Har du nogensinde spekuleret på, hvad der får universet til at hænge sammen? Her er et tip: det er ikke en krukke i industriel størrelse med kosmisk superlim. Nej, hemmeligheden bag at holde tingene sammen er en kemisk bindingsproces kendt som valent binding - hvor elektronerne i atomernes ydre skaller binder sig til hinanden og danner molekyler. Kovalente bindinger er nogle af de kraftigste bindinger i universet.
Kovalente bindingers fader - Irving Langmuir
Den kemiske videnskabs verden blev introduceret til princippet om kovalens i 1919. Den fremtidige nobelprisvindende kemiker Irving Langmuir opfandt udtrykket for at beskrive de molekylære bindinger dannet af elektroner i den yderste skal eller valens af atomer. Udtrykket 'kovalent binding' kom først i brug i 1939.
En amerikansk kemiker, Irving Langmuir, blev født i Brooklyn, New York, den 31. januar 1881, som den tredje af fire sønner til Charles Langmuir og Sadie Comings. Langmuir dimitterede som metallurgisk ingeniør fra School of Mines ved Columbia University i 1903 og fik sin M. A. og Ph.D. i kemi i 1906. Hans arbejde i overfladekemi ville blive belønnet med Nobelprisen i kemi, i 1932.
Atomer og molekyler - betyder de virkelig noget?
Kort sagt, uden atomer ville universet ikke eksistere. Dette skyldes, at atomer er de grundlæggende byggesten i stof. Hvad menes egentlig med materie? I de fysiske og kemiske videnskaber defineres 'stof' som det, der optager plads og besidder hvilemasse, især til forskel fra energi. Så i en universel nøddeskal er 'stof' alt.
Atomer består af tre grundlæggende subatomære partikler: protoner, neutroner og elektroner. Protoner er subatomære partikler, der opretholder en positiv elektrisk ladning. Neutroner er subatomære partikler, der hverken har en positiv eller en negativ elektrisk ladning, dvs. neutral. Protoner og neutroner kombineres for at udgøre et atoms kerne. Elektroner, den sidste subatomære partikeltype, opretholder en negativ elektrisk ladning og kredser om atomkernen som en sky.
Så hvad er molekyler? Molekyler er hverken mere eller mindre end atomer, der tiltrækkes af andre atomer nok til at danne en binding. En valensbinding.
Molekylær binding - Typer af Valent-bindinger
Når atomer binder til hinanden for at danne molekyler, kan processen ske på et par forskellige måder. Den vigtigste måde, hvorpå atomer vil binde sig, er kendt som kovalent. Udtrykket kovalent refererer til det faktum, at bindingen involverer deling af et eller flere elektronpar. Der er også andre måder, hvorpå atomer kan danne valente bindinger, herunder:
gta v snydekoder til ps5
- Ionbindinger eller bindinger dannes, når et atom afgiver en eller flere elektroner til et andet atom.
- Metalliske bindinger, typen af kemikalie binding som holder metallernes atomer sammen. Metalliske bindinger er den tvungne tiltrækning mellem valenselektroner og metalatomerne.
Kovalente molekylære bindinger - grundstoffer vs. forbindelser
Når der opstår valente tiltrækninger mellem atomer, danner de molekylære bindinger eller stoffer, der enten er forbindelser eller grundstoffer. Selvom molekylære forbindelser og molekylære elementer opstår som et resultat af kovalent binding, er der også en vigtig forskel mellem de to.
Forskellen mellem et molekyle af en forbindelse og et molekyle af et grundstof er, at i et grundstofs molekyle er alle atomerne ens. For eksempel er der i et molekyle af vand (en forbindelse) et oxygenatom og to hydrogenatomer. Men i et iltmolekyle (et grundstof) er begge atomer ilt.
Eksempler på kovalente bindingsforbindelser
Der er mange eksempler på forbindelser med kovalente bindinger, herunder gasserne i vores atmosfære, almindelige brændstoffer og de fleste af forbindelserne i vores krop. Her er tre eksempler.
Metanmolekyle (CH4)
Den elektroniske konfiguration af kulstof er 2,4. Den skal bruge 4 elektroner mere i sin ydre skal for at være som ædelgassen neon. For at gøre dette deler et kulstofatom fire elektroner med de enkelte elektroner fra fire brintatomer. Metanmolekylet har fire CH-enkeltbindinger.
Vandmolekyle (H2O)
Et oxygenatom forbindes med to hydrogenatomer. Vandmolekylet har to O-H enkeltbindinger.
Kuldioxid (CO2)
Et kulstofatom forbindes med to oxygenatomer. Kuldioxidmolekylet har to C=O-bindinger.
sød kartoffel vine farver
Eksempler på kovalente bindingselementer
Når lignende atomer danner kovalente molekylære bindinger, er resultaterne kovalente elementer. De ikke-metal kovalente grundstoffer fundet i det periodiske system inkluderer:
gør-det-selv havestrukturer
- brint
- kulstof
- nitrogen
- fosfor
- ilt
- svovl og selen.
Derudover alle halogenelementerne, herunder:
- fluor
- klor
- brom
- jod og astatin, er alle kovalente ikke-metalelementer.
Polære og ikke-polære kovalente bindinger
I modsætning til ioniske bindinger dannes der ofte kovalente bindinger mellem atomer, hvor et af atomerne ikke nemt kan opnå en ædelgas-elektronskalkonfiguration gennem tab eller forstærkning af en eller to elektroner. ... Derfor deler atomer, der binder kovalent, deres elektroner for at fuldende deres valensskal.
Jo større elektronegativitetsforskellen er, jo mere ionisk er bindingen. Bindinger, der er delvist ioniske, er polære kovalente bindinger. Ikke-polære kovalente bindinger, med lige deling af bindingselektronerne, opstår, når elektronegativiteten af de to atomer er ens.
Eksempler på polære kovalente bindinger
I en polær kovalent binding bruger elektronerne, der deles af atomerne, en større mængde tid, i gennemsnit, tættere på iltkernen end brintkernen. Dette er på grund af molekylets geometri og den store elektronegativitetsforskel mellem hydrogenatomet og oxygenatomet.
Et vandmolekyle, forkortet H2O, er et eksempel på en polær kovalent binding. Elektronerne er ulige delt, hvor oxygenatomet bruger mere tid med elektroner end hydrogenatomerne. Da elektroner bruger mere tid med iltatomet, bærer det en delvis negativ ladning.
Eksempler på ikke-polære kovalente bindinger
Ikke-polære molekyler er mindre tilbøjelige til at være i stand til at opløses i vand. Et ikke-polært stof er et stof uden en dipol, hvilket betyder, at det har en ligelig fordeling af elektroner i sin molekylære struktur. Eksempler omfatter kuldioxid, vegetabilske olier og olieprodukter.
Et eksempel på en ikke-polær kovalent binding er bindingen mellem to brintatomer, fordi de deler elektronerne ligeligt. Et andet eksempel på en ikke-polær kovalent binding er bindingen mellem to kloratomer, fordi de også deler elektronerne ligeligt.
Kovalente bindinger - syv ting at huske
Her er et par vigtige ting, der hjælper dig med at huske, hvad du lige har lært om kovalente bindinger:
- Valens og kovalente bindinger forbinder atomer for at danne molekyler.
- Atomer kan binde på tre hovedmåder: kovalente bindinger, ionbindinger og metalliske bindinger.
- Udtrykket kovalent binding beskriver bindingerne i forbindelser, der er resultatet af deling af et eller flere elektronpar.
- Ionbindinger, hvor elektroner overføres mellem atomer, opstår, når atomer med kun få elektroner i deres ydre skal giver elektronerne til atomer, hvor der kun mangler nogle få i deres ydre skal.
- I metalliske bindinger mister et stort antal atomer deres elektroner. De holdes sammen i et gitter af tiltrækningen mellem 'frie' elektroner og positive kerner.
- Et atom, der mister en elektron, bliver positivt ladet; et atom, der får en elektron, bliver negativt ladet, så de to atomer trækkes sammen af den elektriske tiltrækning af modsætninger.
- Fordi de er negativt ladede, trækkes de delte elektroner ligeligt til den positive kerne af begge involverede atomer. Atomerne holdes sammen af tiltrækningen mellem hver kerne og de fælles elektroner.