T'has preguntat mai què fa que l'univers s'uneixi? Aquí hi ha una pista: no és un pot de súper cola còsmica de mida industrial. No, el secret per mantenir les coses juntes és un procés d'enllaç químic conegut com a enllaç valent, on els electrons de les capes exteriors dels àtoms s'uneixen entre si per formar molècules. Els enllaços covalents són alguns dels enllaços més potents de l'univers.
El pare dels vincles covalents - Irving Langmuir
El món de la ciència química es va introduir en el principi de covalència l'any 1919. El futur químic guanyador del Premi Nobel Irving Langmuir va encunyar el terme per descriure els enllaços moleculars formats pels electrons a la capa més externa o valència dels àtoms. El terme 'enllaç covalent' es va utilitzar per primera vegada l'any 1939.
Irving Langmuir, químic nord-americà, va néixer a Brooklyn, Nova York, el 31 de gener de 1881, com el tercer dels quatre fills de Charles Langmuir i Sadie Comings. Langmuir es va graduar com a enginyer metal·lúrgic a l'Escola de Mines de la Universitat de Columbia l'any 1903 i va obtenir el seu M. A. i Ph.D. en química el 1906. El seu treball en química de superfícies seria recompensat amb el Premi Nobel de Química, el 1932.
Àtoms i molècules: realment importen?
En poques paraules, sense els àtoms l'univers no existiria. Això es deu al fet que els àtoms són els components bàsics de la matèria. Què s'entén exactament per matèria? En les ciències físiques i químiques, la 'matèria' es defineix com aquella que ocupa espai i posseeix massa en repòs, especialment com a diferent de l'energia. Així, en poques paraules universals, la 'matèria' ho és tot.
Els àtoms estan formats per tres partícules subatòmiques bàsiques: protons, neutrons i electrons. Els protons són partícules subatòmiques que mantenen una càrrega elèctrica positiva. Els neutrons són partícules subatòmiques que no tenen càrrega elèctrica ni positiva ni negativa, és a dir, neutres. Els protons i els neutrons es combinen per formar el nucli d'un àtom. Els electrons, el tipus de partícula subatòmica final, mantenen una càrrega elèctrica negativa i orbiten al voltant del nucli atòmic com un núvol.
Aleshores, què són les molècules? Les molècules no són ni més ni menys que àtoms que se senten atrets per altres àtoms prou per formar un enllaç. Un vincle de valència.
Enllaç molecular: tipus d'enllaços vàlids
Quan els àtoms s'uneixen entre si per formar molècules, el procés es pot produir de diferents maneres. La forma principal d'enllaçar els àtoms es coneix com a covalent. El terme covalent es refereix al fet que l'enllaç implica la compartició d'un o més parells d'electrons. També hi ha altres maneres en què els àtoms poden formar enllaços valents, com ara:
al salt quàntic
- Enllaços o enllaços iònics Es forma quan un àtom cedeix un o més electrons a un altre àtom.
- Enllaços metàl·lics, el tipus de producte químic vincle que manté units els àtoms dels metalls. Els enllaços metàl·lics són l'atracció forçada entre els electrons de valència i els àtoms metàl·lics.
Enllaços moleculars covalents - Elements vs. compostos
A mesura que es produeixen atraccions valents entre àtoms, formen enllaços moleculars o substàncies que són compostos o elements. Encara que els compostos moleculars i els elements moleculars es produeixen com a resultat de l'enllaç covalent, també hi ha una diferència important entre ambdós.
La diferència entre una molècula d'un compost i una molècula d'un element és que en una molècula d'un element, tots els àtoms són iguals. Per exemple, en una molècula d'aigua (un compost), hi ha un àtom d'oxigen i dos àtoms d'hidrogen. Però en una molècula d'oxigen (un element), tots dos àtoms són oxigen.
Exemples de compostos d'enllaç covalent
Hi ha molts exemples de compostos que tenen enllaços covalents, inclosos els gasos de la nostra atmosfera, els combustibles comuns i la majoria dels compostos del nostre cos. Aquí teniu tres exemples.
Molècula de metà (CH4)
La configuració electrònica del carboni és 2,4. Necessita 4 electrons més a la seva capa exterior per ser com el neó de gas noble. Per fer-ho, un àtom de carboni comparteix quatre electrons amb els electrons individuals de quatre àtoms d'hidrogen. La molècula de metà té quatre enllaços simples C-H.
Molècula d'aigua (H2O)
Un àtom d'oxigen s'uneix amb dos àtoms d'hidrogen. La molècula d'aigua té dos enllaços simples O-H.
Diòxid de carboni (CO2)
Un àtom de carboni s'uneix amb dos àtoms d'oxigen. La molècula de diòxid de carboni té dos enllaços C=O.
números d'àngel Joanne
Exemples d'elements d'enllaç covalent
Quan, com els àtoms, formen enllaços moleculars covalents, els resultats són elements covalents. Els elements covalents no metàl·lics que es troben a la taula periòdica inclouen:
com treure sang de la roba amb sal
- hidrogen
- carboni
- nitrogen
- fòsfor
- oxigen
- sofre i seleni.
A més, tots els elements halògens, inclosos:
- fluor
- clor
- brom
- el iode i l'àstat, són tots elements no metàl·lics covalents.
Enllaços covalents polars i no polars
A diferència dels enllaços iònics, els enllaços covalents sovint es formen entre àtoms on un dels àtoms no pot aconseguir fàcilment una configuració de capa d'electrons de gas noble mitjançant la pèrdua o guany d'un o dos electrons. ... Per tant, els àtoms que s'uneixen covalentment comparteixen els seus electrons per completar la seva capa de valència.
Com més gran és la diferència d'electronegativitat, més iònic és l'enllaç. Els enllaços que són parcialment iònics són enllaços covalents polars. Els enllaços covalents no polars, amb igual repartiment dels electrons d'enllaç, sorgeixen quan les electronegativitats dels dos àtoms són iguals.
Exemples d'enllaços covalents polars
En un enllaç covalent polar, els electrons compartits pels àtoms passen una major quantitat de temps, de mitjana, més a prop del nucli d'oxigen que del nucli d'hidrogen. Això es deu a la geometria de la molècula i a la gran diferència d'electronegativitat entre l'àtom d'hidrogen i l'àtom d'oxigen.
Una molècula d'aigua, abreujada com a H2O, és un exemple d'enllaç covalent polar. Els electrons es comparteixen de manera desigual, i l'àtom d'oxigen passa més temps amb els electrons que els àtoms d'hidrogen. Com que els electrons passen més temps amb l'àtom d'oxigen, aquest porta una càrrega negativa parcial.
Exemples d'enllaços covalents no polars
És menys probable que les molècules no polars es puguin dissoldre en aigua. Una substància no polar és aquella que no té dipol, és a dir, que té una distribució equitativa d'electrons en la seva estructura molecular. Alguns exemples inclouen el diòxid de carboni, els olis vegetals i els productes derivats del petroli.
Un exemple d'enllaç covalent no polar és l'enllaç entre dos àtoms d'hidrogen perquè comparteixen els electrons per igual. Un altre exemple d'enllaç covalent no polar és l'enllaç entre dos àtoms de clor perquè també comparteixen els electrons per igual.
Enllaços covalents: set coses per recordar
A continuació, es mostren alguns punts clau per ajudar-vos a recordar el que acabeu d'aprendre sobre els enllaços covalents:
- Els enllaços de valència i covalent uneixen els àtoms per formar molècules.
- Els àtoms es poden enllaçar de tres maneres principals: enllaços covalents, enllaços iònics i enllaços metàl·lics.
- El terme enllaç covalent descriu els enllaços dels compostos que resulten de la compartició d'un o més parells d'electrons.
- Els enllaços iònics, on els electrons es transfereixen entre àtoms, es produeixen quan els àtoms amb només uns quants electrons a la seva capa exterior donen els electrons als àtoms amb només alguns que falten a la seva capa exterior.
- En els enllaços metàl·lics, un gran nombre d'àtoms perden els seus electrons. Es mantenen units en una xarxa per l'atracció entre electrons 'lliures' i nuclis positius.
- Un àtom que perd un electró es carrega positivament; un àtom que guanya un electró es carrega negativament, de manera que els dos àtoms s'uneixen per l'atracció elèctrica dels oposats.
- Com que estan carregats negativament, els electrons compartits s'atreuen per igual al nucli positiu dels dos àtoms implicats. Els àtoms es mantenen units per l'atracció entre cada nucli i els electrons compartits.