Néha a tanár is belezavarodik
Melyik állítás nem igaz a kovalens kötéssel kapcsolatban?
- A) Közös elektronpárral létrehozott kötés.
- B) Egyszeres kovalens kötés csak szigma-kötés lehet.
- C) Apoláris kovalens kötés csak azonos atomok között alakulhat ki.
- D) Egy molekulában több, mint három pi-kötés is lehet.
- E) Két atom között legfeljebb két pi-kötés alakulhat ki.
Én úgy gondoltam, hogy ezek közül mindegyik állítás igaz és így nem találtam a helyes (vagyis a hamis) választ. Csak hogy előre tisztázzuk: a helyes (tehát nem igaz) válasz a C. Úgy gondoltam, hogy jobb, ha egy blogposztot szentelek a témának is kifejtem, miért nem voltam biztos a válaszban.
Pár szó a kovalens kötésről
A kovalens kötés olyan elsőrendű kémiai kötés, amelyben az atomok közös vegyértékkel rendelkeznek. Kovalens kötés kialakulásakor két atompálya átfedésével egy molekulapálya jön létre. Ha kettő (vagy néha több) atom vegyértékelektronjai közös pályán mozognak, azt kovalens kötésnek nevezzünk.
Az elektronegativitás egy kísérletileg meghatározott szám, ami a kovalens kötésben részt vevő atomoknak az a képessége, hogy a molekulán belül vonzzák a kovalens kötést alkotó elektronpárt. Tehát leegyszerűsítve: elektronvonzó képesség.
Kovalens kötést általában a relatíve nagy elektronegativitású elemek alakítanak ki, vagyis leginkább a nemfémek (a periódusos rendszerben jobb felül található elemek, valamint a hidrogén, ld. lent színessel kiemelve). Más elemek is képesek erre, pl. a bór, a berillium és bizonyos d-mezőbeli fémek is, de a legtöbb esetben a nemfémeknél fogtok kovalens kötésekkel találkozni. Ökölszabály az, hogy akkor alakul ki kovalens jellegű jellegű kötés két atom között, ha az azok közötti elektronegativitásbeli különbség kisebb, mint 1,7.
A nemfémes elemeket színessel jelölve láthatjátok.
Mi is az az apoláris kötés?
A létrejövő kovalens kötések lehetnek apolárisak (egyformán oszlanak meg a két atom között) vagy polárisak (nagyobb valószínűséggel találhatóak az egyik atomhoz közelebb, mint a másikhoz).
Minél sötétebb a szín, annál nagyobb az atomok elektronegativitása.
Például a hidrogéné 2,20, a foszforé 2,19, az arzéné 2,18. Ezek nagyon közel vannak egymáshoz, de nem egyeznek meg. Az én értelmezésem az volt, hogy ezek között is – nagyon gyengén – poláris kötés alakul ki. A poszt elején feltett éles emelt kémia érettségi kérdésre ezért is nem válaszoltam a C-vel, hiszen a számokat nézve csak akkor azonos elektonegativitású két atom, ha két ugyanolyan atomról van szó, tehát pl. két hidrogénről (H2 molekula), két oxigénről (O2 molekula), két kénről (S8 molekulában), stb.
A kötés polaritása valójában – mint annyi minden az életben – egy skálával jellemezhető. Valóban, a lehető legtisztábban apoláris kötések azonos atomok között jönnek létre, de nem csak ezeket tekintjük apolárisnak. Nem kell, hogy két atom elektronegativitása pontosan megegyezzen, elég, ha közel azonos. Az irodalomban azt állítják, hogy egy kovalens kötést apolárisnak tekinthetünk, ha az elektronegativitás-különbség a két atom között kisebb, mint 0,4. Ez azt jelenti, hogy például a foszfor-hidrogén közötti kovalens kötésre apoláris kötésként tekinthetünk, hiszen a foszfor és a hidrogén nem azonos atomok. Sőt, így pl. a szén-hidrogén kovalens kötésre is apoláris kötésként tekinthetünk, így tehát a C válasz (“Apoláris kovalens kötés csak azonos atomok között alakulhat ki.”) valóban nem igaz, hiszen a két atom között az elektronegativitás-különbség 2,55-2,20=0,35.
A poláris kovalens kötés
Ha a kötést kialakító két atom elektronegativitásának különbsége nagyobb, mint 0,4, de kisebb mint 1,7, a kötés poláris kovalens kötés. A poláris kovalens kötés esetén az atomok nem egyenlően vonzzák magukhoz az elektronpárt, így nem egyforma mértékben “tartozik” az elektronnpár az egyes atomokhoz. Ezt a jelenséget úgy szoktuk ábrázolni, hogy az adott atomok fölé a görög delta betűt írjuk (δ) egy + vagy – jellel. Előbbi az ún. parciális (magyarul részleges) pozitív, utóbbi a parciális negatív töltést jelöli. Deltával jelöljük tehát az egynél kisebb relatív töltést.
A fluoratom parciálisan negatív, a hidrogénatom parciálisan pozitív töltésű.
Ahhoz az atomhoz, amelyiknek nagyobb az elektronegativitása egy részleges negatív töltést, a kisebb elektronegativitásúhoz részleges pozitív töltést rendelhetünk.
Molekulák polaritása
Ennek a blogposztnak nem célja, hogy részletesen tárgyaljuk a molekulák polaritását, azt egy másik alkalommal vesézzük ki. Azt viszont felvetném, hogy a kötés polaritása, noha fontos eleme, de nem határozza meg az egész molekula polaritását (hacsak nem kétatomos molekuláról van szó). Ezt gondolatébresztőként négy molekula polaritásának elemzésével mutatnám be.
Fluor (apoláris kötés, apoláris molekula):
Ahogy említettem, a kétatomos molekulák esetében, ha a kötés apoláris, akkor a molekula is, ez a helyzet például a fluor esetében. Két azonos elektronegativitású atom (hiszen ugyanolyanok) apoláris kovalens kötéssel összekötve. Mivel egyik atom sem hordoz parciális töltést, így maga a molekula apoláris.
Hidrogén-klorid (poláris kötés, poláris molekula):
Két jelentősen eltérő elektronegativitású atom (EN(H)=2,20; EN(Cl)=3,16) poláris kovalens kötéssel összekötve. A klóratom parciális negatív, a hidrogénatom parciális pozitív töltést hordoz.
Szén-dioxid (poláris kötések, apoláris molekula):
A szén és az oxigén két jelentősen eltérő elktronegativitású atom (EN(C)=2,55; EN(O)=3,44), így köztük poláris kovalens kötés alakul ki. Azonban a két polaritásvektor (az alábbi ábrán piros nyilak jelzik) kioltják egymást, a két vektor eredője nulla. Így a molekula maga – még ha a kötései polárisak is – apoláris lesz.
A kötések ugyan polárisak, de a két polaritásvektor ellentétes irányba mutat, így eredőjük 0, tehát a szén-dioxid apoláris.
Foszfin (apoláris kötések, poláris molekula):
A foszfin molekulaképlete PH3. Egy példája a csupa apoláris kötésekkel rendelkező, mégis poláris molekulának. A központi foszforatomhoz három hidrogénatom kötődik, található rajta továbbá, a hirdogének által bezárt síkhoz képest a foszforatom átellenes oldalán egy nemkötő elektronpár (az alábbi ábrán sárgával jelölve). A foszfor és a hidrogénatomok elektronegativitása gyakorlatilag megegyezik, így a kötő elektronpár ugyanannyira tartozik a hidrogén-, mint a foszforatomokhoz. Így tehát a közöttük kialakuló kötés apoláris. Ha megnézzük a foszfin dipólusmomentuma (ami egy szám, ami a dipólusság, vagy polaritás mértékét adja meg) nem nulla, tehát a molekula poláris. Ezt azzal magyarázhatjuk, hogy a központi foszforatomon található nemkötő elektronpár miatt a foszfor körül az elektronok eloszlása nem egyenletes, a nemkötő elektronpár oldalán nagyobb az elektronsűrűség, így a molekula gyengén poláris lesz.
A kötések apolárisak, viszont a foszforatomon található nemkötő elektronpár miatt az elektronsűrűség nem egyenletesen oszlik el, tehát a molekula poláris.
