Основно съдържание
Текущ час:0:00Обща продължителност:13:22

Йонни, ковалентни и метални връзки

Видео транскрипция

Досега говорихме само за отделните атоми, но атомите се свързват, с други думи, закачват се един за друг. Ако атомите не се прикрепваха един за друг, всички ние щяхме да сме купчина атоми и това видео изобщо нямаше да го има. И така, атомите се прикрепват един за друг и образуват молекули. Ако съберем няколко атома заедно, те ще се прикрепят помежду си. И ще образуват молекули. А след това очевидно молекулите започват да се натрупват и получаваме други структури. Например при органичната химия имаме много атоми, много въглеродни и водородни атоми, които се фиксират едни към други и образуват белтъци. А след това белтъците ще се закачат един за друг и ще образуват органични структури. И ако подредим достатъчно от тях, накрая ще получим някой, който записва видео в YouTube. Оттук започва всичко. Атомите се свързват. Или се прикрепят един към друг. А целта на това видео е да помислим върху различните начини, по които атомът може да се прикрепи към друг атом. И така, първият и донякъде най-важният начин – аз го приемам за най-важен начин – ще бъде, ако вземем един атом който наистина иска да отдаде електрон, както и друг атом, който наистина иска да вземе един електрон. И преди сме говорили за това. Един атом, който иска да отдаде електрон, иска да го отдаде, защото се опитва да премине в стабилна конфигурация на най-външния си електронен слой. Всеки иска да изглежда като благороден (инертен) газ. Всички завиждат на инертните газове, защото инертните газове имат осем електрона в най-външния си електронен слой. Въпросът е кой ще иска да отдаде? Ако се вгледаме в периодичната таблица, тези, които наистина имат нужда да отдават – а ние вече говорихме много за това – са алкалните метали. Тези елементи наистина искат да се освободят от един електрон. Има и други, които също искат да отдадат електрон. Но нека да разгледаме краен пример. Така. Тези елементи наистина искат да се освободят от електрон. А кой иска да вземе електрон? Да, халогените. Говорихме за това. Халогените обичат да приемат електрони. Не са единствените. Но те имат много висока електроотрицателност. Наистина имат нужда да си вземат електрони. И ако ги поставим един до друг, какво става? Да кажем, натрий и хлор. И да си представим, че желаем да подправим храната си. Вземаме малко натрий и малко хлор. Натрий – нека покажа валентния му слой – при натрия валентният слой изглежда така. В него има само един електрон и натрият иска просто да се отърве от него. Хлорът пък изглежда по този начин. Той има седем валентни електрона. Едно две три четири, пет, шест, седем. И става така, че този тук иска да избяга. Този малък син електрон вдясно тук наистина иска да избяга от натрия и да се премести при хлора. Очевидно, че не няма да стане на принципа размяна 1 срещу 1. Имаме милиони и милиарди такива атоми, които се въртят навсякъде, а тези електрони прескачат, преминават в един, а след това пак прескачат в друг атом. Но за нашите цели нека да приемем просто, че имаме само тези два атома. И става така, че електронът прескача. След това, ако този електрон е прескочил, какво става с натрия? Е, сега натрият просто остава без електрони във валентния си електронен слой. Сега валентният слой е с едно ниво по-ниско, но можем да приемем, че е загубил един електрон, който дотогава е имал. И сега атомната му конфигурация ще прилича на неона. Натрият отдава един електрон и започва много да прилича на неон, поне по електронната си конфигурация. Обаче електроните му са с един по-малко от протоните. Следователно има положителен заряд. Преди беше неутрален. Сега е положителен. Да видим как изглежда хлорът. Смесвам означенията, но целта е само да представя идеята. Досега хлорът имаше седем електрона. Един, два, три, четири, пет, шест, седем. Този електрон прескочи в хлора. Вече е щастлив. Вече заприлича на аргон. Има изцяло запълнен валентен слой. И какъв е зарядът му в момента? Да, има един в повече. Вече има 18 електрона вместо 17. Нали така? И какъв заряд има в момента? Има 17 протона, 18 електрона. Има един отрицателен заряд. Затова просто ще поставя отрицателен знак там горе. Вече има отрицателен заряд, защото прие електрона от натрия. Вече и двамата са доволни от гледна точка на електронната си конфигурация. И двамата имат стабилен валентен слой. Но и се привличат помежду си, нали? Това са Кулонови сили. Положителното се привлича от отрицателното, а отрицателното се привлича от положителното. И силата може да е много голяма, нарича се елекростатична сила, така че те се държат един за друг. Тази сила на привличане е йонна връзка. Така те всъщност ще образуват NaCl. Те нямат споделени (общи) електрони. Този тук иска толкова много да получи електроните, а другият толкова много иска да се освободи от тях и просто предава изцяло електрона. Но след това той казва – "Между другото, след като ти отдадох електрон, ти стана отрицателен, аз станах положителен. Искам да се прикрепя към теб." Така ще образуваме готварска сол и сме готови да си подправим храната. Сега това е ситуация, в която един елемент наистина иска да се разтовари от един електрон, а другият наистина иска да го вземе. Какво се случва в ситуация, в която и двамата участници не са толкова крайни в своето желание да отдадат или приемат електрони? Нека да разгледаме няколко други примера. Най-добрият пример е елементен кислород. Да видим, елементен кислород. Това тук е йонна връзка. Не искам да прескачам напред-назад, но не съм сигурен дали току-що споменах за това. Защо се нарича йонна връзка? Защото образувахме йони. Когато дарихме електрона от натрия на хлора, ние образувахме йон. Натрият се превърна в катион, защото е положителен. И този тук стана анион, защото е отрицателен. А след това двата се закрепиха един към друг, така че имаме йонна връзка. Всички са доволни. А, както бях започнал да обяснявам, какво ще се случи, ако ние има два елемента, които не са чак толкова различни в това колко искат да си вземат електрони. Тяхната електроотрицателност е много подобна. И най-добрият пример ще бъде, ако вземем два атома от един и същи елемент. Да припомня, че си избрах кислорода. Нека това бъде един кислород. Да разгледаме периодичната таблица, за да сме сигурни, че... няма грешка – кислородът има шест валентни електрона, нали? Едно две три четири пет, шест валентни електрона. Така ли е? Това е 2s2, 2p4. Във втория слой той има шест електрона. Кислородът има един, два, три, четири, пет, шест. И след това да вземем втори кислород. Той има един, два, три, четири, пет, шест електрона. Сега и двата кислородни атома с радост биха имали по осем електрона, за да са стабилни. Биха могли да се преструват на благороден газ. Но е ясно, че нямат по осем електрона. Да кажем, че всичко, което имат около себе си, са други кислородни атоми. Така че само могат да се разпоредят единият кислород да отиде до друг атом кислород и да му каже: "Хей, няма ли да споделим по няколко електрона и след това и двамата да се преструваме, че имаме по осем електрона?" Другият отговоря: "Да, разбира се." Можем просто да го пренесем тук. И ще го запиша в синьо. Не е задължително кислородът да промени цвета си. Шегувам се. Ще нарисувам единия тук, за да го различаваме от другия. И тогава те споделят тези електрони. Споделят тези електрони. И можем да го направим, като тук нарисуваме една линия. Виждаме, че те споделят две двойки електрони. Този тук имаше шест електрона, но може донякъде да се преструва, че има както този електрон, така и втория електрон. Ето че така има осем в своя валентен слой. А другият, и той ще направи същото нещо. Разполага с един, два, три, четири, пет, шест, но може също един вид да се преструва, че и тези там са също в неговия валентен слой. Това му стига. Когато имаме споделени електрони, тоест когато двата електрона се разпределят между двата атома – това се нарича ковалентна връзка. Ковалентна връзка. Това е типично, когато имаме работа с два елемента, които не са много различни от гледна точка на тяхната електроотрицателност или тяхното желание за привличане на електрони. Когато говорихме за йонизационна енергия, мисля, че говорихме за това кога кислородът и водата се свързват, нали? И кислородът – ние вече го начертахме – е шест. Не кислородът. А водородът изглежда ето така. Нали? Тук имаме водороден атом. Кислородът казва: "Ей, защо не се се съберем? Да споделим някои електрони." Водородните атоми отговорят: "Добре, нека споделим някои електрони." Ще препиша този кислород по този начин, така става ясно, че става дума за споделяне. Ако пренапиша този кислород по този начин. Аз фактически ще разделя една от тези двойки. И тези водородни атоми вървят заедно и споделят един кислород. Ето го, един водород тук... Може да се преструва, че е запълнил първия си електронен слой, защото можем да сложим само два там. Това е случай, когато правилото на осмицата не важи. При първия електронен слой. И този атом може да се преструва. И кислородът може да се преструва, че има осем електрона във валентния си слой. И всички са доволни. Ето, това също е ковалентна връзка. Можем да я запишем и по друг начин, както направих в предното видео. Ще я запиша по този начин. Всяка една от тези черти включва по два електрона. Това са еквивалентни записи. Но в тази ситуация кислородът е по- електроотрицателен от водорода. Той иска да получи електроните повече от водорода. Така че в тази ситуация електроните ще прекарват повече време около кислорода, отколкото около водорода. Така водородът ще изпита нещо, което ще нарека частичен положителен заряд от тази страна на молекулата, докато страната на кислорода ще изпита частичен отрицателен заряд. Ще го нарисувам наистина малък, защото е частичен отрицателен заряд. Това се нарича полярна ковалентна връзка. Тъй като е все още е ковалентна. Имаме споделяне на електрони. Но е полярна, понеже електроните са издърпани и ще прекарват по-голямата част от времето си от едната страна на атома. И тъй като това е така, молекулата като цяло, тази съвкупност от атоми, ще има полярност. Едната страна на молекулата ще бъде по-негативна, отколкото другата страна, която ще бъде по-положителна, защото електроните прекарват повече време от тази страна. Сега можем да говорим и за последната връзка, която бегло споменах, Ще бъда кратък. Става въпрос за металната връзка. Метална връзка. В гимназията бях в метъл банда, но това е тема за друг видеоклип. При металите не можем просто да напишем електронната структура. Нека дам пример с желязото. Има множество неутрални железни атоми, които просто си стоят тук и там. Ние вече установихме, че едно от общите свойства на металите, което ги определя задължително като метал или елемент с характеристики на метал, е, че имат един куп електрони в най-външния слой. Следователно те отдават с голяма лекота. Много щастливи са, когато споделят. И ако сложим цял куп от тия момчета заедно, те ще си споделят електроните. Така че всички те ще станат положителни. В това отношение металните атоми са много общителни. И тогава електроните им ще образуват море, като това тук. И всички те споделят. "е минус" "е минус" "е минус" И тъй като всичките им електрони са в морето и имат положителен заряд, тях ги привлича морето, които сами са създали. Те се привличат към общността на своите споделени електрони, в която принос има всеки един от атомите. И това позволява металите да са проводими – защото образуват това море от електрони, които много лесно се движат. Това е същото нещо, което ги прави ковки. Защото дори и нагледно да... това е малко интуитивно. В това няма никаква точност. Но някак си можем да ги движим. Можем да си представим, че това е вид голям пудинг от електрони или голямо лепило от електрони. И можем да ги движим, може да огъваме или изправим пръта без той да се счупи или да стане крехък. Докато при солите, които имат много здрава, но твърда връзка, ако опитаме да огънем блокче от сол, връзките просто ще се разкъсат или разчупят. Няма я гъвкавата електронна каша, която да извиваме и да си играем с нея. И така, това са трите вида връзки. Дано вече имаш малко повече усет по темата. Усетът или интуицията е много полезен, защото в цялата химия всичко, което правим, по същество включва едни или други комбинации от тези връзки. И в бъдеще ще говорим за значението на тези връзки от гледна точка на температурата, при която те кипят, или на свойствата на самите молекули. Както и да е, ще се видим в следващия видеоклип.