Mga katangian at katangian ng mga nonpolar covalent bond: isang kumpletong gabay na may mga halimbawa

Mula pa sa simula ng mga pag-aaral sa mga katangian ng materya, naunawaan na ng mga siyentipiko ang pagkakaroon ng isang puwersa na may kakayahang magtatag ng mga ugnayan sa pagitan ng iba't ibang uri ng hayop. "Ang mga partikulo ay nag-aakit sa isa't isa sa pamamagitan ng mga puwersa," sabi ni Isaac Newton, at pagkalipas ng mga taon, salamat sa pag-imbento ng sikat na voltaic pile, bubuo si Jöns Jakob Berzelius ng isang teorya tungkol sa proseso ng kombinasyon ng kemikal.

Dahil sa pag-unlad ng pag-aaral na isinagawa ng iba't ibang siyentipiko, natitiyak natin ngayon na ang mga elementong kemikal , tulad ng mga tao, ay nakikipag-ugnayan sa isa't isa, at mula sa aksyong ito ay lumilitaw ang mga bagong istruktura, pagsasanib, compound, at napakaraming uri ng mga transpormasyon.

Ang resulta ng ganitong interaksyon ay nakadepende sa mga indibidwal na katangian ng bawat atomo , na siyang maglilimita sa uri ng nabuong bond, sa katatagan ng compound, at marami sa mga pisikal at kemikal na katangian nito. Para magkaroon ng nonpolar covalent bond sa loob ng isang molekula , ang mga species na kasangkot ay dapat na halos magkapareho sa mga tuntunin ng electronegativity.

Mga kundisyon na tumutukoy sa pagbuo ng mga link

Bagama't maaaring tila ang mga prosesong ito ng pagbuo ng compound sa pamamagitan ng bonding ay nangyayari nang kusang-loob at sa lahat ng posibleng senaryo, ang totoo ay ang bonding sa pagitan ng mga atomo ay nangyayari lamang kapag ang mga nakapalibot na kondisyon ng proseso ay kanais-nais. Ang mga salik tulad ng temperatura at presyon ay naglilimita sa paglitaw ng reaksyon at nagbabago rin sa resulta o mga katangian ng compound na nabuo.

Ang isa pang mahalagang aspeto ay ang konsentrasyon ng mga sangkap , na siyang tumutukoy sa dami at uri ng sangkap na magreresulta mula sa proseso ng kombinasyon. Sa maraming reaksyon, kahit ang kaunting pagkakaiba-iba sa proporsyon ng mga reactant ay maaaring humantong sa pagbuo ng iba't ibang produkto o pigilan ang reaksyon na magpatuloy.

Ang mga indibidwal na katangian ng mga partikulo , lalo na ang kanilang electronegativity, atomic radius, at electronic configuration, ang tumutukoy sa dami at species na nagsasama-sama; tinutukoy din ng mga ito ang uri ng bond na mabubuo. Dapat nating tandaan na, ayon sa iskala na iminungkahi ni Linus Pauling, ang uri ng bond na mabubuo ay depende sa pagkakaiba sa electronegativity sa pagitan ng mga species.

• Ionic: Pagkakaiba ng elektronegatibidad na mas malaki sa o katumbas ng 1,7Ipinapakita nito na ang ganitong uri ng bono ay katangian ng mga species na may ibang-iba na electronegativities, kaya ang mas electronegative na atom Malakas itong umaakit mga electron ng valence, na bumubuo ng mga positibo at negatibong ion na pinagsasama-sama ng mga puwersang elektrostatiko.
• Kobalente ng polar: Pagkakaiba sa pagitan ng 1,7 at 0,5 humigit-kumulang. Karaniwan itong nabubuo sa pagitan ng mga elemento ng mataas na elektronegatibidad (pangunahin na mga di-metal) at nagkataon na ang compound na nabuo ay resulta ng isang hindi pantay na kompartimento ng mga electron. Ang isa sa mga atomo ay medyo mas umaakit sa ulap ng electron, na lumilikha ng isang bigkis na may isang tiyak na katangian ng polarity.
• Kobalente na hindi polar: Nangyayari ito kapag ang naitalang pagkakaiba ay mas mababa sa o katumbas ng 0,4 – 0,5 (bagaman sa maraming pagkakataon ay halos katumbas ito ng sero). Sa sitwasyong ito, ang mga elektron ay pinaghahatian sa mas balanseng paraan.

Ang mga pamantayang ito ng pagkakaiba sa electronegativity ay nagbibigay-daan sa amin upang mahulaan ang polarity ng bond . Sa partikular, ang mga halaga sa pagitan ng 0 at humigit-kumulang 0,4 ay tumutugma sa mga nonpolar covalent bond , kung saan ang electron cloud ay halos pantay na ipinamamahagi sa pagitan ng dalawang atomong nakagapos.

Ano ang isang nonpolar covalent bond?

Ang kemikal na bigkis ay ang puwersang nag-uugnay sa dalawang atomo. Ang mga interaksyong ito sa pagitan ng mga ito ay nagbibigay sa kanila ng higit na enerhiyang katatagan. Sa pamamagitan ng pagsasama ng ilang atomo sa pamamagitan ng mga bigkis, nabubuo ang mga molekula o mala-kristal na mga sala-sala, na siyang batayan ng lahat ng kilalang materya.

Mula sa estruktural na pananaw, ang isang atomo ay binubuo ng isang nucleus (mga proton at neutron) at isang ulap ng mga electron na gumagalaw sa paligid nito. Ang mga electron na ito, lalo na ang mga nasa valence shell , ang mga nakikilahok sa pagbubuklod. Ang isang nakahiwalay na atomo ay karaniwang hindi gaanong matatag, kaya may posibilidad itong makipag-ugnayan sa ibang mga atomo upang makamit ang mas matatag na mga elektronikong kumpigurasyon, na kadalasang katulad ng sa mga noble gas.

Gaya ng alam ng lahat, ang nucleus ng mga atomo ay may positibong karga, kaya ang natural na tendensiya ng dalawang kemikal na uri ay ang pagtataboy sa isa't isa. Gayunpaman, ang ulap ng mga electron na umiikot sa nucleus ang siyang dahilan kung bakit posible ang pagbuo ng mga kemikal na bono, dahil ang mga electron na ito ay maaaring ibahagi o ilipat sa pagitan ng iba't ibang atomo.

Para mabuo ang isang bono, ang mga kemikal na uri na naroroon ay dapat matugunan ang isang pangkalahatang kondisyon: ang isa ay dapat na walang mga electron sa pinakalabas nitong shell, at ang isa naman ay dapat may mga electron na magagamit upang magbahagi . Ang atraksyong ito sa pagitan ng mga positibong nuclei at ng ibinahaging ulap ng electron ay nagpapahintulot sa puwersang salungat sa pagitan ng mga nuclei na balansehin ng atraksyon sa pagitan ng electron at nucleus, sa gayon ay pinapatatag ang sistema.

Ang isang nonpolar covalent bond , na tinatawag ding puro o apolar covalent bond, ay ang pagsasama ng dalawang atomo na halos pantay na nagbabahagi ng isa o higit pang pares ng mga electron . Ibig sabihin, ang mga electron na bumubuo ng bond ay gumugugol ng halos parehong oras malapit sa isa sa mga atomo gaya ng isa pa, nang walang anumang makabuluhang paghihiwalay ng karga.

Ang ganitong uri ng bono ay nangyayari sa pagitan ng dalawang magkaparehong atomo (ng iisang elemento) o sa pagitan ng dalawang magkaibang atomo na may halos magkaparehong electronegativities . Sa usapin ng pagkakaiba sa electronegativity, ang isang covalent bond ay itinuturing na nonpolar kapag ang pagkakaibang ito ay nasa pagitan ng 0 at 0,4–0,5 . Sa ibaba ng mga halagang ito, ang distribusyon ng electron cloud ay sapat na simetriko kaya walang malinaw na tinukoy na mga pole.

Ang mga molekulang nagreresulta mula sa ganitong uri ng bono ay walang net charge at kadalasang simetriko sa istraktura, na nakakatulong sa isang zero overall dipole moment. Hindi ito ang pinakamaraming uri ng bono sa lahat ng compound, ngunit ito ay pundamental, halimbawa, sa mga diatomic molecule ng maraming gas at sa isang malaking bilang ng mga organic compound.

Mga uri ng nonpolar covalent bond ayon sa mga ibinahaging electron

Sa isang nonpolar covalent bond, ang mga atomo ay maaaring magbahagi ng isa, dalawa, o tatlong pares ng mga electron. Depende sa kung gaano karaming pares ang pinagsasaluhan, may ilang uri na nakikilala:

• Simpleng link: ibinahagi ito isang pares ng mga electron sa pagitan ng dalawang atomo. Ito ang kaso ng H-H bond sa molekula ng hydrogen (H2).
• Dobleng link: ay ibinabahagi dos pares ng mga electron. Ang isang halimbawa ay ang C=C bond sa molekula ng ethylene (C2H4), kung saan ang mga pinagsasaluhang elektron ay halos magkakatulad na ipinamamahagi sa pagitan ng parehong carbon.
• Tatlong link: ay ibinabahagi tatlong pares ng mga electron. Ang isang tipikal na halimbawa ay ang N≡N bond sa molekula ng nitrogen (N2), na, sa kabila ng matinding lakas nito, ay nananatiling isang non-polar covalent bond dahil sa pagkakapantay-pantay ng mga electronegativities.

Sa lahat ng mga kasong ito, ang salik na tumutukoy ay hindi lamang ang bilang ng mga pares na pinagsasaluhan, kundi pati na rin ang pagkakapantay-pantay o pagkakatulad sa electronegativity ng mga kalahok na atomo, na siyang nagsisiguro sa kawalan ng mga markadong polo.

Mga halimbawa ng mga nonpolar covalent bond

Maraming halimbawa ng mga nonpolar covalent bond, kapwa sa mga molekulang nabuo ng magkaparehong atomo at sa mga nabuo ng magkaibang atomo na may magkatulad na electronegativities. Ilan sa mga pinakarepresentatibong kaso ay ang mga sumusunod:

• Mga bigkis sa pagitan ng magkaparehong mga atomo: kapag nabubuo ang isang bono sa pagitan ng dalawang atomo ng parehong elementoAng pagkakaiba sa electronegativity ay eksaktong sero. Ang electron cloud ay pantay na pinaghahatian sa pagitan ng dalawa. Ang mga klasikong halimbawa ay ang hydrogen (H₂) at hydrogen (H₂).2), nitrogen (N2), oxygen (O2), fluorine (F2), bromina (Br2) at iba pang mga diatomic na molekula ng mga elementong hindi metal.
• Molekyul ng hidroheno (H2): Dalawang atomo ng hydrogen ang nagbabahagi ng kanilang iisang valence electron upang bumuo ng iisang covalent bond. Dahil magkapareho ang parehong atomo, ang pagkakaiba sa electronegativity ay zero, kaya ang bond ay malinaw na nonpolar.
• Molekyul ng fluorine (F2Bagama't ang fluorine ang pinakaelektronegatibong elemento sa periodic table, kapag ang isang atomo ng fluorine ay nagdidikit sa isa pa, wala sa kanila ang maaaring makaakit sa ulap ng elektron nang mas malakas kaysa sa isa. Ang electronegativity ay pareho, at ang bond ay nonpolar covalent.
• Molekyul ng osono (O3Sa molekulang ito, ang gitnang atomo ng oksiheno ay nakagapos sa dalawa pang atomo ng oksiheno sa pamamagitan ng mga covalent bond. Ang mga OO bond ay, nang paisa-isa, di-polar na kobalente dahil nangyayari ang mga ito sa pagitan ng mga atomo na may pantay na electronegativity, bagama't ang kumpletong molekula ay may mas kumplikadong istraktura at ilang mga epekto ng resonance.
• Molekyul ng nitroheno (N2): ang bawat atomo ng nitroheno ay nagbabahagi ng tatlong hindi pares na valence electron nito sa isa pa, na bumubuo ng isang triple linkAng pagkakaiba sa electronegativity ay zero, kaya ang N≡N bond ay nonpolar covalent at napakalakas.
• Mga CH bond sa methane (CH4Ang methane ay isang kawili-wiling kaso, dahil ang mga C-H bond nito ay nangyayari sa pagitan ng mga atomo ng iba't ibang elemento. Ang pagkakaiba ng electronegativity sa pagitan ng carbon at hydrogen ay malapit sa 0,4Ang halagang ito ay nasa hangganan sa pagitan ng isang nonpolar at isang bahagyang polar na bond. Sa maraming konteksto, ito ay itinuturing na isang halimbawa ng isang nonpolar covalent bond, o kahit isa na may napakababang polarity. Bukod pa rito, ang heometriya ng tetrahedral Ang mga katangian ng methane ay nagiging sanhi na, kahit na ang bawat bono ay maaaring may bahagyang polarity, ang mga dipole moment ay nagkakansela sa isa't isa at ang buong molekula ay nonpolar.
• Molekyul ng etilena (C2H4): ang ethylene ay may apat na CH bond at isa Dobleng bono na C=CAng mga CH bond (na may napakababang polarity) at ang C=C bond ay parehong nonpolar covalent bond sa mga tuntunin ng distribusyon ng karga. Ang pangkalahatang molekula ay nagpapakita ng simetriya na nagpapatibay sa nonpolar nitong katangian.
• Karbon sulfide (CS)2): ang tambalang ito ay nagtatampok ng isang atomong carbon na linear na nakagapos sa dalawang atomong sulfur sa pamamagitan ng dobleng mga bono C=S. Ang pagkakaiba sa electronegativity sa pagitan ng carbon at sulfur ay hindi masyadong malaki, kaya ang mga bono ay may mahinang polar na katangian. Bukod pa rito, ang linear geometry ay nagiging sanhi ng anumang potensyal na dipole moments na magkakansela sa isa't isa, na nagreresulta sa isang pangkalahatang nonpolar molecule.

Sa lahat ng mga halimbawang ito, alinman sa mga electronegativities ay pantay, o ang pagkakaiba ay mas mababa sa 0,4 – 0,5 , na ginagarantiyahan ang halos pare-parehong distribusyon ng ibinahaging ulap ng elektron.

Mga katangian ng mga compound na may nonpolar covalent bond

Ang mga compound na pangunahing nabuo sa pamamagitan ng mga nonpolar covalent bond ay nagpapakita ng isang hanay ng mga katangian na nagpapaiba sa kanila mula sa mga ionic compound o sa mga may malakas na polar covalent bond. Kabilang sa kanilang pinakamahalagang katangian ay ang mga sumusunod:

• Mababa ang kanilang mga punto ng pagkatunaw at pagkulo kumpara sa mga ionic o metallic compound. Maraming substance ng ganitong uri ang nasa gaseous o liquid state sa temperatura ng kuwarto, tulad ng hydrogen (H₂).2), nitroheno (N2) o bromina (Br2).
• Hindi sila mahusay na nagdadala ng initdahil kulang ang mga ito ng mga malayang elektron o mga mobile ion na maaaring mahusay na maghatid ng enerhiyang thermal sa istruktura.
• anak hindi natutunaw sa tubig sa iba't ibang temperatura, o nagpapakita ng napakababang solubility. Bilang pangkalahatang tuntunin, ang mga compound hindi polar Mas mahusay ang mga ito sa pagkatunaw sa mga nonpolar solvent (tulad ng ilang hydrocarbon), habang ang tubig ay isang strongly polar solvent.
• anak mahinang konduktor ng kuryenteDahil ang mga molekula nito ay neutral sa kuryente at hindi naghihiwalay at nagiging mga ion kapag natunaw, at walang mga mobile charge carrier, ang kuryente ay hindi madaling naipapasa.
• Ang mga molekula ay karaniwang simetriko kaugnay ng isang reference plane o axis, na nakakatulong sa pagiging sero ng vector sum ng posibleng bond dipole moments. Ang symmetry na ito ay susi para ang compound ay kumilos bilang isang nonpolar substance sa pangkalahatan.
• Kasalukuyan medyo mababang enerhiya ng pagbubuklod Kung ikukumpara sa ilang ionic bond o malawak na covalent network (tulad ng diamante), nangangahulugan ito na, sa pangkalahatan, mas kaunting enerhiya ang kinakailangan upang masira ang isang indibidwal na nonpolar covalent bond kaysa sa pagbasag ng isang malakas na ionic bond.
• Maaari silang bumuo mga solido, likido, o gas sa temperatura ng silid, depende sa lakas ng mga puwersang intermolekular (mga puwersa ng London dispersion, induced dipole, atbp.) at ang laki ng mga molekula. Halimbawa, ang nitrogen (N2) ay isang gas, bromine (Br2) ay mga likido at organikong compound tulad ng naphthalene (C10H8) ay mga molekular na solido.

Kung pagsasama-samahin, ang mga katangiang ito ay nagpapaliwanag kung bakit maraming compound na may mga nonpolar covalent bond ang ginagamit bilang mga organic solvent , panggatong, o mga insulating material, kapwa elektrikal at thermal.

Pamamaraan upang makilala ang uri ng bono sa isang Molekyul

Kung nais mong matukoy nang mas tiyak kung ang uri ng bond sa isang molekula ay nonpolar covalent , maaari mong sundin ang isang simpleng pamamaraan batay sa electronegativity ng mga elemento:

• Una, tukuyin kung anong mga elemento ang bumubuo sa molekula at ang kanilang katangian: kung sila ba ay mga metalKaraniwan silang matatagpuan sa kaliwang bahagi at sa gitna ng periodic table; kung sila ay walang metal, ay matatagpuan sa kanang bahagi (kabilang ang hydrogen sa maraming iskema ng pag-aaral).
• Bago gawin ang pagkalkula, maaari ka nang magkaroon ng isa konsepto ng resultaAyon sa kahulugan, kung ikaw ay nasa harapan ng dalawang elementong hindi metal, isang compound ang mabubuo. covalent bondAng tanong ay mananatili kung ito ay magiging polar o non-polar.
• Hanapin ang mga elektronegatibidad para sa bawat elemento sa periodic table (karaniwang gumagamit ng mga halaga ng Pauling scale). Isulat ang halagang katumbas ng bawat atomo na nakikilahok sa bond.
• Gumawa ng simpleng pagbabawas sa pagitan ng mga halaga ng electronegativity (sa pangkalahatan, mas mataas na halaga binawasan ng mas mababang halaga). Ang resulta ay magbibigay sa iyo ng pagkakaiba sa elektronegatibidad sa pagitan ng parehong atomo.
• Ihambing ang nakuha na halaga sa mga agwat ng sanggunian: kung ang pagkakaiba ay mas malaki sa o katumbas ng 1,7, ang bono ay magiging pangunahing ionic; kung ito ay nasa pagitan ng 0,5 at 1,7, ay isinasaalang-alang polar covalentAt kung ito ay mas mababa sa o katumbas ng 0,4 – 0,5, Ito ay tungkol sa a hindi polar na kovalent na bono o may napakababang polarity.

Bukod sa quantitative analysis na ito, mahalagang isaalang-alang ang geometry ng molekula . Ang isang molekula ay maaaring maglaman ng ilang polar bond ngunit maaaring maging globally nonpolar kung ang spatial arrangement ng mga bond ay nagiging sanhi ng pagkansela ng mga dipole moment sa isa't isa. Ang isang tipikal na halimbawa ay ang carbon dioxide (CO₂ ) , kung saan ang mga C=O bond ay polar, ngunit ang linear geometry ay ginagawang zero ang kabuuang dipole moment.

Ang pag-unawa sa bond polarity at molecular polarity ay susi sa kimika upang mahulaan ang mga katangian tulad ng solubility, melting at boiling points, reactivity, at ang pag-uugali ng mga sangkap sa iba't ibang media.

Ang detalyadong pag-aaral ng mga nonpolar covalent bond ay nagbibigay-daan sa atin na maunawaan kung bakit napakaraming pang-araw-araw na sangkap (mga gas sa atmospera, panggatong, plastik at iba pang organikong molekula) ang nagpapakita ng mga pisikal na pag-uugali na ibang-iba sa mga ionic salt o metal, sa kabila ng mga ito ay binubuo ng ilang uri ng mga atomo na nagsasama-sama sa magkakaibang paraan.