پیوند کوالانسی چیست؟
پیوند کووالانسی، در شیمی، پیوند بین اتمی است که حاصل تقسیم جفت الکترون بین دو اتم است که "valence" به الکترونهای مدار آخر اتم اشاره دارد در حالی که "co" به معنی مشترک است. بنابراین، واژه کووالانسی فقط به این معنی است که الکترونها به اشتراک گذاشته می شوند.
پیوند کووالانتی به این دلیل اتفاق می افتد که اتم ها برای ایجاد آرایش الکترونی پایدار نیاز به دریافت الکترون دارند الکترون هایی که بار منفی دارندبه هسته های مثبت دو اتم جذب می شوند. سپس اتمها به جای عقب کشیدن یکدیگر جذب شده و منجر به پیکربندی شیمیایی پایدار در هر دو آنها می شود. یک نمونه از پیوند کووالانتی است که بین دو اتم اکسیژن برای تشکیل گاز اکسیژن (O2) رخ می دهد. یک نمونه از پیوند کووالانتی قطبی در اسید هیدروکلریک (HCl) رخ می دهد که کلر (کلر) سهم بیشتری از الکترون را نسبت به هیدروژن (H) دارد.
پیوند کووالانسی، در شیمی، پیوند بین اتمی است که حاصل تقسیم جفت الکترون بین دو اتم است. اتصال بواسطه جاذب الکترواستاتیک هسته های آنها برای الکترونهای مشابه بوجود می آید.. پیوند کووالانتی همچنین ممکن است یک پیوند مولکولی نامیده شود. پیوند کووالانتی بین دو اتم غیرمولتی با مقادیر الکترونگاتیویک یکسان یا نسبتا نزدیک است. این نوع پیوند همچنین می تواند در سایر گونه های شیمیایی مانند رادیکال ها و ماکرومولکول ها یافت شود. اصطلاح "bond bonding" ابتدا در سال 1939 به کار برده شد، هرچند ایروین لانگمویر در سال 1919 اصطلاح "کووالانس" را معرفی کرد تا تعداد الکترونهای جفتی که توسط اتمهای مجاور به اشتراک گذاشته شده است.
جفت الکترون که در یک پیوند کووالانسی شرکت می کنند، جفت های اتصال یا جفت های مشترک نامیده می شود. به طور معمول، به اشتراک گذاری جفت های باند اجازه می دهد تا هر اتم به یک پوسته الکترون های پایدار بیرونی، شبیه به آنچه در اتم های گاز نجیب دیده می شود تبدیل شود
پیوند کووالانسی برای رسیدن به حالت پایدار در ترکیبات شیمیایی است به تصویر زیر نگاه کنید سارا واملی هر دو احساس سرما ی کنند با به اشتراک گذاشتن پتو هر دو آنها احساس راحتی و گرما می نمایند پتو حکم الکترونی دارند که به بین دو اتم به اشتراک گذاشته می شود
انواع پیوند کوانتومی :قطبی و غیر قطبی
دو نوع مهم از پیوند کووالانسی وجود دارد پیوند کوانتومی غیر قطبی یا خالص و پیوند کوانتومی قطبی .
1- پیوند کوانتومی قطبی :
پیوندهای غیرقطبی هنگامی اتفاق می افتند که اتم ها به طور مساوی جفت الکترون را به اشتراک بگذارند. از آنجایی که تنها اتمهای یکسان واقعا در به اشتراک گذاشتن برابر هستند، تعریف گسترش یافته است که شامل پیوند کووالانتی بین هر اتم با تفاوت الکترونگاتیوی کمتر از 0.4 است. نمونه هایی از مولکول هایی با پیوندهای غیر قطبی H2، N2 و CH4 هستند.
2- پیوند کوانتومی قطبی:
با افزایش اختلاف الکترونگاتیوی، اگر تفاوت الکترونگاتیوی بین 0.4 تا 1.7 باشد، پیوند قطبی است.
اگر تفاوت الکترونگاتیوی بیشتر از 1.7 باشد، پیوند یونی است.
توضیحات جامعتر از پیوند کوالانسی
سیلیکون، کربن، ژرمانیوم و چند عنصر دیگر، جامدات چسبیده به یکدیگر را تشکیل می دهند. در این عناصر، چهار الکترون وجود دارد در پیوند کووالانتی، اتم یک الکترون با هر یک از چهار اتمها مجاورت نزدیک دارد. پیوند جهت دارد و ترجیح می دهد یک ترتیب چهار تایی تشکیل می دهد یک پیوند کووالانسی توسط دو الکترون به وجود می آید که یکی از هر اتم در واسطه یونهای اوربیتال واقع شده است.
قانون اساسی فیزیک کوانتومی اصل استقرار Pauli است، که بیان می کند که هیچ دو الکترون نمی توانند همان نقطه در فضا را در همان زمان با همان جهت چرخش اشغال کنند. در یک پیوند کووالانتی، دو الکترون در هر زمان یک حجم کوچک از فضا (یعنی همان مدار) را اشغال می کنند، بنابراین آنها باید دارای چرخش مخالف باشند
در گرافیت اتم های کربن در ورق موازی مرتب شده اند و هر اتم تنها سه همسایه نزدیک دارد. پیوندهای کووالانتی بین کربن های مجاور در هر لایه بسیار قوی هستند و به نام σ پیوند دارند. چهارمین ظرفیت الکترون در کربن دارای مدار است که عمود بر سطح است. این اوربیتال ضعیف با اوربیتال های مشابه در تمام سه همسایه، تشکیل باند π می دهد چهار پیوند برای هر اتم کربن در ساختار گرافیت در یک تتراهاد مرتب نشده اند؛ اگرچه نه به عنوان پیوند در پیکربندی الماس ترتیب مسطح باعث پیوند قوی، می شودپیوند بین لایه ها بسیار ضعیف است و از تعامل ون دو والس حاصل می شود؛ لغزش زیادی به صورت موازی با لایه ها وجود دارد. الماس و گرافیت کنتراست جالبی را تشکیل می دهند: الماس سخت ترین مواد در طبیعت است و به عنوان یک ساینده استفاده می شود، در حالی که گرافیت به عنوان یک روان کننده استفاده می شود.
بعلاوه نیمه هادی های عنصری مانند سیلیکون و ژرمانیوم، به صورت کووالانسی متصل می شوند. گالیوم دارای سه الکترون در پوسته بیرونی است، در حالی که آرسنیک سه عدد ندارد. گالسیوم آرسنید (GaAs) می تواند به عنوان یک عایق ساخته شود، با انتقال سه الکترون از گالیم به آرسنیک؛ با این حال، این اتفاق نمی افتد آرسنید گالیم یک نیمه هادی کووالانتی است. پوسته های بیرونی اتم های گالیم سه الکترون را تشکیل می دهند و اتم های آرسنیک پنج را تشکیل می دهند و هشت الکترون برای چهار پیوند کوانتومی مورد نیاز است. مراكز پیونددر مرز بين يون ها قرار نگرفته اند اما به سمت آرسنيك کمی تغییر می یابد. پیوند چنین نمونه ای از نیمه هادی های III-V است که از یک عنصر از ستون سوم جدول تناوبی و یکی از ستون پنجم تشکیل شده است. عناصر ستون سوم (بور، آلومینیوم، گالیم و اندیم) سه الکترون را تشکیل می دهند، در حالی که عناصر پنجم ستون (نیتروژن، فسفر، آرسنیک و آنتیموان) پنج الکترون را تشکیل می دهند. تمام نیمه هادی های III-V به صورت کووالانسی متصل می شوند و معمولا دارای ساختار مخلوط روی با چهار همسایه در هر اتم می باشند.
یون هایی که یک یا دو الکترون الکترون valence را اهدا یا پذیرش می کنند، مقره ها را تشکیل می دهند. کسانی که سه تا پنج الکترون الکترون دارند، دارای پیوندهای کووالانسی هستند و نیمه هادی ها را تشکیل می دهند. با این حال، به استثنای این قوانین، همانطور که در نیمه هادی های IV-VI مانند سولفید سرب وجود دارد. عناصر سنگین از ستون چهارم جدول تناوبی (ژرمانیم، قلع و سرب) با کلکوه هایژندها از ردیف ششم ترکیب می شوند تا نیمه هادی های دوتایی خوب مانند تلورید ژرمانیوم (GeTe) یا سولفید قلع (SnS) را تشکیل دهند. آنها ساختار کلرید سدیم دارند که هر اتم شش همسایه دارد. اگر چه نه tetrahedrally باند، آنها نیمه هادی خوب هستند.
پوسته های اتمی پر شده با d-orbital نقش مهمی در پیوند کووالانسی دارند. الکترونها در مدار اتمی دارای حرکت زاویه ای (L) هستند که در مقادیر عدد (n) چند برابر ثابت h: L = nh quantized می شوند. اوربیتال های الکترونی با n = 0 s-states نامیده می شوند، n = 1 p-states و n = 2 d-states هستند. یونهای نقره و مس یک الکترون valence در خارج از پوسته های بسته خود دارند. پوسته در خارج از محدوده ای است که از حالت D تشکیل شده و بر پیوند تاثیر می گذارد. هشت کریستال مضاعف از هالید های مس و نقره تشکیل شده است. سه تا (AgF، AgCl، AgBr) دارای ساختار کلرید سدیم با شش همسایه هستند. پنج تای دیگر (AgI، CuF، CuCl، CuBr، CuI) ساختار ترکیبی با چهار همسایه دارند. پیوند در این گروه از مواد جامد در مرز بین کوانتال و یونی است، زیرا کریستال ها هر دو نوع پیوندرا ترجیح می دهند. هالید های فلز قلیایی رفتار متفاوت دارند. فلزات قلیایی نیز کاتیون monovalent هستند، اما هالیدین آنها به شدت یونیک است. در پیوند بین فلزات قلیایی از یک سو و نقره و مس، تفاوت وجود دارد این است که نقره و مس، d-shell را پر می کنند در حالی که قلیاها پوسته های p را پر کرده اند. از آنجائیکه d-shell ها پر شده است، آنها covalently پیوند ندارند. با این وجود این گروه از الکترونها بسیار قطبی است، که بر پیوند الکترونهای والانس تاثیر می گذارد. رفتار مشابهی برای روی و کادمیوم وجود دارد که دارای دو الکترون valence خارج از یک d-shell پوشیده شده است. آنها کریستالهای دوتایی را با کلوكوژنز هاتشکیل می دهند كه پیوند چهارگوشه ای دارند. در این مورد پیوند کووالانتی بر روی پیوند یونی ترجیح داده می شود.
بیشتر بخوانید:
کریستال چیست؟
مولکول چیست؟
طبقه بندی عناصر
تفاوت بین آب سخت و نرم چیست ؟