化学リンクの定義、特性、形成方法、タイプ



の 化学結合 それは物質を構成する原子を一緒に保つことをどうにかして力です。それぞれの種類の物質は特徴的な化学結合を持っています。それは1つ以上の電子の参加から成ります。したがって、ガス中の原子を結合する力は、たとえば金属とは異なります。.

周期律表の全ての元素（ヘリウムおよび軽希ガスを除く）は互いに化学結合を形成することができる。ただし、これらの性質は、それらを構成する電子に由来する元素によって異なります。リンクの種類を説明するための重要なパラメータは電気陰性度です。.

2つの原子間の電気陰性度の差（ΔE）は、化学結合の種類だけでなく、化合物の物理化学的特性も定義します。塩は、イオン結合（高いΔＥ）、およびビタミンＢなどの多くの有機化合物を有することを特徴とする。12年 （上の画像）、共有結合（低いΔE）.

上側の分子構造において、各線は共有結合を表す。くさびは、リンクが平面から（読者の方へ）現れ、リンクが平面から（読者から離れて）下線を引かれることを示します。二重結合（=）とコバルト原子があることに注意してください 調整された ５個の窒素原子および１個の側鎖Ｒを有する.

しかし、なぜそのような化学結合が形成されるのでしょうか。その答えは、参加原子と電子のエネルギー的安定性にあります。この安定性は、電子雲と原子核の間で経験される静電反発力、および原子核が隣接原子の電子に及ぼす引力のバランスをとる必要があります.

索引

  • 1化学結合の定義
  • 2つの特徴
  • 3彼らはどのように形成されていますか
    • 3.1同核化合物A-A
    • 3.2異核化合物A〜B
  • 4種類
    • 4.1 - 共有結合
    • 4.2 - イオンリンク
    • 4.3メタリックリンク
  • 5例
  • 6化学結合の重要性
  • 7参考文献

化学結合の定義

多くの著者が化学結合の定義を与えています。それらすべての中で最も重要なのは、化学結合を2つの原子間の電子対の関与として定義した物理化学的なG. N.ルイスでした。原子A・・・Bが単一の電子を提供することができるならば、単純なリンクA：BまたはA-Bがそれらの間に形成されるでしょう。.

リンクが形成される前は、AとBの両方は無限の距離で分離されていますが、リンク時には、二原子化合物ABとリンクの距離（または長さ）でそれらを結び付ける力があります。.

特徴

この力には原子をまとめるどんな特徴がありますか？これらは、それらの電子構造よりもAとBの間のリンクの種類に大きく依存します。たとえば、リンクA-Bは指向性です。どういう意味ですか？電子対の結合によって及ぼされる力は、（まるでそれが円柱であるかのように）軸上に表すことができること.

同様に、このつながりはエネルギーを破壊するのに必要です。このエネルギー量は、kJ / molまたはcal / molの単位で表すことができます。十分なエネルギーが（例えば熱によって）ＡＢ化合物に加えられると、それは元のＡ・Ｂ原子に解離するであろう。.

リンクが安定しているほど、結合原子を分離するのに必要なエネルギー量が多くなります。.

一方、化合物ABの結合がイオン性の場合、+B-, それは無指向性の力になります。なんで？ Aだから+ Bに引力を及ぼす- （そしてその逆）イオンの相対的な位置よりも空間内で両方のイオンを隔てる距離に大きく依存する.

この引力および反発力の場は他のイオンを集めて結晶格子として知られるものを形成します（上の画像：カチオンA+ 4つの陰イオンBで囲まれた嘘-, そしてこれら4つの陽イオンA+ など）.

彼らはどのように形成されていますか

同核化合物A-A

電子対が結合を形成するためには、最初に考慮しなければならない多くの側面があります。 Aの核は、陽子を持っているので陽です。 Aの2つの原子が互いに遠く離れている、つまり大きな核間距離にある場合（上の画像）、それらは引力を受けません。.

それらがAの2つの原子に近づくと、それらの原子核は隣の原子の電子雲（紫色の円）を引きつけます。これが引力です（隣の紫色の円の上のA）。しかし、Aの2つの原子核は正であることによって反発され、この力が結合の位置エネルギーを増加させます（垂直軸）.

位置エネルギーが最小に達する核間距離があります。つまり、引力と斥力の両方が釣り合っています（画像の下部にあるAの2つの原子）。.

この距離を過ぎるとこの距離が短くなると、結合によって2つの核が非常に強く反発し、化合物A-Aが不安定になります。.

したがって、リンクを形成するには、エネルギー的に適切な核間距離が必要です。さらに、原子軌道が正しく重なり合って電子が結合している必要があります。.

ヘテロ核化合物A-B

Aの2つの原子がAの1つとBの別の原子を結合するのではなくどうなるでしょうか。その場合、上のグラフは、一方の原子が他方よりも多くの陽子を持ち、電子雲のサイズが異なるために変化します。.

Ａ − Ｂ結合が適切な核間距離で形成されると、一対の電子は主に最も電気陰性の原子の近傍に見出されるであろう。これは、知られている（そして知られるであろう）ものの大多数を構成する全ての異核化合物で起こります。.

詳細には述べられていませんが、原子がどのように接近し、化学結合が形成されるかに直接影響する多数の変数があります。あるものは熱力学的なもの（反応は自然発生的なものか）、電子的なもの（原子の軌道はどのくらい満たされているか、あるいは空いているか）、そして他の動力学である。.

タイプ

リンクはそれらを互いに区別する一連の特徴を提示します。それらのいくつかは、３つの主な分類、すなわち共有、イオンまたは金属に分類され得る。.

リンクが単一のタイプに属する化合物がありますが、多くは実際にはそれぞれの文字の混合で構成されています。この事実は、結合を構成する原子間の電気陰性度の違いによるものです。したがって、いくつかの化合物は共有結合性であり得るが、それらの結合中に特定のイオン特性を示す。.

また、結合の種類、構造および分子量は、材料の巨視的特性（明度、硬度、溶解度、融点など）を定義する重要な要素です。.

-共有結合

共有結合はこれまで説明されてきたものである。それらでは、2つの軌道（それぞれに1つの電子）が適切な核間距離で分離された核と重ならなければなりません.

分子軌道（TOM）の理論によると、軌道の重なりが正面である場合、シグマσ結合が形成されます（これは単純リンクまたは単純リンクとも呼ばれます）。軌道が核間軸に対して横方向と垂直方向の重なりによって形成されている場合は、π（二重および三重）のリンクが存在します。

単純なリンク

画像に見られるようにリンクσは核内軸に沿って形成される。示されていないが、ＡおよびＢは他の結合、したがってそれら自身の化学的環境（分子構造の異なる部分）を有し得る。このタイプのリンクは、その回転力（緑色の円柱）とすべての中で最も強いことによって特徴付けられます。.

例えば、水素分子の単結合は核間軸（Ｈ − Ｈ）上で回転することができる。同様に、仮想のCA-AB分子でも可能です。.

C-A、A-A、A-Bリンクは回転します。しかし、CまたはBが原子またはかさ高い原子のグループである場合、回転A-Aは立体的に妨げられます（CおよびBがクラッシュするため）。.

単純な結合は、事実上すべての分子に見られます。それらの原子は、それらの軌道の重なりが正面である限り、任意の化学的混成を有することができる。ビタミンBの構造に戻る12年, 単一行（ - ）は単一リンクを示します（例えば、-CONHリンク）。2）.

二重リンク

二重結合は、原子が（通常）ｓｐ混成化を有することを必要とする。2. 3つのsp混成軌道に垂直な純粋なp結合2, 灰色がかったシートとして表示されている二重結合を形成します。.

シングルリンク（緑色の円柱）とダブルリンク（灰色のシート）の両方が同時に共存していることに注意してください。ただし、単純なリンクとは異なり、doubleは核内軸を中心とした回転の自由度が同じではありません。これは、回転するにはリンク（またはシート）が壊れている必要があるためです。エネルギーを必要とするプロセス.

また、リンクA = BはA-Bよりも反応的です。この長さはより短く、原子AとBはより小さな核間距離にあります。したがって、両方の核の間により大きな反発力があります。一重および二重の両方の結合を切断することは、Ａ − Ｂ分子中の原子を分離するのに必要とされるよりも多くのエネルギーを必要とする。.

ビタミンBの構造中12年 いくつかの二重結合が観察され得る：Ｃ ＝ Ｏ、Ｐ ＝ Ｏ、および芳香環内.

トリプルリンク

三重結合は二重結合よりもさらに短く、そしてその回転はよりエネルギー的に損なわれる。その中に、単純なリンクと同様に、2つの垂直なπリンク（灰色と紫色のシート）が形成されています。.

通常、AとBの原子の化学的混成はspでなければならない：180°離れた2つのsp軌道、および前者に垂直な2つの純粋なp軌道。三重結合はパレットに似ていますが、回転力はありません。この結合は、単純にA≡B（N≡N、N窒素分子）と表すことができます。2）.

すべての共有結合の中で、これが最も反応性の高いものです。しかし同時に、その原子を完全に分離するためにより多くのエネルギーを必要とするもの（・A：+：B・）。ビタミンBなら12年 分子構造内に三重結合があると、その薬理学的効果は劇的に変化します。.

三重結合には6個の電子が参加しています。ダブルでは、4つの電子。そして単純か単純で、2つ.

これらの共有結合のうちの１つ以上の形成は、原子の電子的利用能に依存する。つまり、原子価オクテットを獲得するためにいくつの電子がそれらの軌道を必要とするかということです。.

無極性リンク

共有結合は、2つの原子間での電子対の公平な共有から成ります。しかし、これは厳密に言えば、両方の原子が等しい電気陰性度を持つ場合に限られます。つまり、化合物内でその環境の電子密度を引きつける同じ傾向.

非極性結合は、ゼロ電気陰性度の差（ΔＥ≒０）によって特徴付けられる。これは、2つの状況で発生します。2または、リンクの両側の化学的環境が等しい場合（H）3C-CH3, エタン分子）.

非極性結合の例は、以下の化合物に見られる。

-水素（H-H）

-酸素（O = O）

-窒素（N≡N）

-フッ素（F-F）

-塩素（Cl-Cl）

-アセチレン（HC≡CH）

極リンク

両原子間に電気陰性度ΔＥに著しい差がある場合、双極子モーメントがリンク軸に沿って形成される。δ+-Bδ-. 異核化合物ＡＢの場合、Ｂは最も電気陰性の原子であり、従って、最も高い電子密度δ－を有する。 A、最も電気陰性度が低い、負荷不足δ+.

極性結合が生じるためには、異なる電気陰性度を有する２つの原子が結合しなければならない。したがって、異核化合物を形成する。 A-Bは磁石に似ています：それは陽極と陰極を持っています。これにより、双極子 - 双極子力を介して他の分子と相互作用することができます。.

水には2つの極性共有結合H-O-Hがあり、その分子形状は角張っており、双極子モーメントが大きくなります。その幾何学が線形であるならば、海は蒸発し水はより低い沸点を持つでしょう.

化合物が極性結合を持つという事実, それが極性であることを意味するのではありません. 例えば、四塩化炭素、CCl4, 4つのC-Cl極性結合を持つが、それらの四面体配置によって双極子モーメントはベクトル的に相殺することになる.

配達リンクまたは調整リンク

原子が他の原子と共有結合を形成するために電子対を生成するとき、我々はそれから配位子または配位結合について話す。例えば、Bを持つ：利用可能な電子のペア、そしてA（またはA）+）、電子空室、リンクB：Aが形成される.

ビタミンBの構造中12年 ５つの窒素原子はこのタイプの共有結合によってＣｏの金属中心に結合している。これらの窒素はそれらの自由電子対を陽イオンCoに与える。3+, 彼らと金属を調整する（Co3+：Ｎ．

別の例は、アンモニウムを形成するためのアンモニア分子のプロトン化に見出すことができる。

H3N：+ H+ => NH4+

どちらの場合も、電子に寄与するのは窒素原子です。それゆえ、共有結合的配位結合または配位結合は、原子のみが電子対に寄与するときに生じる。.

同様に、水分子をプロトン化してヒドロニウム（またはオキソニウム）カチオンに変換することができる。

H2O + H+ => H3○+

アンモニウムカチオンとは異なり、ヒドロニウムはまだ自由電子対を持っています（H3O：+;しかしながら、不安定な二水素ヒドロニウムＨを形成するために他のプロトンを受け入れることは非常に困難である。4○2+.

-イオン結合

画像は塩の白い丘を示しています。塩は結晶構造を有すること、すなわち対称的かつ規則的であることを特徴とする。高融点および沸点、溶解または溶解時の高い導電性、そしてまたそれらのイオンは静電相互作用によって強く束縛される.

これらの相互作用は、イオン結合として知られているものを構成します。第二の画像では、カチオンＡが示された。+ 四つの陰イオンBに囲まれて-, しかし、これは2D表現です。三次元では、A+ 他の陰イオンBがあるはず- 飛行機の前後に、さまざまな構造を形成.

だから、A+ それは6、8、さらには12人の隣人を持つことができます。結晶中のイオンを取り囲む隣接原子の数は、配位数（Ｎ．Ｃ．）として知られている。それぞれのＮ．Ｃ．について一種の結晶配置が関連しており、それは今度は塩の固相を構成する。.

塩に見られる対称的なファセット結晶は、引力相互作用によって確立された平衡によるものです（A+ B-）と反発（A+ A+, B- B-静電）.

トレーニング

しかし、なぜA +とB-, またはNa+ とCl-, Na-Cl共有結合を形成しないのですか？塩素原子はナトリウム金属よりはるかに電気陰性度が高いので、それはまたその電子を非常に容易にあきらめることを特徴とする。これらの元素が見つかると、発熱反応して食卓塩を作ります。

2Na + Cl2（g）=> 2NaCl（s）

2つのナトリウム原子がClの2原子分子に独自の価電子（Na・）を与える2, Ｃｌアニオンを形成するために-.

ナトリウムカチオンと塩化物アニオンとの間の相互作用は、それらが共有結合よりも弱い結合を表すが、それらを固体中で強く結合させ続けることができる。そしてこの事実は塩の高融点（801ºC）に反映されています.

メタリックリンク

化学結合の最後のタイプは金属です。これはあらゆる金属または合金片に見られます。電子は原子間を通過しないが、海のように金属の結晶を移動するため、特殊で他の原子と異なることが特徴です。.

従って、金属原子、例えば銅は、それらの原子価軌道を互いに混ぜ合わせて伝導帯を形成する。それによって電子（s、p、dまたはf）は原子の周りを通り抜け、それらをしっかりと束縛した状態に保ちます。.

金属結晶を通過する電子の数、バンドに提供される軌道、およびそれらの原子のパッキングに応じて、金属は柔らかく（アルカリ金属のように）、硬く、明るく、または良好な電気伝導体になります。暑さ.

そのような画像と彼のラップトップの中で小さな男を構成するものなどの金属の原子を一緒に保持する力は、塩のそれよりも優れています.

これは実験的に確認することができます。なぜなら塩の結晶は機械的な力の前にいくつかの半分に分裂する可能性があるからです。金属片（非常に小さな結晶からなる）が変形している間.

例

以下の4つの化合物は、説明した化学結合の種類を網羅しています。

-フッ化ナトリウム、NaF（Na+F-）：イオン性.

-ナトリウム、Na：金属.

-フッ素、F2 （F-F）：非極性共有結合、両方の原子の間にΔEヌルがあるため、それらは同一であるため.

-フッ化水素、HF（H-F）：この化合物ではフッ素は水素よりも電気陰性度が高いので極性共有結合.

ビタミンBなどの化合物があります12年, それは極性およびイオン性共有結合（そのリン酸基-POの負電荷において）の両方を有する。4--）金属クラスターなどのいくつかの複雑な構造では、これらすべての種類のリンクが共存できます。.

物質はそのすべての症状において化学結合の例を提供しています。池の底にある石とそれを囲む水から、その端にしわが寄っているヒキガエルまで.

リンクは単純かもしれませんが、分子構造内の原子の数と空間的配置は、多様な化合物への道を開きます。.

化学結合の重要性

化学結合の重要性は何ですか？化学結合の欠如を解き放つであろう計り知れない数の結果は、自然界におけるその非常に重要なことを強調しています。

-それがなければ、それらの電子は電磁波を吸収しないので、色は存在しないでしょう。大気中に存在するほこりや氷の粒子は消え、それゆえに空の青い色は暗くなるでしょう.

-炭素はその無限鎖を形成することができず、そこから何兆もの有機および生物学的化合物が得られる.

-タンパク質はそれらの構成アミノ酸でさえ定義することができなかった。糖や脂肪、そして生きている有機体の中のどんな炭素化合物も消えるでしょう.

-地球の大気がなくなるのは、そのガスに化学結合がないと、それらを結び付ける力がないからです。それらの間にごくわずかな分子間相互作用もありません。.

-それらの岩石と鉱物は、重いけれどもそれらの原子をそれらの結晶質または非晶質構造の中に詰め込むことができなかったので、山は消​​えるかもしれません.

-世界は、固体または液体物質を形成することができない孤立原子によって形成されるでしょう。これはまた物質のすべての変容を消滅させることになるでしょう。つまり、化学反応はありません。ほんの一瞬のガスのみ.

参考文献

  1. ハリー・B・グレイ。 （1965）電子と化学結合W.A.ベンジャミン株式会社P 36〜39.
  2. ホワイト、デイビス、ペック、スタンレー。化学（第8版）。 CENGAGE Learning、p 233、251、278、279.
  3. Ship R.（2016）化学結合hyperphysics.phy-astr.gsu.eduから取得した
  4. 化学結合タイプ（2006年10月3日）撮影元：dwb4.unl.edu
  5. 化学結合の形成電子の役割[PDF]以下から取得しました。cod.edu
  6. CK-12財団。 （Ｓ．Ｆ．）。エネルギーと共有結合の形成取得元：chem.libretexts.org
  7. Quimitube （2012）。共有結合は配位または配位している。取得元：quimitube.com