СВОЙСТВА КОВАЛЕНТНЫХ СОЕДИНЕНИЙ (С ПРИМЕРАМИ) - ХИМИЯ - 2025

Эти свойства ковалентных соединений основаны на многих факторах , которые существенно зависят от молекулярных структур. Во-первых, ковалентная связь должна соединять ваши атомы, и не должно быть электрических зарядов; в противном случае можно было бы говорить об ионных или координационных соединениях.

В природе существует слишком много исключений, в которых граница между тремя типами соединений стирается; особенно если рассматривать макромолекулы, способные нести как ковалентные, так и ионные области. Но обычно ковалентные соединения образуют простые отдельные единицы или молекулы.

Побережье пляжа, один из бесчисленных примеров источников ковалентных и ионных соединений. Источник: Pexels.

Газы, из которых состоит атмосфера, и ветерок, обдувающий берега пляжа, представляют собой не что иное, как несколько молекул, которые имеют постоянный состав. Кислород, азот, углекислый газ - это дискретные молекулы с ковалентными связями, которые тесно связаны с жизнью на планете.

А с морской стороны молекула воды OHO является типичным примером ковалентного соединения. На побережье его можно увидеть над песками, которые представляют собой сложную смесь эродированных оксидов кремния. Вода является жидкой при комнатной температуре, и это свойство важно учитывать для других соединений.

Ковалентная связь

Во введении упоминалось, что упомянутые газы имеют ковалентные связи. Если вы посмотрите на их молекулярные структуры, вы увидите, что их связи двойные и тройные: O = O, N≡N и O = C = O. Напротив, другие газы имеют одинарные связи: HH, Cl-Cl, FF и CH ₄ (четыре связи CH с тетраэдрической геометрией).

Особенностью этих связей и, следовательно, ковалентных соединений является то, что они являются направленными силами; он переходит от одного атома к другому, и его электроны, если нет резонанса, локализованы. Тогда как в ионных соединениях взаимодействия между двумя ионами являются ненаправленными: они притягивают и отталкивают другие соседние ионы.

Это влечет за собой немедленные последствия для свойств ковалентных соединений. Но, что касается его связей, можно, пока нет ионных зарядов, утверждать, что соединение с одинарными, двойными или тройными связями является ковалентным; и тем более, когда это структуры цепного типа, встречающиеся в углеводородах и полимерах.

Некоторые ковалентные соединения образуют множественные связи, как если бы они были цепями. Источник: Pexels.

Если в этих цепочках нет ионных зарядов, как в тефлоновом полимере, они называются чистыми ковалентными соединениями (в химическом, а не в композиционном смысле).

Молекулярная независимость

Поскольку ковалентные связи являются направленными силами, они всегда в конечном итоге определяют дискретную структуру, а не трехмерное расположение (как это происходит с кристаллическими структурами и решетками). От ковалентных соединений можно ожидать малых, средних, кольцевых, кубических молекул или любой другой структуры.

К небольшим молекулам, например, относятся молекулы газов, воды и других соединений, таких как: I ₂ , Br ₂ , P ₄ , S ₈ (с коронообразной структурой), As ₂ и полимеры кремния и углерод.

У каждого из них своя структура, независимая от связей соседей. Чтобы подчеркнуть это, рассмотрим аллотроп углерода, фуллерена, C ₆₀ :

Фуллерены, один из самых интересных аллотропов угля. Источник: Pixabay.

Обратите внимание, что он имеет форму футбольного мяча. Хотя шары могут взаимодействовать друг с другом, именно их ковалентные связи определяют эту символическую структуру; иными словами, это не сплавленная сеть кристаллических шаров, а отдельная (или уплотненная).

Однако молекулы в реальной жизни не одиноки: они взаимодействуют друг с другом, образуя видимый газ, жидкость или твердое тело.

Межмолекулярные силы

Межмолекулярные силы, удерживающие отдельные молекулы вместе, сильно зависят от их структуры.

Неполярные ковалентные соединения (например, газы) взаимодействуют посредством определенных типов сил (дисперсия или Лондон), в то время как полярные ковалентные соединения (например, вода) взаимодействуют посредством других типов сил (диполь-диполь). У всех этих взаимодействий есть одно общее: они являются направленными, как ковалентные связи.

Например, молекулы воды взаимодействуют посредством водородных связей - особого типа диполь-дипольных сил. Они расположены таким образом, что атомы водорода указывают на атом кислорода соседней молекулы: H ₂ O - H ₂ O. И, следовательно, эти взаимодействия представляют определенное направление в пространстве.

Поскольку межмолекулярные силы ковалентных соединений являются чисто направленными, это означает, что их молекулы не могут объединяться так же эффективно, как ионные соединения; и, как результат, температуры кипения и плавления, как правило, низкие (T <300 ° C).

Следовательно, ковалентные соединения при комнатной температуре обычно являются газообразными, жидкими или мягкими твердыми веществами, поскольку их связи могут вращаться, придавая молекулам гибкость.

Растворимость

Растворимость ковалентных соединений будет зависеть от сродства растворенного вещества к растворителю. Если они неполярные, они будут растворимы в неполярных растворителях, таких как дихлорметан, хлороформ, толуол и тетрагидрофуран (THF); если они полярны, они будут растворимы в полярных растворителях, таких как спирты, вода, ледяная уксусная кислота, аммиак и т. д.

Однако, помимо сродства растворенного вещества к растворителю, в обоих случаях существует постоянная величина: ковалентные молекулы не разрывают (за некоторыми исключениями) свои связи и не разрушают свои атомы. Например, соли разрушают свою химическую идентичность при растворении, растворяя свои ионы по отдельности.

Проводимость

Будучи нейтральными, они не обеспечивают адекватную среду для миграции электронов и, следовательно, являются плохими проводниками электричества. Однако некоторые ковалентные соединения, такие как галогениды водорода (HF, HCl, HBr, HI), диссоциируют с образованием ионов (H ⁺ : F ^- , Cl ^- , Br ^- …) и превращаются в кислоты (гидрокислоты).

Еще они плохо проводят тепло. Это связано с тем, что их межмолекулярные силы и колебания их связей поглощают часть подводимого тепла до того, как их молекулы увеличивают энергию.

Кристаллы

Ковалентные соединения, если позволяют их межмолекулярные силы, могут быть расположены таким образом, чтобы создать структурный узор; и, таким образом, ковалентный кристалл без ионных зарядов. Таким образом, вместо сети ионов возникает сеть из ковалентно связанных молекул или атомов.

Примерами этих кристаллов являются: сахара в целом, йод, ДНК, оксиды кремния, алмазы, салициловая кислота и другие. За исключением алмаза, эти ковалентные кристаллы имеют температуры плавления намного ниже, чем у ионных кристаллов; то есть неорганические и органические соли.

Эти кристаллы противоречат тому свойству, что ковалентные твердые тела имеют тенденцию быть мягкими.

Ссылки

1. Уиттен, Дэвис, Пек и Стэнли. (2008). Химия. (8-е изд.). CENGAGE Обучение.
2. Линхоутс, Дуг. (13 марта 2018 г.). Характеристики ионных и ковалентных соединений. Sciencing. Получено с: sciencing.com
3. Toppr. (SF). Ковалентные соединения. Получено с: toppr.com
4. Хельменстин, Энн Мари, доктор философии. (05 декабря 2018). Ковалентные или молекулярные свойства соединений. Получено с: thinkco.com
5. Вайман Элизабет. (2019). Ковалентные соединения. Учиться. Получено с: study.com
6. Офардт К. (2003). Ковалентные соединения. Виртуальный чембук. Получено с: chemistry.elmhurst.edu
7. Доктор Гергенс. (SF). Органическая химия: химия соединений углерода. . Получено с: homework.sdmesa.edu
8. Quimitube. (2012). Свойства молекулярных ковалентных веществ. Получено с: quimitube.com