IKATAN KIMIA: CIRI, BAGAIMANA IA TERBENTUK, JENIS - KIMIA - 2026

The ikatan kimia adalah daya yang menguruskan untuk memegang bersama-sama atom yang membentuk perkara. Setiap jenis bahan mempunyai ikatan kimia khas, yang terdiri daripada penyertaan satu atau lebih elektron. Oleh itu, daya yang mengikat atom dalam gas berbeza, misalnya, dari logam.

Semua elemen jadual berkala (kecuali helium dan gas mulia ringan) dapat membentuk ikatan kimia antara satu sama lain. Walau bagaimanapun, sifat ini diubah bergantung pada elemen mana elektron yang membentuknya berasal. Parameter penting untuk menjelaskan jenis ikatan adalah elektronegativiti.

Sumber: Oleh Ymwang42 (bincang). Ymwang42 di en.wikipedia, dari Wikimedia Commons

Perbezaan elektronegativiti (ΔE) antara dua atom menentukan bukan sahaja jenis ikatan kimia, tetapi juga sifat fizikokimia sebatian. Garam dicirikan mempunyai ikatan ion (tinggi ΔE), dan sebilangan besar sebatian organik, seperti vitamin B ₁₂ (gambar atas), mempunyai ikatan kovalen (ΔE rendah).

Dalam struktur molekul yang lebih tinggi, setiap garis mewakili ikatan kovalen. Baji menunjukkan bahawa pautan muncul dari pesawat (ke arah pembaca), dan garis bawah di belakang pesawat (jauh dari pembaca). Perhatikan bahawa terdapat ikatan berganda (=) dan atom kobalt yang diselaraskan dengan lima atom nitrogen dan rantai sisi R.

Tetapi mengapa ikatan kimia sedemikian terbentuk? Jawapannya terletak pada kestabilan tenaga atom dan elektron yang mengambil bahagian. Kestabilan ini mesti menyeimbangkan tolakan elektrostatik yang dialami antara awan elektron dan nukleus, dan daya tarikan yang diberikan oleh nukleus pada elektron atom yang berdekatan.

Definisi ikatan kimia

Banyak pengarang telah memberikan definisi ikatan kimia. Dari semua itu, yang paling penting adalah ahli fizikokimia GN Lewis, yang mendefinisikan ikatan kimia sebagai penyertaan sepasang elektron antara dua atom. Sekiranya atom A · dan · B dapat menyumbang elektron tunggal, maka ikatan tunggal A: B atau A - B akan terbentuk di antara mereka.

Sebelum pembentukan ikatan, kedua-dua A dan B dipisahkan oleh jarak yang tidak tentu, tetapi dalam ikatan sekarang ada kekuatan yang menahan mereka bersama di sebatian diatomik AB dan jarak ikatan (atau panjang).

ciri

Sumber: Gabriel Bolívar

Apakah ciri daya ini yang menyatukan atom? Ini lebih bergantung pada jenis hubungan antara A dan B daripada pada struktur elektronik mereka. Contohnya, pautan A - B adalah arah. Apakah maksudnya? Bahawa daya yang diberikan oleh penyatuan pasangan elektron dapat diwakili pada sumbu (seolah-olah itu adalah silinder).

Juga, ikatan ini memerlukan tenaga untuk putus. Jumlah tenaga ini dapat dinyatakan dalam unit kJ / mol atau cal / mol. Setelah tenaga yang mencukupi digunakan untuk sebatian AB (contohnya oleh haba), ia akan berpisah ke atom A · dan · B yang asal.

Semakin stabil ikatan, semakin banyak tenaga yang diperlukan untuk memisahkan atom yang terikat.

Sebaliknya, jika ikatan dalam sebatian AB adalah ionik, A ⁺ B ^- , maka ia akan menjadi daya bukan arah. Kenapa? Kerana A ⁺ memberikan daya yang menarik pada B ^- (dan sebaliknya) yang lebih bergantung pada jarak yang memisahkan kedua-dua ion di angkasa daripada pada lokasi relatifnya.

Bidang tarikan dan tolakan membawa bersama-sama ion lain untuk membentuk apa yang dikenali sebagai kristal kekisi (imej atas: A ⁺ kation pembohongan dikelilingi oleh empat B ^- anion , dan ini dikelilingi oleh empat A ⁺ kation, dan sebagainya).

Bagaimana ikatan kimia terbentuk?

Sebatian homonuklear AA

Sumber: Gabriel Bolívar

Untuk sepasang elektron untuk membentuk ikatan terdapat banyak perkara yang mesti dipertimbangkan terlebih dahulu. Inti, seperti A, mempunyai proton dan oleh itu positif. Apabila dua atom A berjauhan, iaitu pada jarak internuklear yang besar (gambar atas), mereka tidak mengalami tarikan.

Ketika dua atom A mendekati inti mereka, mereka menarik awan elektron atom yang berdekatan (bulatan ungu). Inilah daya tarikan (A pada bulatan ungu yang berdekatan). Walau bagaimanapun, kedua-dua inti A saling tolak kerana positif, dan daya ini meningkatkan potensi tenaga ikatan (paksi menegak).

Terdapat jarak antara nuklear di mana tenaga berpotensi mencapai minimum; iaitu daya tarikan dan tolakan (dua atom A di bahagian bawah gambar) seimbang.

Sekiranya jarak ini berkurang selepas titik ini, ikatan akan menyebabkan kedua-dua nukleus saling tolak satu sama lain dengan kuat, menstabilkan sebatian AA.

Oleh itu, untuk membentuk ikatan mesti ada jarak dalaman nuklear yang mencukupi; dan lebih jauh lagi, orbit atom mesti bertindih dengan betul agar elektron terikat.

Sebatian heteronuklear AB

Bagaimana jika bukan dua atom A, satu A dan yang lain B bergabung? Dalam kes ini, graf atas akan berubah kerana salah satu atom akan mempunyai lebih banyak proton daripada yang lain, dan awan elektron akan mempunyai ukuran yang berbeza.

Oleh kerana ikatan A - B terbentuk pada jarak internuklear yang sesuai, pasangan elektron akan dijumpai terutamanya di sekitar atom yang paling elektronegatif. Ini berlaku dengan semua sebatian kimia heteronuklear, yang merupakan sebilangan besar dari yang diketahui (dan akan diketahui).

Walaupun tidak disebut secara mendalam, terdapat banyak pemboleh ubah yang secara langsung mempengaruhi bagaimana pendekatan atom dan ikatan kimia terbentuk; ada yang termodinamik (adakah reaksi spontan?), elektronik (seberapa penuh atau kosongnya orbital atom) dan yang lain kinetik.

Jenis ikatan kimia

Pautan mempunyai rangkaian ciri yang membezakannya antara satu sama lain. Beberapa di antaranya boleh dibingkai dalam tiga klasifikasi utama: kovalen, ionik atau logam.

Walaupun terdapat sebatian yang ikatannya tergolong dalam satu jenis, banyak sebenarnya terdiri daripada gabungan watak masing-masing. Fakta ini disebabkan oleh perbezaan elektronegativiti antara atom yang membentuk ikatan. Oleh itu, sebilangan sebatian mungkin kovalen, tetapi mempunyai beberapa sifat ion dalam ikatannya.

Begitu juga, jenis ikatan, struktur dan jisim molekul adalah faktor utama yang menentukan sifat makroskopik jirim (kecerahan, kekerasan, kelarutan, takat lebur, dll.).

-Ikatan kovalen

Ikatan kovalen adalah ikatan yang telah dijelaskan setakat ini. Di dalamnya, dua orbital (satu elektron di masing-masing) mesti bertindih dengan inti yang dipisahkan oleh jarak internuklear yang sesuai.

Menurut teori orbital molekul (TOM), jika pertindihan orbital adalah frontal, ikatan sigma σ akan terbentuk (yang juga disebut ikatan sederhana atau sederhana). Manakala jika orbital dibentuk oleh pertindihan lateral dan tegak lurus sehubungan dengan paksi nuklear, kita akan mempunyai ikatan π (dua dan tiga):

Sumber: Gabriel Bolívar

Pautan ringkas

Ikatan σ, seperti yang dapat dilihat pada gambar, terbentuk di sepanjang paksi internuklear. Walaupun tidak ditunjukkan, A dan B mungkin mempunyai ikatan lain, dan oleh itu persekitaran kimianya sendiri (bahagian struktur molekul yang berlainan). Jenis pautan ini dicirikan oleh daya putarannya (silinder hijau) dan sebagai yang terkuat dari semua.

Sebagai contoh, ikatan tunggal dalam molekul hidrogen boleh berputar mengenai paksi inti nuklear (H - H). Begitu juga, molekul CA - AB hipotesis boleh.

Pautan C - A, A - A, dan A - B berpusing; tetapi jika C atau B adalah atom atau sekumpulan atom besar, putaran A - A terhambat secara sterik (kerana C dan B akan bertembung).

Ikatan tunggal terdapat dalam hampir semua molekul. Atomnya boleh mempunyai hibridisasi kimia selagi pertindihan orbitalnya adalah frontal. Kembali ke struktur vitamin B ₁₂ , mana-mana garis tunggal (-) menunjukkan ikatan tunggal (contohnya, ikatan –CONH ₂ ).

Pautan berganda

Ikatan berganda menghendaki atom (biasanya) sp ^{2 di} hibridkan . Ikatan p yang murni, berserenjang dengan orbital hibrid tiga sp ² , membentuk ikatan berganda, yang ditunjukkan sebagai kepingan kelabu.

Perhatikan bahawa kedua ikatan tunggal (silinder hijau) dan ikatan dua (lembaran kelabu) wujud bersamaan pada masa yang sama. Walau bagaimanapun, tidak seperti ikatan tunggal, ikatan berganda tidak mempunyai kebebasan putaran yang sama di sekitar paksi nuklear. Ini kerana, untuk memutar, pautan (atau kerajang) mesti putus; proses yang memerlukan tenaga.

Ikatan A = B lebih reaktif daripada A - B. Panjangnya lebih pendek dan atom A dan B berada pada jarak dalaman nuklear yang lebih pendek; oleh itu, terdapat tolakan yang lebih besar antara kedua-dua inti. Memecahkan kedua-dua ikatan tunggal dan dua memerlukan lebih banyak tenaga daripada yang diperlukan untuk memisahkan atom dalam molekul A - B.

Dalam struktur vitamin B ₁₂ beberapa ikatan berganda dapat diperhatikan: C = O, P = O, dan di dalam cincin aromatik.

Ikatan tiga

Ikatan rangkap tiga lebih pendek daripada ikatan rangkap dan putarannya terhalang lebih bertenaga. Di dalamnya, dua ikatan π terbentuk tegak lurus antara satu sama lain (kepingan kelabu dan ungu), dan juga ikatan tunggal.

Biasanya, hibridisasi kimia atom A dan B mestilah sp: dua orbit sp 180 sp, dan dua orbital p tulen tegak lurus dengan yang pertama. Perhatikan bahawa ikatan tiga kelihatan seperti dayung, tetapi tanpa daya putaran. Ikatan ini dapat diwakili hanya sebagai A≡B (N≡N, molekul nitrogen N ₂ ).

Dari semua ikatan kovalen, ini adalah yang paling reaktif; tetapi pada masa yang sama, yang memerlukan lebih banyak tenaga untuk pemisahan atomnya sepenuhnya (· A: +: B ·). Sekiranya vitamin B ₁₂ mempunyai ikatan tiga dalam struktur molekulnya, kesan farmakologinya akan berubah secara mendadak.

Enam elektron mengambil bahagian dalam ikatan tiga; dalam dua kali ganda, empat elektron; dan secara sederhana atau sederhana, dua.

Pembentukan satu atau lebih ikatan kovalen ini bergantung pada ketersediaan elektronik atom; iaitu, berapa banyak elektron yang diperlukan orbitalnya untuk memperoleh satu oktet valensi.

Ikatan bukan kutub

Ikatan kovalen terdiri daripada pembahagian sepasang elektron yang sama antara dua atom. Tetapi ini benar hanya berlaku sekiranya kedua-dua atom mempunyai elektronegativiti yang sama; iaitu kecenderungan yang sama untuk menarik ketumpatan elektron dari persekitarannya ke sebatian.

Ikatan nonpolar dicirikan oleh perbezaan elektronegativiti nol (ΔE≈0). Ini berlaku dalam dua keadaan: dalam sebatian homonuklear (A ₂ ), atau jika persekitaran kimia di kedua-dua sisi ikatan itu setara (H ₃ C - CH ₃ , molekul etana).

Contoh ikatan nonpolar dilihat dalam sebatian berikut:

-Hidrogen (H - H)

-Oksigen (O = O)

-Nitrogen (N≡N)

-Fluor (F - F)

-Chloro (Cl - Cl)

-Acetylene (HC≡CH)

Ikatan kutub

Apabila terdapat perbezaan ketara dalam elektronegativiti ΔE antara kedua atom, momen dipol terbentuk di sepanjang paksi ikatan: A ^{δ +} –B ^δ- . Dalam kes sebatian heteronuklear AB, B adalah atom yang paling elektronegatif, dan oleh itu, ia mempunyai ketumpatan elektron yang lebih tinggi δ-; sementara A, elektronegatif paling sedikit, mempunyai kekurangan caj δ +.

Untuk ikatan kutub berlaku, dua atom dengan elektronegativiti yang berbeza mesti bergabung; dan dengan itu, membentuk sebatian heteronuklear. A - B menyerupai magnet: ia mempunyai kutub positif dan negatif. Ini membolehkannya berinteraksi dengan molekul lain melalui daya dipol-dipol, antaranya adalah ikatan hidrogen.

Air mempunyai dua ikatan kovalen kutub, H - O - H, dan geometri molekulnya bersudut, yang meningkatkan momen dipolnya. Sekiranya geometri linier, lautan akan menguap dan air akan mempunyai titik didih yang lebih rendah.

Fakta bahawa sebatian mempunyai ikatan polar tidak menunjukkan bahawa ia adalah polar . Sebagai contoh, karbon tetraklorida, CCl ₄ , mempunyai empat ikatan C - Cl kutub, tetapi kerana susunan tetrahedralnya, momen dipol akhirnya dibatalkan secara vektor.

Pautan asal atau koordinasi

Apabila atom melepaskan sepasang elektron untuk membentuk ikatan kovalen dengan atom lain, maka kita bercakap mengenai ikatan asal atau koordinasi. Sebagai contoh, mempunyai B: pasangan elektron yang ada, dan A (atau A ⁺ ), kekosongan elektronik, ikatan B: A terbentuk.

Dalam struktur vitamin B ₁₂ lima atom nitrogen dihubungkan ke pusat logam Co melalui ikatan kovalen jenis ini. Nitrogen ini menyerahkan sepasang elektron bebas mereka ke kation Co ³⁺ , logam berkoordinasi dengan mereka (Co ³⁺ : N–)

Contoh lain boleh didapati dalam protonasi molekul ammonia untuk membentuk ammonia:

H ₃ N: + H ⁺ => NH ₄ ⁺

Perhatikan bahawa dalam kedua-dua kes inilah atom nitrogen yang menyumbang elektron; oleh itu, ikatan kovalen asal atau koordinasi berlaku apabila atom sahaja menyumbang pasangan elektron.

Dengan cara yang sama, molekul air dapat diprotonasikan menjadi kation hidronium (atau oksonium):

H ₂ O + H ⁺ => H ₃ O ⁺

Tidak seperti kation ammonium, hidronium masih mempunyai sepasang elektron bebas (H ₃ O: ⁺ ); namun, sangat sukar bagi dia untuk menerima proton lain untuk membentuk dikasi hidronium yang tidak stabil, H ₄ O ²⁺ .

-Ikatan ionik

Sumber: Pixabay

Bergambar adalah bukit garam putih. Garam dicirikan oleh mempunyai struktur kristal, iaitu simetri dan tertib; takat lebur dan didih yang tinggi, kekonduksian elektrik yang tinggi semasa lebur atau larut, dan juga, ionnya sangat terikat oleh interaksi elektrostatik.

Interaksi ini membentuk apa yang dikenali sebagai ikatan ion. Dalam imej kedua A ⁺ kation dikelilingi oleh empat B ^- anion telah ditunjukkan , tetapi ini adalah perwakilan 2D. Dalam tiga dimensi, A ⁺ harus mempunyai anion B lain ^{- di} depan dan di belakang satah, membentuk pelbagai struktur.

Oleh itu, A ⁺ dapat mempunyai enam, lapan, atau bahkan dua belas jiran. Bilangan jiran yang mengelilingi ion dalam kristal dikenali sebagai nombor koordinasi (NC). Untuk setiap NC, sejenis susunan kristal dikaitkan, yang seterusnya merupakan fasa pepejal garam.

Kristal simetri dan segi yang dilihat dalam garam disebabkan oleh keseimbangan yang ditubuhkan oleh interaksi elektrostatik daya tarikan (A ⁺ B ^- ) dan tolakan (A ⁺ A ⁺ , B ^- B ^- ).

Latihan

Tetapi mengapa A + dan B ^- , atau Na ⁺ dan Cl ^- , tidak membentuk ikatan kovalen Na - Cl? Kerana atom klorin jauh lebih elektronegatif daripada logam natrium, yang juga dicirikan oleh melepaskan elektronnya dengan sangat mudah. Apabila unsur-unsur ini bertemu, mereka bertindak balas secara eksotermik untuk menghasilkan garam meja:

2Na (s) + Cl ₂ (g) => 2NaCl (s)

Dua atom natrium melepaskan elektron tunggal valens (Na ·) untuk molekul dwiatom Cl ₂ , sehingga membentuk Cl ^- anion .

Interaksi antara kation natrium dan anion klorida, walaupun mereka mewakili ikatan yang lebih lemah daripada kovalen, mampu menjadikannya kuat bersatu dalam pepejal; dan fakta ini tercermin pada titik lebur garam yang tinggi (801ºC).

Ikatan logam

Sumber: Pixnio

Jenis ikatan kimia yang terakhir adalah logam. Ini boleh didapati di mana-mana bahagian logam atau aloi. Ia dicirikan sebagai istimewa dan berbeza dari yang lain, kerana fakta bahawa elektron tidak berpindah dari satu atom ke atom yang lain, melainkan bergerak, seperti laut, melalui kristal logam.

Oleh itu, atom logam, untuk mengatakan tembaga, menggabungkan orbital valensinya antara satu sama lain untuk membentuk jalur konduksi; melalui elektron (s, p, dof) yang melintasi atom dan menahannya erat.

Bergantung pada bilangan elektron yang melewati kristal logam, orbital yang disediakan untuk jalur, dan pembungkusan atomnya, logam boleh menjadi lembut (seperti logam alkali), keras, berkilat, atau konduktor elektrik yang baik dan panas.

Kekuatan yang menyatukan atom logam, seperti yang membentuk lelaki kecil dalam gambar dan komputer riba, lebih besar daripada garam.

Ini dapat disahkan secara eksperimen kerana kristal garam dapat dibahagikan dalam beberapa bahagian sebelum daya mekanik; sedangkan sekeping logam (terdiri daripada kristal yang sangat kecil) cacat.

Contoh pautan

Empat sebatian berikut merangkumi jenis ikatan kimia yang dijelaskan:

-Sodium fluorida, NaF (Na ⁺ F ^- ): ionik.

-Sodium, Na: logam.

-Fluorin, F ₂ (F - F): kovalen nonpolar, kerana terdapat ΔE nol antara kedua-dua atom kerana ia sama.

-Hidrogen fluorida, HF (H - F): kovalen polar, kerana dalam sebatian ini fluorin lebih elektronegatif daripada hidrogen.

Terdapat sebatian, seperti vitamin B ₁₂ , yang mempunyai ikatan kovalen polar dan ionik (dalam muatan negatif kumpulan fosfatnya –PO ₄ ^- -). Dalam beberapa struktur kompleks, seperti kluster logam, semua jenis pautan ini dapat wujud bersama.

Perkara yang terdapat dalam semua manifestasi contoh ikatan kimia. Dari batu di dasar kolam dan air yang mengelilinginya, hingga kodok yang melengkung di tepinya.

Walaupun ikatannya sederhana, bilangan dan susunan ruang atom dalam struktur molekul memberi jalan kepada kepelbagaian sebatian yang kaya.

Kepentingan ikatan kimia

Apakah kepentingan ikatan kimia? Banyaknya akibat yang tidak dapat dihitung oleh ketiadaan ikatan kimia menunjukkan betapa pentingnya sifatnya:

-Tanpa itu, warna tidak akan ada, kerana elektronnya tidak akan menyerap sinaran elektromagnetik. Zarah-zarah debu dan ais yang ada di atmosfer akan hilang, dan oleh itu warna biru langit akan menjadi gelap.

-Karbon tidak dapat membentuk rantai tanpa henti, dari mana berbilion sebatian organik dan biologi berasal.

- Protein bahkan tidak dapat ditentukan dalam asid amino penyusunnya. Gula dan lemak akan hilang, begitu juga sebatian karbon dalam organisma hidup.

- Bumi tidak akan mempunyai atmosfer, kerana jika tidak ada ikatan kimia dalam gasnya, tidak akan ada kekuatan untuk menahannya. Juga tidak akan ada interaksi intermolekul yang paling sedikit di antara mereka.

-Batuan mungkin hilang, kerana batuan dan mineralnya, walaupun berat, tidak dapat memuat atomnya yang berada di dalam struktur kristal atau amorf mereka.

-Dunia akan terdiri dari atom-atom yang tidak mampu membentuk zat pepejal atau cair. Ini juga akan mengakibatkan hilangnya semua perubahan jirim; iaitu, tidak akan ada tindak balas kimia. Cuma gas di mana-mana sahaja.

Rujukan

1. Harry B. Kelabu. (1965). Ikatan Elektron dan Kimia. WA BENJAMIN, INC. Hlm 36-39.
2. Whitten, Davis, Peck & Stanley. Kimia. (Edisi ke-8.) Pembelajaran CENGAGE, hlm 233, 251, 278, 279.
3. Nave R. (2016). Ikatan Kimia. Dipulihkan dari: hyperphysics.phy-astr.gsu.edu
4. Jenis Ikatan Kimia. (3 Oktober 2006). Diambil dari: dwb4.unl.edu
5. Pembentukan ikatan kimia: Peranan elektron. . Dipulihkan dari: cod.edu
6. Yayasan CK-12. (sf). Pembentukan Ikatan Tenaga dan Kovalen. Dipulihkan dari: chem.libretexts.org
7. Quimitube. (2012). Ikatan kovalen koordinat atau asal. Dipulihkan dari: quimitube.com