If you're seeing this message, it means we're having trouble loading external resources on our website.

Dacă sunteţi în spatele unui filtru de web, vă rugăm să vă asiguraţi că domeniile *. kastatic.org şi *. kasandbox.org sunt deblocate.

Conţinutul principal

Compuși și molecule

Compușii pot fi împărțiți în două categorii: ionici sau covalenți. Moleculele sunt cele mai simple unități ale unui compus covalent, ele putând fi reprezentate în multe moduri. 
Atomii sunt cele mai mici unități de materie care încă rețin proprietățile chimice fundamentale ale unui element. Chiar și așa, o mare parte din studiul chimiei implică investigarea a ceea ce se întâmplă atunci când atomii se combină cu alți atomi pentru a forma compuși chimici stabili. Un compus chimic este un grup de atomi identici sau diferiți uniți prin legături chimice. Așa cum structura atomului este menținută de atracția electrostatică dintre nucleul încărcat pozitiv și electronii încărcați negativ care îl înconjoară, stabilitatea legăturilor chimice se datorează și atracțiilor electrostatice. Pentru a înțelege mai departe, considerați cele două tipuri principale de legături chimice ca fiind: legăturile covalente și legăturile ionice. În legăturile covalente, doi atomi împart perechi de electroni, pe când în legăturile ionice, electronii sunt transferați complet între cei doi atomi astfel încât se formează ioni. Haideți să analizăm ambele tipuri de legături chimice în detaliu.

Legături și molecule covalente

O legătură covalentă se formează atunci când doi atomi pun în comun perechi de electroni. Într-o legătură covalentă, stabilitatea legăturii provine din atracția electrostatică dintre cei doi nuclei atomi încărcați pozitiv și electronii încărcați negativ dintre nuclei.
Un singur atom neutru de hidrogen este reprezentat în stânga; o moleculă de hidrogen, H2, este reprezentată în dreapta.
Un atom neutru de hidrogen, reprezentat în stânga, conține un electron. Doi atomi de hidrogen se pot combina punând fiecare în comun electronul său pentru a forma o legătură covalentă simplă, reprezentată în dreapta ca zona în care norii gri din jurul fiecărui atom de hidrogen se suprapun. În legătura covalentă, perechea de electroni este distribuită între cei doi atomi de hidrogen. Când legătura covalentă este formată, nu mai avem doi atomi de hidrogen separați, ci o singură moleculă de hidrogen—Hstart subscript, 2, end subscript. Credit de imagine: Wikipedia, CC BY-SA 3.0
Când atomii se combină prin formarea de legături covalente, ansamblul de atomi rezultat se numește moleculă. Prin urmare, putem spune că o moleculă este cea mai simplă unitate a unui compus covalent. Așa cum vom vedea mai departe, există o varietate de simboluri pentru a reprezenta și modela molecule.

Reprezentarea moleculelor: formule chimice

Formulele chimice, numite uneori și formule moleculare, sunt cea mai simplă formă de a reprezenta moleculele. Într-o formulă chimică, folosim simbolurile din tabelul periodic pentru a indica ce elemente sunt prezente și folosim indici pentru a preciza câți atomi din fiecare element există în moleculă. Spre exemplu, o singură moleculă de NHstart subscript, start color #aa87ff, 3, end color #aa87ff, end subscript, amoniac, conține un atom de azot și trei atomi de hidrogen. În schimb, o singură moleculă de Nstart subscript, start color #11accd, 2, end color #11accd, end subscriptHstart subscript, start color #e84d39, 4, end color #e84d39, end subscript, hidrazină, conține doi atomi de azot și patru atomi de hidrogen.
Verificarea conceptului: Formula chimică a acidului acetic, un acid obișnuit din soluția numită oțet, este Cstart subscript, 2, end subscriptHstart subscript, 4, end subscriptOstart subscript, 2, end subscript. Câți atomi de oxigen se găsesc în trei molecule de acid acetic?
Pe măsură ce continui să studiezi chimia, vei afla că uneori chimiștii scriu formule moleculare în moduri diferite. Spre exemplu, așa cum tocmai am văzut, formula chimică a acidului acetic este Cstart subscript, 2, end subscriptHstart subscript, 4, end subscriptOstart subscript, 2, end subscript; totuși, o vom vedea adesea scrisă ca CHstart subscript, 3, end subscriptCOOH. Motivul din spatele acestei a doua formule este că ordinea în care atomii sunt scriși ne ajută să arătăm structura moleculei de acid acetic—aceasta este numită uneori formula structurală condensată. Ca atare, ne putem gândi la CHstart subscript, 3, end subscriptCOOH ca fiind o încrucișare între o formulă chimică și o formulă structurală, despre care vom discuta mai departe.

Reprezentarea moleculelor: formule structurale

Formulele chimice ne spun doar câți atomi din fiecare element sunt prezenți într-o moleculă, dar formulele structurale ne oferă informații și despre felul în care atomii sunt poziționați în spațiu. În formulele structurale, chiar desenăm legăturile covalente ce conectează atomii. În secțiunea anterioară, am văzut formula chimică a amoniacului, aceasta fiind NHstart subscript, 3, end subscript. Acum. haideți să privim formula sa structurală:
Două formule structurale ale amoniacului.
Două formule structurale pentru amoniu, NHstart subscript, 3, end subscript. Formula din stânga ne oferă doar o aproximație bidimensională a structurii moleculare, pe când formula din dreapta ne arată orientarea atomilor în spațiu folosind liniuțe care intră în planul paginii și pene care ies din planul paginii. Cele două puncte de pe azotul din formula din dreapta indică o pereche singură de electroni. Credit de imagine: în stânga, Physique Applique, CC BY-NC-SA 4.0; în dreapta, Wikipedia, CC BY-SA 3.0
Din ambele formule structurale, putem vedea că atomul central de azot este conectat cu fiecare atom de hidrogen printr-o singură legătură covalentă. Rețineți totuși că atomii și moleculele, la fel ca orice altceva în univers, există în trei dimensiuni—au lungime și lățime, precum și grosime. În formula structurală din stânga putem vedea doar o aproximare bidimensională a moleculei. Cu toate acestea, în mult mai detaliata formulă structurală din dreapta, avem o linie punctată pentru a indica că cel mai din dreapta atom de hidrogen stă în spatele planului ecranului, pe când linia îngroșată indică că hidrogenul central stă în fața planului ecranului. Cele două puncte aflate deasupra azotului indică o pereche singură de electroni care nu sunt implicați în nicio legătură covalentă. Vom discuta despre semnificația acestor electroni la sfârșitul acestei secțiuni. Pentru a ajuta la reprezentarea mult mai precisă a acestei forme tridimensionale, ne putem baza pe modele de umplere a spațiului, precum și pe modele cu bile și tije. Considerăm ambele modele ca fiind pentru NHstart subscript, 3, end subscript:
Un model de umplere a spaţiului şi un model cu bile și tije al amoniacului.
În stânga, un model de umplere a spațiului, iar în dreapta, un model cu bile și tije, al amoniacului, NHstart subscript, 3, end subscript. Atomii de azot sunt reprezentați în albastru, iar cei de hidrogen în alb. Credit de imagine: în stânga, Wikipedia; în dreapta, Wikipedia, public domain
Imaginea din stânga prezintă un model de umplere a spațiului pentru amoniac. Atomul de azot este reprezentat ca sfera centrală, mai mare și albastră, iar cei trei atomi de hidrogen sunt reprezentați sub forma sferelor mai mici albe de pe margini, care formează un fel de trepied. Forma de ansamblu a moleculei este o piramidă cu azot la vârf și o bază triunghiulară formată de cei trei atomi de hidrogen. Așa cum vei învăța atunci când vei studia forme moleculare și geometria moleculară, acest tip de aranjament e cunoscut ca piramidă trigonală. Principalul avantaj al modelului de umplere a spațiului este că ne oferă informații despre dimensiunile relative ale diferiților atomi—azotul are o rază atomică mai mare decât hidrogenul.
Imaginea din dreapta ne prezintă un model cu bile și tije al amoniacului. După cum ai putea ghici, bilele reprezentate sunt atomi, iar tijele care conectează bilele reprezintă legăturile covalente dintre atomi. Avantajul acestui tip de reprezentare este că putem vedea legăturile covalente, ceea ce ne permite de asemenea să vedem mai ușor geometria moleculei.

Ioni și formarea ionilor

Acum că înțelegem ce sunt legăturile covalente, putem începe să discutăm despre celălalt tip major de legătură chimică—legătura ionică. Spre deosebire de legăturile covalente, în care perechile de electroni sunt puse în comun între atomi, o legătură ionică este formată atunci când doi ioni încărcați diferit se atrag reciproc. Pentru a ilustra mai bine aceasta, trebuie întâi să examinăm structura și formarea ionilor.
Amintiți-vă că atomii neutri au un număr egal de protoni și electroni. Consecința acestui lucru este că sarcina totală pozitivă a protonilor anulează exact sarcina totală negativă a electronilor, astfel încât atomul în sine are o sarcină totală, sau sarcină netă, egală cu zero.
Cu toate acestea, dacă un atom câștigă sau pierde electroni, echilibrul dintre protoni și electroni se rupe să atomul devine un ion — o specie care are sarcină netă. Haideți întâi să privim ce se întâmplă când un atom neutru pierde un electron:
The oxidation of sodium.
Un atom neutru de sodiu, Na, pierde un electron pentru a forma un cation, Nastart superscript, plus, end superscript. Credit de imagine: Introduction to Chemistry: General, Organic, and Biological, CC BY-NC-SA 3.0
În diagrama de mai sus, vedem un atom neutru de sodiu, Na, pierzând un electron. Rezultă că ionul de sodiu, Nastart superscript, plus, end superscript, are 11 protoni, dar doar 10 electroni. Astfel, ionul de sodiu are o sarcină netă de 1+, iar el a devenit un cation—un ion încărcat pozitiv.
În continuare, ne vom uita la formarea unui anion—un ion cu sarcina netă negativă.
Reducerea clorului la ionul clorură
Un atom neutru de clor, Cl, primește un electron pentru a forma un anion, Cl start superscript, minus, end superscript.Credit de imagine: Introduction to Chemistry: General, Organic, and Biological, CC BY-NC-SA 3.0
În această diagramă, vedem procesul opus celui pe care l-am văzut cu atomul de sodiu. Aici, un atom neutru de clor, Cl, primește un electron. Rezultatul este că nou-formatul ion de clor, Clstart superscript, minus, end superscript, are 17 protoni și 18 electroni. Întrucât electronii poartă o sarcină de 1- ,sarcina netă a ionului de clor este, de la electronul suplimentar, de 1-. El a devenit unanion, sau un ion încărcat negativ.
Notă:Când un atom neutru primește unul sau mai mulți electroni pentru a forma anioni, ei sunt numiți de obicei cu sufixul -ură. De exemplu, Clstart superscript, minus, end superscript este clorură, Brstart superscript, minus, end superscript este bromură, Nstart superscript, 3, minus, end superscript este nitrură, însă Ostart superscript, 2, minus, end superscript este oxid, etc.

Legături ionice

În secțiunea anterioară, am analizat separat felul în care sodiul poate pierde un electron pentru a forma cationul Nastart superscript, plus, end superscript și felul în care clorul poate primi un electron pentru a forma anionul Clstart superscript, minus, end superscript. Totuși, în realitate, acest proces poate avea loc într-o singură etapă, atunci când sodiul cedează un electron clorului! Putem ilustra aceasta după cum urmează:
Oxidarea și reducerea sodiului și clorului.
Sodiul își cedează electronul clorului pentru a forma Nastart superscript, plus, end superscript și Clstart superscript, minus, end superscript. Credit de imagine: Boundless Learning, CC BY-SA 4.0
Aici, putem vedea cum un electron este transferat de la sodiu la clor pentru a forma ionii Nastart superscript, plus, end superscript și Clstart superscript, minus, end superscript. Odată ce acești ioni sunt formați, există o puternică atracție electrostatică între ei, ce duce la formarea unei legături ionice. Putem observa că unul din factorii principali care deosebesc legăturile ionice de cele covalente este că în legăturile ionice, electronii sunt complet transferați, pe când în legăturile covalente, electronii sunt puși în comun.
Notă: Pe măsură ce vei învăța mai multe despre legături, vei vedea că în realitate, diferența dintre legăturile ionice și covalente nu este alb-negru și că cele două tipuri de legături sunt de fapt cele două capete ale unui grup comun. Ne putem gândi la o legătură ionică pură ca având o împărțire perfect inegală a electronilor, în timp ce o legătură covalentă pură are o împărțire perfect egală a electronilor. Totuși, în realitate, cele mai multe legături chimice se află undeva între cele două cazuri.

Reprezentarea legăturilor ionice

Vom analiza acum felurile diferite în care putem desena sau reprezenta legături ionice. Vom continua prin a analiza cel mai cunoscut compus ionic—clorura de sodiu, care este cel mai bine cunoscută drept sare de masă. O singură legătură ionică în clorura de sodiu poate fi reprezentată după cum urmează:
O legătură ionică a clorurii de sodiu.
O reprezentare structurală a legăturii ionice dintre un cation de sodiu, Nastart superscript, plus, end superscript, și un anion de clor, Clstart superscript, minus, end superscript. Remarcați că nu există nicio linie care să conecteze cei doi ioni pentru că aceasta ar indica electronii puși în comun într-o legătură covalentă. Aici, electronii au fost transferați complet, iar legătura este pur-ionică. Credit de imagine: Wikispaces, CC BY-SA 3.0
Cationul de sodiu încărcat pozitiv și anionul de clor încărcat negativ preferă să se poziționeze unul lângă celălalt datorită atracției electrostatice reciproce. Pentru că niciun electron nu este pus în comun, nu reprezentăm o legătură ionică cu o linie așa cum facem pentru legăturile covalente. Pur și simplu recunoaștem că atracția este prezentă datorită semnelor de sarcină opuse ale ionilor.
Diagrama de mai sus, este totuși doar un model. În natură, clorura de sodiu nu există sub forma unui singur cation de sodiu legat de un singur anion de clor. Așa cum am menționat mai devreme, clorura de sodiu este sarea de masă—și dacă am putea folosi un microscop super precis care ar putea examina sarea de masă la nivel atomic, am vedea ceva asemănător următoarei structuri:
O diagramă a structurii rețelei cristaline a clorurii de sodiu.
Dacă am examina un cristal de clorură de sodiu la nivel atomic, am vedea ionii de sodiu și de clor poziționați uniform unul lângă altul în spațiu. Structura ordonată și stabilă se datorează puternicelor legături ionice dintre Nastart superscript, plus, end superscript și Cl start superscript, minus, end superscript. Credit de imagine: Introduction to Chemistry: General, Organic, and Biological, CC BY-NC-SA 3.0
Putem vedea din această diagramă că ionii de Nastart superscript, plus, end superscript și Clstart superscript, minus, end superscript se poziționează în mod natural unul lângă celălalt în spațiu datorită atracțiilor electrostatice comune dintre ei. Apoi, ionii sunt ținuți la locul lor de către propriile legături ionice foarte puternice. Structura de mai sus e cunoscută ca o rețea cristalină, iar clorura de sodiu—ca mulți compuși ionici—este un solid cristalin. Vei învăța mai multe despre aceasta în lecțiile viitoare ce prezintă diferitele tipuri de solide.

Compuși covalenți vs. compuși ionici: molecule vs. unități de formulă

Acum că am discutat elementele de bază ale legăturii covalente și ionice, trebuie să trasăm câteva diferențe. Știm că un grup de atomi uniți doar prin legături covalente este cunoscut sub numele de moleculă. Trebuie totuși menționat că acest cuvânt, moleculă, ar trebui utilizat numai cu referire la compuși covalenți. Într-un compus ionic, precum clorura de sodiu, nu există o singură moleculă de clorură de sodiu deoarece, în realitate, clorura de sodiu este de fapt formată din mai mulți ioni de sodiu și clor uniți într-o mare rețea cristalină—așa cum am văzut în diagrama precedentă. Ca atare, ne referim la o bucată de NaCl nu ca la o moleculă, ci ca la o unitate de formulă. Rețineți că unitățile de formulă unică, spre deosebire de moleculele unice, nu există, în mare măsură, în natură— pur și simplu ne bazăm pe unități de formulă pentru a face referiri mai ușor și din comoditate.
Verificarea conceptului : Ce tip de compus e format din molecule—ionic sau covalent?

Concluzie

Toate legăturile chimice se datorează atracției electrostatice. Când atomii se combină prin legături chimice, ei formează compuși—structuri unice compuse din doi sau mai mulți atomi. Compoziția de bază a unui compus poate fi indicată folosind o formulă chimică. O formulă chimică folosește simboluri din tabelul periodic pentru a indica tipurile de elemente prezente într-un anume compus folosind simultan indici pentru a indica numărul fiecărui element prezent.
Compușii pot fi covalenți sau ionici. În compușii covalenți, atomii formează legături covalente care au la bază perechi de electroni puse în comun între doi nuclei atomici învecinați. Un exemplu de compus covalent e amoniacul . Formula chimică a amoniacului este NHstart subscript, 3, end subscript, ceea ce ne precizează că într-o singură moleculă de amoniac, e prezent un atom de azot și trei atomi de hidrogen. Structura unui compus covalent poate fi reprezentată prin modele de umplere a spațiului, precum și prin modele cu bile și tije
În compușii ionici, electronii sunt transferați complet de la un atom la altul astfel încât se formează un cation—ion încărcat pozitiv—și un anion—ion încărcat negativ. Puternica atracție electrostatică dintre cationi și anioni învecinați e cunoscută sub numele de legătură ionică. Cel mai cunoscut exemplu de compus ionic este clorura de sodiu NaCl, denumită adesea sare de masă. Spre deosebire de compușii covalenți, nu există o moleculă a unui compus ionic. Acest lucru se datorează faptului că în natură NaCl nu există în unități individuale, ci în structuri de rețea cristalină care sunt compuse din mai mulți ioni de Nastart superscript, plus, end superscript și Clstart superscript, minus, end superscript ce alternează în spațiu. Formula chimică NaCl precizează o singură unitate de formulă a acestui compus.