- 化学結合の定義
- 特徴
- 化学結合はどのようにして形成されますか？
- AA同核化合物
- 異核化合物AB
- 化学結合の種類
- -共有結合
- シンプルなリンク
- ダブルリンク
- 三重結合
- 非極性結合
- 極結合
- 出会い系または調整リンク
- -イオン結合
- トレーニング
- メタリックボンド
- リンクの例
- 化学結合の重要性
- 参考文献
化学結合は、問題構成する原子を一緒に保持するために管理して力です。物質の各タイプには、1つまたは複数の電子が関与する特徴的な化学結合があります。したがって、ガス中の原子を結合する力は、たとえば金属とは異なります。
周期表のすべての元素（ヘリウムと希ガスを除く）は、互いに化学結合を形成できます。ただし、これらの性質は、それらを形成する電子がどの元素に由来するかに応じて変更されます。結合のタイプを説明するための重要なパラメータは電気陰性度です。
出典：Wikimedia CommonsのYmwang42による（トーク）.Ymwang42（en.wikipedia）
2つの原子間の電気陰性度（ΔE）の違いは、化学結合のタイプだけでなく、化合物の物理化学的特性も定義します。塩はイオン結合（高いΔE）を持っていることで特徴付けられ、ビタミンB 12（上の画像）などの有機化合物の多くは共有結合（低いΔE）を持っています。
より高分子の構造では、各線は共有結合を表します。ウェッジは、リンクが平面から（リーダーに向かって）出ており、下線が引かれたリンクが平面の後ろ（リーダーから離れている）であることを示しています。二重結合（=）と、5つの窒素原子およびR側鎖に配位したコバルト原子があることに注意してください。
しかし、なぜそのような化学結合が形成されるのでしょうか？答えは、関与する原子と電子のエネルギー安定性にあります。この安定性は、電子雲と原子核の間で発生する静電反発力と、原子核が隣接原子の電子に及ぼす引力とのバランスをとる必要があります。
化学結合の定義
多くの著者が化学結合の定義を提供しています。それらすべての中で最も重要なのは、化学結合を2つの原子間の電子のペアの参加として定義した物理化学者GNルイスのそれでした。原子A・および・Bが単一の電子に寄与できる場合、単結合A：BまたはA – Bがそれらの間に形成されます。
結合が形成される前は、AとBの両方が不明確な距離だけ離れていますが、結合では2原子化合物ABと結合距離（または長さ）でそれらを一緒に保持する力が存在します。
特徴
出典：GabrielBolívar
原子をまとめるこの力の特徴は何ですか？これらは、電子構造よりもAとB間のリンクのタイプに依存します。たとえば、リンクA – Bは方向性があります。どういう意味ですか？電子のペアの結合によって加えられる力は、（円柱のように）軸上で表すことができます。
また、この結合にはエネルギーが必要です。このエネルギー量は、kJ / molまたはcal / molの単位で表すことができます。十分なエネルギーが（たとえば熱によって）化合物ABに加えられると、元のA・および・B原子に解離します。
結合が安定しているほど、結合した原子を分離するために必要なエネルギーが多くなります。
化合物AB中の結合は、イオン性であった一方、A + Bは- 、それは無指向性の力であろう。どうして？Aので+は Bに引力発揮-それらの相対的な位置よりも空間内の両方のイオンを分離する距離に、より依存する（及びその逆を）。
引力と斥力のこのフィールドは、結晶格子として知られるものを形成するために一緒に他のイオンをもたらす（トップ画像：A +カチオンの4件のBで囲まれた嘘-陰イオン、及びこれらは4つので囲まれたA +カチオン、など）。
化学結合はどのようにして形成されますか？
AA同核化合物
出典：GabrielBolívar
電子のペアが結合を形成するには、最初に考慮しなければならないことがたくさんあります。核、たとえばAの核は陽子を持っているため、陽性です。2つのA原子が非常に離れている場合、つまり、核間距離が大きい場合（上の画像）、それらは引き付けを経験しません。
2つのA原子が原子核に近づくと、隣接する原子（紫色の円）の電子雲を引き付けます。これが引力です（隣接する紫色の円のA）。ただし、Aの2つの核は正であるため互いに反発し、この力は結合のポテンシャルエネルギーを増加させます（縦軸）。
ポテンシャルエネルギーが最小になる核間距離があります。つまり、引力と斥力の両方（画像の下部にある2つのA原子）のバランスが取れています。
この距離の後にこの距離が減少すると、結合により2つの核が非常に強く反発し、AA化合物が不安定になります。
したがって、結合を形成するには、エネルギー的に十分な核間距離が必要です。さらに、電子が結合するには、原子軌道が正しく重なり合う必要があります。
異核化合物AB
Aの2つの原子の代わりに、Aの1つとBのもう1つが結合された場合はどうなりますか？この場合、一方の原子が他方よりも多くの陽子を持ち、電子雲のサイズが異なるため、上のグラフが変化します。
A-B結合は適切な核間距離で形成されるため、電子対は主に最も電気陰性度の高い原子の近くに見られます。これは、すべての異核化学化合物の場合に当てはまり、既知の（そして今後知られる）化合物の大多数を構成します。
詳細については触れていませんが、原子の接近方法と化学結合の形成方法に直接影響する変数は多数あります。いくつかは、熱力学（反応は自然ですか？）、電子（原子の軌道がどのくらい空か空か）、およびその他の運動です。
化学結合の種類
リンクには、それらを互いに区別する一連の特性があります。それらのいくつかは、共有結合、イオン結合、金属結合の3つの主な分類に分類できます。
結合が単一のタイプに属する化合物がありますが、実際には多くはそれぞれの特性の混合から構成されています。この事実は、結合を形成する原子間の電気陰性度の違いによるものです。したがって、いくつかの化合物は共有結合である可能性がありますが、それらの結合にはいくつかのイオン特性があります。
同様に、結合のタイプ、構造、および分子量は、物質の巨視的特性（明るさ、硬度、溶解度、融点など）を定義する重要な要素です。
-共有結合
共有結合はこれまで説明されてきたものです。それらの中で、2つの軌道（それぞれに1つの電子）は、適切な核間距離で分離された核と重なる必要があります。
分子軌道理論（TOM）によれば、軌道のオーバーラップが正面である場合、シグマσ結合が形成されます（単純結合または単純結合とも呼ばれます）。一方、軌道が核間軸に対して横方向および垂直方向の重なりによって形成される場合、π結合（二重および三重）が得られます。
出典：GabrielBolívar
シンプルなリンク
画像に見られるように、σ結合は核間軸に沿って形成されます。表示されていませんが、AとBは他の結合を持っている可能性があり、したがってそれら自体の化学環境（分子構造の異なる部分）を持っている可能性があります。このタイプのリンクは、その回転力（緑色のシリンダー）とすべての中で最強であることを特徴としています。
たとえば、水素分子の単結合は、核間軸（H – H）を中心に回転できます。同様に、架空のCA – AB分子ができます。
リンクC – A、A – A、およびA – Bは回転します。ただし、CまたはBが原子またはかさ高い原子のグループである場合、AとAの回転は立体的に妨げられます（CとBが衝突するため）。
単結合は、事実上すべての分子に見られます。その原子は、軌道のオーバーラップが正面である限り、任意の化学的混成を持つことができます。ビタミンB 12の構造に戻ると、単一の線（-）は単結合を示します（たとえば、–CONH 2結合）。
ダブルリンク
二重結合では、原子が（通常）sp 2混成化されている必要があります。3つのsp 2混成軌道に垂直な純粋なp結合が二重結合を形成し、灰色がかったシートとして表示されます。
単結合（緑色の円柱）と二重結合（灰色のシート）の両方が同時に共存していることに注意してください。ただし、単結合とは異なり、二重結合は核間軸を中心とした回転の自由度が同じではありません。これは、回転するためにリンク（またはフォイル）が壊れる必要があるためです。エネルギーを必要とするプロセス。
また、結合A = BはA – Bよりも反応性が高くなります。その長さはより短く、原子AおよびBはより短い核間距離にあります。したがって、両方の原子核の間には大きな反発力があります。単結合と二重結合の両方を壊すには、A-B分子の原子を分離するよりも多くのエネルギーが必要です。
ビタミンB 12の構造では、C = O、P = O、および芳香環内にいくつかの二重結合が観察されます。
三重結合
三重結合は二重結合よりもさらに短く、その回転はよりエネルギー的に妨げられます。その中で、2つのπ結合が互いに垂直に形成されます（灰色がかったシートと紫のシート）。
通常、AとBの原子の化学的混成はspでなければなりません。180度離れた2つのsp軌道と、最初に垂直な2つの純粋なp軌道です。三重結合はパドルのように見えますが、回転力はありません。この結合は、単純にA≡B（N≡N、窒素分子N 2）として表すことができます。
すべての共有結合の中で、これが最も反応性が高くなります。しかし同時に、その原子を完全に分離するためにより多くのエネルギーが必要なもの（・A：+：B・）。ビタミンB 12の分子構造内に三重結合がある場合、その薬理効果は劇的に変化します。
6つの電子が三重結合に参加します。ダブルスでは、4つの電子。シンプルかシンプルか、2つです。
これらの共有結合の1つ以上の形成は、原子の電子的可用性に依存します。つまり、1オクテットの価電子を取得するために必要な軌道を行う電子の数。
非極性結合
共有結合は、2つの原子間で電子のペアを均等に共有することで構成されます。しかし、これは両方の原子の電気陰性度が等しい場合にのみ厳密に当てはまります。つまり、電子密度を周囲から化合物に引き寄せるのと同じ傾向です。
非極性結合は、ゼロの電気陰性度の差（ΔE≈0）によって特徴付けられます。これは2つの状況で発生します。同種核化合物（A 2）の場合、または結合の両側の化学環境が等しい場合（H 3 C – CH 3、エタン分子）。
非極性結合の例は、次の化合物に見られます。
-水素（H – H）
-酸素（O = O）
-窒素（N≡N）
-フッ素（F – F）
-クロロ（Cl – Cl）
-アセチレン（HC≡CH）
極結合
A：両方の原子間の電気陰性度ΔEに顕著な差がある場合、双極子モーメントは、結合軸に沿って形成されるδ+ -B δ-。異核化合物ABの場合、Bが最も電気陰性度の高い原子であるため、電子密度δ-が高くなります。一方、電気陰性度が最も低いAには、δ+電荷欠損があります。
極性結合が発生するには、電気陰性度の異なる2つの原子が結合する必要があります。したがって、異核化合物を形成します。A – Bは磁石に似ています。正極と負極があります。これにより、水素結合などの双極子間力を介して他の分子と相互作用することができます。
水には2つの極性共有結合H – O – Hがあり、その分子形状は角張っており、双極子モーメントが増加します。その形状が線形である場合、海は蒸発し、水の沸点は低くなります。
化合物に極性結合があるという事実は、それが極性であることを意味するものではありません。たとえば、四塩化炭素CCl 4には4つの極性のC-Cl結合がありますが、四面体配置のため、双極子モーメントは最終的にベクトル的に無効になります。
出会い系または調整リンク
原子が別の原子と共有結合を形成するために電子のペアを放棄する場合、私たちは配位結合または配位結合について話します。たとえば、B：利用可能な電子ペア、およびA（またはA +）、電子的空位を持つと、B：A結合が形成されます。
ビタミンB 12の構造では、5つの窒素原子がこのタイプの共有結合を介してCoの金属中心に結合しています。これらの窒素は、自由電子のペアをCo 3+カチオン、つまりそれらと配位している金属（Co 3+：N–）に渡します。
別の例は、アンモニアを形成するためのアンモニア分子のプロトン化で見つけることができます：
H 3 N：+ H + => NH 4 +
どちらの場合も、電子に寄与するのは窒素原子であることに注意してください。したがって、原子のみが電子対に寄与すると、配位共有結合または配位共有結合が発生します。
同様に、水分子をプロトン化して、ヒドロニウム（またはオキソニウム）カチオンにすることができます。
H 2 O + H + => H 3 O +
アンモニウムカチオンとは異なり、ヒドロニウムにはまだ自由な電子対（H 3 O：+）があります。しかし、別のプロトンを受け入れて不安定なヒドロニウムジカチオンH 4 O 2+を形成することは非常に困難です。
-イオン結合
出典：Pixabay
写真は白い塩の丘です。塩は、結晶構造、つまり対称的で秩序立っていることを特徴とします。高い融点と沸点、溶融または溶解時の高い電気伝導率、そしてそのイオンは静電相互作用によって強く束縛されています。
これらの相互作用は、イオン結合として知られているものを構成します。第2の画像内のA +カチオンは、4つのBに囲ま-アニオンが示されたが、これは2次元表現です。3次元では、A +は他のBアニオン-平面の前後にあり、さまざまな構造を形成する必要があります。
したがって、A +は6、8、または12のネイバーを持つことができます。結晶内のイオンを囲む隣接の数は、配位数（NC）として知られています。各NCには、結晶配列のタイプが関連付けられており、塩の固相を構成します。
塩に見られる対称とファセット結晶はによって確立平衡に起因する静電引力（Aの相互作用+ B -と反発（A）+ A +、B - B - ）。
トレーニング
しかし、なぜA + Bとしていない- 、又はNa +とClが-のClの共有結合- 、ナを形成しますか？なぜなら、塩素原子はナトリウム金属よりもはるかに電気陰性であるためです。これは、金属を非常に簡単に放棄することも特徴です。これらの要素が出会うと、それらは発熱的に反応して食卓塩を生成します：
2Na（s）+ Cl 2（g）=> 2NaCl（s）
二ナトリウム原子はClでの二原子分子に対する単一価電子し（Na・）あきらめる2をこうしてのClを形成する、-アニオン。
ナトリウム陽イオンと塩化物陰イオンの間の相互作用は、共有結合よりも弱い結合を表しますが、固体中で強く結合し続けることができます。この事実は、塩の融点が高いこと（801ºC）にも反映されています。
メタリックボンド
出典：Pixnio
化学結合の最後のタイプは金属です。これは、金属または合金の部品にあります。電子はある原子から別の原子に移動するのではなく、金属の結晶を通って海のように移動するため、特別で他のものとは異なります。
したがって、金属原子、つまり銅は、それらの価電子軌道を互いに混ぜ合わせて伝導帯を形成します。電子（s、p、dof）が原子の周りを通過し、それらをしっかりと保持します。
金属結晶を通過する電子の数、バンドに提供される軌道、およびその原子のパッキングに応じて、金属は柔らかく（アルカリ金属のように）、硬く、光沢があり、または電気の良好な導体であり、ホット。
画像の小さな男と彼のラップトップを構成するような金属の原子をまとめる力は、塩のそれよりも大きい。
塩の結晶は機械的な力の前にいくつかの半分に分割できるため、これは実験的に検証できます。一方、金属片（非常に小さな結晶で構成される）は変形します。
リンクの例
以下の4つの化合物は、説明される化学結合のタイプを含みます。
-ナトリウム、フッ化物、NaFをし（Na + F - ）イオン。
-ナトリウム、Na：金属。
- フッ素、F 2（F – F）：両原子が同一であるため両方の原子間にヌルΔEがあるため、非極性共有結合。
-フッ化水素、HF（H – F）：極性共有結合。これは、この化合物ではフッ素が水素よりも電気陰性であるためです。
ビタミンBのような化合物がある12（そのリン酸基-POの負電荷極性およびイオン性の両方の共有結合を有する、図4は、- -）。金属クラスターのようないくつかの複雑な構造では、これらすべてのタイプのリンクが共存することさえできます。
マターはそのすべての症状で化学結合の例を提供しています。池の底にある石とそれを取り巻く水から、その端に鳴くヒキガエルまで。
結合は単純かもしれませんが、分子構造内の原子の数と空間配置は、化合物の多様性を豊かにします。
化学結合の重要性
化学結合の重要性は何ですか？化学結合の不在が解き放つという計り知れない数々の結果は、自然におけるその非常に重要性を強調しています。
-それがなければ、電子は電磁放射を吸収しないため、色は存在しません。大気中に存在するほこりや氷の粒子が消え、空の青い色が暗くなります。
-カーボンは無限のチェーンを形成できず、そこから何十億もの有機および生物学的化合物が派生しました。
-タンパク質は構成アミノ酸でさえ定義することができませんでした。生物の炭素質化合物がそうであるように、砂糖と脂肪は消えます。
-地球に大気が存在しないのは、そのガスに化学結合がない場合、それらを結合する力がないためです。それらの間にわずかな分子間相互作用もありません。
-それらの岩石や鉱物は重いものの、結晶またはアモルファス構造の内部に原子を詰め込むことができなかったため、山は消える可能性があります。
-世界は、固体または液体の物質を形成することができない孤立した原子で構成されます。これはまた、物質のすべての変化の消失をもたらすでしょう。つまり、化学反応はありません。どこでもただつかの間のガス。
参考文献
- ハリー・B・グレイ。（1965）。電子と化学結合。WAベンジャミン P 36-39。
- ウィッテン、デイビス、ペック、スタンリー。化学。（第8版）。CENGAGE Learning、p 233、251、278、279。
- Nave R.（2016）。化学結合。回収元：hyperphysics.phy-astr.gsu.edu
- 化学結合タイプ。（2006年10月3日）。取得元：dwb4.unl.edu
- 化学結合の形成：電子の役割。。回収元：cod.edu
- CK-12 Foundation。（sf）。エネルギーと共有結合の形成。回収元：chem.libretexts.org
- キミチューブ。（2012）。配位共有結合または動的共有結合。回収元：quimitube.com