Kutupsuz kovalent bağların özellikleri ve nitelikleri: örneklerle birlikte eksiksiz bir kılavuz

Maddenin özelliklerine ilişkin çalışmaların en başından itibaren, bilim insanları farklı türler arasında bağlantı kurabilen bir kuvvetin varlığını sezmişlerdir. Isaac Newton, "Parçacıklar kuvvetler aracılığıyla birbirlerini çekerler" demiştir ve yıllar sonra, ünlü voltaik pilin icadı sayesinde Jöns Jakob Berzelius, kimyasal birleşme süreciyle ilgili bir teori geliştirmiştir.

Çeşitli bilim insanlarının yürüttüğü çalışmaların ilerlemesi sayesinde, bugün kimyasal elementlerin de tıpkı insanlar gibi birbirleriyle etkileşime girdiğinden ve bu etkileşimden yeni yapılar, birleşmeler, bileşikler ve çok çeşitli dönüşümlerin ortaya çıktığından eminiz .

Bu tür bir etkileşimin sonucu, her atomun bireysel özelliklerine bağlıdır ; bu özellikler oluşan bağın türünü, bileşiğin kararlılığını ve birçok fiziksel ve kimyasal özelliğini sınırlayacaktır. Bir molekül içinde polar olmayan kovalent bir bağın oluşması için , ilgili türlerin elektronegatiflik açısından birbirine çok benzer olması gerekir.

Bağlantı oluşumunu belirleyen koşullar

Bağlanma yoluyla bileşik oluşumu süreçlerinin kendiliğinden ve her türlü senaryoda gerçekleştiği düşünülebilir, ancak gerçek şu ki, atomlar arasındaki bağ yalnızca sürecin çevresel koşulları elverişli olduğunda oluşur. Sıcaklık ve basınç gibi faktörler reaksiyonun gerçekleşmesini sınırlar ve ayrıca oluşan bileşiğin sonucunu veya özelliklerini değiştirir.

Bir diğer önemli husus ise maddelerin konsantrasyonudur ; bu, birleşme sürecinden kaynaklanacak bileşenin miktarını ve türünü belirler. Birçok reaksiyonda, reaktanların oranındaki küçük bir değişiklik bile farklı ürünlerin oluşmasına veya reaksiyonun hiç gerçekleşmemesine yol açabilir.

Parçacıkların bireysel özellikleri , özellikle elektronegatiflikleri, atom yarıçapları ve elektronik konfigürasyonları, birleşecek parçacık sayısını ve türlerini belirler; ayrıca oluşacak bağın türünü de belirlerler . Linus Pauling tarafından önerilen ölçeğe göre, oluşan bağ türünün türler arasındaki elektronegatiflik farkına bağlı olduğunu hatırlamalıyız.

• İyonik: Elektronegatiflik farkı, ≥ 0,5'ten büyük veya eşit 1,7Bu, bu bağ türünün çok farklı elektronegatifliklere sahip türler için karakteristik olduğunu gösterir; dolayısıyla daha elektronegatif atom... Güçlü bir şekilde cezbediyor. Değerlik elektronları, elektrostatik kuvvetlerle bir arada tutulan pozitif ve negatif iyonlar oluşturur.
• Polar kovalent: Arasındaki fark 1,7 ve 0,5 Yaklaşık olarak. Genellikle şu unsurlar arasında oluşur: yüksek elektronegatiflik (çoğunlukla ametaller) ve oluşan bileşiğin bir sonucu olarak ortaya çıkması tesadüftür. eşitsiz bölme Elektronların bir kısmı. Atomlardan biri elektron bulutunu biraz daha fazla çeker ve belirli bir kutupluluk karakterine sahip bir bağ oluşturur.
• Polar olmayan kovalent bağ: Bu, kaydedilen fark şu olduğunda gerçekleşir: 0,4 - 0,5'ten küçük veya eşit (çoğu durumda pratikte sıfıra eşit olsa da). Bu durumda elektronlar çok daha dengeli bir şekilde paylaşılır.

Bu elektronegatiflik farkı kriterleri , bağ polaritesini tahmin etmemizi sağlar . Özellikle, 0 ile yaklaşık 0,4 arasındaki değerler , elektron bulutunun iki bağlı atom arasında neredeyse eşit olarak dağıldığı polar olmayan kovalent bağlara karşılık gelir.

Polar olmayan kovalent bağ nedir?

Kimyasal bağ, iki atomu birleştiren kuvvettir. Aralarındaki bu etkileşimler, onlara daha büyük bir enerji kararlılığı kazandırır. Birkaç atomun bağlarla birleşmesiyle moleküller veya kristal kafesler oluşur ve bunlar bilinen tüm maddenin temelini oluşturur.

Yapısal açıdan bakıldığında, bir atom bir çekirdekten (protonlar ve nötronlar) ve onun etrafında hareket eden bir elektron bulutundan oluşur. Bu elektronlar, özellikle değerlik kabuğundaki elektronlar, bağ oluşumunda rol oynarlar. Tek başına bir atom genellikle çok kararlı değildir, bu nedenle daha kararlı elektronik konfigürasyonlar elde etmek için diğer atomlarla etkileşime girme eğilimindedir ; bu konfigürasyonlar genellikle soygazlarınkine benzerdir.

Bilindiği üzere, atomların çekirdeği pozitif yüklüdür, bu nedenle iki kimyasal türün doğal eğilimi birbirini itmektir. Bununla birlikte, kimyasal bağların oluşmasını mümkün kılan, çekirdeğin etrafında dönen elektron bulutudur , çünkü bu elektronlar farklı atomlar arasında paylaşılabilir veya aktarılabilir .

Bir bağın oluşması için, mevcut kimyasal türlerin genel bir koşulu karşılaması gerekir: birinin en dış kabuğunda elektron eksikliği olmalı, diğerinin ise paylaşabileceği elektronları olmalıdır . Pozitif çekirdekler ile paylaşılan elektron bulutu arasındaki bu çekim, çekirdekler arasındaki itici kuvvetin elektron-çekirdek çekimiyle dengelenmesini sağlayarak sistemi stabilize eder.

Polar olmayan kovalent bağ , saf veya apolar kovalent bağ olarak da adlandırılır ve bir veya daha fazla elektron çiftini neredeyse eşit olarak paylaşan iki atomun birleşimidir . Yani, bağı oluşturan elektronlar, önemli bir yük ayrımı olmaksızın, atomlardan birinin yakınında ve diğerinin yakınında yaklaşık olarak aynı süreyi geçirirler.

Bu bağ türü, iki özdeş atom (aynı elementten) veya çok benzer elektronegatifliklere sahip iki farklı atom arasında oluşur . Elektronegatiflik farkı açısından, kovalent bağ, bu fark 0 ile 0,4-0,5 arasında olduğunda polar olmayan olarak kabul edilir . Bu değerlerin altında, elektron bulutu dağılımı yeterince simetriktir ve açıkça tanımlanmış kutuplar yoktur.

Bu bağ türünden oluşan moleküllerin net yükü yoktur ve genellikle simetrik bir yapıya sahiptirler; bu da toplam dipol momentinin sıfır olmasına katkıda bulunur. Tüm bileşiklerde en yaygın bağ türü değildir, ancak örneğin birçok gazın iki atomlu moleküllerinde ve çok sayıda organik bileşikte temel bir bağdır.

Paylaşılan elektronlara göre polar olmayan kovalent bağ türleri

Polar olmayan kovalent bağda atomlar bir, iki veya üç çift elektronu paylaşabilir. Paylaşılan çift sayısına bağlı olarak çeşitli türler ayırt edilir:

• Basit bağlantı: Paylaşılıyor tek bir çift İki atom arasındaki elektron alışverişi. Bu, hidrojen molekülündeki (H₂O) H-H bağı örneğinde olduğu gibidir.2).
• Çift bağlantı: paylaşılır iki çift elektron sayısı. Bir örnek, etilen molekülündeki C=C bağıdır (C2H4Burada paylaşılan elektronlar her iki karbon atomu arasında neredeyse homojen bir şekilde dağılıyor.
• Üçlü bağlantı: paylaşılır üç çift elektronların. Tipik bir örnek, azot molekülündeki (N) N≡N bağıdır.2Bu bağ, büyük gücüne rağmen, elektronegatifliklerin eşitliği nedeniyle polar olmayan kovalent bir bağ olarak kalır.

Tüm bu durumlarda belirleyici faktör yalnızca paylaşılan çiftlerin sayısı değil, aynı zamanda katılan atomların elektronegatifliklerinin eşitliği veya benzerliğidir ; bu da belirgin kutupların yokluğunu sağlar.

Polar olmayan kovalent bağ örnekleri

Hem özdeş atomlardan oluşan moleküllerde hem de benzer elektronegatifliğe sahip farklı atomlardan oluşan moleküllerde çok sayıda polar olmayan kovalent bağ örneği bulunmaktadır. En temsili örneklerden bazıları şunlardır:

• Özdeş atomlar arasındaki bağlar: iki atom arasında bir bağ oluştuğunda aynı elementElektronegatiflik farkı tam olarak sıfırdır. Elektron bulutu her ikisi arasında eşit olarak paylaşılır. Klasik örnekler hidrojen (H₂) ve hidrojen (H₂)'dir.2), nitrojen (N2), oksijen (O2), flor (F2), brom (Br2) ve metalik olmayan elementlerin diğer iki atomlu molekülleri.
• Hidrojen molekülü (H2İki hidrojen atomu, tek değerlik elektronlarını paylaşarak tek bir kovalent bağ oluşturur. Her iki atom da özdeş olduğundan, elektronegatiflik farkı sıfırdır, bu nedenle bağ açıkça kovalenttir. polar olmayan.
• Flor molekülü (F2Flor, periyodik tablodaki en elektronegatif element olmasına rağmen, bir flor atomu başka bir flor atomuyla bağ kurduğunda, ikisi de elektron bulutunu diğerinden daha güçlü çekemez. Elektronegatiflik aynıdır ve bağ polar olmayan kovalent bir bağdır.
• Ozon molekülü (O₃)3Bu molekülde, merkezdeki oksijen atomu, kovalent bağlarla diğer iki oksijen atomuna bağlanmıştır. OO bağları, tek tek, polar olmayan kovalent Çünkü bu olaylar, elektronegatiflikleri eşit olan atomlar arasında meydana gelir; ancak molekülün tamamı daha karmaşık bir yapıya ve belirli rezonans etkilerine sahiptir.
• Azot molekülü (N2): Her bir azot atomu, eşleşmemiş üç değerlik elektronunu diğerleriyle paylaşarak bir yapı oluşturur. üçlü bağlantıElektronegatiflik farkı sıfır olduğundan, N≡N bağı polar olmayan kovalent bir bağdır ve son derece güçlüdür.
• Metandaki CH bağları (CH4Metan ilginç bir örnektir, çünkü C-H bağları farklı elementlerin atomları arasında oluşur. Karbon ve hidrojen arasındaki elektronegatiflik farkı yaklaşık olarak şöyledir: 0,4Bu değer, polar olmayan ve hafif polar bir bağ arasındaki sınırda yer alır. Birçok bağlamda, polar olmayan kovalent bağın veya en azından çok düşük polariteli bir bağın örneği olarak kabul edilir. Dahası, tetrahedral geometri Metanın özellikleri nedeniyle, her bağın hafif bir polaritesi olsa bile, dipol momentleri birbirini nötrler ve molekülün tamamı polar olmayan bir yapıya sahiptir.
• Etilen molekülü (C2H4): etilenin dört CH bağı ve bir bağı vardır. C=C çift bağıHem CH bağları (çok düşük polariteli) hem de C=C bağı, yük dağılımı açısından polar olmayan kovalent bağlardır. Genel molekül, polar olmayan karakterini güçlendiren bir simetri sergiler.
• Karbon sülfür (CS2Bu bileşik, iki kükürt atomuna doğrusal olarak bağlanmış bir karbon atomu içerir. çift ​​bağlar C=S. Karbon ve kükürt arasındaki elektronegatiflik farkı çok büyük olmadığından, bağlar zayıf polar bir karaktere sahiptir. Ek olarak, doğrusal geometri, potansiyel dipol momentlerinin birbirini nötrleştirmesine neden olarak, genel olarak polar olmayan bir molekül oluşturur.

Bu örneklerin hepsinde ya elektronegatiflikler eşittir ya da aralarındaki fark 0,4 – 0,5'in altındadır ; bu da paylaşılan elektron bulutunun neredeyse homojen bir dağılımını garanti eder.

Polar olmayan kovalent bağlara sahip bileşiklerin özellikleri

Esas olarak polar olmayan kovalent bağlarla oluşan bileşikler, onları iyonik bileşiklerden veya güçlü polar kovalent bağlara sahip bileşiklerden ayıran bir dizi özellik sergiler. Bunların en önemli özellikleri arasında şunlar yer alır:

• Erime ve kaynama noktaları düşüktür. İyonik veya metalik bileşiklerle karşılaştırıldığında, bu tür maddelerin çoğu oda sıcaklığında gaz veya sıvı haldedir, örneğin hidrojen (H₂).2azot (N ), azot (N )2) veya brom (Br2).
• Isıyı iyi iletmezler.Çünkü yapıda termal enerjiyi verimli bir şekilde taşıyabilecek serbest elektronlar veya hareketli iyonlar bulunmamaktadır.
• suda çözünmez Çeşitli sıcaklıklarda veya çok düşük çözünürlük gösterirler. Genel bir kural olarak, bu bileşikler kutupsuz Bunlar, polar olmayan çözücülerde (bazı hidrokarbonlar gibi) daha iyi çözünme eğilimindedir, oysa su oldukça polar bir çözücüdür.
• elektriği kötü iletenlerMolekülleri elektriksel olarak nötr olduğundan ve çözündüğünde iyonlara ayrışmadığından, ayrıca hareketli yük taşıyıcıları bulunmadığından, elektrik akımı kolayca iletilmez.
• Moleküller genellikle simetrik Referans düzlemine veya eksenine göre, olası bağ dipol momentlerinin vektör toplamının sıfır olmasına katkıda bulunur. Bu simetri, bileşiğin genel olarak polar olmayan bir madde gibi davranması için anahtar niteliğindedir.
• Mevcut nispeten düşük bağlanma enerjileri Bazı iyonik bağlara veya kapsamlı kovalent ağlara (örneğin elmas) kıyasla, bu genel olarak, tek bir polar olmayan kovalent bağı kırmak için güçlü bir iyonik bağı kırmaktan daha az enerji gerektiği anlamına gelir.
• Oluşturabilirler katılar, sıvılar veya gazlar Oda sıcaklığında, moleküller arası kuvvetlerin (London dağılım kuvvetleri, indüklenmiş dipol vb.) gücüne ve moleküllerin boyutuna bağlı olarak değişir. Örneğin, azot (N₂)2) bir gazdır, brom (Br)2) naftalin (C) gibi sıvı ve organik bileşiklerdir.10H8) moleküler katılardır.

Bu özellikler bir araya geldiğinde, polar olmayan kovalent bağlara sahip birçok bileşiğin neden organik çözücüler , yakıtlar veya hem elektriksel hem de termal yalıtım malzemeleri olarak kullanıldığını açıklamaktadır .

Bir moleküldeki bağ türünü belirleme prosedürü

Bir moleküldeki bağ türünün polar olmayan kovalent bağ olup olmadığını daha kesin olarak belirlemek istiyorsanız , elementlerin elektronegatifliğine dayalı basit bir prosedürü izleyebilirsiniz:

• Öncelikle, molekülü oluşturan elementleri ve bunların doğasını belirleyin: bunlar; madenlerGenellikle periyodik tablonun sol tarafında ve merkezinde yer alırlar; eğer bunlar metal yokSağ tarafta bulunurlar (birçok çalışma şemasında hidrojen de dahil olmak üzere).
• Hesaplama yapmadan önce, zaten bir tane edinebilirsiniz. sonuç kavramıTanım gereği, iki ametal elementin bir arada bulunması durumunda bir bileşik oluşur. kovalent bağKutupsal mı yoksa kutupsuz mu olacağı sorusu hâlâ gündemde kalacak.
• bulun elektronegatiflikler Periyodik tablodaki her element için (genellikle Pauling ölçeği değerlerini kullanarak) bağda yer alan her atoma karşılık gelen değeri yazın.
• Yapmak basit çıkarma Elektronegatiflik değerleri arasında (genellikle yüksek değerden düşük değeri çıkararak) bir işlem yapılır. Sonuç size şunu verecektir: elektronegatiflik farkı iki atom arasında.
• Elde edilen değeri referans aralıklarıyla karşılaştırın: eğer fark 1,7'dan büyük veya eşitEğer bağ ağırlıklı olarak iyonik olacaktır; eğer arasında ise 0,5 ve 1,7, olarak kabul edilir polar kovalentVe eğer öyleyse 0,4 - 0,5'ten küçük veya eşitBu bir polar olmayan kovalent bağ veya çok düşük kutupluluğa sahip.

Bu nicel analize ek olarak, molekülün geometrisini de dikkate almak önemlidir . Bir molekül, birden fazla polar bağ içerebilir ancak bağların uzamsal düzenlemesi dipol momentlerinin birbirini nötrleştirmesine neden olursa, genel olarak polar olmayan bir molekül olabilir. Tipik bir örnek , C=O bağlarının polar olduğu ancak doğrusal geometrinin toplam dipol momentini sıfır yaptığı karbondioksittir (CO₂ ) .

Kimyada, çözünürlük, erime ve kaynama noktaları, reaktivite ve maddelerin farklı ortamlardaki davranışları gibi özellikleri tahmin etmek için bağ polaritesi ve moleküler polariteyi anlamak çok önemlidir.

Kutupsuz kovalent bağların detaylı incelenmesi, birçok günlük maddenin (atmosferik gazlar, yakıtlar, plastikler ve diğer organik moleküller) birkaç farklı atom türünden oluşmalarına ve bu atomların çeşitli şekillerde birleşmelerine rağmen, iyonik tuzlardan veya metallerden çok farklı fiziksel davranışlar sergilemelerinin nedenini anlamamızı sağlar.