Har du någonsin undrat vad som får universum att hålla ihop? Här är ett tips: det är inte en burk i industriell storlek med kosmiskt superlim. Nej, hemligheten med att hålla ihop saker är en kemisk bindningsprocess som kallas valent bindning – där elektronerna i atomernas yttre skal binder sig till varandra för att bilda molekyler. Kovalenta bindningar är några av de mest kraftfulla bindningarna i universum.
Kovalenta bindningars fader - Irving Langmuir
Den kemiska vetenskapens värld introducerades till principen om kovalens 1919. Den framtida nobelprisvinnande kemisten Irving Langmuir myntade termen för att beskriva de molekylära bindningar som bildas av elektroner i atomernas yttersta skal eller valens. Termen 'kovalent bindning' kom i bruk först 1939.
En amerikansk kemist, Irving Langmuir, föddes i Brooklyn, New York, den 31 januari 1881, som den tredje av fyra söner till Charles Langmuir och Sadie Comings. Langmuir tog examen som metallurgisk ingenjör från School of Mines vid Columbia University 1903 och fick sin M. A. och Ph.D. i kemi 1906. Hans arbete inom ytkemi skulle belönas med Nobelpriset i kemi, 1932.
Atomer och molekyler – spelar de någon roll?
Enkelt uttryckt, utan atomer skulle universum inte existera. Detta beror på att atomer är materiens grundläggande byggstenar. Vad menas egentligen med materia? Inom de fysikaliska och kemiska vetenskaperna definieras 'materia' som den som upptar utrymme och har vilomassa, särskilt till skillnad från energi. Så i ett universellt nötskal, 'materia' är allt.
Atomer är uppbyggda av tre grundläggande subatomära partiklar: protoner, neutroner och elektroner. Protoner är subatomära partiklar som upprätthåller en positiv elektrisk laddning. Neutroner är subatomära partiklar som varken har en positiv eller en negativ elektrisk laddning, dvs neutrala. Protoner och neutroner kombineras för att bilda en atoms kärna. Elektroner, den sista subatomära partikeltypen, upprätthåller en negativ elektrisk laddning och kretsar kring atomkärnan som ett moln.
Så vad är då molekyler? Molekyler är varken mer eller mindre än atomer som attraheras av andra atomer tillräckligt för att bilda en bindning. En valensbindning.
Molecular Bonding - Typer av Valent Bonds
När atomer binder till varandra för att bilda molekyler kan processen ske på några olika sätt. Det huvudsakliga sättet att atomer kommer att binda är känt som kovalent. Termen kovalent hänvisar till det faktum att bindningen innebär delning av ett eller flera elektronpar. Det finns också andra sätt som atomer kan bilda valenta bindningar, inklusive:
gå med i ett liveevenemang
- Jonbindningar eller bindningar bildas när en atom ger upp en eller flera elektroner till en annan atom.
- Metalliska bindningar, typen av kemikalie bindning som håller samman metallatomerna. Metalliska bindningar är den påtvingade attraktionen mellan valenselektroner och metallatomerna.
Kovalenta molekylära bindningar - grundämnen vs föreningar
När valenta attraktioner uppstår mellan atomer bildar de molekylära bindningar eller ämnen som antingen är föreningar eller element. Även om molekylära föreningar och molekylära element uppstår som ett resultat av kovalent bindning finns det också en viktig skillnad mellan de två.
Skillnaden mellan en molekyl av en förening och en molekyl av ett grundämne är att i en molekyl av ett grundämne är alla atomer likadana. Till exempel, i en vattenmolekyl (en förening) finns det en syreatom och två väteatomer. Men i en molekyl av syre (ett grundämne) är båda atomerna syre.
Exempel på kovalenta bindningsföreningar
Det finns många exempel på föreningar som har kovalenta bindningar, inklusive gaserna i vår atmosfär, vanliga bränslen och de flesta föreningarna i vår kropp. Här är tre exempel.
Metanmolekyl (CH4)
Den elektroniska konfigurationen av kol är 2,4. Den behöver ytterligare fyra elektroner i sitt yttre skal för att vara som ädelgasen neon. För att göra detta delar en kolatom fyra elektroner med de enskilda elektronerna från fyra väteatomer. Metanmolekylen har fyra CH-enkelbindningar.
Vattenmolekyl (H2O)
En syreatom förenas med två väteatomer. Vattenmolekylen har två O-H enkelbindningar.
Koldioxid (CO2)
En kolatom förenas med två syreatomer. Koldioxidmolekylen har två C=O-bindningar.
hur man blir bättre på att skriva utan att titta
Exempel på kovalenta bindningselement
När liknande atomer bildar kovalenta molekylära bindningar är resultaten kovalenta element. De icke-metalliska kovalenta elementen som finns i det periodiska systemet inkluderar:
kallaste ställen att bo på
- väte
- kol
- kväve
- fosfor
- syre
- svavel och selen.
Dessutom alla halogenelement, inklusive:
- fluor
- klor
- brom
- jod och astatin, är alla kovalenta icke-metalliska element.
Polära och icke-polära kovalenta bindningar
Till skillnad från jonbindningar bildas ofta kovalenta bindningar mellan atomer där en av atomerna inte lätt kan uppnå en ädelgaselektronskalkonfiguration genom förlust eller förstärkning av en eller två elektroner. ... Därför delar atomer som binder kovalent sina elektroner för att fullborda sitt valensskal.
Ju större elektronegativitetsskillnaden är, desto mer jonisk är bindningen. Bindningar som är delvis joniska är polära kovalenta bindningar. Ickepolära kovalenta bindningar, med lika delning av bindningselektronerna, uppstår när elektronegativiteten för de två atomerna är lika.
Exempel på polära kovalenta bindningar
I en polär kovalent bindning spenderar elektronerna som delas av atomerna en större tid, i genomsnitt, närmare syrekärnan än vätekärnan. Detta beror på molekylens geometri och den stora elektronegativitetsskillnaden mellan väteatomen och syreatomen.
En vattenmolekyl, förkortad H2O, är ett exempel på en polär kovalent bindning. Elektronerna är ojämnt delade, där syreatomen spenderar mer tid med elektroner än väteatomerna. Eftersom elektroner spenderar mer tid med syreatomen bär den en partiell negativ laddning.
Exempel på icke-polära kovalenta bindningar
Icke-polära molekyler är mindre benägna att kunna lösas upp i vatten. Ett opolärt ämne är ett ämne utan dipol, vilket betyder att det har en jämn fördelning av elektroner i sin molekylära struktur. Exempel inkluderar koldioxid, vegetabiliska oljor och petroleumprodukter.
Ett exempel på en opolär kovalent bindning är bindningen mellan två väteatomer eftersom de delar elektronerna lika. Ett annat exempel på en opolär kovalent bindning är bindningen mellan två kloratomer eftersom de också delar elektronerna lika.
Kovalenta bindningar - sju saker att komma ihåg
Här är några viktiga tips som hjälper dig att komma ihåg vad du just har lärt dig om kovalenta bindningar:
- Valens och kovalenta bindningar länkar samman atomer för att göra molekyler.
- Atomer kan binda på tre huvudsakliga sätt: kovalenta bindningar, jonbindningar och metallbindningar.
- Termen kovalent bindning beskriver bindningarna i föreningar som är resultatet av delning av ett eller flera elektronpar.
- Jonbindningar, där elektroner överförs mellan atomer, uppstår när atomer med bara ett fåtal elektroner i sitt yttre skal ger elektronerna till atomer där bara några saknas i deras yttre skal.
- I metallbindningar förlorar ett stort antal atomer sina elektroner. De hålls samman i ett galler av attraktionen mellan 'fria' elektroner och positiva kärnor.
- En atom som förlorar en elektron blir positivt laddad; en atom som får en elektron blir negativt laddad så de två atomerna dras samman av motsatsers elektriska attraktion.
- Eftersom de är negativt laddade, dras de delade elektronerna lika till den positiva kärnan av båda inblandade atomerna. Atomerna hålls samman av attraktionen mellan varje kärna och de delade elektronerna.