Intellegendo Covalentiam et Exempla
Pendahuluan
In chemia, modus quo atomi substantiam formant coniunguntur, proprietates substantiae illius magnopere determinat. Una notio magni momenti quae explicat quomodo atomi cohaerent est covalentia. Vincula covalentia (covalentia) saepe inveniuntur in compositis ex elementis non metallicis constantibus, exempli gratia in aqua (H₂O), dioxido carbonis (CO₂), methano (CH₄), et variis compositis organicis quae fundamentum vitae sunt. Intellectus significationis covalentiae et exemplorum nobis adiuvabit ut intellegamus quomodo structurae moleculares formentur, cur quaedam substantiae certos puntos ebullitionis habeant, cur quaedam composita facile in aqua solubilia sint, et quomodo reactivitas chemica fiat.
Intellegendo Covalentiam
Covalentia est notio quae ad formationem vinculorum covalentium pertinet, quae sunt vincula chemica quae fiunt cum duo atomi par electronum communicant ad stabilitatem assequendam. In genere, atomi configurationem electronicam stabilem, sicut gasa nobilia (regula octeti), consequi volunt, quae est octo electrones in testa extrema habere (quamquam nonnullae exceptiones sunt). Quia atomi non metallici electronegativitates relative altas habere solent et "non facile" electrones amittunt, via probabilissima ad stabilitatem assequendam est electrones communicando, potius quam eos plene dando vel recipiendo, ut in vinculis ionicis.
Aliis verbis, dum in vinculis ionicis electrones ab uno atomo in alterum transferuntur, in vinculis covalentibus electrones communicantur. Electrones communes par electronicum vinculum formant, quod duos nucleos atomicos "ligat" ut moleculam singularem vel vinculum covalentem forment.
Cur vincula covalentia fiunt?
Vincula covalentia fiunt propter impulsum ad statum energiae inferiorem, stabiliorem attingendum. Cum duo atomi inter se appropinquant, eorum electrones valentiae communicari possunt, ita ut videatur quasi quisque atomus numerum sufficientem electronum in involucro externo "habeat". Hoc systema stabilius reddit quam cum atomi soli stant.
Exempli gratia, atomus hydrogenii (H) unum electronem habet et stabilitatem consequi vult, sicut helium (He) cum duobus electronibus. Duo atomi hydrogenii par electronum communicare possunt, moleculam H₂ formantes. Quisque atomus H₂ nunc "sentitur" quasi duos electrones in prima testa habeat, ita stabilitatem assequens.
Genera Vinculorum Covalentium
Vincula covalentia distingui possunt secundum numerum parium electronicorum communicatorum et etiam secundum differentiam electronegativitatis inter atomos.
1. Secundum numerum parium electronicorum communicatorum
1. Vinculum covalente simplex: unum par electronum communicans.
Exemplum: H—H in H₂, vel C—H in CH₄.
2. Vinculum covalente duplex: duo paria electronum communicans.
Exemplum: O=O in O₂, vel C=O in CO₂.
3. Vinculum covalente triplex: tria paria electronum communicans.
Exemplum: N≡N in N₂.
Quo plura paria electronica communicantur, eo fortior vinculum et eo brevior distantia inter atomos.
2. Secundum polaritatem
1. Vincula covalentia non polaria
Fit cum ambo atomi electronegativitates eandem vel simillimas habent, ita ut par electronicum relative aequaliter communicetur.
Exempla: H₂, O₂, N₂, Cl₂.
2. Vincula covalentia polaria
Hoc fit cum differentia electronegativitatis tam magna est ut par electronicum magis ad unum atomorum attrahatur. Hoc efficit ut onera partialia (δ⁺ et δ⁻).
Exempla: H—Cl in HCl, O—H in H₂O.
Interest distinguere vinculum polarem non semper significare moleculam polarem esse; polaritas moleculae etiam a forma moleculae (geometria) afficitur.
Exempla Covalentiae in Compositis Quotidianis
Hic sunt exempla quae facile in vita cotidiana inveniuntur:
1. Aqua (H₂O)
Aqua exemplum magni momenti est compositi cum vinculis covalentibus polaribus. Atomus oxygenii magis electronegativus est quam hydrogenium, ita par atomorum solitarium magis ad oxygenium attrahitur. Hoc aquae proprietates singulares dat, ut facultatem multas substantias dissolvendi, tensionem superficialem magnam, et punctum ebullitionis relative altum comparatum aliis moleculis parvis.
In H₂O, duo vincula polaria O—H inveniuntur. Praeterea, forma "curvata" (non linearis) molecularum aquae significat momenta dipolaria earum non se mutuo excludere, ita ut moleculae aquae in toto polares sint.
2. Dioxidum carbonis (CO₂)
CO₂ duo vincula covalentia duplicia inter C et O habet (O=C=O). Ligamen C=O polare est, sed CO₂ lineare, ita duo momenta dipolaria eius se invicem tollunt. Quam ob rem, molecula CO₂ omnino non polaris est. Haec est una causa cur CO₂ in aqua relative minus solubilis sit quam substantiae polares purae, quamquam adhuc sub certis condicionibus ad acidum carbonicum formandum reagere potest.
3. Methanum (CH₄)
Methanum est compositum organicum simplex, vinculis covalentibus singularibus inter C et H compositum. In genere, CH₄ non polaris est, quia forma eius tetrahedrica symmetrica est et differentia electronegativitatis inter C et H non nimis magna est. Methanum est principale elementum gasii naturalis et late ut combustibile adhibetur.
4. Oxygenium (O₂) et Nitrogenium (N₂)
O₂ duplicem vinculum covalentem (O=O) habet, dum N₂ triplicem vinculum covalentem (N≡N). Vinculum triplicem in N₂ valde validum est, nitrogenium sub condicionibus ordinariis relative inertem (non facile reagere) facit. Haec est causa cur nitrogenium atmosphaeram Telluris dominetur, sed sine condicionibus specialibus aut auxilio catalysatoris non facile reagit.
5. Hydrogenii chloridum (HCl)
HCl exemplum est vinculi covalentis polaris. Chlorum (Cl) magis electronegativum est quam hydrogenium, ita electrones eius magis ad Cl attrahuntur, quod partialem caricam efficit. Cum in aqua dissolvitur, HCl ionizatur ad formandum H⁺ et Cl⁻, quod acidum forte appellatur. Hoc demonstrat compositum vinculum covalentem habere posse sed iones in solutione producere.
6. Ammonia (NH₃)
Ammoniae vinculum covalentum inter N et H habet. Molecula NH₃ formam pyramidalem trigonalem habet et polaris est. Ammonia late in industria stercorantium, purgatione, et variis processibus chemicis adhibetur. Polaritas ammoniae ei permittit ut fortiter cum aqua interagat.
Characteres Generales Compositorum Covalentium
In genere, composita covalentia sequentes proprietates habent (quamquam exceptiones sunt):
1. Multa ex elementis non metallicis formantur.
2. Generaliter habent puncta liquefactionis et ebullitionis inferiora quam composita ionica, praesertim moleculis parvis.
3. Composita covalentia non polaria in aqua insolubilia esse solent, sed in solventibus non polaribus solubilia.
4. Electricitatem in statu solido non conducunt; quaedam electricitatem conducere possunt si in solutione ionizantur (e.g. HCl in aqua).
5. In multis compositis organicis invenitur, ut hydrocarbonibus, alcoholibus, acidis organicis, et proteinis.
Extrema
Covalentia est notio fundamentalis quae explicat quomodo atomi, praesertim nonmetalla, vincula forment per paria electronica communicanda. Vincula covalentia possunt esse simplicia, dupla, vel tripla, et polaria vel non polaria. Exempla vitae quotidianae perquam nota sunt, ut aqua (H₂O), dioxidum carbonis (CO₂), methanum (CH₄), oxygenium (O₂), nitrogenium (N₂), et hydrogenii chloridum (HCl). Intellegendo definitione covalentiae et exemplis, facilius structuram molecularem cum proprietatibus physicis et chemicis substantiae coniungere possumus.
Si vis, versionem articuli magis scientificam (cum disputatione de structuris Lewisianis, regula octeti, et geometria moleculari) vel versionem simpliciorem discipulis scholae mediae addere possum.
