Login processing...

Trial ends in Request Full Access Tell Your Colleague About Jove

2.10: Covalente bindingen
INHOUDSOPGAVE

JoVE Core
Biology

This content is Free Access.

Education
Covalent Bonds
 
Deze voice-over is door de computer gegenereerd
TRANSCRIPT

2.10: Covalent Bonds

2.10: Covalente bindingen

Overview

When two atoms share electrons to complete their valence shells they create a covalent bond. An atom’s electronegativity—the force with which shared electrons are pulled towards an atom—determines how the electrons are shared. Molecules formed with covalent bonds can be either polar or nonpolar. Atoms with similar electronegativities form nonpolar covalent bonds; the electrons are shared equally. Atoms with different electronegativities share electrons unequally, creating polar bonds.

A Covalent Bond Is Formed by Two Shared Electrons

The number of covalent bonds that an atom can form is dictated by how many valence electrons it has. Oxygen, for example, has six out of eight possible valence electrons, meaning that each oxygen atom needs two more electrons to become stable. Oxygen can form single bonds with two other atoms, as it does when it forms water with two hydrogen atoms (chemical formula H2O). Oxygen can also form a double bond with just one other atom that also needs two more electrons to complete its octet (e.g., another oxygen atom). Carbon has four valence electrons and therefore can form four covalent bonds, as it does in methane (CH4).

When a covalent bond is made, both atoms share a pair of electrons in a hybrid orbital that differs in shape from a normal orbital. The electrons participating in the bond thus orbit in a modified path around the nuclei of both atoms. Covalent bonds are strong and, once formed, cannot be broken by physical forces.

Electronegativity Determines Whether a Molecule Is Polar or Nonpolar

Electronegativity is the tendency of an atom to attract electrons in a bond. The most electronegative atom is fluorine. Starting with fluorine at the top right corner of the periodic table (omitting the noble gases in the rightmost column), the electronegativity of atoms tends to decrease with diagonal leftward movement down the periodic table, such that atoms with the lowest electronegativities are at the bottom left corner (e.g., francium, or Fr). If atoms have extremely different electronegativities, they will likely form ions instead of covalent bonds. However, for atoms that form covalent bonds with one another, their electronegativity values determine whether the bond will be polar or nonpolar.

A nonpolar bond is one in which the electrons are shared equally, and there is no charge across the molecule. A polar bond, by contrast, occurs when one atom is more electronegative than another and pulls the electrons toward it. Polar bonds have a partial negative charge on one side and a partial positive charge on the other, which is important because it causes polar molecules to behave differently than nonpolar ones.

Polar molecules are hydrophilic because their partial charges attract them to other charged molecules, which also means they are soluble in water. Nonpolar molecules—those containing long stretches of hydrocarbons, such as fats—are said to be hydrophobic. Unlike polar molecules, nonpolar molecules will not dissolve in water. Cells are often surrounded by fluid and have cytoplasms that contain water. Thus, the way a molecule interacts with water and other charged molecules impact how it is transported and used by cells.

Overzicht

Wanneer twee atomen elektronen delen om hun valentieschalen te voltooien, creëren ze een covalente binding. De elektronegativiteit van een atoom - de kracht waarmee gedeelde elektronen naar een atoom worden getrokken - bepaalt hoe de elektronen worden gedeeld. Moleculen gevormd met covalente bindingen kunnen polair of niet-polair zijn. Atomen met vergelijkbare elektronegativiteiten vormen niet-polaire covalente bindingen; de elektronen worden gelijk verdeeld. Atomen met verschillende elektronegativiteiten delen elektronen ongelijk, waardoor polaire bindingen ontstaan.

Een covalente binding wordt gevormd door twee gedeelde elektronen

Het aantal covalente bindingen dat een atoom kan vormen, wordt bepaald door het aantal valentie-elektronen dat het heeft. Zuurstof heeft bijvoorbeeld zes van de acht mogelijke valentie-elektronen, wat betekent dat elk zuurstofatoom nog twee elektronen nodig heeft om stabiel te worden. Zuurstof kan enkele bindingen vormen met twee andere atomen, net zoals wanneer het water vormt met twee waterstofatomen (chemische formule H 2 O). Zuurstof kan ook form een dubbele binding met slechts één ander atoom dat ook nog twee elektronen nodig heeft om zijn octet te voltooien (bijv. een ander zuurstofatoom). Koolstof heeft vier valentie-elektronen en kan daarom, net als methaan (CH 4 ), vier covalente bindingen vormen.

Wanneer een covalente binding wordt gemaakt, delen beide atomen een paar elektronen in een hybride orbitaal die qua vorm verschilt van een normale orbitaal. De elektronen die aan de binding deelnemen, draaien dus in een gemodificeerde baan rond de kernen van beide atomen. Covalente bindingen zijn sterk en kunnen, eenmaal gevormd, niet worden verbroken door fysieke krachten.

Elektronegativiteit bepaalt of een molecuul polair of niet-polair is

Elektronegativiteit is de neiging van een atoom om elektronen in een binding aan te trekken. Het meest elektronegatieve atoom is fluor. Beginnend met fluor in de rechterbovenhoek van het periodiek systeem (met weglating van de edelgassen in de meest rechtse kolom), neigt de elektronegativiteit van atomen af te nemen met diagonale beweging naar links langs de periodieke table, zodat atomen met de laagste elektronegativiteiten zich in de linker benedenhoek bevinden (bijv. francium of Fr). Als atomen extreem verschillende elektronegativiteiten hebben, zullen ze waarschijnlijk ionen vormen in plaats van covalente bindingen. Voor atomen die covalente bindingen met elkaar vormen, bepalen hun elektronegativiteitswaarden echter of de binding polair of niet-polair zal zijn.

Een niet-polaire binding is er een waarin de elektronen gelijkelijk worden verdeeld en er is geen lading over het molecuul. Een polaire binding treedt daarentegen op wanneer het ene atoom elektronegatiever is dan het andere en de elektronen ernaartoe trekt. Polaire bindingen hebben aan de ene kant een gedeeltelijke negatieve lading en aan de andere kant een gedeeltelijke positieve lading, wat belangrijk is omdat het ervoor zorgt dat polaire moleculen zich anders gedragen dan niet-polaire.

Polaire moleculen zijn hydrofiel omdat hun gedeeltelijke ladingen ze naar andere geladen moleculen trekken, wat ook betekent dat ze oplosbaar zijn in water. Niet-polaire moleculen - die bevatten long stukken koolwaterstoffen, zoals vetten, zouden hydrofoob zijn. In tegenstelling tot polaire moleculen lossen niet-polaire moleculen niet op in water. Cellen zijn vaak omgeven door vloeistof en hebben cytoplasma's die water bevatten. De manier waarop een molecuul interageert met water en andere geladen moleculen, heeft dus invloed op hoe het door cellen wordt getransporteerd en gebruikt.

Get cutting-edge science videos from JoVE sent straight to your inbox every month.

Waiting X
simple hit counter