Kovalenttinen sidos
Kovalenttiset sidokset ovat kahden ei-metalliatomin välisiä kemiallisia sidoksia. Esimerkki on vesi, jossa vety (H) ja happi (O) sitoutuvat toisiinsa muodostaen (H2O). Täydellä ulkokuorella on yleensä kahdeksan elektronia, vedyn tai heliumin tapauksessa kaksi. Valenssielektronit ovat atomin ulkokuoren suhteellisen löysästi pidettyjä elektroneja. Elektronikuorien rakenne määräytyy kvanttimekaniikan mukaan).
Atomin elektronien lukumäärä määräytyy atomin protonien lukumäärän mukaan. Elektronit kiertävät atomiytimiä, ja ne kiertävät ikään kuin epäselviä kiertoratoja atomiytimen ympärillä. Ensimmäisessä kerroksessa on enintään kaksi elektronia. Sen jälkeisissä kerroksissa on yleensä enintään kahdeksan elektronia. Kovalenttiset sidokset muodostuvat, kun atomit jakavat valenssielektronit.
Jos esimerkiksi atomissa olisi yhdeksän elektronia, kaksi ensimmäistä kiertäisi hyvin lähellä ydintä ja seitsemän seuraavaa hieman kauempana. Seitsemän ulointa elektronia on vähemmän tiukasti kiinni kuin kaksi sisintä elektronia, koska ne ovat kauempana positiivisesti varautuneesta ytimestä. Jos tämä atomi pääsee lähelle toista atomia, jonka ulommalla kuorella on löysästi pidetty elektroni, löysästi pidetylle elektronille vapautuu uusi rata. Tämä uusi elektronin orbitaali on sidottu molempiin atomiytimiin, ja sillä on matalampi energiataso kuin alkuperäisellä elektronin orbitaalilla. Elektroni voi spontaanisti hypätä sille ja lähettää fotonin ylimääräisellä energialla. Nyt elektroni kiertää molempia atomeja, mikä johtaa siihen, että elektronin luovuttaneella atomilla on pieni positiivinen nettovaraus ja toisella atomilla pieni negatiivinen nettovaraus. Kaksi atomia pidetään nyt yhdessä positiivisten ja negatiivisten varausten välisen sähkömagneettisen vetovoiman avulla. Tätä kutsutaan kovalenttiseksi sidokseksi. Tämän sidoksen katkaisemiseen tarvitaan sama energiamäärä, joka vapautui sidosta muodostettaessa.
Vesimolekyyli koostuu yhdestä happiatomista ja kahdesta vetyatomista, joita yhdistää kovalenttinen sidos. Tällöin happiatomi jakaa yhden elektronin kunkin vetyatomin kanssa. Tämä tarkoittaa, että happiatomilla on pieni positiivinen nettovaraus ja vetyatomilla pieni negatiivinen nettovaraus. Tämän seurauksena happi- ja vetyatomit vetävät toisiaan puoleensa sähkömagneettisen voiman ansiosta. Tämän vuoksi vesimolekyyli on polaarinen molekyyli: sen varaus ei ole tasaisesti jakautunut.
Veden (H2O) kovalenttiset sidokset
Kovalenttisen sidoksen tyypit
Atomiorbitaalit (lukuun ottamatta s-orbitaaleja) muodostavat erityyppisiä kovalenttisia sidoksia:
- Sigmasidokset (σ) ovat vahvimpia kovalenttisia sidoksia. Niissä kahden eri atomin orbitaalit ovat päällekkäin. Yksittäinen sidos on yleensä σ-sidos.
- Pi (π) -sidokset ovat heikompia ja johtuvat p (tai d) -orbitaalien lateraalisesta päällekkäisyydestä.
- Kahden tietyn atomin välisessä kaksoissidoksessa on yksi σ- ja yksi π-sidos, ja
- kolmoissidoksessa on yksi σ- ja kaksi π-sidosta.
Kovalenttiset sidokset ovat heikompia kuin ionisidokset, ja niiden sulamispiste on alhaisempi. Ne johtavat myös yleensä huonosti sähköä ja lämpöä.
Sidoksen pituus
Kemiassa sidoksen pituus on kovalenttisen sidoksen koon mitta. Koska molekyylit ovat hyvin pieniä, ne mitataan pikometreinä eli noin metrin miljardisosan miljoonasosana.
Molekyylien kemia selittyy pääasiassa niiden sidoksilla, ja sidokset johtuvat niiden elektronirakenteesta.
Bentseenin piirtäminen. Sidospituudet ja sidoskulmat on esitetty.
Aiheeseen liittyvät sivut
- Valenssi
Kysymyksiä ja vastauksia
K: Mikä on kovalenttinen sidos?
A: Kovalenttinen sidos on kahden ei-metalliatomin välinen kemiallinen sidos, jossa atomit jakavat valenssielektronit. Tällöin syntyy elektroniorbitaali, joka on sitoutunut molempiin atomiytimiin ja jolla on matalampi energiataso kuin alkuperäisellä elektroniorbitaalilla. Tämän seurauksena elektronin luovuttaneella atomilla on pieni positiivinen nettovaraus ja toisella atomilla pieni negatiivinen nettovaraus, joita pitää yhdessä positiivisten ja negatiivisten varausten välinen sähkömagneettinen vetovoima.
Kysymys: Kuinka monta elektronia atomilla on tavallisesti ulkokuorensa sisällä?
V: Atomin ulkokuori sisältää yleensä enintään kahdeksan elektronia, vedyn tai heliumin tapauksessa kaksi.
K: Mikä määrää atomin elektronien määrän?
V: Atomin elektronien lukumäärä määräytyy atomin protonien lukumäärän mukaan.
K: Miten kovalenttiset sidokset muodostuvat?
V: Kovalenttiset sidokset muodostuvat, kun atomit lähestyvät toisiaan ja yksi löyhästi pidetty elektroni toisesta atomista hyppää uudelle orbitaalille, joka on sidottu molempiin atomiytimiin aiempaa matalammalla energiatasolla. Tämä johtaa siihen, että toisella atomilla on pieni positiivinen nettovaraus ja toisella pieni negatiivinen nettovaraus, jolloin niiden välille syntyy sähkömagneettinen vetovoima.
Kysymys: Minkä tyyppinen molekyyli on vesi?
V: Vesimolekyylit koostuvat yhdestä happiatomista ja kahdesta vetyatomista, joita kovalenttiset sidokset pitävät yhdessä, mikä tekee siitä polaarisen molekyylin, koska sen varaus ei ole tasaisesti jakautunut.
K: Missä elektronit kiertävät atomiytimiä?
V: Elektronit kiertävät atomiytimien ympärillä kuin sumeat kiertoradat.
