Skip to main content
LibreTexts - Ukrayinska

2.9: Атоми, ізотопи, іони та молекули - ковалентні зв'язки та інші зв'язки та взаємодії

  1. Last updated
  2. Save as PDF
  • Page ID
    5076

    • Boundless
    • Boundless
    \( \newcommand{\vecs}[1]{\overset { \scriptstyle \rightharpoonup} {\mathbf{#1}} } \) \( \newcommand{\vecd}[1]{\overset{-\!-\!\rightharpoonup}{\vphantom{a}\smash {#1}}} \)\(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\)

    Цілі навчання
    • Порівняйте відносну міцність різних типів зв'язуючих взаємодій

    Правило октета може бути задоволене поділом електронів між атомами для утворення ковалентних зв'язків. Ці зв'язки міцніші і набагато частіше, ніж є іонними зв'язками в молекулах живих організмів. Ковалентні зв'язки зазвичай зустрічаються в органічних молекулах на основі вуглецю, таких як ДНК та білки. Ковалентні зв'язки також містяться в неорганічних молекулах, таких як H 2 O, CO 2 та O 2. Одна, дві або три пари електронів можуть бути розділені між двома атомами, утворюючи одинарні, подвійні та потрійні зв'язки відповідно. Чим більше ковалентних зв'язків між двома атомами, тим міцніше їх зв'язок. Таким чином, потрійні зв'язки є найміцнішими.

    Сила різних рівнів ковалентного зв'язку є однією з основних причин, чому живі організми мають важкий час для придбання азоту для використання в побудові азотистих молекул, хоча молекулярний азот, N 2, є найбільш поширеним газом в атмосфері. Молекулярний азот складається з двох атомів азоту, потрійно пов'язаних між собою. Отриманий міцний потрійний зв'язок ускладнює для живих систем розщеплення цього азоту, щоб використовувати його як складові біомолекул, таких як білки, ДНК та РНК.

    Освіта молекул води є прикладом ковалентного зв'язку. Атоми водню та кисню, які об'єднуються, утворюючи молекули води, пов'язані між собою ковалентними зв'язками. Електрон з водню розщеплює свій час між неповною зовнішньою оболонкою атома водню і неповною зовнішньою оболонкою атома кисню. Натомість атом кисню ділиться одним зі своїх електронів з атомом водню, створюючи двоелектронний одиночний ковалентний зв'язок. Для повного заповнення зовнішньої оболонки киснем, що має в своїй зовнішній оболонці шість електронів, необхідні два електрона (по одному від кожного атома водню). Кожному атому водню потрібен лише один електрон, щоб заповнити свою зовнішню оболонку, отже, відома формула H 2 O. Електрони, які поділяються між двома елементами, заповнюють зовнішню оболонку кожного, роблячи обидва елементи більш стабільними.

    Полярні ковалентні зв'язки

    Існує два типи ковалентних зв'язків: полярні і неполярні. У полярному ковалентному зв'язку електрони неоднаково поділяються атомами, оскільки вони більше притягуються до одного ядра, ніж інше. Відносне тяжіння атома до електрона відоме як його електронегативність: атоми, які більше притягуються до електрона, вважаються більш електронегативними. Через нерівномірного розподілу електронів між атомами різних елементів розвивається слабо позитивний (Δ+) або трохи негативний (δ-) заряд. Цей частковий заряд відомий як диполь; це важлива властивість води і пояснює багато її характеристик. Диполь у воді відбувається тому, що кисень має вищу електронегативність, ніж водень, а це означає, що спільні електрони проводять більше часу поблизу ядра кисню, ніж біля ядра атомів водню.

    зображення
    Малюнок\(\PageIndex{1}\): Полярні та неполярні ковалентні зв'язки: Чи є молекула полярною чи неполярною, залежить як від типу зв'язку, так і від молекулярної форми. І вода, і вуглекислий газ мають полярні ковалентні зв'язки, але вуглекислий газ лінійний, тому часткові заряди на молекулі скасовують один одного.

    Неполярні ковалентні зв'язки

    Неполярні ковалентні зв'язки утворюються між двома атомами одного елемента або між різними елементами, які поділяють електрони однаково. Наприклад, молекулярний кисень (O 2) неполярний, оскільки електрони будуть рівномірно розподілені між двома атомами кисню. Чотири зв'язки метану також вважаються неполярними, оскільки електронегативність вуглецю та водню майже однакові.

    Водневі зв'язки та взаємодії Ван дер Ваальса

    Не всі зв'язки є іонними або ковалентними; слабші зв'язки також можуть утворюватися між молекулами. Два типи слабких зв'язків, які часто виникають, - це водневі зв'язки та взаємодії ван дер Ваальса. Без цих двох типів зв'язків життя, як ми знаємо, не існувало б.

    Водневі зв'язки забезпечують багато критичних, життєзберігаючих властивостей води, а також стабілізують структури білків і ДНК, будівельного блоку клітин. Коли утворюються полярні ковалентні зв'язки, що містять водень, атом водню в цьому зв'язку має трохи позитивний заряд (Δ+), оскільки спільні електрони сильніше тягнуться до іншого елемента і подалі від атома водню. Оскільки водень має трохи позитивний заряд, його приваблюють сусідні негативні заряди. Слабка взаємодія між Δ+ зарядом атома водню з однієї молекули і δ- зарядом більш електронегативного атома називається водневої зв'язком. Окремі водневі зв'язки слабкі і легко руйнуються; однак вони зустрічаються у дуже великій кількості у воді та в органічних полімерах, а сила добавки може бути дуже сильною. Наприклад, водневі зв'язки відповідають за скріплення подвійної спіралі ДНК.

    зображення
    Малюнок\(\PageIndex{1}\): Аденозинтрифосфат, АТФ: Аденозинтрифосфат, або АТФ, є найбільш часто використовуваним кофактором в природі. Його біосинтез передбачає фіксацію азоту для забезпечення сировини, яка в кінцевому підсумку виробляє вуглецево-азотні зв'язки, які він містить.

    Як і водневі зв'язки, взаємодії ван дер Ваальса є слабкими взаємодіями між молекулами. Атракціони Ван дер Ваальса можуть виникати між будь-якими двома або більше молекулами і залежать від незначних коливань щільності електронів, що може призвести до незначних тимчасових диполів навколо молекули. Щоб ці пам'ятки відбулися, молекули повинні бути дуже близько один до одного. Ці зв'язки, поряд з водневими зв'язками, допомагають формувати тривимірні структури білків в наших клітині, які необхідні для їх належного функціонування.

    Інтерактивний елемент

    Взаємодія між різними типами молекул: У цьому інтерактивному режимі ви можете дослідити, як різні типи молекул взаємодіють один з одним на основі їх зв'язків.

    Ключові моменти

    • Полярна ковалентна зв'язок виникає, коли два атоми різної електронегативності ділять два електрони неоднаково.
    • Неполярний ковалентний зв'язок - це та, в якій електрони поділяються порівну між двома атомами.
    • Водневі зв'язки і Ван дер Ваальс відповідають за згортання білків, зв'язування лігандів з білками і багато інших процесів між молекулами.

    Ключові умови

    • водневий зв'язок: Слабкий зв'язок, в якій атом водню в одній молекулі притягується до електронегативного атома (зазвичай азоту або кисню) в тій же або іншій молекулі.
    • ковалентний зв'язок: тип хімічного зв'язку, де два атоми з'єднані один з одним шляхом спільного використання двох або більше електронів.
    • диполь: Будь-який об'єкт (наприклад, магніт, полярна молекула або антена), який протилежно заряджений у двох точках (або полюсах).