המאפיינים של תרכובות קוולנטיים מבוססים על גורמים רבים תלויים בעצם על מבנים מולקולריים. מלכתחילה, הקשר הקוואלינטי חייב להצטרף לאטומים שלך ולא יכולים להיות מטענים חשמליים; אחרת, מדובר על תרכובות יוניות או קואורדינציות.
בטבע ישנם יותר מדי חריגים שבהם קו ההפרדה בין שלושת סוגי התרכובות מטשטש; במיוחד כאשר בוחנים מקרומולקולות, המסוגלות להכיל אזורים קוולנטיים ויוניים כאחד. אך באופן כללי, תרכובות קוולנטיות יוצרות יחידות או מולקולות פשוטות, אינדיבידואליות.
חוף חוף ים, אחת הדוגמאות האינסופיות למקורות לתרכובות קוולנטיות ויוניות. מקור: Pexels.
הגזים המרכיבים את האווירה והבריזים הפוגעות בחופי הים הם לא יותר ממולקולות מרובות המכבדות הרכב קבוע. חמצן, חנקן, דו תחמוצת הפחמן, הן מולקולות נפרדות בעלות קשרים קוולנטיים ומעורבות באופן אינטימי בחיי כדור הארץ.
ובצד הימי, מולקולת המים, OHO, היא הדוגמה המובהקת לתרכובת קוולנטית. בחוף ניתן לראות אותו מעל החולות המהווים תערובת מורכבת של תחמוצות סיליקון נשחקות. מים נוזלים בטמפרטורת החדר, ולרכוש זה יהיה חשוב לזכור עבור תרכובות אחרות.
קשר קוולנטי
הוזכר במבוא כי לגזים שהוזכרו יש קשרים קוולנטיים. אם תסתכל על המבנים המולקולריים שלהם, תראה שהקשרים שלהם כפולים ומשולשים: O = O, N≡N ו- O = C = O. לעומת זאת, לגזים אחרים יש קשרים יחידים: HH, Cl-Cl, FF ו- CH 4 (ארבעה קשרי CH עם גיאומטריה טטרהדראלית).
מאפיין של קשרים אלה, וכתוצאה מכך של תרכובות קוולנטיות, הוא שהם כוחות כיוון; זה עובר מאטום אחד למשנהו, והאלקטרונים שלו, אלא אם כן יש תהודה, הם מקומיים. ואילו בתרכובות יוניות, האינטראקציות בין שני יונים אינן כיווניות: הן מושכות ומדפות יונים שכנים אחרים.
זה מרמז על השלכות מיידיות על תכונותיהם של תרכובות קוולנטיות. אך לגבי קשריו, אפשר, כל עוד אין מטענים יוניים, לאשר כי תרכובת עם קשרים יחידים, כפולים או משולשים היא קוולנטית; ועוד יותר מכך, כאשר מדובר במבנים מסוג שרשרת הנמצאים בפחמימנים ופולימרים.
כמה תרכובות קוולנטיות מתחברות לקשרים מרובים, כאילו היו שרשראות. מקור: Pexels.
אם אין מטענים יוניים בשרשראות אלה, כמו בפולימר טפלון, אומרים שהם תרכובות קוולנטיות טהורות (מבחינה כימית ולא מבחינה קומפוזיטיבית).
עצמאות מולקולרית
מכיוון שקשרים קוולנטיים הם כוחות כיווניים, הם בסופו של דבר מגדירים מבנה דיסקרטי, ולא סידור תלת ממדי (כמו שקורה במבני קריסטל וסריג). מתרכובות קוולנטיות ניתן לצפות במולקולות קוביות קטנות, בינוניות, טבעיות, מעוקבות או עם כל סוג אחר של מבנה.
בין המולקולות הקטנות, למשל, אלה של גזים, מים ותרכובות אחרות כמו: I 2 , Br 2 , P 4 , S 8 (עם מבנה דמוי כתר), As 2 , ופולימרים סיליקון ו- פַּחמָן.
לכל אחד מהם מבנה משלו, ללא תלות בקשרי שכנותיה. כדי להדגיש זאת, שקול את האלוטרופ של פחמן, פולרן, C 60 :
Fullerenes, אחד האלוטרופים המעניינים ביותר של פחם. מקור: Pixabay.
שימו לב שהוא מעוצב כמו כדור כדורגל. אף על פי שהכדורים יכולים לקיים אינטראקציה זה עם זה, הקשרים הקוואלנטים שלהם הם שהגדירו את המבנה הסמלי הזה; כלומר, אין רשת מתמזגת של כדורים גבישיים, אלא נפרדים (או דחוסים).
עם זאת, מולקולות בחיים האמיתיים אינן לבד: הן מתקשרות זו עם זו כדי ליצור גז גלוי, נוזלי או מוצק.
כוחות בין מולקולריים
הכוחות הבין-מולקולריים המחזיקים יחד מולקולות בודדות תלויים מאוד במבנה שלהם.
תרכובות קוולנטיות לא קוטביות (כמו גזים) אינטראקציות דרך סוגים מסוימים של כוחות (פיזור או לונדון), ואילו תרכובות קוולנטיות קוטביות (כמו מים) אינטראקציות על ידי סוגים אחרים של כוחות (דיפול-דיפול). לכל המגעים האלו יש דבר אחד משותף: הם כיווניים, ממש כמו קשרים קוולנטיים.
לדוגמה, מולקולות מים אינטראקציות דרך קשרי מימן, סוג מיוחד של כוחות דיפול-דיפול. הם ממוקמים בצורה כזו שאטומי המימן מכוונים לעבר אטום החמצן של מולקולה שכנה: H 2 O - H 2 O. ולכן אינטראקציות אלה מציגות כיוון ספציפי בחלל.
מכיוון שהכוחות הבין-מולקולריים של תרכובות קוולנטיות הם כיוונים גרידא, פירוש הדבר שמולקולותיהם אינן יכולות להתלכד ביעילות כמו תרכובות יוניות; והתוצאה, נקודות הרתיחה וההיתוך הנוטים להיות נמוכים (T <300 מעלות צלזיוס).
כתוצאה מכך, התרכובות הקובליות בטמפרטורת החדר הן בדרך כלל מוצקים גזים, נוזליים או רכים, מכיוון שהקשרים שלהם יכולים להסתובב, מה שמעניק גמישות למולקולות.
מְסִיסוּת
המסיסות של התרכובות הקוואליניות תלויה בזיקה המומסית-ממסית. אם הם אפולאריים, הם יהיו מסיסים בממסים אפולאריים כמו דיכלורומתאן, כלורופורם, טולואן וטטרהידרפורן (THF); אם הם קוטביים, הם יהיו מסיסים בממסים קוטביים, כגון אלכוהולים, מים, חומצה אצטית קרחונית, אמוניה וכו '.
עם זאת, מעבר לזיקה כל כך ממוסדת-ממס, יש קבוע בשני המקרים: מולקולות קוולנטיות אינן נשברות (למעט יוצאים מן הכלל) את קשריהן ולא מפרקות את האטומים שלהן. מלחים, למשל, הורסים את זהותם הכימית בעת ההמסה, פותרים את היונים שלהם בנפרד.
מוֹלִיכוּת
בהיותם נייטרלים, הם אינם מספקים אמצעי הולם להעברת אלקטרונים, ולכן הם מוליכי חשמל לקויים. עם זאת, כמה תרכובות קוולנטיות, כמו הלידים מימן (HF, HCl, HBr, HI), מנתקות את הקשר שלהן כדי להוליד יונים (H + : F - , Cl - , Br - …) והופכות לחומצות (הידראזידים).
הם גם מוליכי חום גרועים. הסיבה לכך היא שכוחותיהם הבין-מולקולריים והתנודות בקשרים שלהם סופגים חלק מהחום המסופק לפני שהמולקולות שלהם גדלות באנרגיה.
קריסטלים
ניתן לסדר תרכובות קוולנטיות, כל עוד הכוחות הבין-מולקולאריים שלהם מאפשרים, כך שתיווצר תבנית מבנית; וכך, גביש קוולנטי, ללא מטענים יוניים. לפיכך, במקום רשת של יונים יש רשת של מולקולות או אטומים המקושרים בצורה קוולנטית.
דוגמאות לקריסטלים אלו הם: סוכרים בכלל, יוד, DNA, תחמוצות סיליקה, יהלומים, חומצה סליצילית, בין היתר. למעט יהלום, גבישים קוולנטיים אלה בעלי נקודות התכה נמוכות בהרבה מאלו של גבישים יוניים; כלומר, המלחים האורגניים והאורגניים.
גבישים אלה עומדים בסתירה לתכונה שמוצקים קוולנטיים נוטים להיות רכים.
הפניות
- וויטן, דייויס, פק וסטנלי. (2008). כִּימִיָה. (מהדורה 8). לימוד CENGAGE.
- Leenhouts, דאג. (13 במרץ, 2018). מאפיינים של תרכובות יוניות וקואוונטיות. מדע. התאושש מ: sciencing.com
- Toppr. (sf). תרכובות קוולנטיות. התאושש מ: toppr.com
- הלמנסטין, אן מארי, דוקטורט. (05 בדצמבר 2018). מאפיינים של מתחם קוולנטי או מולקולרי. התאושש מ: thoughtco.com
- ווימן אליזבת. (2019). תרכובות קוולנטיות. לימוד. התאושש מ: study.com
- Ophardt C. (2003). תרכובות קוולנטיות. Chembook וירטואלי. התאושש מ: chemistry.elmhurst.edu
- ד"ר גרגנס. (sf). כימיה אורגנית: הכימיה של תרכובות פחמן. . התאושש מ: שיעורי בית.sdmesa.edu
- קווימיטוב. (2012). מאפיינים של חומרים קוולנטיים מולקולריים. התאושש מ: quimitube.com