legame semplice (vincolo ordinario, legame singolo)- un legame covalente chimico realizzato da una coppia di elettroni che si muovono nel campo di due nuclei atomici. Nei composti chimici in cui il numero medio di elettroni che legano ciascuna coppia di nuclei atomici non è uguale a due, ... ...
Connessione- : Vedi anche: legame chimico legame metallico legame ionico legame covalente... dizionario enciclopedico nella metallurgia
Attrazione reciproca degli atomi, che porta alla formazione di molecole e cristalli. È consuetudine dire che in una molecola o in un cristallo tra atomi vicini ci sono ch. La valenza di un atomo (che è discussa più dettagliatamente di seguito) indica il numero di legami ...
legame metallico- legame interatomico, caratteristico dei metalli con densità uniforme del gas di elettroni. Il legame metallico è dovuto all'interazione di un gas di elettroni caricato negativamente e nuclei ionici carichi positivamente, ... ... Dizionario enciclopedico di metallurgia
legame covalente- legame interatomico dovuto alla collettivizzazione degli elettroni esterni degli atomi interagenti. I legami covalenti sono caratterizzati da saturazione e direzionalità. La saturazione si manifesta nel fatto che un tale legame covalente entra ... ... Dizionario enciclopedico di metallurgia
legame ionico- il legame elettrostatico è uno dei tipi di legame chimico, che si basa sull'interazione elettrostatica tra ioni con carica opposta. Tali legami in una forma relativamente pura si formano negli alogenuri ... ... Dizionario enciclopedico di metallurgia
legame chimico- attrazione reciproca degli atomi, che porta alla formazione di molecole e cristalli. La valenza di un atomo mostra il numero di legami formati da un dato atomo con quelli vicini. Il termine "struttura chimica" è stato introdotto dall'accademico A. M. Butlerov in ... ... Dizionario enciclopedico di metallurgia
Legame ordinario, legame singolo, legame covalente chimico svolto da una coppia di elettroni (con orientamento di spin antiparallelo) che si muovono nel campo di 2 nuclei atomici. Ad esempio, nelle molecole di H2, Cl2 e HCl c'è un covalente ... ... Grande enciclopedia sovietica
Legame semplice (singolo) Tipi di legami in composti bioorganici.
| Nome parametro | Significato |
| Oggetto dell'articolo: | Legame semplice (singolo) Tipi di legami in composti bioorganici. |
| Rubrica (categoria tematica) | Chimica |
legame covalente. Connessione multipla. connessione non polare. connessione polare.
elettroni di valenza. Orbitale ibrido (ibridato). Lunghezza del collegamento
Parole chiave.
Caratterizzazione di legami chimici in composti bioorganici
AROMATICITÀ
CONFERENZA 1
SISTEMI CONNESSI: ACICLICI E CICLICI.
1. Caratteristiche dei legami chimici nei composti bioorganici. Ibridazione degli orbitali dell'atomo di carbonio.
2. Classificazione dei sistemi coniugati: aciclici e ciclici.
3 Tipi di coniugazione: π, π e π, p
4. Criteri per la stabilità dei sistemi coniugati - ʼʼ energia di coniugazioneʼʼ
5. Sistemi coniugati aciclici (non ciclici), tipi di coniugazione. I principali rappresentanti (alcadieni, acidi carbossilici insaturi, vitamina A, carotene, licopene).
6. Sistemi ciclici aggiunti. Criteri aromatici. La regola di Hückel. Il ruolo della coniugazione π-π-, π-ρ nella formazione dei sistemi aromatici.
7. Composti aromatici carbociclici: (benzene, naftalene, antracene, fenantrene, fenolo, anilina, acido benzoico) - struttura, formazione di un sistema aromatico.
8. Composti aromatici eterociclici (piridina, pirimidina, pirrolo, purina, imidazolo, furano, tiofene) - struttura, caratteristiche della formazione di un sistema aromatico. Ibridazione di orbitali elettronici dell'atomo di azoto nella formazione di composti eteroaromatici a cinque e sei membri.
9. Significato medico-biologico dei composti naturali contenenti sistemi di legame coniugato e aromatici.
Il livello iniziale di conoscenza per padroneggiare l'argomento (corso di chimica scolastica):
Configurazioni elettroniche degli elementi (carbonio, ossigeno, azoto, idrogeno, zolfo, alogeni), il concetto di 'orbitale', ibridazione degli orbitali e orientamento spaziale degli orbitali degli elementi del periodo 2., tipi di legami chimici, caratteristiche della formazione di σ covalente - e legami π, variazioni dell'elettronegatività degli elementi in un periodo e gruppo, classificazione e principi di nomenclatura dei composti organici.
Le molecole organiche si formano attraverso legami covalenti. I legami covalenti sorgono tra due nuclei atomici a causa di una coppia di elettroni comune (socializzata). Questo metodo si riferisce al meccanismo di scambio. Si formano legami non polari e polari.
I legami non polari sono caratterizzati da una distribuzione simmetrica della densità elettronica tra i due atomi che questo legame collega.
I legami polari sono caratterizzati da una distribuzione asimmetrica (non uniforme) della densità elettronica; si sposta verso un atomo più elettronegativo.
Serie di elettronegatività (composta verso il basso)
A) elementi: F> O> N> C1> Br> I ~~ S> C> H
B) atomo di carbonio: C (sp) > C (sp 2) > C (sp 3)
I legami covalenti sono di due tipi: sigma (σ) e pi (π).
A molecole organiche I legami sigma (σ) sono formati da elettroni situati su orbitali ibridi (ibridati), la densità elettronica si trova tra gli atomi sulla linea condizionale del loro legame.
I legami π (pi-legame) sorgono quando due orbitali p non ibridati si sovrappongono. I loro assi principali sono paralleli tra loro e perpendicolari alla linea di legame σ. La combinazione di legami σ e π è chiamata legame doppio (multiplo), è costituito da due coppie di elettroni. Un triplo legame è costituito da tre coppie di elettroni - una σ - e due legami π (è estremamente raro nei composti bioorganici).
σ - I legami sono coinvolti nella formazione dello scheletro della molecola, sono i principali, e π -i legami possono essere considerati addizionali, ma conferiscono proprietà chimiche speciali alle molecole.
1.2. Ibridazione degli orbitali dell'atomo di carbonio 6 C
Configurazione elettronica dello stato non eccitato dell'atomo di carbonio
è espresso dalla distribuzione degli elettroni 1s 2 2s 2 2p 2 .
Allo stesso tempo, nei composti bioorganici, così come nella maggior parte delle sostanze inorganiche, l'atomo di carbonio ha una valenza pari a quattro.
C'è una transizione di uno degli elettroni 2s in un orbitale 2p libero. Sorgono stati eccitati dell'atomo di carbonio, creando la possibilità della formazione di tre stati ibridi, indicati come С sp 3 , С sp 2 , С sp .
Un orbitale ibrido ha caratteristiche diverse dagli orbitali "puri" s, p, d ed è una "miscela" di due o più tipi di orbitali non ibridati.
Gli orbitali ibridi sono caratteristici degli atomi solo nelle molecole.
Il concetto di ibridazione fu introdotto nel 1931 da L. Pauling, vincitore del Premio Nobel.
Considera la disposizione degli orbitali ibridi nello spazio.
C sp 3 --- -- -- ---
Nello stato eccitato si formano 4 orbitali ibridi equivalenti. La posizione dei legami corrisponde alla direzione degli angoli centrali di un tetraedro regolare, l'angolo tra due legami qualsiasi è uguale a 109 0 28 , .
Negli alcani e nei loro derivati (alcoli, aloalcani, ammine), tutti gli atomi di carbonio, ossigeno e azoto si trovano nello stesso stato ibrido sp 3. Un atomo di carbonio ne forma quattro, un atomo di azoto tre, un atomo di ossigeno due covalenti σ -connessioni. Intorno a questi legami, le parti della molecola possono ruotare liberamente l'una rispetto all'altra.
Nello stato eccitato sp 2 sorgono tre orbitali ibridi equivalenti, gli elettroni situati su di essi ne formano tre σ -legame che si trovano sullo stesso piano, l'angolo tra i legami è 120 0 . Si formano orbitali 2p non ibridati di due atomi vicini π -connessione. Si trova perpendicolare al piano in cui si trovano σ -connessioni. L'interazione degli elettroni p in questo caso è chiamata "sovrapposizione laterale". Un legame multiplo non si lascia avvolgere rotazione libera parti di una molecola. La posizione fissa delle parti della molecola è accompagnata dalla formazione di due forme isomeriche planari geometriche, che sono chiamate: cis (cis) - e trans (trans) - isomeri. (cis- lat- da un lato, trans- lat- attraverso).
π -connessione
Gli atomi legati da un doppio legame sono in uno stato di ibridazione sp 2 e
presenti negli alcheni, composti aromatici, formano un gruppo carbonile
>C=O, gruppo azometina (gruppo imminico) -CH= N-
Con sp 2 - --- -- ---
La formula strutturale di un composto organico è rappresentata utilizzando strutture di Lewis (ogni coppia di elettroni tra gli atomi è sostituita da un trattino)
C 2 H 6 CH 3 - CH 3 H H
1.3. Polarizzazione di legami covalenti
Un legame polare covalente è caratterizzato da una distribuzione irregolare della densità elettronica. Due immagini condizionali vengono utilizzate per indicare la direzione dello spostamento della densità elettronica.
Polare σ - legame. Lo spostamento della densità elettronica è indicato da una freccia lungo la linea di comunicazione. La fine della freccia punta verso l'atomo più elettronegativo. La comparsa di cariche positive e negative parziali è indicata dalla lettera ʼʼ bʼʼ ʼʼ deltaʼʼ con il segno di carica desiderato.
b + b- b+ b + b- b + b-
CH 3 -\u003e O<- Н СН 3 - >C1 CH 3 -\u003e NH 2
metanolo clorometano amminometano (metilammina)
Legame polare π. Lo spostamento della densità elettronica è indicato da una freccia semicircolare (curva) sopra il legame pi, anch'essa diretta verso l'atomo più elettronegativo. ()
b + b- b + b-
H 2 C \u003d O CH 3 - C \u003d== O
metanale |
CH 3 propanone -2
1. Determinare il tipo di ibridazione di atomi di carbonio, ossigeno, azoto nei composti A, B, C. Denominare i composti utilizzando le regole della nomenclatura IUPAC.
A. CH 3 -CH 2 - CH 2 -OH B. CH 2 \u003d CH - CH 2 - CH \u003d O
B. CH 3 - N H - C 2 H 5
2. Effettuare le designazioni che caratterizzano la direzione di polarizzazione di tutti i legami indicati nei composti (A - D)
A. CH 3 - Br B. C 2 H 5 - O- H C. CH 3 -NH- C 2 H 5
G. C 2 H 5 - CH \u003d O
Legame semplice (singolo) Tipi di legami in composti bioorganici. - concetto e tipi. Classificazione e caratteristiche della categoria "Legame singolo (singolo) Tipi di legami nei composti bioorganici". 2017, 2018.
Le forze che legano gli atomi tra loro sono della stessa natura elettrica. Ma a causa della differenza nel meccanismo di formazione e manifestazione di queste forze, i legami chimici possono essere di diversi tipi.
Distinguere tre principale generevalenza legame chimico: covalente, ionico e metallico.
Oltre a questi, di grande importanza e distribuzione sono: idrogeno connessione che potrebbe essere valenza e non valente, e non valente legame chimico - m intermolecolare ( o van der Waaldow), formare associati relativamente piccoli di molecole e enormi insiemi molecolari - nanostrutture super e supramolecolari.
legame chimico covalente (atomico, omeopolare) -
questo è legame chimico effettuato generale per atomi interagenti uno-trecoppie di elettroni .
Questa connessione è due elettroni e a due centri(lega 2 nuclei atomici).
In questo caso, il legame covalente è più comune e più comune genere legame chimico di valenza in composti binari - tra a) atomi di non metalli e b) atomi di metalli anfoteri e non metallici.
Esempi: H-H (nella molecola di idrogeno H 2); quattro legami SO (in SO 4 2- ione); tre legami Al-H (nella molecola AlH 3); Fe-S (nella molecola FeS), ecc.
Peculiarità legame covalente - orientamento e saturabilità.
Orientamento - la proprietà più importante di un legame covalente, da
che dipende dalla struttura (configurazione, geometria) delle molecole e dei composti chimici. L'orientamento spaziale del legame covalente determina la struttura chimica e cristallo-chimica della sostanza. legame covalente sempre diretto nella direzione della massima sovrapposizione degli orbitali atomici degli elettroni di valenza atomi interagenti, con la formazione di una nuvola di elettroni comune e il legame chimico più forte. Orientamento espresso sotto forma di angoli tra le direzioni di legame degli atomi in molecole di diverse sostanze e cristalli di solidi.
Saturabilità è una proprietà, che distingue il legame covalente da tutti gli altri tipi di interazione tra particelle, manifestata in la capacità degli atomi di formare un numero limitato di legami covalenti, poiché ogni coppia di elettroni di legame è formata solo valenza elettroni con spin di orientamento opposto, il cui numero in un atomo è limitato valenza, 1 - 8. In questo caso, è vietato utilizzare due volte lo stesso orbitale atomico per formare un legame covalente (principio di Pauli).
Valenza - questa è la capacità di un atomo di legare o sostituire un certo numero di altri atomi con la formazione di legami chimici di valenza.
Vai a dormire nuova teoria legame covalente valenza determinato il numero di elettroni spaiati in un atomo nello stato fondamentale o eccitato .
Quindi, per diversi elementi capacità di formare un certo numero di legami covalenti limitato a ricevere il numero massimo di elettroni spaiati nello stato eccitato dei loro atomi.
Stato eccitato di un atomo - questo è lo stato di un atomo con energia aggiuntiva da esso ricevuta dall'esterno, causando fumante elettroni antiparalleli che occupano un orbitale atomico, cioè la transizione di uno di questi elettroni da uno stato accoppiato a un orbitale libero (vuoto). lo stesso o chiudere livello di energia.
Per esempio, schema Riempimento S-, r-AO e valenza (A) all'atomo di calcio Sa per lo più e stato eccitato il seguente:
Va notato che gli atomi con legami di valenza saturi può formarsi legami covalenti aggiuntivi da un donatore-accettore o altro meccanismo (come, ad esempio, nei composti complessi).
legame covalente può esserepolare enon polare .
legame covalente non polare , e Se elettroni di valenza socializzati uniformemente distribuita tra i nuclei degli atomi interagenti, la regione degli orbitali atomici sovrapposti (nuvole di elettroni) è attratta da entrambi i nuclei con la stessa forza e quindi il massimo la densità elettronica totale non è sbilanciata verso nessuno dei due.
Questo tipo di legame covalente si verifica quando due identico atomi dell'elemento. Legame covalente tra atomi identici chiamato anche atomico o omeopolare .
Polare connessione sorge durante l'interazione di due atomi di diversi elementi chimici, se uno degli atomi a causa di un valore maggiore elettronegatività attrae più fortemente gli elettroni di valenza e quindi la densità elettronica totale viene più o meno spostata verso questo atomo.
Con un legame polare, la probabilità di trovare un elettrone nel nucleo di uno degli atomi è maggiore di quella dell'altro.
Caratteristica qualitativa del polare comunicazioni -
differenza di elettronegatività relativa (|∆OEE |) imparentato atomi : più è grande, più polare è il legame covalente.
Caratteristiche quantitative del polare comunicazioni, quelli. una misura della polarità di un legame e di una molecola complessa - momento elettrico dipolo μ S. , uguale a operacarica effettiva δ per dipolo lunghezza l d : μ S. = δ ∙ l d . unità di misura μ S.- Deby. 1 Addio = 3,3.10 -30 C/m.
dipolo elettrico - questo è un sistema elettricamente neutro di due cariche elettriche uguali e opposte di segno + δ e - δ .
Momento di dipolo (momento elettrico del dipolo μ S. ) – quantità vettoriale . È generalmente accettato che direzione del vettore da (+) a (-) partite con la direzione di spostamento della regione di densità elettronica totale(nuvola di elettroni totale) atomi polarizzati.
Momento di dipolo generale di una molecola poliatomica complessa dipende dal numero e dall'orientamento spaziale legami polari in lei. Pertanto, la determinazione dei momenti di dipolo consente di giudicare non solo la natura dei legami nelle molecole, ma anche la loro posizione nello spazio, ad es. sulla configurazione spaziale della molecola.
Con un aumento della differenza di elettronegatività | ∆OEE| atomi che formano un legame, il momento elettrico del dipolo aumenta.
Si noti che la determinazione del momento di dipolo di legame è un problema complesso e non sempre risolvibile (interazione di legame, direzione sconosciuta μ S. eccetera.).
Metodi quantomeccanici per descrivere un legame covalente – spiegare il meccanismo di formazione di un legame covalente.
Diretto da W. Geytler e F. London, tedesco. scienziati (1927), il calcolo del bilancio energetico della formazione di un legame covalente nella molecola di idrogeno H 2 ha permesso di rendere conclusione: la natura del legame covalente, come qualsiasi altro tipo di legame chimico, si trova ininterazione elettrica che si verifica nelle condizioni di un microsistema quantomeccanico.
Per descrivere il meccanismo di formazione di un legame chimico covalente, utilizzare due metodi quantomeccanici approssimati :
legami di valenza e orbitali molecolari – non esclusivi, ma reciprocamente complementari.
2.1. Metodo del legame di valenza (MVS ocoppie di elettroni localizzate ), proposto da W. Geytler e F. London nel 1927, si basa su quanto segue disposizioni :
1) un legame chimico tra due atomi sorge come risultato della parziale sovrapposizione degli orbitali atomici con la formazione di una densità elettronica comune di una coppia di elettroni articolata con spin opposti, maggiore che in altre regioni dello spazio attorno a ciascun nucleo;
2) covalente un legame si forma solo quando interagiscono elettroni con spin antiparalleli, cioè. con numeri quantici di spin opposto m S = + 1/2 ;
3) vengono determinate le caratteristiche di un legame covalente (energia, lunghezza, polarità, ecc.). Visualizza connessioni (σ –, π –, δ –), grado di sovrapposizione AO(più è grande, più forte è il legame chimico, cioè maggiore è l'energia del legame e minore è la lunghezza), elettronegatività atomi interagenti;
4) un legame covalente può essere formato da MVS due vie (due meccanismi) , fondamentalmente diverso, ma con lo stesso risultato – socializzazione di una coppia di elettroni di valenza da parte di entrambi gli atomi interagenti: a) scambio, a causa della sovrapposizione di orbitali atomici a un elettrone con spin di elettroni opposti, quando ogni atomo contribuisce alla sovrapposizione di un elettrone per legame: il legame può essere polare o non polare, b) donatore-accettore, a causa dei due elettroni AO di un atomo e dell'orbitale libero (vuoto) dell'altro, Su a cui un atomo (donatore) prevede di legare una coppia di elettroni nell'orbitale in uno stato accoppiato e l'altro atomo (accettore) fornisce un orbitale libero. Questo dà origine a legame polare.
2.2. Complesso composti (di coordinazione)., molti ioni molecolari che sono complessi,(ammonio, tetraidruro di boro, ecc.) si formano in presenza di un legame donatore-accettore - in altre parole, un legame di coordinazione.
Ad esempio, nella reazione di formazione di uno ione ammonio NH 3 + H + = NH 4 + molecola di ammoniaca NH 3 è un donatore di coppie di elettroni e il protone H + è un accettore.
Nella reazione ВН 3 + Н - = ВН 4 - lo ione idruro Н - svolge il ruolo di donatore di una coppia di elettroni e la molecola di idruro di boro ВН 3, in cui è presente un AO vuoto, svolge il ruolo di accettore.
La molteplicità del legame chimico. Connessioni σ -, π – , δ –.
Massima sovrapposizione AO tipo diverso(con l'instaurazione dei legami chimici più forti) si ottiene con il loro specifico orientamento nello spazio, dovuto alla diversa forma della loro superficie energetica.
Determinano il tipo di AO e la direzione della loro sovrapposizione σ -, π – , δ - collegamenti:
σ (sigma) – connessione – è sempre didinaro (semplice) legame derivante da parziale sovrapposizione un paio S -, p X -, d - JSClungo l'asse , collegando il nucleo atomi interagenti.
Singoli legami sempre sono σ - connessioni.
Legami multipli – π (pi) - (anche δ (delta )–connessioni),Doppio o triplicare legami covalenti rispettivamente realizzatiDue otre coppie elettroni quando i loro orbitali atomici si sovrappongono.
π (pi) - connessione effettuata per sovrapposizione R y -, p z - e d - JSC Su entrambi i lati dell'asse che collega i nuclei atomi, su piani reciprocamente perpendicolari ;
δ (delta )- collegamento si verifica in caso di sovrapposizione due orbitali d situato in piani paralleli .
Il più durevole di σ -, π – , δ – connessioniè σ– legame , ma π - connessioni basate su σ – legame, forma ancora più forte legami multipli: doppi e tripli.
Qualunque doppio legame comprende uno σ – e uno π – connessioni, triplicare - da unoσ – e Dueπ – connessioni.
Negli esempi considerati della formazione di un legame chimico, ha preso parte una coppia di elettroni. Si chiama tale connessione separare. A volte è chiamato ordinario, cioè ordinario. Questo tipo di connessione è solitamente indicato da una singola linea che collega i simboli degli atomi interagenti.
Le nubi di elettroni sovrapposte in una linea retta che collegano due nuclei portano a sigma bond(o-bond). Un singolo legame è nella maggior parte dei casi un a-bond.
Viene chiamato il legame formato dalla sovrapposizione delle regioni laterali delle nubi di elettroni p pi-bond(i-legame). Doppio e triplicare i legami si formano con la partecipazione rispettivamente di due e tre coppie di elettroni. Un doppio legame è un a-bond e un i-bond, un triplo legame è un a-bond e due i-bond.
Discutiamo della formazione di legami nelle molecole di etano C 2 H 6 , etilene C 2 H 4 , acetilene C 2 H 2 e benzene C 6 H b.
Gli angoli tra i legami in una molecola etano DA. ; H (. quasi esattamente uguali tra loro (Fig. 1.18, un) e non differiscono dagli angoli tra i legami CH nella molecola di metano. Pertanto, si può presumere che i gusci elettronici esterni degli atomi di carbonio siano in uno stato di ibridazione $p 3. La molecola C 2 H 6 è diamagnetica e non ha momento di dipolo elettrico. Energia Connessioni CC pari a -335 kJ/mol. Tutti i legami nella molecola C 9 H 6 sono legami a.
In una molecola etilene Gli angoli di legame C 2 H 4 sono di circa 120° ciascuno. Da ciò possiamo concludere che l'ibridazione $ p 2 degli orbitali elettronici esterni dell'atomo di carbonio (Fig. 1.18, b). I legami C-H giacciono sullo stesso piano ad angoli di circa 120°. Ogni atomo di carbonio ha un orbitale p non ibrido contenente
Riso. 1.18. Modelli di molecole di etano ( un ), etilene (b) e acetilene (c)
tenendo un elettrone. Questi orbitali si trovano perpendicolarmente al piano della figura.
L'energia di legame tra atomi di carbonio in una molecola di etilene C 2 H 4 è -592 kJ/mol. Se gli atomi di carbonio fossero legati dallo stesso legame della molecola di etano, le energie di legame in queste molecole sarebbero vicine.
Tuttavia, l'energia di legame tra gli atomi di carbonio nell'etano è 335 kJ/mol, che è quasi due volte inferiore rispetto all'etilene. Una differenza così significativa nelle energie di legame tra atomi di carbonio nelle molecole di etilene ed etano è spiegata dalla possibile interazione di orbitali p non ibridi, che in Fig. 1.18 , b raffigurato con linee ondulate. La connessione formata in questo modo è chiamata I-connessione.
Nella molecola di etilene C 2 H 4 ce ne sono quattro Collegamenti S-N, come nella molecola CH 4 del metano, sono legami a, e il legame tra atomi di carbonio è un legame a e un legame p, cioè doppio legame e la formula dell'etilene è scritta come H 2 C=CH 2.
La molecola di acetilene C 2 H 2 è lineare (Fig. 1.18, in ), che parla a favore dell'ibridazione sp. L'energia di legame tra gli atomi di carbonio è -811 kJ/mol, il che suggerisce l'esistenza di un legame a e due legami n, cioè è un triplo legame. La formula dell'acetilene è scritta come HC=CH.
Uno di domande difficili la chimica è stabilire la natura dei legami tra atomi di carbonio nel cosiddetto composti aromatici , in particolare, nella molecola di benzene C 6 H (.. La molecola di benzene è piatta, gli angoli tra i legami degli atomi di carbonio sono uguali in
Riso. 1.19.
un - modello di formula: 6 - ^-orbitali di atomi di carbonio e legami a tra atomi di carbonio e atomi di carbonio e idrogeno; in- p-abitanti e l-connessioni tra
atomi di carbonio
120°, che ci permette di assumere l'ibridazione ^ degli orbitali esterni degli atomi di carbonio. Tipicamente, la molecola del benzene è raffigurata come mostrato in Riso. 1.19, un.
Sembrerebbe che nel benzene il legame tra atomi di carbonio dovrebbe essere più lungo del doppio legame C=C, poiché è più forte. Tuttavia, lo studio della struttura della molecola del benzene mostra che tutte le distanze tra gli atomi di carbonio nell'anello del benzene sono le stesse.
Questa caratteristica della molecola è meglio spiegata dal fatto che gli orbitali p non ibridi di tutti gli atomi di carbonio sono sovrapposti da parti "laterali" (Fig. 1.19, b) pertanto, tutte le distanze internucleari tra gli atomi di carbonio sono uguali. Sulla fig. 1.19 in mostra legami a tra atomi di carbonio formati dalla sovrapposizione sp2- orbitali ibridi.
Energia di legame tra atomi carbonio nella molecola del benzene C 6 H 6 è -505 kJ / mol, e questo suggerisce che questi legami sono intermedi fra legami singoli e doppi. Si noti che gli elettroni degli orbitali p nella molecola del benzene si muovono lungo un chiuso esagono, e loro delocalizzato(non si riferisce a nessun luogo specifico).
legame chimico- queste sono le interazioni degli elettroni e del nucleo atomico di una particella (atomo, ione, molecola, ecc.) con gli elettroni e il nucleo atomico di un'altra particella, trattenendo queste particelle in un composto chimico stabile o metastabile. La moderna descrizione del legame chimico si basa su meccanica quantistica. Le caratteristiche principali di un legame chimico sono la forza, la lunghezza, la polarità.
Tipi di comunicazione
- Legame chimico a singolo elettrone
- connessione metallica
- legame covalente
- Legame ionico
- Collegamento di Van der Waals
- legame idrogeno
- Legame chimico a tre centri a due elettroni
Il più semplice legame chimico covalente a un elettrone
Il legame chimico più semplice di un elettrone è creato da un singolo elettrone di valenza. Si scopre che un elettrone è in grado di contenere due ioni carichi positivamente in un unico insieme. In un legame a un elettrone, le forze repulsive di Coulomb delle particelle caricate positivamente sono compensate dalle forze di attrazione di Coulomb di queste particelle verso un elettrone caricato negativamente. L'elettrone di valenza diventa comune ai due nuclei della molecola.
Esempi tale composti chimici sono ioni molecolari: H 2+, Li 2+, Na 2+, K 2+, Rb 2+, Cs 2+
Singolo legame covalente
Un singolo legame chimico covalente è creato da una coppia di elettroni di legame. In tutte le teorie esistenti (la teoria dei legami di valenza, la teoria degli orbitali molecolari, la teoria della repulsione delle coppie di elettroni di valenza, il modello di Bohr del legame chimico), la coppia di elettroni di legame si trova nello spazio tra gli atomi della molecola. Distinguere tra legami covalenti polari e non polari.
Un legame covalente non polare si verifica in molecole biatomiche omonucleate in cui l'elettrone di legameI pair è equidistante da entrambi i nuclei del sistema molecolare.
Distanza d tra nuclei atomici può essere visto come la somma dei raggi covalenti degli atomi corrispondenti.
La distanza tra i nuclei atomici in un singolo legame covalente a due elettroni è inferiore alla stessa distanza nel più semplice legame chimico a un elettrone.
Legami covalenti multipli
I legami covalenti multipli sono rappresentati da insaturi composti organici contenenti doppi e tripli legami chimici. Per descrivere la natura dei composti insaturi, L. Pauling introduce i concetti di legami sigma e π, ibridazione di orbitali atomici.
L'ibridazione di Pauling per due elettroni S e due p ha permesso di spiegare la direzionalità dei legami chimici, in particolare la configurazione tetraedrica del metano. Per spiegare la struttura dell'etilene, è necessario isolare un elettrone p da quattro elettroni Sp3 equivalenti dell'atomo di carbonio per formare un legame aggiuntivo, chiamato legame π. In questo caso, i tre orbitali ibridi Sp2 rimanenti si trovano nel piano con un angolo di 120° e formano i legami principali, ad esempio una molecola di etilene planare.
Nel caso della molecola di acetilene, solo un orbitale S e uno p prendono parte all'ibridazione (secondo Pauling) e si formano due orbitali Sp, situati ad un angolo di 180 ° e diretti ai lati opposti. Due orbitali p "puliti" di atomi di carbonio si sovrappongono a coppie su piani reciprocamente perpendicolari, formando due legami π di una molecola di acetilene lineare.
Le opinioni di L. Pauling si sono riflesse nel suo libro "The Nature of the Chemical Bond", che per molti anni è diventato il libro di riferimento del chimico. Nel 1954 fu premiato L. Pauling premio Nobel in Chimica con la dicitura "Per lo studio della natura del legame chimico e la sua applicazione alla determinazione della struttura di composti complessi".
Tuttavia significato fisico l'ibridazione selettiva degli orbitali atomici è rimasta poco chiara, l'ibridazione rappresentava trasformazioni algebriche a cui non era possibile attribuire la realtà fisica.
Linus Pauling ha tentato di migliorare la descrizione del legame chimico eliminando la selettività dell'ibridazione degli orbitali nelle molecole di composti insaturi e creando la teoria di un legame chimico piegato. Nella sua relazione a un simposio sulla teoria chimica organica, dedicato alla memoria di Kekule (Londra, settembre 1958), L. Pauling ha proposto un nuovo modo di descrivere un doppio legame come una combinazione di due legami chimici curvi identici e un triplo legame - tre legami chimici curvi. Su questo
Il simposio L. Pauling ha dichiarato categoricamente:
Potrebbero esserci chimici che pensano che un'innovazione estremamente importante ... sia stata la descrizione della σ, π- descrizione per doppi o tripli legami e sistemi coniugati invece della descrizione con legami piegati. Ritengo che la descrizione σ,π sia meno soddisfacente della descrizione del collegamento curvo, che questa innovazione è solo transitoria e presto si estinguerà.
Nella nuova teoria di Pauling, tutti gli elettroni di legame sono diventati uguali ed equidistanti dalla linea che collega i nuclei della molecola. La teoria di Pauling di un legame chimico piegato teneva conto dell'interpretazione statistica della funzione d'onda di M. Born, la correlazione elettronica degli elettroni di Coulomb. È apparso un significato fisico: la natura del legame chimico è completamente determinata dall'interazione elettrica di nuclei ed elettroni. Più elettroni di legame, minore è la distanza internucleare e più forte è il legame chimico tra gli atomi di carbonio.
Legame chimico a tre centri
Ulteriore sviluppo di idee sul legame chimico è stato fornito dal chimico fisico americano W. Lipscomb, che ha sviluppato la teoria dei legami a tre centri a due elettroni e una teoria topologica che consente di prevedere la struttura di alcuni più idruri di boro (boroidruri ). 
Una coppia di elettroni in un legame chimico a tre centri diventa comune a tre nuclei atomici. Nel rappresentante più semplice di un legame chimico a tre centri - lo ione idrogeno molecolare H3 +, una coppia di elettroni contiene tre protoni in un unico insieme.
Ci sono quattro legami covalenti singoli nella molecola di diborano. Collegamenti BH e due legami a tre centri a due elettroni. La distanza internucleare in un singolo legame BH covalente è 1,19 Å, mentre la distanza simile in un legame BH B a tre centri è 1,31 Å. L'angolo del legame a tre centri B-H-B (φ) è 830. La combinazione di due legami a tre centri nella molecola di diborano permette di mantenere i nuclei degli atomi di boro a distanza dB-B = 2 1,31 sin φ/2 = 1.736 Å. I nuclei degli atomi di idrogeno che si legano si trovano a una distanza h = 1,31 · cos φ/2 = 0,981 Å dal piano in cui si trovano quattro legami covalenti BH singoli.
I legami a tre centri possono essere realizzati non solo in un triangolo di due atomi di boro e un atomo di idrogeno, ma anche tra tre atomi di boro, ad esempio, in boroidruri a struttura (pentaborano - B 5 H 9, decaborano - B 10 H 4, ecc. .). Queste strutture contengono atomi di idrogeno ordinari (terminali) e a tre centri (ponte) e triangoli di atomi di boro.
L'esistenza dei borani con i loro legami tricentrici a due elettroni con atomi di idrogeno "ponte" violava la dottrina canonica della valenza. L'atomo di idrogeno, precedentemente considerato un elemento univalente standard, si rivelò legato da legami identici con due atomi di boro e divenne formalmente un elemento bivalente. Il lavoro di W. Lipscomb sulla decifrazione della struttura dei bora ha ampliato la comprensione del legame chimico. Il Comitato Nobel ha assegnato il Premio William Nunn Lipscomb per la chimica nel 1976 con la dicitura "Per le sue indagini sulla struttura dei borani (boroidriti) che chiariscono i problemi dei legami chimici".
Legame chimico multicentrico
Nel 1951, T. Keely e P. Pawson ottennero inaspettatamente un composto organo-ferro completamente nuovo durante la sintesi del diciclopentadienile. La preparazione di un composto di ferro cristallino giallo-arancio precedentemente sconosciuto ed estremamente stabile ha immediatamente attirato l'attenzione.
E. Fisher e D. Wilkinson hanno stabilito indipendentemente la struttura del nuovo composto: due anelli ciclopentadienilici sono disposti in parallelo, a strati o sotto forma di un "sandwich" con un atomo di ferro situato tra di loro al centro (Fig. 8 ). Il nome "ferrocene" è stato proposto da R. Woodward (o meglio, un impiegato del suo gruppo, D. Whiting). Riflette la presenza nel composto di un atomo di ferro e dieci atomi di carbonio (zehn - ten).
Tutti i dieci legami (C-Fe) nella molecola del ferrocene sono equivalenti, la distanza internucleare Fe-c è 2,04 Å. Tutti gli atomi di carbonio in una molecola di ferrocene sono strutturalmente e chimicamente equivalenti, la lunghezza di ciascuno Connessioni CC 1,40 - 1,41 Å (per confronto, nel benzene la lunghezza del legame CC è 1,39 Å). Intorno all'atomo di ferro appare un guscio di 36 elettroni.
Nel 1973, Ernst Otto Fischer e Jeffrey Wilkinson ricevettero il Premio Nobel per la Chimica per il loro lavoro pionieristico svolto in modo indipendente nel campo dei cosiddetti composti sandwich organometallici. Indvar Lindqvist, membro della Royal Swedish Academy of Sciences, nel suo discorso alla presentazione dei vincitori, ha affermato che "la scoperta e la prova di nuovi principi di legami e strutture che si trovano nei composti sandwich è un risultato significativo, il significato pratico di che al momento non è ancora prevedibile”.
Attualmente sono stati ottenuti derivati diciclopentadienilici di molti metalli. I derivati dei metalli di transizione hanno la stessa struttura e la stessa natura di legame del ferrocene. I lantanidi non formano una struttura sandwich, ma una struttura simile a una stella a tre raggi [Gli atomi di La, Ce, Pr, Nd, quindi, creano un legame chimico a quindici centri.
Subito dopo il ferrocene si ottenne il dibenzenecromo. Dibenzene-molibdeno e dibenzene-vanadio sono stati preparati secondo lo stesso schema. In tutti i composti di questa classe, gli atomi di metallo tengono insieme due anelli a sei membri. Tutti i 12 legami metallo-carbonio in questi composti sono identici.
È stato anche sintetizzato l'uranocene [bis(cicloottatetraene)uranio], in cui l'atomo di uranio contiene due anelli a otto membri. Tutti i 16 legami uranio-carbonio nell'uranocene sono identici. L'uranocene si ottiene facendo reagire UCl 4 con una miscela di cicloottatetraene e potassio in tetraidrofurano a meno 300°C.