Charakteristika und Eigenschaften unpolarer kovalenter Bindungen: ein vollständiger Leitfaden mit Beispielen

Seit Beginn der Studien zu den Eigenschaften von Materie haben Wissenschaftler die Existenz einer Kraft erkannt, die Verbindungen zwischen verschiedenen Arten herstellen kann. "Teilchen werden von Kräften angezogen" Das sagte Isaac Newton, und Jahre später, dank der Erfindung der berühmten Voltasche Säule, entwickelte Jöns Jakob Berzelius eine Theorie über den Prozess der chemischen Verbindung.

Dank der Fortschritte in der Forschung verschiedener Wissenschaftler sind wir heute sicher, dass chemische ElementeGenau wie Menschen interagieren sie miteinander, und aus dieser Interaktion entstehen neue Strukturen, Verschmelzungen, Verbindungen und eine große Vielfalt an Transformationen.

Das Ergebnis einer solchen Interaktion hängt von der individuelle Eigenschaften jedes AtomsDies schränkt die Art der Bindung, die Stabilität der Verbindung und viele ihrer physikalischen und chemischen Eigenschaften ein. Damit sich innerhalb eines Moleküls eine Bindung bilden kann, muss eine spezifische Bindung entstehen. unpolare kovalente BindungDie beteiligten Spezies müssen hinsichtlich ihrer Elektronegativität sehr ähnlich sein.

Bedingungen, die die Bildung von Links bestimmen

Obwohl man annehmen könnte, dass diese Prozesse der Verbindungsbildung durch die Entstehung von Bindungen spontan und in allen möglichen Szenarien ablaufen, ist die Wahrheit, dass Verbindung zwischen Atomen Es tritt nur dann auf, wenn die Umgebungsbedingungen des Prozesses günstig sind. Faktoren wie zum Beispiel Temperatur und presión Sie begrenzen das Auftreten der Reaktion und verändern auch das Ergebnis oder die Eigenschaften der gebildeten Verbindung.

Ein weiterer wichtiger Aspekt ist die Konzentration der SubstanzenDies bestimmt die Menge und Art der Komponente, die bei der Reaktion entsteht. Bei vielen Reaktionen kann bereits eine geringfügige Abweichung im Verhältnis der Reaktanten zur Bildung anderer Produkte führen oder die Reaktion gänzlich verhindern.

Die individuelle Eigenschaften der PartikelInsbesondere ihre Elektronegativität, ihr Atomradius und ihre Elektronenkonfiguration bestimmen die Menge und die Art der Verbindungen, in denen sie sich verbinden; sie bestimmen auch die Linktyp was sich weiterentwickeln wird. Wir müssen bedenken, dass gemäß der von Linus Pauling vorgeschlagenen Skala die Art der gebildeten Bindung von der Elektronegativitätsdifferenz zwischen den beteiligten Spezies abhängt:

• Ionic: Elektronegativitätsdifferenz größer oder gleich 1,7Dies zeigt, dass diese Art von Bindung charakteristisch für Spezies mit sehr unterschiedlicher Elektronegativität ist, wobei das elektronegativere Atom Es zieht stark an Valenzelektronen erzeugen positive und negative Ionen, die durch elektrostatische Kräfte zusammengehalten werden.
• Polare kovalente Bindung: Unterschied zwischen 1,7 und 0,5 ungefähr. Es wird üblicherweise zwischen Elementen gebildet. hohe Elektronegativität (hauptsächlich Nichtmetalle) und es kommt vor, dass die gebildete Verbindung das Ergebnis einer ungleiches Abteil der Elektronen. Eines der Atome zieht die Elektronenhülle etwas stärker an, wodurch eine Bindung mit einer bestimmten Polarität entsteht.
• Unpolare kovalente Bindung: Dies geschieht, wenn die aufgezeichnete Differenz kleiner oder gleich 0,4 – 0,5 (obwohl es in vielen Fällen praktisch gleich null ist). In dieser Situation werden die Elektronen wesentlich ausgeglichener geteilt.

Diese Kriterien für die Elektronegativitätsdifferenz erlauben Die Polarität der Bindung vorhersagenInsbesondere entsprechen Werte zwischen 0 und ungefähr 0,4 unpolare kovalente Bindungen, bei der die Elektronenwolke nahezu gleichmäßig zwischen den beiden gebundenen Atomen verteilt ist.

Was ist eine unpolare kovalente Bindung?

Un chemische Bindung Es ist die Kraft, die zwei Atome miteinander verbindet. Diese Wechselwirkungen zwischen ihnen verleihen ihnen eine höhere energetische Stabilität. Wenn mehrere Atome durch Bindungen verbunden sind, bilden sie ein Atom. Moleküle oder kristalline Gitter, die die Grundlage aller bekannten Materie bilden.

Aus struktureller Sicht besteht ein Atom aus einem Kern (Protonen und Neutronen) und eine Wolke von Elektronen die sich bewegen. Diese Elektronen, insbesondere die der ValenzschaleDies sind die Elemente, die an den Bindungen beteiligt sind. Ein isoliertes Atom ist im Allgemeinen nicht sehr stabil und neigt daher dazu, sich zu isolieren. interagieren mit anderen Atomen um stabilere elektronische Konfigurationen zu erreichen, die oft denen von Edelgasen ähneln.

Bekanntlich ist der Atomkern positiv geladen, daher würden sich zwei chemische Spezies normalerweise abstoßen. Elektronen Wolke das um den Atomkern kreist, was die Bildung chemischer Bindungen ermöglicht, da es Teilen o überweisen zwischen verschiedenen Atomen.

Damit eine Bindung entstehen kann, müssen die vorhandenen chemischen Spezies eine allgemeine Bedingung erfüllen: Eines der Atome muss einen Mangel an Elektronen in seiner äußersten Schale aufweisen, das andere muss über freie Elektronen verfügen, die es teilen kann.Diese Anziehungskraft zwischen positiven Atomkernen und gemeinsamer Elektronenhülle ermöglicht es, die Abstoßungskraft zwischen den Atomkernen durch die Anziehungskraft zwischen Elektron und Atomkern auszugleichen und so das System zu stabilisieren.

Eine unpolare kovalente BindungEine kovalente Bindung, auch reine oder unpolare kovalente Bindung genannt, ist die Verbindung zweier Atome, die ein oder mehrere Elektronenpaare so teilen, dass... praktisch gleichDas heißt, die Elektronen, die die Bindung bilden, verbringen ungefähr gleich viel Zeit in der Nähe des einen Atoms wie in der Nähe des anderen, ohne dass es zu einer nennenswerten Ladungstrennung kommt.

Diese Art von Verbindung tritt zwischen zwei auf identische Atome (des gleichen Elements) oder zwischen zwei verschiedenen Atomen, die jedoch unterschiedliche Elektronegativitäten aufweisen sehr ähnlichBezüglich der Elektronegativitätsdifferenz gilt eine kovalente Bindung als unpolar, wenn diese Differenz zwischen 0 und 0,4 – 0,5Unterhalb dieser Werte ist die Verteilung der Elektronenwolke ausreichend symmetrisch, sodass keine klar definierten Pole vorhanden sind.

Die aus dieser Art von Bindung entstehenden Moleküle besitzen keine Nettoladung und sind oft symmetrisch Diese Bindungsart ist in ihrer Struktur vorhanden und trägt dazu bei, dass das Gesamtdipolmoment null ist. Sie ist zwar nicht die häufigste Bindungsart in allen Verbindungen, aber sie ist grundlegend, beispielsweise in den zweiatomigen Molekülen vieler Gase und in einer Vielzahl organischer Verbindungen.

Arten unpolarer kovalenter Bindungen nach Art der gemeinsamen Elektronen

In einer unpolaren kovalenten Bindung können Atome sich Energie teilen ein, zwei oder drei Paare von Elektronen. Je nachdem, wie viele Paare geteilt werden, werden verschiedene Typen unterschieden:

• Einfacher Link: es wird geteilt ein einzelnes Paar von Elektronen zwischen den beiden Atomen. Dies ist der Fall bei der H-H-Bindung im Wasserstoffmolekül (H₂).2).
• Doppellink: werden geteilt dos pares von Elektronen. Ein Beispiel ist die C=C-Bindung im Ethylenmolekül (C2H4), wobei die gemeinsamen Elektronen nahezu homogen zwischen den beiden Kohlenstoffatomen verteilt sind.
• Dreifachverbindung: werden geteilt drei Paare von Elektronen. Ein typisches Beispiel ist die N≡N-Bindung im Stickstoffmolekül (N₂).2), die trotz ihrer großen Stärke aufgrund der Gleichheit der Elektronegativitäten eine unpolare kovalente Bindung bleibt.

In all diesen Fällen ist der entscheidende Faktor nicht nur die Anzahl der gemeinsamen Paare, sondern auch die Gleichheit oder Ähnlichkeit der Elektronegativität der beteiligten Atome, wodurch das Fehlen markierter Pole gewährleistet wird.

Beispiele für unpolare kovalente Bindungen

Es gibt zahlreiche Beispiele für unpolare kovalente Bindungen, sowohl in Molekülen aus identischen Atomen als auch in solchen aus unterschiedlichen Atomen mit ähnlicher Elektronegativität. Einige der repräsentativsten Fälle sind die folgenden:

• Bindungen zwischen identischen Atomen: wenn sich eine Bindung zwischen zwei Atomen bildet gleiches ElementDer Unterschied in der Elektronegativität beträgt exakt null. Die Elektronenhülle wird von beiden Molekülen gleichmäßig geteilt. Klassische Beispiele hierfür sind Wasserstoff (H₂) und Wasserstoff (H₂).2), Stickstoff (N.2), Sauerstoff (O.2), Fluor (F.2), Brom (Br2) und andere zweiatomige Moleküle nichtmetallischer Elemente.
• Wasserstoffmolekül (H2Zwei Wasserstoffatome teilen sich ihr einziges Valenzelektron und bilden so eine Einfachbindung. Da beide Atome identisch sind, ist die Elektronegativitätsdifferenz null, daher handelt es sich offensichtlich um eine Einfachbindung. unpolar.
• Fluormolekül (F2Obwohl Fluor das elektronegativste Element im Periodensystem ist, kann bei der Bindung zweier Fluoratome keines die Elektronenhülle des anderen stärker anziehen. Die Elektronegativität ist gleich, und die Bindung ist unpolar kovalent.
• Ozonmolekül (O3In diesem Molekül ist das zentrale Sauerstoffatom über kovalente Bindungen an zwei weitere Sauerstoffatome gebunden. Die OO-Bindungen sind einzeln betrachtet: unpolare kovalente Bindung weil sie zwischen Atomen mit gleicher Elektronegativität auftreten, obwohl das vollständige Molekül eine komplexere Struktur und bestimmte Resonanzeffekte aufweist.
• Stickstoffmolekül (N2): Jedes Stickstoffatom teilt seine drei ungepaarten Valenzelektronen mit dem anderen und bildet so ein DreifachverbindungDa der Unterschied in der Elektronegativität null ist, ist die N≡N-Bindung unpolar kovalent und extrem stark.
• CH-Bindungen in Methan (CH4Methan ist ein interessanter Fall, da seine C-H-Bindungen zwischen Atomen verschiedener Elemente auftreten. Der Elektronegativitätsunterschied zwischen Kohlenstoff und Wasserstoff ist nahezu gleich groß. 0,4Dieser Wert liegt an der Grenze zwischen einer unpolaren und einer schwach polaren Bindung. In vielen Kontexten gilt er als Beispiel für eine unpolare kovalente Bindung oder zumindest für eine Bindung mit sehr geringer Polarität. Darüber hinaus Tetraedrische Geometrie Die Eigenschaften von Methan bewirken, dass sich die Dipolmomente gegenseitig aufheben, obwohl jede Bindung eine leichte Polarität aufweisen kann, und dass das gesamte Molekül unpolar ist.
• Ethylenmolekül (C2H4): Ethylen besitzt vier CH-Bindungen und eine C=C-DoppelbindungSowohl die CH-Bindungen (von sehr geringer Polarität) als auch die C=C-Bindung sind hinsichtlich der Ladungsverteilung unpolare kovalente Bindungen. Das Molekül weist insgesamt eine Symmetrie auf, die seinen unpolaren Charakter verstärkt.
• Kohlenstoffsulfid (CS2Diese Verbindung zeichnet sich durch ein Kohlenstoffatom aus, das linear über zwei Schwefelatome gebunden ist. Doppelbindungen C=S. Der Unterschied in der Elektronegativität zwischen Kohlenstoff und Schwefel ist nicht sehr groß, daher weisen die Bindungen einen schwach polaren Charakter auf. Zudem bewirkt die lineare Geometrie, dass sich mögliche Dipolmomente gegenseitig aufheben, was zu einem insgesamt unpolaren Molekül führt.

In all diesen Beispielen sind entweder die Elektronegativitäten gleich oder die Differenz ist kleiner als der Wert 0,4 – 0,5, wodurch eine nahezu gleichmäßige Verteilung der gemeinsam genutzten elektronischen Cloud gewährleistet wird.

Eigenschaften von Verbindungen mit unpolaren kovalenten Bindungen

Verbindungen, die hauptsächlich aus unpolaren kovalenten Bindungen bestehen, weisen eine Reihe von Eigenschaften auf, die sie von ionischen Verbindungen oder solchen mit stark polaren kovalenten Bindungen unterscheiden. Zu ihren wichtigsten Eigenschaften gehören die folgenden:

• Sie haben niedrige Schmelz- und Siedepunkte. im Vergleich zu ionischen oder metallischen Verbindungen. Viele Substanzen dieser Art liegen bei Raumtemperatur im gasförmigen oder flüssigen Zustand vor, wie beispielsweise Wasserstoff (H₂).2), Stickstoff (N2) oder Brom (Br2).
• Sie leiten Wärme schlecht.weil ihnen freie Elektronen oder bewegliche Ionen fehlen, die thermische Energie effizient durch die Struktur transportieren können.
• Konklusion unlöslich in Wasser bei verschiedenen Temperaturen oder weisen eine sehr geringe Löslichkeit auf. Im Allgemeinen gilt für die Verbindungen unpolar Sie lösen sich tendenziell besser in unpolaren Lösungsmitteln (wie z. B. bestimmten Kohlenwasserstoffen), während Wasser ein stark polares Lösungsmittel ist.
• Konklusion schlechte elektrische LeiterDa seine Moleküle elektrisch neutral sind und sich beim Auflösen nicht in Ionen aufspalten und keine beweglichen Ladungsträger vorhanden sind, ist eine elektrische Stromübertragung nicht ohne Weiteres möglich.
• Moleküle sind normalerweise symmetrisch Bezüglich einer Referenzebene oder -achse trägt dies dazu bei, dass die Vektorsumme der möglichen Bindungsdipolmomente null ist. Diese Symmetrie ist entscheidend dafür, dass sich die Verbindung insgesamt wie eine unpolare Substanz verhält.
• Gegenwart relativ niedrige Bindungsenergien Im Vergleich zu einigen Ionenbindungen oder ausgedehnten kovalenten Netzwerken (wie Diamant) bedeutet dies, dass im Allgemeinen weniger Energie benötigt wird, um eine einzelne unpolare kovalente Bindung zu brechen, als um eine starke Ionenbindung zu brechen.
• Sie können sich bilden Feststoffe, Flüssigkeiten oder Gase bei Raumtemperatur, abhängig von der Stärke der intermolekularen Kräfte (London-Dispersionskräfte, induziertes Dipolmoment usw.) und der Größe der Moleküle. Zum Beispiel Stickstoff (N₂).2Brom (Br) ist ein Gas.2) ist flüssig und besteht aus organischen Verbindungen wie Naphthalin (C10H8) sind molekulare Feststoffe.

Zusammengenommen erklären diese Eigenschaften, warum viele Verbindungen mit unpolaren kovalenten Bindungen verwendet werden als organische Lösungsmittel, Brennstoffe oder Isoliermaterialien, sowohl elektrische als auch thermische.

Verfahren zur Identifizierung der Art der Bindung in einem Molekül

Wenn Sie genauer bestimmen möchten, ob es sich bei der Bindung in einem Molekül um eine solche handelt unpolarer kovalenter TypMan kann ein einfaches Verfahren anwenden, das auf der Elektronegativität der Elemente basiert:

• Zuerst muss man die Elemente identifizieren, aus denen das Molekül besteht, und deren Beschaffenheit bestimmen: ob sie … MetalleSie befinden sich üblicherweise auf der linken Seite und in der Mitte des Periodensystems; wenn sie keine Metalle, befinden sich auf der rechten Seite (einschließlich Wasserstoff in vielen Studienschemata).
• Bevor Sie die Berechnung durchführen, können Sie bereits einen haben. Vorstellung vom ErgebnisDefinitionsgemäß bildet sich eine Verbindung, wenn zwei nichtmetallische Elemente zusammentreffen. kovalente BindungEs bleibt die Frage, ob es polar oder unpolar sein wird.
• Suchen Sie die Elektronegativitäten Für jedes Element im Periodensystem (normalerweise unter Verwendung der Pauling-Skala) notieren Sie den Wert, der jedem an der Bindung beteiligten Atom entspricht.
• macht ein einfache Subtraktion zwischen den Elektronegativitätswerten (im Allgemeinen höherer Wert minus niedrigerer Wert). Das Ergebnis liefert Ihnen die Elektronegativitätsdifferenz zwischen beiden Atomen.
• Vergleichen Sie den erhaltenen Wert mit den Referenzintervallen: Wenn die Differenz beträgt größer oder gleich 1,7Die Bindung wird überwiegend ionisch sein; wenn sie zwischen 0,5 und 1,7, gilt als polare kovalenteUnd wenn es so ist kleiner oder gleich 0,4 – 0,5es ist ein unpolare kovalente Bindung oder von sehr niedriger Polarität.

Zusätzlich zu dieser quantitativen Analyse ist es wichtig, Folgendes zu berücksichtigen: Geometrie des MolekülsEin Molekül kann mehrere polare Bindungen enthalten und dennoch global polar sein. unpolar Wenn die räumliche Anordnung der Bindungen dazu führt, dass sich die Dipolmomente gegenseitig aufheben. Ein typisches Beispiel ist Kohlendioxid (CO₂).2), bei denen die C=O-Bindungen polar sind, die lineare Geometrie jedoch das gesamte Dipolmoment auf Null setzt.

Verstehe die Bindungspolarität und molekulare Polarität In der Chemie ist es von zentraler Bedeutung, Eigenschaften wie Löslichkeit, Schmelz- und Siedepunkte, Reaktivität und das Verhalten von Substanzen in verschiedenen Medien vorherzusagen.

Die detaillierte Studie der unpolare kovalente Bindungen Es ermöglicht uns zu verstehen, warum so viele alltägliche Substanzen (atmosphärische Gase, Brennstoffe, Kunststoffe und andere organische Moleküle) physikalische Eigenschaften aufweisen, die sich stark von denen ionischer Salze oder Metalle unterscheiden, obwohl sie aus wenigen Atomarten bestehen, die sich auf vielfältige Weise verbinden.