Alai

A kémiai kötés olyan kémiai anyagok fizikai jelensége és kölcsönhatása, amelyeket az atomok egymáshoz való vonzása tart össze.

Az atomok ezen társulása segíti a molekulák, ionok, kristályok stb. kialakulását az elektronok megosztása, illetve cseréje, vagyis az elektrosztatikus erők révén.

A kémiai kötéseknek különböző típusai vannak, többek között kovalens kötések, ionos kötések, fémes kötések, hidrogénkötések stb. A kovalens és az ionos kötések a kémiai kötések fő esetei.

Kovalens kötések

Molekulakötésnek is nevezik, egy vagy több elektronpár kölcsönös megosztását két atom között. Ezeket a kötésben részt vevő elektronpárokat megosztott pároknak vagy kötéspároknak nevezzük, a két atommag közötti térben elhelyezkedő megosztott elektronokat pedig kötéselektronoknak nevezzük, és az atomok közötti vonzó és taszító erők stabil egyensúlyát, amikor elektronokat osztanak meg, kovalens kötésnek nevezzük.

Az atomok közötti kölcsönhatás jellege az atomok relatív elektronegativitásától (egy atom vonzóképessége az atom vagy kötéspár felé) függ. Ha két atom elektronegativitása közötti különbség túl kicsi ahhoz, hogy elektronátvitel történjen ionok kialakulásához kovalens kötés jön létre. Ezeknek az atomoknak nagyon nagy az ionizációs energiájuk.

Az atomok megosztják elektronjaikat, hogy a valenciahéjukban nyolcas konfigurációt kapjanak. Ez általában körülbelül ~80 kilokalória/mol (kcal/mol) energiát tartalmaz. A kovalens kötés kialakulása után ritkán törik meg spontán.

Két nemfém vagy két azonos (vagy hasonló) elem között kialakuló kovalens kötés. A molekulákon belüli kovalens kötések nagyon erősek, és a kovalens kölcsönhatások erősen irányítottak és az orbitális átfedéstől függnek.

A kovalens kötés tulajdonságai

A kovalens vegyület a következő tulajdonságokkal rendelkezik:

• Fizikai állapotban létezhetnek szilárd, folyékony vagy gáz halmazállapotban.
• A kovalens kötésű molekulák meghatározott alakúak.
• Nem kemények általában lágyak és természetüknél fogva viaszosak. Ennek oka, hogy a szénatomok egyes rétegei között elektronfelhő található.
• Nem poláros oldószerekben könnyen oldódnak, poláros oldószerekben pedig oldhatatlanok.
• A kovalens kötéseket tartalmazó vegyületek nem vezetik az elektromos töltést, vagy nagyon alacsony a vezetőképességük a töltött ionok vagy szabad elektronok hiánya miatt. A grafit viszont jó vezető, mivel ott elektronfelhőt látunk.
• A hőnek rossz vezetői. A molekuláikból hiányoznak a szabad elektronok, és ez akadályozza a hőenergia áramlását.
• Nagyon alacsony vagy nem képlékeny vagy nem képlékeny. A kisebb, gyenge kötésekkel rendelkező kovalens vegyületek gyakran lágyak és képlékenyek
• A kovalens vegyületek forráspontja alacsony. Ez a különböző kapcsolt atomok közötti gyenge vonzóerőnek tulajdonítható.

Példák

A kovalens kötések példái a HCl, H2O, PCl5 stb.

A kovalens kötések típusai

A kovalens kötések típusai az elektronegativitáson alapulnak, amely fontos szerepet játszik a különböző típusú kovalens kötések meghatározásában.

1. Poláris kovalens kötés
2. Nem poláris kovalens kötés

Poláris kovalens kötés

Két különböző elektronegativitású nemfématom között jön létre, amelyek elektronjaikat megosztják (az elektronok egyenlőtlen megosztása) kovalens kötésben. Két különböző atom között jön létre.

Melyben a kötő elektronpár elektronsűrűségének egy része közelebb kerül az egyik kötött atommaghoz, így részben pozitív és negatív atomi centrumok jönnek létre a töltésátadás nagyságával. Ez a két atom relatív elektronegativitásától függ. Az elektronfelhő arra az atomra tolódik el, amelynek nagyobb az elektronegativitása.

Ezek a vegyületek a nagyobb kölcsönhatási erő miatt szilárd testként is létezhetnek, és magas olvadási és forrásponttal rendelkeznek. Poláris vegyületekben, például vízben oldódnak.

Példa: Példa a poláros kovalens kötésre:

• Hidrogén és más elemek, például oxigén (H2 O) közötti kötés.
• Hidrogén és más atomok, például Cl (HCl)és F (HF)

Nem poláros kovalens kötés

Ez két azonos elektronegativitású atom között jön létre, és egyenlő elektronjaikat megosztják egy kovalens vegyületben. A nem poláros kovalens kötésekben az elektronegativitásbeli különbség többnyire elhanyagolható.

Gáz formában, de ritkán folyékony formában is előfordulnak, és a természetben nagyon lágyak. Alacsony forrás- és olvadáspontjuk van, és nem poláris oldószerekben oldódnak.

Példák:

H2, N2, O2, Cl2 stb. példák a nem poláris kovalens kötésre

A kovalens kötés egyéb típusai

A megosztott elektronpárok száma alapján különböző más típusú kovalens kötések léteznek.

• Egyetlen kovalens kötés
• Kettős kovalens kötés
• Háromszoros kovalens kötés

Egyetlen kovalens kötés

Egyetlen kovalens kötésben csak egy elektronpár van megosztva két atom között. Ezt egy kötőjel (-) jelöli. A kettős és hármas kötéshez képest gyengébb kötés. Kisebb a sűrűsége. Ez a legstabilabb kötés

Példa: A hidrogén és a hidrogén (H-H) közötti kötés példa az egyszerű kovalens kötésre. Más példa kovalens kötésre az F2, HCl stb.

Kettős kovalens kötés

Amikor két atom között két elektronpár osztozik, a kialakult kötést kettős kötésnek nevezzük. Ezt egy kötőjellel (=) jelölik. Egy pi- és egy szigma-kötésből jön létre. Ez egy erős kötés az egyszerű kötéshez képest, de kevésbé stabil kötés.

Példa: A két oxigénatom közötti kötés (O=O) példa a kettős kovalens kötésre. További példák: CO2, C2H4, aceton, ózon stb.

Háromszoros kovalens kötés

A hármas kovalens kötésben három elektronpár osztozik két atom között. Ez a legkevésbé stabil, mint az általános kovalens kötéstípusok. Három kötővonallal (≡) ábrázolják.

Példa: N≡N egy példa a hármas kovalens kötésre.

Ionkötés

Az ionos kötést elektronkovalens kötésnek is nevezik, amely néhány elektron (a legkülső orbitálisról) egyik atomról a másikra történő teljes átadásával jön létre. Az elektronátvitel során negatív ionok, úgynevezett anionok (Az atom egy vagy több elektront nyer) és pozitív ionok, úgynevezett kationok (Az atom egy vagy több elektront veszít) keletkeznek.

Az ionok vonzzák egymást. Az ellentétes elektromos töltésű elemek elektrosztatikus vonzása révén alakulnak ki. Nagy elektronegativitáskülönbséggel rendelkező atomok között alakulnak ki. Az ionos kötés kialakulásakor az atomok elektronjainak megnyerésével vagy elvesztésével jön létre az oktett. Ebben a kötésben az ionok háromdimenziós elrendeződésben, azaz kristályokban helyezkednek el, és oldatban ionokra disszociálnak.

Ez a szervetlen vegyületek és a szerves molekulák sóinak közös jellemzője. Az ionos kötések az atom sugarától függnek, minél nagyobb a sugár, annál valószínűbb, hogy a vegyület ionos kötéssel rendelkezik. Legtöbbször egy fém és egy nemfém atom között jön létre.

Az ionos kötések tulajdonságai

Az ionos kötésnek a következő tulajdonságai vannak.

• Szilárd halmazállapotban létezik.
• Az ionos kötések kristályos jellegük miatt kemények, valamint Ha magas olvadási és forrásponttal rendelkeznek.
• Ez a kötéstípus magas kötési energiával rendelkezik, mint a fémes kötés.
• Nem alakíthatóak és nem képlékenyek.
• A többi kötéshez képest ezt nem tartják jó áramvezetőnek, de olvadt állapotban vezetheti az elektromosságot a töltéshordozóként működő ionok jelenléte miatt.
• Az ionos kötés ionra disszociálódik, mivel ezek vízben oldódnak.
• Ezt a kötést tartják a legerősebb kötésnek a többinél és nagyon rideg.

Példa: Az alábbiakban néhány példa az ionos kötésekre

KCl (kálium-klorid)), CsF (cézium-fluorid), BeS (berillium-szulfid), NaCl (nátrium-klorid) stb.

Fémkötés

A kémiai kötésnek az a típusa, amely a fémek között az atomokat összetartja és a szabad elektronokat megosztja a kationok rácsa között. Ahogy ez előfordult fémekben vagy ötvözetekben ún. fémes kötés. Azért különbözik a kovalens kötéstől, mert a fémes elemek külső orbitáljait elfoglaló elektronok ionizációs energiája sokkal kisebb.

A hibridizáció hiányában az s-orbitál (amely lehetővé teszi az átfedést a környező atomok legfeljebb 12 további s-orbitáljával) “fémes” kötés kialakulásához vezet (nem irányított), míg a d-orbitál “kovalens” kötés kialakulásához vezet (irányított).

A fémes kötés erősségét különböző tényezők befolyásolják: a delokalizált elektronok teljes száma, a fémkation által tartott pozitív töltés nagysága, a kation ionrádiusza.

• Példák: Fémkötés révén ötvözet jön létre. Példa ötvözetre a sárgaréz (Cu és Zn) és az acél (C és Fe) A fémkötés további példái Vas, kobalt, kalcium és magnézium, ezüst, arany stb.

A fémkötések tulajdonságai

A következőkben a fémkötést tartalmazó vegyületek tulajdonságai

• A fémkötések általában szilárd halmazállapotban vannak.
• A természetben általában kemények és nincs határozott alakjuk.
• Ha látjuk az oldhatóságát nem poláris és poláris oldószerekben oldhatatlanok
• A legtöbb fém kiváló elektromos vezető, mert az elektrontengerben az elektronok szabadon mozoghatnak és hordozzák a töltést.
• A fémkötések képlékenyek és képlékenyek, magas olvadási és forrásponttal, valamint alacsony illékonysággal rendelkeznek.

Fő különbség az ionos, kovalens és fémes kötés

Kovalens kötés	Ionkötés	Metálkötés
Megosztás a elektronok megosztása két atom között	Elektronok teljes átadása	Elektronok megosztása a fémrácsok között
Egymás között jelenlévő nemfémek között	Előfordul a fémek és a nem fémek között	Előfordul a fémek között
Erősebb kötés, mint a fémes kötés	Legerősebb kötés	Gyengébb kötés, mint más kötés
Létezik a szilárd testben, Folyékony és gáz halmazállapotban	Szilárd állapotban lép ki	Szilárd állapotban lép ki
A kötés irányított	A kötés nem irányított	A kötés nem irányított
Elektronegativitása a poláris kovalensnek 0.5-1.7 és a nem poláros kovalens esetében ˂ 0.5.	˃ 0.7 az elektronegativitás	Elektronegativitás nem szükséges.