원소의 전기 음성도. 그러나 가장 많이 사용되는 것은 L. Pauling이 1932 년에 제안한 열역학 데이터에 기반한 척도입니다.

차이가 클수록원자의 전기 음성도가 높을수록 이온 성이 더 많이 나타납니다. 반대로 전기 음성도의 동일하거나 가까운 값은 결합의 공유 특성을 나타냅니다. 즉, 특정 분자에서 어떤 종류의 화학 결합이 관찰되는지 수학적으로 결정할 수 있습니다. 이렇게하려면 다음 공식에 의한 원자의 전기 음성도의 차이 인 ΔХ를 계산해야합니다. ΔX = | X₁-엑스₂|.

• 만약 ΔX> 1.7, 결합은 이온입니다.
• 만약 0.5≤ΔX≤1.7, 공유 결합은 극성입니다.
• 만약 ΔX = 0 또는 그에 가깝다면 결합은 공유 비극성을 나타냅니다.

이온 결합

Ionic은 나타나는 연결입니다이온 사이 또는 원자 중 하나에 의한 공통 전자 쌍의 완전한 당기기 때문입니다. 물질에서 이러한 유형의 화학 결합은 정전기 인력에 의해 수행됩니다.

이온은전자의 부착 또는 방출의 결과로 원자. 원자가 전자를 받아들이면 음전하를 띠고 음이온이됩니다. 원자가 원자가 전자를 제공하면 양이온이라고하는 양전하를 띤 입자가됩니다.

형성되는 화합물의 특징입니다일반적인 금속 원자와 일반적인 비금속 원자의 상호 작용. 이 과정의 주요 부분은 안정적인 전자 구성을 얻기위한 원자의 욕구입니다. 그리고이를위한 전형적인 금속과 비금속은 단지 1-2 개의 전자를주고 받기만하면됩니다.

이온 화학 결합의 형성 메커니즘분자는 전통적으로 나트륨과 염소의 상호 작용의 예에서 고려됩니다. 알칼리 금속 원자는 할로겐 원자가 끌어 당기는 전자를 쉽게 제공합니다. 결과적으로 Na 양이온이 형성됩니다.⁺ 그리고 음이온 Cl^-정전 기적 인력에 의해 결합됩니다.

이상적인 이온 결합은 없습니다.종종 이온이라고 불리는 이러한 화합물에서도 원자에서 원자로 전자의 최종 전이가 발생하지 않습니다. 형성된 전자 쌍은 여전히 ​​일반적으로 사용됩니다. 따라서 공유 결합의 이온 성 정도에 대해 이야기합니다.

이온 결합은 서로 관련된 두 가지 주요 특성이 특징입니다.

• 무 지향성, 즉 이온 주변의 전기장은 구 모양을 가지고 있습니다.
• 불포화, 즉 어떤 이온 주위에 위치 할 수있는 반대로 하전 된 이온의 수는 크기에 따라 결정됩니다.

공유 화학 결합

전자를 겹쳐서 형성된 결합비금속 원자 구름, 즉 공통 전자 쌍에 의해 수행되는 것을 공유 결합이라고합니다. 공유 전자 쌍의 수는 결합의 다중성을 결정합니다. 따라서 수소 원자는 단일 H ··· H 결합으로 연결되고 산소 원자는 이중 결합 O :: O를 형성합니다.

그 형성에는 두 가지 메커니즘이 있습니다.

• 교환 가능-각 원자는하나의 전자의 공통 쌍의 형성 : A · + · B = A : B, 하나의 전자가 위치한 외부 원자 궤도는 결합의 구현에 참여합니다.
• Donor-acceptor-결합 형성을 위해 원자 중 하나 (donor)는 한 쌍의 전자를 제공하고 두 번째 (acceptor)는 배치를위한 자유 궤도를 제공합니다 : A + : B = A : B.

공유 화학 결합을 형성하는 동안 전자 구름을 겹치는 방법도 다릅니다.

1. 곧장.구름 겹침 영역은 고려중인 원자의 핵을 연결하는 가상의 직선 위에 있습니다. 이 경우 σ- 결합이 형성됩니다. 이 경우 발생하는 화학 결합의 유형은 겹치는 전자 구름의 유형에 따라 다릅니다 : s-s, s-p, p-p, s-d 또는 p-d σ- 결합. 입자 (분자 또는 이온)에서는 인접한 두 원자 사이에 하나의 σ 결합 만 가능합니다.
2. 옆쪽.그것은 원자핵을 연결하는 선의 양쪽에서 수행됩니다. 이것이 π- 결합이 형성되는 방법이며 p-p, p-d, d-d와 같은 품종도 가능합니다. σ- 결합을 제외하고 π- 결합은 형성되지 않습니다. 다중 (이중 및 삼중) 결합을 포함하는 분자에있을 수 있습니다.

공유 결합 속성

화학 및 물리적 결정연결의 특징. 물질에서 화학 결합의 주요 특성은 방향성, 극성 및 분 극성, 포화도입니다.

방향 연결은 분자의 특성 때문입니다물질의 구조와 분자의 기하학적 모양. 그 본질은 공간에서 특정 방향으로 전자 구름의 최상의 겹침이 가능하다는 것입니다. σ- 및 π- 결합의 형성 변형은 이미 위에서 고려되었습니다.

아래에 포화 분자에서 특정 수의 화학 결합을 형성하는 원자의 능력을 이해합니다. 각 원자의 공유 결합 수는 외부 궤도의 수에 의해 제한됩니다.

극성 연결은 값의 차이에 따라 달라집니다원자의 전기 음성도. 원자핵 사이의 전자 분포의 균일 성은 그것에 달려 있습니다. 이 특성에 대한 공유 결합은 극성 또는 비극성 일 수 있습니다.

• 공통 전자 쌍이 각 원자에 동일하게 속하고 핵에서 같은 거리에 있으면 공유 결합은 비극성입니다.
• 공통 전자 쌍이 원자 중 하나의 핵으로 옮겨지면 공유 극성 화학 결합이 형성됩니다.

분 극성 결합 전자의 변위로 표현됩니다.다른 입자, 같은 분자의 인접한 결합에 속하거나 전자기장의 외부 소스에서 나올 수있는 외부 전기장의 작용. 따라서 영향을받는 공유 결합은 극성을 변경할 수 있습니다.

궤도의 혼성화는 화학 결합을 구현하는 동안 모양의 변화로 이해됩니다. 이것은 가장 효과적인 겹침을 얻기 위해 필요합니다. 다음과 같은 유형의 하이브리드 화가 있습니다.

• sp³... 하나의 s- 및 3 개의 p- 오비탈은 동일한 모양의 4 개의 "하이브리드"오비탈을 형성합니다. 바깥쪽으로 109 ° 축 사이의 각도를 가진 사면체와 유사합니다.
• sp²... 하나의 s- 및 두 개의 p- 오비탈은 축 사이의 각도가 120 ° 인 평평한 삼각형을 형성합니다.
• sp. 하나의 s- 및 하나의 p- 오비탈은 축 사이의 각도가 180 ° 인 두 개의 "하이브리드"오비탈을 형성합니다.

금속 결합

금속 원자 구조의 특징은 다음과 같습니다.다소 큰 반경과 외부 궤도에 적은 수의 전자가 존재합니다. 결과적으로 이러한 화학 원소에서 핵과 원자가 전자 사이의 결합은 상대적으로 약하고 쉽게 끊어집니다.

금속 결합은 금속의 원자 이온 사이의 상호 작용이라고 불리며 비편 재화 된 전자의 도움으로 수행됩니다.

금속 입자에서 원자가 전자는외부 궤도를 떠나고 그 위에 빈 장소를 차지하는 것은 쉽습니다. 따라서 서로 다른 시간에 동일한 입자가 원자와 이온이 될 수 있습니다. 그들로부터 분리 된 전자는 결정 격자의 부피를 통해 자유롭게 움직이며 화학 결합을 수행합니다.

이 유형의 결합은 이온 및공유. 이온 결합은 금속 결합의 존재를 위해 이온이 필요합니다. 그러나 첫 번째 경우 정전기 상호 작용을 구현하기 위해 양이온과 음이온이 필요하면 두 번째 경우 음전하를 띤 입자의 역할은 전자에 의해 수행됩니다. 금속 결합을 공유 결합과 비교하면 두 가지를 모두 형성하기 위해 공통 전자가 필요합니다. 그러나 극성 화학 결합과 달리 두 원자 사이에 국한되지 않고 결정 격자의 모든 금속 입자에 속합니다.

거의 모든 금속의 특별한 특성은 금속 결합 때문입니다.

• 가소성은 전자 가스에 의해 유지되는 결정 격자에서 원자 층의 변위 가능성으로 인해 존재합니다.
• 전자의 광선 반사로 인해 관찰되는 금속 광택 (분말 상태에서는 결정 격자가 없으므로 전자가 따라 이동 함);
• 하전 입자의 흐름에 의해 수행되는 전기 전도도 이며이 경우 작은 전자가 큰 금속 이온 사이에서 자유롭게 이동합니다.
• 열전도율은 전자가 열을 전달하는 능력으로 인해 관찰됩니다.

수소 결합

이러한 유형의 화학 결합은 때때로공유 및 분자간 상호 작용의 중간. 수소 원자가 강한 전기 음성 원소 (인, 산소, 염소, 질소 등) 중 하나와 결합하면 수소라는 추가 결합을 형성 할 수 있습니다.

위에서 고려한 모든 유형의 결합보다 훨씬 약하지만 (40 kJ / mol을 초과하지 않는 에너지) 무시할 수 없습니다. 이것이 다이어그램의 수소 화학 결합이 점선처럼 보이는 이유입니다.

수소 결합의 형성은동시에 기증자-수용체 정전기 상호 작용. 전기 음성도 값의 큰 차이로 인해 O, N, F 및 기타 원자에 과도한 전자 밀도가 나타나고 수소 원자가 부족합니다. 그러한 원자들 사이에 화학 결합이 존재하지 않는 경우, 그들이 충분히 가까워지면 인력이 활성화됩니다. 이 경우 양성자는 전자쌍의 수용체이고 두 번째 원자는 기증자입니다.

수소 결합은 인접한 분자 (예 : 물, 카르 복실 산, 알코올, 암모니아)와 분자 내 (예 : 살리실산) 모두에서 발생할 수 있습니다.

물 분자 사이의 수소 결합의 존재는 다음과 같은 고유 한 물리적 특성을 설명합니다.

• 열용량, 유전체 값계산에 따르면 투자율, 끓는점 및 융점은 분자의 연결성과 분자간 수소 결합을 끊는 데 에너지를 소비해야하는 필요성으로 설명되는 실제 값보다 훨씬 낮아야합니다.
• 다른 물질과 달리 낮출 때온도, 물의 양이 증가합니다. 이것은 분자가 얼음의 결정 구조에서 특정 위치를 차지하고 수소 결합의 길이만큼 서로 멀어지기 때문입니다.

이 연결은 생활에 특별한 역할을합니다.유기체는 단백질 분자에 존재하기 때문에 특수 구조와 특성을 결정합니다. 또한 DNA의 이중 나선을 구성하는 핵산도 수소 결합으로 연결됩니다.

크리스탈 본드

대부분의 고체는결정 격자-입자를 형성하는 특별한 상호 배열. 이 경우 3 차원 주기성이 관찰되고 가상의 선으로 연결된 노드에 원자, 분자 또는 이온이 위치합니다. 이러한 입자의 특성과 이들 사이의 결합에 따라 모든 결정 구조는 원자, 분자, 이온 및 금속으로 나뉩니다.

이온 결정 격자의 위치는양이온과 음이온. 또한, 각각은 반대 전하만을 가진 엄격하게 정의 된 수의 이온으로 둘러싸여 있습니다. 전형적인 예는 염화나트륨 (NaCl)입니다. 부서지는 데 많은 에너지가 필요하기 때문에 융점과 경도가 높은 경향이 있습니다.

분자 결정 격자의 위치에는 공유 결합에 의해 형성된 물질 분자가 있습니다 (예 : I₂). 그들은 약한 van der Waals 상호 작용으로 서로 연결되어 있으므로 이러한 구조는 파괴하기 쉽습니다. 이러한 화합물은 끓는점과 융점이 낮습니다.

원자 결정 격자는 원자에 의해 형성됩니다.원자가 값이 높은 화학 원소. 그들은 강한 공유 결합으로 연결되어 물질이 높은 끓는점, 융점 및 높은 경도를 가지고 있음을 의미합니다. 다이아몬드가 그 예입니다.

따라서 모든 유형의 링크를화학 물질에는 분자와 물질의 입자 상호 작용의 미묘함을 설명하는 고유 한 특성이 있습니다. 연결의 속성은 연결에 따라 다릅니다. 그들은 환경에서 발생하는 모든 프로세스를 결정합니다.