所述共价键是一类形成穿过共享电子对的分子中的原子之间的键的。这些键代表了每个物种之间的相当稳定的平衡,使每个原子都能实现其电子构型的稳定性。
这些键以单,双或三重形式形成,并具有极性和非极性特征。原子可以吸引其他物种,因此可以形成化合物。这种结合可以通过不同的力发生,从而产生弱或强的吸引力,离子特性或电子交换。
共价键被认为是“强”键。与其他强键(离子键)不同,共价键通常出现在非金属原子中以及对电子具有相似亲和力(相似的电子负性)的原子中,从而使共价键变弱并且需要更少的能量才能断裂。
在这种类型的键中,通常使用所谓的八位位组法则来估计要共享的原子数:该法则指出分子中的每个原子都需要8个价电子来保持稳定。通过共享,它们必须实现物种之间电子的损失或获得。
特点
共价键受参与电子对相互作用的每个原子的负电性影响;当您的原子具有比连接中的另一个原子高得多的电负性时,会形成极性共价键。
但是,当两个原子具有相似的负电性时,将形成非极性共价键。发生这种情况的原因是,与具有最小负电性的电子相比,具有最大负电性的电子与该原子的结合更多。
值得注意的是,除非涉及的两个原子相同(并因此具有相同的电负性),否则没有任何共价键是完全平等的。
共价键的类型取决于物种之间的电负性差异,其中0到0.4之间的值导致产生非极性键,而0.4到1.7之间的差异导致产生极性键(离子键从1.7开始出现。
非极性共价键
当电子在原子之间平均共享时,会生成非极性共价键。当两个原子具有相似或相等的电子亲和力(相同的物种)时,通常会发生这种情况。涉及原子之间的电子亲和力值越相似,产生的吸引力越强。
这通常发生在气体分子中,也称为双原子元素。非极性共价键具有与极性相同的性质(具有更高电负性的原子会更强烈地吸引另一个原子的一个或多个电子)。
然而,在双原子分子中,由于它们的电负性相等,所以它们相互抵消,从而导致电荷为零。
非极性键在生物学中至关重要:它们有助于形成氨基酸链中常见的氧键和肽键。具有大量非极性键的分子通常是疏水的。
极性共价键
当参与结合的两个物种之间电子分配不均时,就会发生极性共价键。在这种情况下,两个原子之一具有比另一个原子高得多的电负性,因此,它将从结处吸引更多电子。
所得分子将具有略微正极性的一侧(具有最低的电负性)和略微负极性的一侧(具有最高的电负性的原子)。它还具有静电势,使化合物能够弱结合其他极性化合物。
最常见的极性键是具有更多负电性原子的氢键,从而形成诸如水(H 2 O)之类的化合物。
物产
在共价键的结构中,考虑了这些键的研究涉及的一系列特性,有助于理解这种电子共享现象:
八位位组规则
八位位组规则是由美国物理学家和化学家吉尔伯特·牛顿·刘易斯(Gilbert Newton Lewis)制定的,尽管之前有科学家对其进行了研究。
经验法则反映了这样的观察结果,即代表性元素的原子趋于以这样的方式结合:每个原子在其化合价壳中到达八个电子,从而使其具有类似于稀有气体的电子构型。Lewis图或结构用于表示这些结。
该规则也有例外,例如在具有不完整化合价壳的物种(具有7个电子的分子,例如CH 3和具有6个电子的反应性物种,例如BH 3)中;它也发生在几乎没有电子的原子中,例如氦,氢和锂。
谐振
共振是一种用于表示分子结构和表示离域电子的工具,其中键不能用单个Lewis结构表示。
在这些情况下,电子必须由称为共振结构的各种“贡献”结构表示。换句话说,共振是暗示使用两个或更多个路易斯结构来代表特定分子的术语。
这个概念完全是人类的,在任何给定的时间都没有分子的一个或另一个结构,但是可以同时存在于它的任何版本(或全部)中。
此外,贡献的(或共振的)结构不是异构体:只有电子的位置可以不同,原子核则不同。
芳香性
该概念用于描述带有共振键环的环状平面分子,该分子比具有相同原子构型的其他几何排列具有更高的稳定性。
芳香分子非常稳定,因为它们不易断裂,也通常不会与其他物质发生反应。在苯中,原型芳香族化合物在两个不同的共振结构中形成共轭pi(π)键,形成高度稳定的六边形。
西格玛链接
这是最简单的键,两个“ s”轨道连接在一起。Sigma键出现在所有简单的共价键中,并且也可以出现在“ p”轨道中,只要它们相互对视即可。
键pi(π)
该键出现在两个平行的“ p”轨道之间。它们并排结合(不像sigma那样面对面结合),并在分子上方和下方形成电子密度区域。
共价双键和三键涉及一个或两个pi键,这些键使分子具有刚性形状。Pi键比sigma键要弱,因为它们之间的重叠较少。
共价键的类型
两个原子之间的共价键可以由一对电子形成,但是它们也可以由两对甚至三对电子形成,因此它们将被表示为单键,双键和三键,它们由不同类型的每个都有联合(sigma和pi键)。
单键最弱,三键最强。发生这种情况的原因是,三键是具有最短键长(更大的吸引力)和最大键能(它们需要更多的能量才能断裂)的那些。
简单链接
它是一对电子的共享。也就是说,每个涉及的原子共享一个电子。此联合最弱,并且涉及单个sigma(σ)键。它由原子之间的一条线表示。例如,对于氢分子(H 2):
高
双重连结
在这种键中,两个共享的电子对形成键。也就是说,共有四个电子。该键包含一个sigma(σ)和一个pi(π)键,并由两条线表示;例如,对于二氧化碳(CO 2):
O = C = O
三键
当原子在sigma(σ)和两个pi(π)键中共享六个电子或三对电子时,就会发生此键,这是共价键中最牢固的键。它用三行表示,并且可以在诸如乙炔(C 2 H 2)的分子中看到:
HC≡CH
最后,已经观察到四重键,但是它们很少见,并且主要限于金属化合物,例如乙酸铬(II)等。
例子
对于简单键,最常见的情况是氢,如下所示:
三键的情况是一氧化二氮(N 2 O)中的氮,如下所示,其中sigma和pi键可见:
参考文献
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