INTERATOMISKĀS SAITES: RAKSTURLIELUMI UN VEIDI - ĶĪMIJA - 2025

Interatomic saite ir ķīmiskā saite, kas formas starp atomiem, lai ražotu molekulas. Lai gan mūsdienās zinātnieki parasti ir vienisprātis, ka elektroni negriežas ap kodolu, vēstures gaitā tika uzskatīts, ka katrs elektrons riņķo ap atoma kodolu atsevišķā apvalkā.

Mūsdienās zinātnieki secināja, ka elektroni lidinās virs noteiktiem atoma apgabaliem un neveido orbītas, tomēr valences apvalks joprojām tiek izmantots, lai aprakstītu elektronu pieejamību.

1. attēls: atomi, kas mijiedarbojas viens ar otru, izmantojot ķīmiskās saites.

Linuss Paulings deva ieguldījumu mūsdienu izpratnē par ķīmisko savienošanu, uzrakstot grāmatu “Ķīmiskās līmēšanas būtība”, kurā viņš apkopoja idejas no sera Īzaka Ņūtona, Ītienne François Geoffroy, Edvarda Franklanda un jo īpaši no Gilbert N. Lewis.

Tajā viņš sasaistīja kvantu mehānikas fiziku ar elektronisko mijiedarbību ķīmisko raksturu, kas notiek, veidojot ķīmiskās saites.

Paulinga darbs koncentrējās uz to, lai pārliecinātos, ka īstās jonu saites un kovalentās saites atrodas saišu spektra galos un ka lielākā daļa ķīmisko saišu tiek klasificētas starp šīm galējībām.

Tālāk Paulings izstrādāja saites tipa bīdāmo skalu, ko regulē saitā iesaistīto atomu elektronegativitāte.

Paulinga milzīgais ieguldījums mūsu mūsdienu izpratnē par ķīmiskajām saistībām noveda pie tā, ka 1954. gada Nobela prēmijai tika piešķirta "par ķīmiskās saites rakstura izpēti un tās piemērošanu sarežģītu vielu struktūras noskaidrošanai".

Dzīvas lietas veido atomi, bet vairumā gadījumu šie atomi ne tikai peld atsevišķi. Tā vietā parasti tie mijiedarbojas ar citiem atomiem (vai atomu grupām).

Piemēram, atomus var savienot ar stiprām saitēm un sakārtot molekulās vai kristālos. Vai arī tie var veidot īslaicīgas, vājas saites ar citiem atomiem, kas ar tiem saduras.

Gan spēcīgās saites, kas saista molekulas, gan vājās saites, kas rada īslaicīgus savienojumus, ir būtiskas gan mūsu ķermeņa ķīmijai, gan pašas dzīvības pastāvēšanai.

Atomi mēdz organizēties pēc iespējas stabilākos modeļos, kas nozīmē, ka viņiem ir tendence pabeigt vai aizpildīt attālākās elektronu orbītas.

Tieši tā viņi rīkojas ar citiem atomiem. Spēks, kas satur atomus kopā kolekcijās, kuras sauc par molekulām, ir pazīstams kā ķīmiskā saite.

Interatomisko ķīmisko saišu veidi

Metāla saite

Metāliskā saite ir spēks, kas satur atomus tīrā metāla vielā. Šāda cieta viela sastāv no cieši iesaiņotiem atomiem.

Vairumā gadījumu katra metāla atoma ārējais elektronu apvalks pārklājas ar lielu skaitu blakus esošo atomu. Rezultātā valences elektroni nepārtraukti pārvietojas no atoma uz atomu un nav saistīti ar kādu īpašu atomu pāri.

2. attēls: metāliskās saites ilustrācija

Metāliem ir vairākas unikālas īpašības, piemēram, spēja vadīt elektrību, zema jonizācijas enerģija un zema elektronegativitāte (tāpēc tie viegli atsakās no elektroniem, tas ir, tie ir katjoni).

To fizikālajām īpašībām ir spīdīgs (spīdīgs) izskats, un tie ir kaļami un kaļami. Metāliem ir kristāliska struktūra. Tomēr metāli ir arī kaļami un kaļami.

Pagājušā gadsimta divdesmitajos gados Pols Drüde nāca klajā ar elektronu jūras teoriju, modelējot metālus kā atomu kodolu (atomu kodoli = pozitīvi kodoli + iekšējais elektronu apvalks) un valences elektronu maisījumu.

Šajā modelī valences elektroni ir brīvi, delokalizēti, mobili un nav saistīti ar kādu konkrētu atomu.

Jonu saite

Jonu saitēm ir elektrostatisks raksturs. Tie rodas, kad elements ar pozitīvu lādiņu pievienojas ar negatīvu lādiņu, izmantojot kulinārijas mijiedarbību.

Elementiem ar zemu jonizācijas enerģiju ir tendence viegli zaudēt elektronus, savukārt elementiem ar augstu elektronu afinitāti ir tendence iegūt tos, veidojot attiecīgi katjonus un anjonus, kas veido jonu saites.

Savienojumi, kas uzrāda jonu saites, veido jonu kristālus, kuros pozitīvie un negatīvi lādētie joni svārstās tuvu viens otram, bet starp pozitīvajiem un negatīvajiem joniem ne vienmēr ir tieša korelācija 1-1.

Jonu saites parasti var sadalīt, hidrējot vai pievienojot ūdenim savienojumu.

Vielas, kuras tur kopā ar jonu saitēm (piemēram, nātrija hlorīds), parasti var atdalīties par īsti lādētiem joniem, kad uz tiem iedarbojas ārējs spēks, piemēram, izšķīdinot ūdenī.

Turklāt cietā formā atsevišķi atomi netiek piesaistīti atsevišķam kaimiņam, bet gan veido milzu tīklus, kurus viens otram piesaista elektrostatiskās mijiedarbības starp katra atoma kodolu un blakus esošajiem valences elektroniem.

Pievilcīgais spēks starp blakus esošajiem atomiem jonu cietvielām piešķir īpaši sakārtotu struktūru, kas pazīstama kā jonu režģis, kur pretēji uzlādētas daļiņas sakrīt viena ar otru, lai izveidotu cieši saistītu stingru struktūru.

3. attēls: nātrija hlorīda kristāls

Kovalentā saite

Kovalentā sasaiste notiek, ja atomiem dalās elektronu pāri. Atomi saistīsies kovalenti ar citiem atomiem, lai iegūtu lielāku stabilitāti, ko panāk, veidojot pilnīgu elektronu apvalku.

Daloties ar attālākajiem (valences) elektroniem, atomi var aizpildīt savu ārējo apvalku ar elektroniem un iegūt stabilitāti.

4. attēls: slāpekļa molekulas kovalentās saites Lūisa diagramma

Kaut arī tiek teikts, ka atomi dalās ar elektroniem, kad tie veido kovalento saiti, tie bieži elektronus nesadala vienādi. Tikai tad, ja viena un tā paša elementa divi atomi veido kovalento saiti, dalītie elektroni faktiski ir vienādi sadalīti starp atomiem.

Kad dažādu elementu atomi dalās ar elektroniem, izmantojot kovalento savienojumu, elektrons tiks virzīts tālāk uz atomu ar visaugstāko elektronegativitāti, iegūstot polāro kovalento saiti.

Salīdzinot ar jonu savienojumiem, kovalentiem savienojumiem parasti ir zemāka kušanas un viršanas temperatūra, un tiem ir mazāka tendence izšķīst ūdenī.

Kovalenti savienojumi var būt gāzveida, šķidrā vai cietā stāvoklī, un tie labi nevada elektrību un siltumu.

Ūdeņraža saites

5. attēls: ūdeņraža saites starp divām ūdens molekulām

Ūdeņraža saites vai ūdeņraža saites ir vāja mijiedarbība starp ūdeņraža atomu, kas piestiprināts elektronegatīvam elementam, ar citu elektronegatīvu elementu.

Polārajā kovalentajā saitē, kas satur ūdeņradi (piemēram, OH saiti ūdens molekulā), ūdeņradim būs neliels pozitīvs lādiņš, jo saistošie elektroni tiek spēcīgāk pievilkti otra elementa virzienā.

Sakarā ar šo nelielo pozitīvo lādiņu ūdeņradis tiks piesaistīts visiem blakus esošajiem negatīvajiem lādiņiem.

Saites uz Van der Waals

Tie ir samērā vāji elektriskie spēki, kas neitrālās molekulas piesaista viens otram gāzēs, sašķidrinātās un sacietējušās gāzēs un gandrīz visos organiskajos un cietajos šķidrumos.

Spēki ir nosaukti holandiešu fiziķim Johanesam Diderikam van der Velssam, kurš 1873. gadā pirmo reizi postulēja šos starpmolekulāros spēkus, izstrādājot teoriju, lai izskaidrotu reālo gāzu īpašības.

Van der Waals spēki ir vispārīgs termins, ko lieto, lai definētu starpmolekulāro spēku pievilcību starp molekulām.

Pastāv divas Van der Waals spēku klases: Londonas izkliedes spēki, kas ir vāji un stiprāki dipola-dipola spēki.

Atsauces

1. Entonijs Kaprijs, AD (2003). Ķīmiskā saistīšana: ķīmiskās saites raksturs. Izgūts no visionlearning visionlearning.com
2. Camy Fung, NM (2015, 11. augusts). Kovalentās obligācijas. Paņemts no chem.libretexts chem.libretexts.org
3. Clark, J. (2017, 25. februāris). Metāla līmēšana. Paņemts no chem.libretexts chem.libretexts.org
4. Encyclopædia Britannica. (2016, 4. aprīlis). Metāla saite. Pārņemts no britannica britannica.com.
5. Encyclopædia Britannica. (2016, 16. marts). Van der Waals spēki. Pārņemts no britannica britannica.com
6. Kathryn Rashe, LP (2017, 11. marts). Van der Waals spēki. Paņemts no chem.libretexts chem.libretexts.org.
7. Kāns, S. (SF). Ķīmiskās saites. Pārņemts no khanacademy khanacademy.org.
8. Martinezs, E. (2017. gads, 24. aprīlis). Kas ir atomu saistīšana? Ņemts no zinātniski pētnieciskā.com.
9. Wyzant, Inc. (SF). Obligācijas. Pārņemts no wyzant wyzant.com.