WŁAŚCIWOŚCI ZWIĄZKÓW KOWALENCYJNYCH (Z PRZYKŁADAMI) - CHEMIA - 2025

Te właściwości związków kowalencyjnych są oparte na wielu czynnikach, które zależą przede wszystkim od struktury molekularnej. Po pierwsze, wiązanie kowalencyjne musi łączyć twoje atomy i nie może być żadnych ładunków elektrycznych; w przeciwnym razie można by mówić o związkach jonowych lub koordynacyjnych.

W naturze jest zbyt wiele wyjątków, w których granica między trzema typami związków zaciera się; szczególnie biorąc pod uwagę makrocząsteczki, zdolne do przechowywania zarówno regionów kowalencyjnych, jak i jonowych. Ale ogólnie związki kowalencyjne tworzą proste, indywidualne jednostki lub cząsteczki.

Wybrzeże plaży, jeden z niezliczonych przykładów źródeł związków kowalencyjnych i jonowych. Źródło: Pexels.

Gazy tworzące atmosferę i bryza uderzająca w wybrzeża to nic innego jak wiele cząsteczek, które mają stały skład. Tlen, azot i dwutlenek węgla to odrębne cząsteczki z wiązaniami kowalencyjnymi, które są ściśle związane z życiem planety.

Od strony morskiej cząsteczka wody OHO jest kwintesencją związku kowalencyjnego. Na wybrzeżu można go zobaczyć ponad piaskiem, który jest złożoną mieszaniną zerodowanych tlenków krzemu. Woda jest ciekła w temperaturze pokojowej i ta właściwość będzie ważna dla innych związków.

Wiązanie kowalencyjne

We wstępie wspomniano, że wymienione gazy mają wiązania kowalencyjne. Jeśli spojrzysz na ich struktury molekularne, zobaczysz, że ich wiązania są podwójne i potrójne: O = O, N≡N i O = C = O. Natomiast inne gazy mają pojedyncze wiązania: HH, Cl-Cl, FF i CH ₄ (cztery wiązania CH o geometrii czworościennej).

Cechą charakterystyczną tych wiązań, a tym samym związków kowalencyjnych, jest to, że są to siły kierunkowe; przechodzi od jednego atomu do drugiego, a jego elektrony, o ile nie ma rezonansu, są zlokalizowane. Natomiast w związkach jonowych oddziaływania między dwoma jonami są bezkierunkowe: przyciągają i odpychają inne sąsiednie jony.

To pociąga za sobą natychmiastowe konsekwencje dla właściwości związków kowalencyjnych. Ale jeśli chodzi o jego wiązania, możliwe jest, o ile nie ma ładunków jonowych, stwierdzenie, że związek z pojedynczymi, podwójnymi lub potrójnymi wiązaniami jest kowalencyjny; a nawet bardziej, gdy są to struktury typu łańcuchowego, występujące w węglowodorach i polimerach.

Niektóre związki kowalencyjne łączą się w wiele wiązań, tak jakby były łańcuchami. Źródło: Pexels.

Jeśli w tych łańcuchach nie ma ładunków jonowych, jak w polimerze teflonowym, mówi się, że są to czyste związki kowalencyjne (w sensie chemicznym, a nie kompozycyjnym).

Niezależność molekularna

Ponieważ wiązania kowalencyjne są siłami kierunkowymi, zawsze ostatecznie definiują dyskretną strukturę, a nie układ trójwymiarowy (jak ma to miejsce w przypadku struktur i sieci krystalicznych). Po związkach kowalencyjnych można oczekiwać cząsteczek małych, średnich, pierścieniowych, sześciennych lub o jakiejkolwiek innej strukturze.

Wśród małych cząsteczek są na przykład cząsteczki gazów, wody i innych związków, takich jak: I ₂ , Br ₂ , P ₄ , S ₈ (o strukturze przypominającej koronę), As ₂ oraz polimery silikonowe i węgiel.

Każdy z nich ma własną strukturę, niezależną od powiązań sąsiadów. Aby to podkreślić, rozważ alotrop węgla, fulerenu, C ₆₀ :

Fulereny, jeden z najciekawszych alotropów węgla. Źródło: Pixabay.

Zwróć uwagę, że ma kształt piłki nożnej. Chociaż kulki mogą ze sobą oddziaływać, to ich wiązania kowalencyjne definiują tę symboliczną strukturę; to znaczy, że nie ma połączonej sieci krystalicznych kulek, ale oddzielone (lub zagęszczone).

Jednak cząsteczki w prawdziwym życiu nie są same: oddziałują ze sobą, tworząc widoczny gaz, ciecz lub ciało stałe.

Siły międzycząsteczkowe

Siły międzycząsteczkowe, które utrzymują razem poszczególne cząsteczki, są silnie zależne od ich struktury.

Niepolarne związki kowalencyjne (takie jak gazy) oddziałują za pośrednictwem pewnych rodzajów sił (dyspersja lub London), podczas gdy polarne związki kowalencyjne (takie jak woda) oddziałują z innymi rodzajami sił (dipol-dipol). Wszystkie te interakcje mają jedną wspólną cechę: są kierunkowe, podobnie jak wiązania kowalencyjne.

Na przykład cząsteczki wody oddziałują za pośrednictwem wiązań wodorowych, specjalnego rodzaju sił dipol-dipol. Są one umieszczone w taki sposób, że atomy wodoru są skierowane w stronę atomu tlenu sąsiedniej cząsteczki: H ₂ O - H ₂ O. A zatem te oddziaływania mają określony kierunek w przestrzeni.

Ponieważ siły międzycząsteczkowe związków kowalencyjnych są czysto kierunkowe, oznacza to, że ich cząsteczki nie mogą łączyć się tak skutecznie, jak związki jonowe; a wynik, temperatury wrzenia i topnienia, które wydają się być niskie (T <300 ° C).

W konsekwencji, związki kowalencyjne w temperaturze pokojowej są zwykle gazowymi, ciekłymi lub miękkimi ciałami stałymi, ponieważ ich wiązania mogą się obracać, nadając cząsteczkom elastyczność.

Rozpuszczalność

Rozpuszczalność związków kowalencyjnych będzie zależeć od powinowactwa substancji rozpuszczonej do rozpuszczalnika. Jeśli są niepolarne, będą rozpuszczalne w niepolarnych rozpuszczalnikach, takich jak dichlorometan, chloroform, toluen i tetrahydrofuran (THF); jeśli są polarne, będą rozpuszczalne w rozpuszczalnikach polarnych, takich jak alkohole, woda, lodowaty kwas octowy, amoniak itp.

Jednak poza takim powinowactwem substancja rozpuszczona do rozpuszczalnika w obu przypadkach istnieje stała: cząsteczki kowalencyjne nie zrywają (z pewnymi wyjątkami) wiązań ani nie rozpadają swoich atomów. Na przykład sole niszczą swoją tożsamość chemiczną podczas rozpuszczania, oddzielnie rozpuszczając swoje jony.

Przewodność

Będąc neutralnymi, nie zapewniają odpowiedniego ośrodka migracji elektronów, w związku z czym są słabymi przewodnikami elektryczności. Jednak niektóre związki kowalencyjne, takie jak halogenki wodoru (HF, HCl, HBr, HI) dysocjują swoje wiązanie, dając początek jonom (H ⁺ : F ^- , Cl ^- , Br ^- …) i przekształcając się w kwasy (węglowodory).

Są również słabymi przewodnikami ciepła. Dzieje się tak, ponieważ ich siły międzycząsteczkowe i wibracje ich wiązań pochłaniają część dostarczonego ciepła, zanim ich cząsteczki zwiększą energię.

Kryształy

Związki kowalencyjne, o ile pozwalają na to ich siły międzycząsteczkowe, można układać w taki sposób, aby tworzyć wzór strukturalny; a zatem kryształ kowalencyjny bez ładunków jonowych. Zatem zamiast sieci jonów istnieje sieć cząsteczek lub atomów połączonych kowalencyjnie.

Przykładami takich kryształów są między innymi: cukry, jod, DNA, tlenki krzemionki, diamenty, kwas salicylowy. Z wyjątkiem diamentu te kowalencyjne kryształy mają znacznie niższe temperatury topnienia niż kryształy jonowe; to znaczy sole nieorganiczne i organiczne.

Kryształy te zaprzeczają właściwości, zgodnie z którą kowalencyjne ciała stałe są miękkie.

Bibliografia

1. Whitten, Davis, Peck & Stanley. (2008). Chemia. (8th ed.). CENGAGE Learning.
2. Leenhouts, Doug. (13 marca 2018). Charakterystyka związków jonowych i kowalencyjnych. Nauka. Odzyskany z: sciencing.com
3. Toppr. (sf). Związki kowalencyjne. Odzyskany z: toppr.com
4. Helmenstine, Anne Marie, Ph.D. (05 grudnia 2018). Właściwości związków kowalencyjnych lub molekularnych. Odzyskany z: thinkco.com
5. Wyman Elizabeth. (2019). Związki kowalencyjne. Badanie. Odzyskany z: study.com
6. Ophardt C. (2003). Związki kowalencyjne. Virtual Chembook. Odzyskany z: chemistry.elmhurst.edu
7. Dr. Gergens. (sf). Chemia organiczna: chemia związków węgla. . Odzyskane z: homework.sdmesa.edu
8. Quimitube. (2012). Właściwości molekularnych substancji kowalencyjnych. Odzyskany z: quimitube.com