Comprensió de la covalència i exemples
Pendahuluan
En química, la manera com els àtoms es combinen per formar una substància determina en gran mesura les propietats d'aquesta substància. Un concepte important que explica com s'uneixen els àtoms és la covalència. Els enllaços covalents (covalència) es troben sovint en compostos d'elements no metàl·lics, per exemple en aigua (H₂O), diòxid de carboni (CO₂), metà (CH₄) i diversos compostos orgànics que són la base de la vida. Comprendre el significat de la covalència i els exemples ens ajudaran a entendre com es formen les estructures moleculars, per què certes substàncies tenen certs punts d'ebullició, per què alguns compostos són fàcilment solubles en aigua i com es produeix la reactivitat química.
Comprensió de la covalència
La covalència és un concepte relacionat amb la formació d'enllaços covalents, que són enllaços químics que es produeixen quan dos àtoms comparteixen un parell d'electrons per aconseguir estabilitat. En general, els àtoms volen aconseguir una configuració electrònica estable com els gasos nobles (regla de l'octet), que és tenir 8 electrons a la seva capa més externa (tot i que hi ha algunes excepcions). Com que els àtoms no metàl·lics tendeixen a tenir electronegativitats relativament altes i "no perden electrons fàcilment", la manera més probable d'aconseguir estabilitat és compartint electrons, en lloc de donar-los o rebre'ls completament com en els enllaços iònics.
En altres paraules, mentre que en els enllaços iònics els electrons es transfereixen d'un àtom a un altre, en els enllaços covalents els electrons es comparteixen. Els electrons compartits formen un parell d'electrons d'enllaç, que "uneix" els dos nuclis atòmics per formar una sola molècula o enllaç covalent.
Per què es produeixen enllaços covalents?
Els enllaços covalents es produeixen a causa de la necessitat d'assolir un estat energètic més baix i estable. Quan dos àtoms s'acosten, els seus electrons de valència es poden compartir, fent que sembli que cada àtom "té" un nombre suficient d'electrons a la seva capa externa. Això fa que el sistema sigui més estable que quan els àtoms estan sols.
Per exemple, un àtom d'hidrogen (H) té un electró i vol aconseguir estabilitat com l'heli (He) amb dos electrons. Dos àtoms d'hidrogen poden compartir un parell d'electrons, formant una molècula d'H₂. Cada àtom d'H₂ ara "sent" com si tingués dos electrons a la seva primera capa, aconseguint així estabilitat.
Tipus d'enllaços covalents
Els enllaços covalents es poden distingir en funció del nombre de parells d'electrons compartits i també en funció de la diferència d'electronegativitat entre els àtoms.
1. Segons el nombre de parells d'electrons compartits
1. Enllaç covalent simple: comparteix 1 parell d'electrons.
Exemple: H—H en H₂, o C—H en CH₄.
2. Enllaç covalent doble: comparteix 2 parells d'electrons.
Exemple: O=O en O₂, o C=O en CO₂.
3. Enllaç covalent triple: comparteix 3 parells d'electrons.
Exemple: N≡N sobre N₂.
Com més parells d'electrons es comparteixen, més fort és l'enllaç i més curta és la distància entre els àtoms.
2. Basat en la polaritat
1. Enllaços covalents no polars
Ocorre quan els dos àtoms tenen la mateixa electronegativitat o molt similar, de manera que el parell d'electrons es comparteix de manera relativament uniforme.
Exemple: H₂, O₂, N₂, Cl₂.
2. Enllaços covalents polars
Això passa quan la diferència d'electronegativitat és prou significativa com per a què el parell d'electrons sigui més atret per un dels àtoms. Això resulta en càrregues parcials (δ⁺ i δ⁻).
Exemples: H—Cl en HCl, O—H en H₂O.
És important distingir que un enllaç polar no sempre significa que la molècula sigui polar; la polaritat d'una molècula també està influenciada per la forma de la molècula (geometria).
Exemples de covalència en compostos quotidians
Aquí teniu alguns exemples que són fàcils de trobar a la vida quotidiana:
1. Aigua (H₂O)
L'aigua és un exemple important d'un compost amb enllaços covalents polars. L'àtom d'oxigen és més electronegatiu que l'hidrogen, de manera que el parell solitari és més atret per l'oxigen. Això confereix a l'aigua propietats úniques com ara la seva capacitat per dissoldre moltes substàncies, una alta tensió superficial i un punt d'ebullició relativament alt en comparació amb altres molècules petites.
En H₂O, hi ha dos enllaços O—H polars. A més, la forma "corbada" (no lineal) de les molècules d'aigua significa que els seus moments dipolars no es cancel·len entre si, de manera que les molècules d'aigua en conjunt són polars.
2. Diòxid de carboni (CO₂)
El CO₂ té dos enllaços covalents dobles entre C i O (O=C=O). L'enllaç C=O és polar, però el CO₂ és lineal, de manera que els seus dos moments dipolars es cancel·len entre si. Com a resultat, la molècula de CO₂ és completament no polar. Aquesta és una de les raons per les quals el CO₂ és relativament menys soluble en aigua que les substàncies polars pures, tot i que encara pot reaccionar per formar àcid carbònic en certes condicions.
3. Metà (CH₄)
El metà és un compost orgànic simple compost per enllaços covalents simples entre C i H. En general, el CH₄ no és polar perquè la seva forma és tetraèdricament simètrica i la diferència d'electronegativitat entre C i H no és massa gran. El metà és el component principal del gas natural i s'utilitza àmpliament com a combustible.
4. Oxigen (O₂) i nitrogen (N₂)
L'O₂ té un enllaç covalent doble (O=O), mentre que l'N₂ té un enllaç covalent triple (N≡N). L'enllaç triple de l'N₂ és molt fort, cosa que fa que el nitrogen sigui relativament inert (no reacciona fàcilment) en condicions normals. És per això que el nitrogen domina l'atmosfera terrestre, però no reacciona fàcilment sense condicions especials o l'ajuda d'un catalitzador.
5. Clorur d'hidrogen (HCl)
L'HCl és un exemple d'enllaç covalent polar. El clor (Cl) és més electronegatiu que l'hidrogen, de manera que els seus electrons són més atrets pel Cl, donant lloc a una càrrega parcial. Quan es dissol en aigua, l'HCl s'ionitza per formar H⁺ i Cl⁻, cosa que el fa conèixer com un àcid fort. Això demostra que un compost pot tenir un enllaç covalent però produir ions en solució.
6. Amoníac (NH₃)
L'amoníac té un enllaç covalent entre N i H. La molècula de NH₃ té forma piramidal trigonal i és polar. L'amoníac s'utilitza àmpliament en la indústria dels fertilitzants, la neteja i diversos processos químics. La polaritat de l'amoníac li permet interactuar fortament amb l'aigua.
Característiques generals dels compostos covalents
En general, els compostos covalents tenen les següents característiques (tot i que hi ha excepcions):
1. Molts estan formats per elements no metàl·lics.
2. Generalment tenen punts de fusió i ebullició més baixos que els compostos iònics, especialment per a molècules petites.
3. Els compostos covalents no polars tendeixen a ser insolubles en aigua, però solubles en dissolvents no polars.
4. No condueixen l'electricitat en estat sòlid; alguns poden conduir l'electricitat si s'ionitzen en solució (per exemple, HCl en aigua).
5. Es troba en molts compostos orgànics com ara hidrocarburs, alcohols, àcids orgànics i proteïnes.
Tancament
La covalència és un concepte fonamental que explica com els àtoms, en particular els no metalls, formen enllaços compartint parells d'electrons. Els enllaços covalents poden ser simples, dobles o triples, i poden ser polars o no polars. Els exemples són molt familiars a la vida quotidiana, com ara l'aigua (H₂O), el diòxid de carboni (CO₂), el metà (CH₄), l'oxigen (O₂), el nitrogen (N₂) i el clorur d'hidrogen (HCl). En comprendre la definició de covalència i els exemples, podem connectar més fàcilment l'estructura molecular amb les propietats físiques i químiques d'una substància.
Si voleu, puc afegir una versió més científica de l'article (amb una discussió sobre les estructures de Lewis, la regla de l'octet i la geometria molecular) o una versió més senzilla per a estudiants de secundària.
