Pavyzdiniai klausimai apie cheminius ryšius
Šiame straipsnyje aptarsime cheminius ryšius – vieną iš svarbiausių pagrindinių chemijos sąvokų. Cheminiai ryšiai yra atomų sąveika, leidžianti jiems sudaryti junginius arba molekules. Yra keli įprasti cheminių jungčių tipai: joniniai, kovalentiniai ir metaliniai. Panagrinėkime kiekvieną jungčių tipą pateikdami pavyzdžių uždavinių ir diskusijų.
Joninis jungimas
Joniniai ryšiai susidaro, kai elektronai perkeliami iš vieno atomo į kitą, susidarant teigiamai įkrautiems jonams (katijonams) ir neigiamai įkrautiems jonams (anijonams). Šie katijonai ir anijonai vėliau traukiami vienas prie kito elektrostatinėmis jėgomis.
1 pavyzdžio klausimas
Klausimas:
Pateikite pavyzdį ir paaiškinkite, kaip susidaro joninis ryšys tarp natrio (Na) ir chloro (Cl).
Diskusija:
Natris (Na) yra šarmų grupės elementas, kurio atominis skaičius yra 11, todėl jo konfigūracija yra 2, 8, 1. Natris linkęs prarasti vieną elektroną, kad pasiektų stabilesnę okteto konfigūraciją ir taptų Na+.
Chloras (Cl) yra halogeninis elementas, kurio atominis skaičius yra 17, todėl jo konfigūracija yra 2, 8, 7. Chloras linkęs priimti vieną elektroną, kad pasiektų stabilią okteto konfigūraciją ir taptų Cl-.
Kai natris reaguoja su chloru, natris praranda vieną elektroną:
\[ \text{Na} \rightarrow \text{Na}^+ + \text{e}^- \]
Nors chloras priima vieną elektroną:
\[ \text{Cl} + \text{e}^- \rightarrow \text{Cl}^- \]
Dėl to Na+ ir Cl- jonai traukiami vienas prie kito elektrostatinių jėgų ir susidaro junginys natrio chloridas (NaCl). Gauta struktūra yra stipri kristalinė gardelė.
Ikatanas Kovalenas
Kovalentinis ryšys susidaro, kai du atomai dalijasi viena ar daugiau elektronų porų, kad pasiektų stabilią okteto konfigūraciją. Kovalentiniai ryšiai gali būti nepoliniai (elektronai dalijasi vienodai) arba poliniai (elektronai dalijasi nevienodai).
2 pavyzdžio klausimas
Klausimas:
Pateikite ir paaiškinkite, kaip vandens molekulėse (H₂O) susidaro kovalentiniai ryšiai.
Diskusija:
Vandens molekulę sudaro du vandenilio atomai (H) ir vienas deguonies atomas (O). Deguonies atominis skaičius yra 8, o elektronų konfigūracija – 2 ir 6. Kad susidarytų oktetas, deguoniui reikia dar dviejų elektronų.
Vandenilio atominis skaičius yra 1, o elektronų konfigūracija – 1. Vandeniui, pavyzdžiui, heliui, stabiliai konfigūracijai pasiekti reikia vieno elektrono.
Vandens molekulėje kiekvienas vandenilio atomas dalijasi vienu elektronu su deguonimi. Deguonis dalijasi dviem elektronais (po vieną su kiekvienu vandenilio atomu), o kiekvienas vandenilio atomas dalijasi vienu elektronu su deguonimi. Vandens molekulės Lewiso struktūra yra:
\[ \text{O} \left( \text{H} \right)_2 \]
Šis ryšys sukuria du poliarinius kovalentinius ryšius, nes deguonis yra labiau elektroneigiamas nei vandenilis, todėl jis stipriau traukia elektronų porą link savęs.
Metalo jungtys
Metalinis ryšys vyksta tarp metalo atomų, kur valentiniai elektronai gali laisvai judėti metalo struktūroje, sudarydami „elektronų jūrą“. Šis reiškinys suteikia metalams unikalių savybių, tokių kaip didelis elektros ir šilumos laidumas, blizgesys ir lankstumas.
3 pavyzdžio klausimas
Klausimas:
Paaiškinkite, kaip varyje (Cu) susidaro metaliniai ryšiai.
Diskusija:
Varis (Cu) yra pereinamasis elementas, kurio atominis skaičius yra 29, o elektronų konfigūracija – [Ar] 3d10 4s1. Metaliniame ryšyje išorinio sluoksnio elektronai (valentingi elektronai) sąveikauja su daugeliu atomų kartu, sudarydami „elektronų jūrą“, supančią teigiamą metalo jono branduolį.
Vario metalo kristalinėje struktūroje kiekvienas Cu atomas į elektronų jūrą įneša savo valentingumo elektroną. Metalinis ryšys neapsiriboja artimiausiais kaimynais, bet traukia visą metalo gardelę kartu, todėl susidaro jam būdingos savybės.
Kombinuotų klausimų pavyzdys
Panagrinėkime keletą problemų, susijusių su skirtingų tipų cheminių jungčių deriniais, pavyzdžių.
4 pavyzdžio klausimas
Klausimas:
Pateikite ir paaiškinkite magnio oksido (MgO) ir anglies dioksido (CO2) junginių joninį ir kovalentinį susidarymą.
Diskusija:
Magnio oksidas (MgO)
Magnis (Mg) yra šarminių žemių metalas, kurio atominis skaičius yra 12, elektronų konfigūracija – 2, 8, 2. Mg linkęs prarasti du elektronus, kad pasiektų stabilią inertinių dujų konfigūraciją ir taptų Mg2+.
Deguonis (O), kurio atominis skaičius yra 8, elektronų konfigūracija 2, 6, linkęs priimti du elektronus, kad pasiektų stabilią inertinių dujų konfigūraciją ir taptų O₂-.
Jonizacijos reakcija:
\[ \text{Mg} \rightarrow \text{Mg}^{2+} + 2\ \text{e}^- \]
\[ \text{O} + 2 \text{e}^- \rightrodyklė \text{O}^{2-} \]
Dėl to Mg2+ ir O2- jonai traukiami vienas prie kito elektrostatinėmis jėgomis ir sudaro joninį junginį magnio oksidą (MgO).
Anglies dioksidas (CO2)
Anglies (C), kurios atominis skaičius yra 6, elektronų konfigūracija 2, 4, okteto konfigūracijai pasiekti reikia keturių elektronų.
Deguoniui (O), kurio atominis skaičius yra 8, elektronų konfigūracija 2, 6, oktetui reikia dviejų elektronų.
Kad susidarytų oktetas, anglies atomas turi dalytis dviem elektronų poromis su kiekvienu deguonies atomu:
\[ \text{O} = \text{C} = \text{O} \]
CO₂ Lewiso struktūroje tarp anglies ir kiekvieno deguonies atomo yra vienas dvigubas ryšys. Tai dvigubas kovalentinis ryšys, kuris stabilizuoja CO₂ molekulę. Kadangi deguonis yra labiau elektroneigiamas nei anglis, tai taip pat yra polinis kovalentinis ryšys.
Išvada
Cheminiai ryšiai yra labai svarbūs kuriant ir suprantant įvairias molekulines struktūras ir cheminius junginius. Pateikdami joninių, kovalentinių ir metalinių jungčių pavyzdžius ir aptardami jas, matėme, kaip susidaro skirtingų tipų ryšiai ir kaip jie veikia medžiagų fizikines savybes. Šis supratimas yra labai svarbus taikant chemines sąvokas įvairiose disciplinose, įskaitant biologiją, fiziką ir kitas technikos sritis. Tikimės, kad šis straipsnis padėjo jums pagilinti cheminių jungčių supratimą!
