1.5
Polarne wiązania kowalencyjne
Wiązania kowalencyjne powstają pomiędzy dwoma atomami, gdy oba mają podobną tendencję do przyciągania elektronów do siebie (tj. gdy oba atomy mają ide…
Niemetale mają wysokie energie jonizacji, co utrudnia przenoszenie elektronów walencyjnych z jednego atomu na drugi. W związku z tym niemetale mają tendencję do dzielenia elektronów walencyjnych między atomami, tworząc wiązania kowalencyjne.
Wspólna para elektronów w wiązaniu kowalencyjnym nazywana jest parą wiążącą. Wszelkie elektrony walencyjne, które nie uczestniczą w wiązaniu, nazywane są samotną parą lub elektronami niewiążącymi.
Zgodnie z regułą oktetu, gdy pewne atomy mają mniej niż osiem elektronów w swojej powłoce walencyjnej, reagują, tworząc stabilne związki, osiągając konfigurację najbliższego gazu szlachetnego.
Na przykład w cząsteczce amoniaku azot potrzebuje trzech dodatkowych elektronów, aby osiągnąć najbliższą konfigurację gazu szlachetnego lub oktet, podczas gdy wodór potrzebuje jeszcze jednego elektronu, aby osiągnąć najbliższą konfigurację gazu szlachetnego lub duet. W ten sposób atom azotu tworzy pojedyncze wiązania z trzema atomami wodoru.
Z drugiej strony cząsteczki dwutlenku węgla i tlenku węgla są utrzymywane razem odpowiednio przez podwójne i potrójne wiązania węgiel-tlen. Tworzenie wiązań podwójnych i potrójnych zapewnia, że każdy z atomów składowych osiąga najbliższą konfigurację gazu szlachetnego.
Kiedy wiązania kowalencyjne tworzą się między dwoma atomami różnych pierwiastków, bardziej elektroujemny atom silniej przyciąga elektrony, tworząc polarne wiązanie kowalencyjne. Zdolność atomu do przyciągania elektronów do siebie nazywana jest elektroujemnością. Im większa różnica w elektroujemności, tym bardziej polarne będzie wiązanie.
Skala Paulinga zapewnia wartość elektroujemności dla każdego pierwiastka na podstawie obliczeń energii wiązania. Azot jest bardziej elektroujemny niż węgiel, który z kolei jest bardziej elektroujemny niż wodór.
Tak więc w wiązaniu kowalencyjnym między węglem a azotem bardziej elektroujemny azot przyciąga do siebie wspólne elektrony, podczas gdy w wiązaniu między węglem a wodorem bardziej elektroujemny węgiel przyciąga gęstość elektronów z dala od mniej elektroujemnego wodoru.
View the full transcript and gain access to JoVE Core videos
Q1: Why do nonmetals form covalent bonds instead of transferring electrons?
Nonmetals have high ionization energies, making it difficult to transfer valence electrons from one atom to another. Instead, nonmetals tend to share valence electrons between atoms, forming covalent bonds. The shared pair of electrons in the covalent bond is called a bonding pair, which stabilizes both atoms by allowing them to achieve stable electron configurations.
Q2: What is electronegativity and how does it determine bond polarity?
Electronegativity is the ability of an atom to attract electrons towards itself in a covalent bond. The greater the difference in electronegativity between two bonded atoms, the more polar the bond will be. The Pauling scale provides electronegativity values for each element based on bond energy calculations, allowing chemists to predict how electron density distributes between atoms in a bond.
Q3: How does the octet rule explain bonding in molecules like ammonia and carbon dioxide?
According to the octet rule, atoms react to form stable compounds by achieving the electron configuration of the nearest noble gas. In ammonia, nitrogen requires three more electrons to reach an octet, so it forms three single bonds with hydrogen atoms. In carbon dioxide, carbon forms double bonds with oxygen atoms, ensuring each atom achieves a stable noble gas configuration.
Q4: What are bonding pairs and lone pairs in covalent bonding?
A bonding pair is a shared pair of electrons in a covalent bond between two atoms. Lone pairs, also called nonbonding electrons, are valence electrons that do not participate in bonding and remain on individual atoms. Understanding the distinction between bonding and lone pairs is essential for predicting molecular geometry and chemical reactivity.
Q5: How does electronegativity difference affect electron distribution in carbon-nitrogen and carbon-hydrogen bonds?
Nitrogen is more electronegative than carbon, which is more electronegative than hydrogen. In a carbon-nitrogen bond, nitrogen attracts the shared electrons towards itself because of its higher electronegativity. In a carbon-hydrogen bond, carbon attracts electron density away from hydrogen. These differences create polar covalent bonds with partial charges on each atom.
Q6: What determines the bond length in a covalent bond?
Bond length is determined by the distance at which the lowest potential energy is achieved between two atoms. As atoms approach each other, their valence orbitals overlap and shared electrons stabilize the system, decreasing potential energy. If atoms continue approaching, nuclear repulsion increases potential energy. The equilibrium bond length represents the optimal balance between electron attraction and nuclear repulsion.
Q7: Why are polar covalent bonds more polarized when electronegativity differences are larger?
In a polar covalent bond, electrons shift toward the more electronegative atom, creating partial charges on both atoms. The greater the electronegativity difference, the more polarized the electron distribution becomes and the larger the partial charges. This relationship means that bonds between atoms with very different electronegativities exhibit stronger polarity and more pronounced charge separation than bonds between similar atoms.