Transcript: Legătura covalentă şi compuşii moleculari

Am discutat în lecția trecută despre legăturile ionice și compușii ionici.
Legăturile ionice se formează de cele mai multe ori în cazurile în care atomii sunt, pe de o parte, foarte hotărâți să cedeze electroni,
iar pe de altă parte, foarte hotărâți să primească de pe undeva un electron sau mai mulți electroni.
Astfel are loc un transfer de electroni, atomii se transformă în ioni, unii pozitivi iar alții negativi,
iar apoi forțele electrostatice dintre sarcinele lor opuse îi fac să fie puterni ca trașul unul de altul și să formeze astfel compuși ionici.
Dar ce se întâmplă când avem atomi care nu sunt atât de convinși că vor fie să primească sau fie să scape de electronilor de valență?
În acest caz, apare legătura covalentă.
Dacă vă mai amintiți, electronegativitatea este puterea cu care un element atrage electron dintr-o legătură covalentă.
Legătura covalentă se realizează în două cazuri.
Primul ar fi că se realizează între atomii identici ai elementelor cu electronegativitate mare, adică între nemetale,
iar în al doilea caz, legătura covalentă se realizează între atomi diferiți cu electronegativități apropiate ca valoare.
Din cauza că între acești atomi nu există deloc diferențe de electronegativitate sau există diferențe foarte mici,
structura electronică stabilă pe care toți atomii și-o doresc nu se poate realiza prin transfer de electron de la un atom la alt.
Pentru a forma compuși moleculari, adică compușii cu legături covalente, atomii pun în comun electron din stratul de valență.
Se formează adevărate legături între atomi numite legături covalente care sunt rigide și sunt orientate în spațiu,
pre diferență de legăturile ionice care nu sunt orientate în spațiu.
După cum am mai zis, există două tipuri de legături covalente.
Acestea se numesc legături covalente polare și legături covalente nepolare.
Molecula de hidrogen ne oferă cel mai simplu exemplu de legătură covalentă.
Fiecare atom de hidrogen are în stratul de valență un electron.
De fapt, în tot învelișul lui electronic, atomul de hidrogen are un singur electron, 1s1 fiind configurația această.
Deci, hidrogenul ar fi mai mulțumit cu o configurație mai stabilă de dublet, așa cum are heliu, adică 1s2.
Pentru asta, doi atomi de hidrogen pun în comun câte un electron.
Atomii de hidrogen se apropie astfel încât electronii să aparțină ambilor atom.
Acum, fiecare atom are o structură stabilă de dublet.
Vedem și acesta, dar și atomul acesta.
O legătură covalentă corespunde unei perechi de electroni puși în comun de doi atomi.
Deci, perechea de electroni se numește dublet de electron și se reprezintă printr-o linie care unește cei doi atom legați, în acest fel.
Aceasta este deci molecula de hidrogen.
În molecula de hidrogen, dubletul de electron format aparține în egală măsură celor doi atomi.
Această împărțire frățească este explicată prin faptul că, fiind atomii identice, au electronegativități identice.
Deci, fiecare din acești atomi trage de perechea de electron cu o putere egală.
Și pentru că cei doi electroni sunt distribuiți în mod egal între cele două nuclee,
în molecula de hidrogen nu există zone distincte de sarcină pozitivă sau negativă, adică nu există poli.
Asta înseamnă că legătura covalentă formată se numește legătură covalentă nepolară.
Aceste legături nepolare se stabilesc, deci, între atomii identici de nemetale.
La fel se formează și molecula de clor.
Atomul de clor are configurația neon 3s2 3p5, deci avem șapte electroni în stratul de valență.
Să îi repartizăm tot cu puncte prin simboluri Lewis, clor 2,2,7 și celălalt clor 2,2,7.
Deci, doi atomi de clor pun în comun câte un electron și fiecare are astfel configurație stabilă de octet pe ultimul strat.
Rezultă molecula de clor formată printr-o legătură covalentă nepolară.
Aceste legături nepolare sunt simple, există și legături covalente nepolare multiple.
Este cazul moleculei de oxigen sau a moleculei de azot.
Oxigenul are șase electroni de valență.
Îi vom desena așa.
Deci, pentru a ajunge la opt electroni de valență, acești atomi vor împărți nu una, ci două perechi de electron.
Acestea două.
Acum, fiecare atom are opt electroni de valență.
Și astfel rezultă molecula de oxigen, care conține o legătură covalentă nepolară dublă.
Molecula de azot se obține în urma interacției dintre doi atomi de azot, ce au configurația electronică 1s2 2s2 2p3.
Deci, avem cinci electroni în stratul de valență.
Așadar, acestui atom îi mai lipsesc trei electroni pentru a avea octet pe ultimul strat.
Îi vom reprezenta și pe aceștia folosind structuri Lewis.
Deci, doi atomi de azot pun în comun câte trei electroni de această dată, deci trei perechi de electron.
Și rezultă o legătură covalentă nepolară triplă.
Pentru că am definit legăturile nepolare, ne este deja mai ușor să ne dăm seama că legăturile covalente polare
se stabilesc între atomi cu electronegativitate diferită și sunt tot rezultatul punării în comun de electroni necuplați din stratul de valență.
În acest sens, haideți să analizăm mai îndeaproape molecula de apă.
Ne va ajuta oricum să înțelegem mai bine proprietățile care fac apa un compus atât de util.
În cele mai multe ilustrații, apa e reprezentată astfel, o sferă voluminoasă ca fiind oxigenul și două mai mici care denotă cei doi atomi de hidrogen.
Atomul de oxigen are următoarea configurație electronică, 1s2 2s2 2p4.
În ultimul strat, oxigenul are două electrone cuplați.
Ca să ne convingem, vor reprezenta substratul 2p cu cei trei orbitali p, unde are patru electroni și în acest fel,
respectând regula lui Hund, adică cea care spune că numai după ce toți orbitalii unui substrat sunt ocupați cu câte un electron de același spin,
se trece la completarea cu cel de-al doilea de spin opus.
Deci, un atom de oxigen pune în comun cei două electroni necuplați cu câte un electron provenit de la doi atomi de hidrogen.
În această moleculă, oxigenul are configurație stabilă de octet, iar cei doi atomi de hidrogen au configurații stabile de duble.
Rezultă, molecula de apă se mai poate reprezenta și astfel, apa ținând cont de geometria moleculei.
Cea mai importantă caracteristică a moleculei de apă, pentru înțelegerea reacțiilor chimice, este că, deși pe total e o moleculă neutră din punct de vedere electric,
sarcina electrică nu e distribuită în mod egal în moleculă.
Cu alte cuvinte, electronii puși în comun nu sunt distribuiți uniform între atomii de oxigen și hidrogen,
asta deoarece oxigenul are o electronegativitate mai mare decât hidrogenul, deci are o putere mai mare de a atrage electronii din legătură spre el.
Se formează astfel doi dipoli, dipolul fiind o structură cu zone cu densitate de sarcină parțial pozitivă notate cu delta plus în jurul atomilor de hidrogen
și cu zone de sarcină parțial negativă notate cu delta minus în jurul atomului de oxigen.
Literea grecească delta e pentru a reprezenta faptul că sarcina e parțială, deci nu e o sarcină negativă sau pozitivă completă, ca să zic așa, ca în cazul ionilor care cedează sau acceptă electron.
Această distribuție inegală de sarcini face din moleculă de apă o moleculă polară.
Proprietatea apei de a fi un bun solvent pentru compus ionici și pentru alte substanțe cu molecule polare este datorată existenței dipolului în moleculele de apă.
Un alt exemplu de moleculă polară este molecula de acid clorhidric.
Acidul clorhidric se formează prin punerea în comun a câte unui electron din partea unui atom de hidrogen și a unui atom de clor.
Hidrogenul își realizează configurația stabilă de dublet, iar clorul de octet.
Atomul de clor are o electronegativitate mai mare decât a hidrogenului și atrage mai puternic electronii din legătură, deci în moleculă de acid clorhidric,
sarcina parțial negativă revine clorului, iar cea parțial pozitivă revine hidrogenului.
Așadar, am învățat că atunci când doi atomi formează o legătură, electronul sau electronii implicați nu sunt neapărat împărțiți în mod egal între cei doi atomi.
Comparând diferența dintre electronegativitățile celor doi atomi, deci dintre electronegativitățile atomilor,
iar asta e foarte ușor de făcut, deoarece majoritatea tabelilor periodice afișează și electronegativitatea elementelor.
Dacă nu găsiți foarte ușor aceste valori pe internet, de exemplu, această imagine care prezintă electronegativitățile tuturor elementelor.
Deci, comparând electronegativitățile celor doi atomi implicați în legătură, putem determina tipul legăturii care se formează,
adică putem determina dacă o legătură este ionică.
Deci, dacă un atom ia un electron de la celălalt atom.
Sau dacă o legătură este covalentă polară, adică electronul este pus în comun, dar își petrece majoritatea timpului lângă atomul cu electronegativitate mai mare.
Sau mai putem determina dacă legătura este covalentă nepolară când electronii sunt împărțiți în mod egal de cei doi atomi implicați.
Uitându-ne la valorile diferențelor de electronegativitate, e bine de știut că dacă această diferență este mai mare decât 2,
înseamnă că e vorba de o legătură ionică.
Haideți să vedem diferența în cazul clorului de sodiu.
Clorul are valoarea 3, iar sodiul are electronegativitatea 0,9, deci diferența este de 2,1, iar compusul este ionic.
Trebuie să fac o precizare importantă.
Am găsit surse în care diferența de electronegativitate dintre sodiu și clor era trecută ca fiind fie 2,2, fie 2,3.
Asta se întâmplă atunci când se lucrează cu valori aproximative, aparent fiecare aproximează în alt fel, dar pentru ce avem noi nevoie, e suficient acest tabel.
În continuare, când diferența de electronegativitate este între 0,4 și 2, vorbim despre o legătură covalentă polară.
Este cazul acidului clorhidric, putem să și verificăm.
Știm că clorul are valoarea 3, hidrogenul are 2,1, deci diferența de 0,9 ne confirmă că legătura e polară.
Când diferența este mai mică de 0,4, vorbim despre o legătură covalentă nepolară.
Este cazul moleculei de clor, unde diferența este de 0, având în vedere că e vorba de atomi identici.
În cazul moleculelor nepolare există și niște excepții.
Există cazuri de molecule care, deși sunt formate prin legături covalente polare, ele sunt în ansamblu nepolare.
Este vorba de moleculele cu structură simetrică.
Cauza este compensarea reciprocă a dipolilor formați, de exemplu, molecula de metan.
Carbonul are 4 electroni de valență.
Între carbon și cei 4 atomi de hidrogen se stabilez legături covalente polare simple.
Geometria moleculei este însă una regulată.
Rezultanta forțelor din dipoli formați este 0, iar molecula per ansamblu este nepolară.
Alte exemple de astfel de molecule sunt tetraclorura de carbon sau dioxidul de carbon.
Se observă simetria, deci aceste molecule simetrice sunt nepolare.
În lecțiile viitoare vom continua cu legătura coordinativă și combinațiile complexe,
iar apoi vom vorbi și despre interacțiunile dintre molecule, adică forțele care țin împreună substanțele din jurul nostru.