2. tétel

Az elsőrendű kémiai kötések fajtái, kialakulásuknak feltételei

Kötések akkor alakulnak ki két atom között, ha ez csökkenti együttes energiájukat.
AZ elektronegativitás értékeiből következtethetünk a különböző elemek és az egymással alkotott vegyületeik kötéstípusára, egy-egy vegyület sajátos tulajdonságait is megmegyarázhatjuk az EN-sal. Az EN-t inkább a megfigyelhető tulajdonságok meghatározására használjuk.

Elektronegativitás:

Az atomnak azt a tulajdonságát, hogy a kovalens kötésben milyen mértékben vonzza a kötő elektronpárt, az atom elektronvonzó képességének, elektronegativitásnak nevezzük. Az elektronegativitás jele: EN.
Pauling által felállított elektronegativitási skálát használjuk. Az elektronegativitási értékek egymáshoz képest fejezik ki az atomok elektronvonzó képességét. A lítium elektronegativitása 1,0; a fluoré 4,0. Ezekhez viszonyítva állapították meg a többi atom elektronegativitását.
Az elektronegativitás is periodikusan változik a rendszámmal, az egyes periódusokban balról jobbra nő, a csoportokban alulról felfelé nő. Ezek szerint a fluornak a legerősebb az elektronvonzó képessége, a leggyengébb a franciumé.

A kis EN-ú fématomok (EN<2) fémes kötést (pl Fe, Cu), a viszonylag nagy EN-ú nemfématomok (EN>2) apoláris kovalens kötést létesítenek (pl: O₂, Cl₂).
Ha az egymással reagáló atomak EN különbsége nagy, akkor ionos kötés, ha kicsi akkor pedig poláris kovalens kötés jön létre.

Kovalens kötés:

Azonos minőségű atomok kapcsolódására jellemző kötés. Az atomok kölcsönhatásának eredménye, hogy a vegyértékhéjból egy közös, úgynevezett molekulapálya alakul ki, amelyre mind két atom azonos számú e^- -ont bocsát úgy, hogy kialakuljon a nemesgáz szerkezet. Az így létrejött részecskét molekulának nevezik, amelyet képlettel jelölünk. A molekulák energiája kisebb, mint az őket felépítő atomok együttes energiája volt. A képlet megadja a molekulát felépítő atomok minőségét és mennyiségét.

A H (hidrogén) molekulában egyszeres kovalens kötés van, de más molekulában kétszeres vagy háromszoros kovalens kötés is lehetséges. Ha a molekulában az e^- eloszlása szimmetrikus, akkor azt apolárosnak nevezzük. (Pl.: H₂; O₂; N₂; Cl₂; F₂ = elemi gázok) A vegyületek molekuláiban különböző atomok kapcsolódnak össze.
Kettőnél tőbb atomból álló molekulákban megkülönböztetjük a központi atom és a hozzá kapcsolódó ligandumokat.
Pl:

(O központi atom, a 2H a ligandum)

(O központi atom, a 2H a ligandum)

A molekulában egy-egy atomhoz tartozó kovalens kötések száma a kovalens vegyérték.

Azokat a molekulákat, amelyekben az elektronok elosztása aszimmetrikus poláros vagy dipólus molekulának nevezzük. (Pl.: a víz molekulája H₂O)

Mivel a Cl (klór) atom körül több saját e^- van, mint a H atom körül ezért a molekula Cl felőli része negatív polaritású a H felöli része pozitív polaritású lesz. A molekulák energia közlés hatására atomokra bomlanak. Azt az energiát amely 1 mól –nyi molekulának atomjaira történő szétbomlásához szükséges kötési energiának nevezik.
A molekulák moláris tömegét úgy határozzuk meg, hogy a molekulát felépítő atomnak moláris tömegeit összeadjuk.

A molekulák térbeli alakját az dönti el, hogy összesen hány kötő és hány nemkötő elektronpár alakul ki a molekulában a központi atom körül.
A molekula alakját döntően a σ-kötések száma határozza meg, de a központi atom körüli nem kötő elektronpárok jelenléte és száma az alakot jelentősen befolyásolja.

Ionos kötés:

Ion: Ionnak nevezzük a töltéssel rendelkező atomnyi méretű részecskét. Az ionok önmagukban nem léteznek, fémes vagy nem fémes atomokból képződnek a kémiai folyamat során. Pozitív töltésű ionok képződése: fémes atomból történik e^- leadással, az e^- leadása vegyértékhéjról történik olyan számban, hogy kialakuljon a nemes gáz szerkezet.
Az e^- leadása energia befektetést igényel, azt az energiát, amely egy mól alap állapotú és gáz halmazállapotú atomból a legkönnyebben eltávolítható, e^- leszakításhoz szükséges ionizációs energiának nevezik. Jele: E_i , mértékegysége: kJ/mol

Az I. főcsoport elemei kis energia befektetés hatására ionizálódnak, tehát kémiai reakcióképességük nagy. A pozitív töltésű ionokat KATION -oknak is nevezzük. (Kation: az áramforrás negatív polaritású elektródja a katód, amely fele az elektrosztatikus vonzás miatt a pozitív töltésű fém ionok vándorolnak.)

A negatív töltésű ionok képződése: nem fémes atomokból e^- felvétellel történik. Az e^- felvétel a vegyértékhéjon megy végbe úgy, hogy kialakuljon a nemes gáz szerkezet. (A külső héjon 8e^- -nak kell lenni) Cl_(g) + e^- → Cl^-_(g)

A negatív töltésű ionokat ANION – oknak nevezzük. Az anionok képződése is energia átvétellel jár. Azt az energiát, amely 1 mól szabad anionból a töltést okozó e^- eltávolításához szükséges elektronaffinitásnak nevezzük.

Az ion kötés lényege:
A fémes és nem fémes atomok kölcsönhatásának következtében pozitív és negatív töltésű ionokká lakulnak, melyek között az elektrosztatikus vonzás hatására egy új tulajdonságú anyag keletkezik, ezt az anyagot vegyületnek nevezzük, melynek jelölése képlettel történik. A képlet megadja a vegyületet felépítő ionok arányát.

Pl.: NaCl (1:1 az arány, 1db Na hoz 1db Cl kapcsolódik.)
MgCl₂ (1:2 az arány, 1db Mg hoz 2db Cl kapcsolódik.)

Összetett ionok: a töltéssel rendelkező atomcsoport neve összetett ion. A szervetlen vegyületek nagy részére az ionos kötés a jellemző. Pl.: savak, sók, bázisok.

Savak: HCl sósav; H₂CO₃ szénsav; H₂SO₄ kénsav
Sók: NaCL konyhasó; CaCO₃ mészkő; CuSO₄ rézgálic
Bázisok: Ca(OH)₂ oltott mész; NH₄OH szalmásszesz

Fémes kötés:

A fématomokra az jellemző, hogy vegyértékelektronjaik aránylag messze vannak az atommagtól, ezért kisebb erő tartja őket, kötésük laza. Ezek a lazán kötött elektronok fématomok kapcsolódásakor viszonylag könnyen és hamar leszakadnak – és az összes atommag vonzása alá kerülnek. Az elektronok szabadon mozognak, valamennyi atommaghoz tartoznak. Az így kialakult vegyérték-elektronszerkezetet delokalizált elektronszerkezetnek nevezzük.

A szabadon mozgó elektronok hozzák létre azokat a tulajdonságokat, amelyek a fémeket a többi anyagtól megkülönböztetik: pl. a jó hő és elektromos vezetőképesség. A delokalizált lektronszerkezet kialakulása közben a pozitív töltésű fémionok (atommag + a lezárt pályákon lévő elektronok) kristályrácsba rendeződnek (kialakul a fémes kötés). A fémes kötés nem csupán a szomszédos atomok között jön létre, hanem a kristály egészére kiterjed.

A fémek olvadáspontja és keménysége a fémes kötés erősségétől függ. Minél nagyobb a kötés erőssége, annál keményebb a fém, és annál magasabb az olvadáspontja.