KOVALENTNA KOVALENTNA VEZAVEZA

studij: Laboratorijska medicinastudij: Laboratorijska medicina

MEĐUMOLEKULSKE MEĐUMOLEKULSKE VEZEVEZE

KOVALENTNA KOVALENTNA VEZAVEZA

KOVALENTNA VEZAKOVALENTNA VEZAiliili

VEZA ELEKTRONSKOG PARAVEZA ELEKTRONSKOG PARA

ATOMSKA VEZAATOMSKA VEZA

HOMOPOLARNA VEZAHOMOPOLARNA VEZA

KEMIJSKE VEZEKEMIJSKE VEZE

IZMEĐU ATOMAIZMEĐU ATOMA

• ionskaionska

• kovalentnakovalentna

• metalnametalna

IZMEĐU MOLEKULAIZMEĐU MOLEKULA

• Vodikove vezeVodikove veze

• Van der Waalsove vezeVan der Waalsove veze

• inducirane dipolne vezeinducirane dipolne veze

• Londonove disperzne vezeLondonove disperzne veze

složenije prirode pa stoga složenije prirode pa stoga i složenijeg modela i složenijeg modela

Gilbert Newton Lewis: Gilbert Newton Lewis: atomi istovrsnih ili atomi istovrsnih ili raznovrsnih elemenata raznovrsnih elemenata tvore nove jedinke - tvore nove jedinke - molekule - sparivanjem molekule - sparivanjem nekih elektrona koje nekih elektrona koje zasebno posjedujuzasebno posjeduju

ti određeni parovi elektrona ti određeni parovi elektrona sada pripadaju dvjema sada pripadaju dvjema jezgrama dvaju atoma čiju jezgrama dvaju atoma čiju vezu promatramo (u vezu promatramo (u složenijim slučajevima mogu složenijim slučajevima mogu pripadati i više od dvjema pripadati i više od dvjema jezgrama) i nazivamo ih jezgrama) i nazivamo ih

ZAJEDNIČKIM ZAJEDNIČKIM ELEKTRONSKIM ELEKTRONSKIM PAROVIMAPAROVIMA

H· +· H → H : H

zajedničkizajedničkielektronskielektronskiparpar

PRIMJERI KOVALENTNIH SPOJEVAPRIMJERI KOVALENTNIH SPOJEVA

Lewis: razlog nastajanju Lewis: razlog nastajanju ZAJEDNIČKIH ZAJEDNIČKIH ELEKTRONSKIH PAROVAELEKTRONSKIH PAROVA, (a time i kovalentne , (a time i kovalentne veze), je veća veze), je veća STABILNOSTSTABILNOST novih jedinki - novih jedinki - molekula -od stabilnosti pojedinih atoma uslijed molekula -od stabilnosti pojedinih atoma uslijed postizanja tzv. konfiguracije okteta (konfiguracije postizanja tzv. konfiguracije okteta (konfiguracije od 4 para elektrona oko svakog atoma u vezi)od 4 para elektrona oko svakog atoma u vezi)

Elektronski parovi koji ne sudjeluju u vezi zovu se Elektronski parovi koji ne sudjeluju u vezi zovu se USAMLJENIUSAMLJENI ili ili NEVEZNI ELEKTRONSKI NEVEZNI ELEKTRONSKI PAROVIPAROVI..

VEZNI PARVEZNI PAR elektronaelektrona

F F –– F F

1s elektroni imaju nisku energiju i ostaju u blizini 1s elektroni imaju nisku energiju i ostaju u blizini jezgre većinu vremena – iz tog razloga ne pridonose jezgre većinu vremena – iz tog razloga ne pridonose nastanku vezenastanku vezesvaki atom fluora ima 7 valentnih elektrona (2s i 2p svaki atom fluora ima 7 valentnih elektrona (2s i 2p elektroni)elektroni)jedan nespareni elektronjedan nespareni elektron

nastajanje molekule Fnastajanje molekule F22

parovi valentnih elektrona koji nisu uključeni u parovi valentnih elektrona koji nisu uključeni u nastanak vezenastanak vezejedan zajednički elektronski par (Lewis: kratka jedan zajednički elektronski par (Lewis: kratka linija ili par točkica između dva atoma)linija ili par točkica između dva atoma)

···· ····

···· ····

···· ···· usamljeniusamljenielektronskielektronski

paroviparovi

fluor Ffluor F

11ss2222ss2222pp55

Atom NE PREDAJE elektrone drugom atomu, Atom NE PREDAJE elektrone drugom atomu, već SVAKI OD NJIH daje jedan elektron i već SVAKI OD NJIH daje jedan elektron i tvore tvore ZAJEDNIZAJEDNIČČKI ELEKTRONSKI PARKI ELEKTRONSKI PAR (ili (ili više parova).više parova).

ZajedničkiZajednički elektronski par pripada elektronski par pripada I JEDNOJ I JEDNOJ I DRUGOJ JEZGRII DRUGOJ JEZGRI, te povezuje oba atoma., te povezuje oba atoma.

Oba atoma u molekuli imaju Oba atoma u molekuli imaju elektronski oktetelektronski oktet, , tj. elektronsku konfiguraciju atoma plemenitog tj. elektronsku konfiguraciju atoma plemenitog plina.plina.

MOLEKULA VODEMOLEKULA VODE

vodikovi atomi vezani na atom vodikovi atomi vezani na atom kisika međusobno tvore kut od kisika međusobno tvore kut od 104,45104,45°°

ovaj raspored atoma uvjetuje ovaj raspored atoma uvjetuje polarnost molekulepolarnost molekule, pri čemu , pri čemu dio molekule s kisikom nosi dio molekule s kisikom nosi mali negativni naboj, dok dio mali negativni naboj, dok dio molekule na kojem se nalaze molekule na kojem se nalaze vodikovi atomi ima mali vodikovi atomi ima mali pozitivni nabojpozitivni naboj

Kako se suprotni naboji međusobno Kako se suprotni naboji međusobno privlače, molekule vode grupiraju se tako privlače, molekule vode grupiraju se tako da kisikov negativno nabijen kraj jedne da kisikov negativno nabijen kraj jedne molekule privlači pozitivno nabijeni kraj molekule privlači pozitivno nabijeni kraj susjedne vodikove molekule. Slabe veze susjedne vodikove molekule. Slabe veze koje na ovaj način nastaju među koje na ovaj način nastaju među molekulama nazivaju se molekulama nazivaju se VODIKOVIM VODIKOVIM VEZAMAVEZAMA..

KOVALENTNA VEZAKOVALENTNA VEZA prema Lewisu može bitiprema Lewisu može biti

JEDNOSTRUKAJEDNOSTRUKA H H H H DVOSTRUKADVOSTRUKA O = OO = O TROSTRUKATROSTRUKA N NN N

zbog stvaranja zajedničkih elektronskih parova zbog stvaranja zajedničkih elektronskih parova točno je usmjerena u prostorutočno je usmjerena u prostoru

KVANTNOMEHANIKVANTNOMEHANIČČKA TEORIJA KA TEORIJA VALENCIJEVALENCIJE

nastala je primjenom kvantne mehanike na teoriju kemijske veze:TEORIJA VALENTNE VEZETEORIJA VALENTNE VEZETEORIJA MOLEKULSKIH ORBITALATEORIJA MOLEKULSKIH ORBITALA

PO OBJE TEORIJE KOVALENTNA VEZA IZMEĐU DVA ATOMA NASTAJE PREKLAPANJEM PREKLAPANJEM (PREKRIVANJEM) VALNIH FUNKCIJA(PREKRIVANJEM) VALNIH FUNKCIJA DVAJU ELEKTRONA SA SUPROTNIM SPINOVIMA

TEORIJA VALENTNE VEZETEORIJA VALENTNE VEZE

razmatra međusobno djelovanje razmatra međusobno djelovanje valentnih elektronavalentnih elektrona atomskih sistemaatomskih sistema pretpostavlja da prilikom nastajanja veze ostaju netaknute one pretpostavlja da prilikom nastajanja veze ostaju netaknute one orbitale svakog od spojenih atoma koje se ne preklapaju (svaki orbitale svakog od spojenih atoma koje se ne preklapaju (svaki atom zadržava osobnost, samo osobnost gube elektroni koji atom zadržava osobnost, samo osobnost gube elektroni koji sudjeluju u valentnoj vezi)sudjeluju u valentnoj vezi)

((valentnivalentni elektroni služe za vezivanje atoma, a elektroni služe za vezivanje atoma, a unutarnjiunutarnji elektroni ne sudjeluju u kemijskoj vezi)elektroni ne sudjeluju u kemijskoj vezi)

spajanjem atoma u molekulu, valentni elektroni postaju spajanjem atoma u molekulu, valentni elektroni postaju zajedničkizajednički, tj. jednako pripadaju obim jezgrama i više ih , tj. jednako pripadaju obim jezgrama i više ih ne možemo razlikovatine možemo razlikovati

spajanjem atoma u molekulu postiže se spajanjem atoma u molekulu postiže se ENERGETSKI STABILNIJI SUSTAVENERGETSKI STABILNIJI SUSTAV, pri , pri čemu atomi prelaze u drugačije elektronske čemu atomi prelaze u drugačije elektronske konfiguracije stvaranjem zajedničkog konfiguracije stvaranjem zajedničkog elektronskog paraelektronskog para

pretežno se koristi za tumačenje geometrije pretežno se koristi za tumačenje geometrije molekula pri čemu se oslanja na koncept molekula pri čemu se oslanja na koncept hibridizacije hibridizacije

TEORIJA VALENTNE VEZETEORIJA VALENTNE VEZE

•preklapanjem atomskih orbitala nastaju molekulske orbitalepreklapanjem atomskih orbitala nastaju molekulske orbitale

prekrivanje orbitala prekrivanje orbitala kut između orbitala kut između orbitala kovalentna veza je usmjerena kovalentna veza je usmjerena

TEORIJA MOLEKULSKIH ORBITALATEORIJA MOLEKULSKIH ORBITALA

Da bi se kovalentna veza razorila, potrebno je DOVESTI ENERGIJU.

ENERGIJA DISOCIJACIJE ili ENERGIJA KEMIJSKE VEZE

MOLARNA ENERGIJA DISOCIJACIJE ili MOLARNA ENERGIJA VEZE - ukoliko se odnosi na množinu jedan mol

ALOTROPSKE MODIFIKACIJE UGLJIKA:ALOTROPSKE MODIFIKACIJE UGLJIKA:

GRAFIT I DIJAMANTGRAFIT I DIJAMANT

SVAKI ATOM UGLJIKA JE POVEZAN S SVAKI ATOM UGLJIKA JE POVEZAN S DRUGIM C-ATOMIMA S 3 ZAJEDNIČKA DRUGIM C-ATOMIMA S 3 ZAJEDNIČKA ELEKTRONSKA PARAELEKTRONSKA PARA

SVAKOM PARU OSTAJE PO 1 NESPARENI SVAKOM PARU OSTAJE PO 1 NESPARENI ELEKTRON – TI ELEKTRONI SU ELEKTRON – TI ELEKTRONI SU DELOKALIZIRANI (SLOBODNI) I DELOKALIZIRANI (SLOBODNI) I PRIPADAJU CIJELOM SLOJUPRIPADAJU CIJELOM SLOJU

KALAVOST GRAFITAKALAVOST GRAFITA

IZMEĐU SLOJEVA POSTOJE IZMEĐU SLOJEVA POSTOJE Van der Van der Waalsove sileWaalsove sile

SVAKI ATOM C JE VEZAN S 4SVAKI ATOM C JE VEZAN S 4ELEKTRONSKA PARA S ČETIRIELEKTRONSKA PARA S ČETIRISUSJEDNA C ATOMASUSJEDNA C ATOMA

MEĐUMOLEKULSKE MEĐUMOLEKULSKE VEZEVEZE

SLABE KEMIJSKE VEZESLABE KEMIJSKE VEZE

• van der Waalsove• vodikove• hidrofobne veze

POLARNOST MOLEKULAPOLARNOST MOLEKULA

javlja se kod molekula kod kojih težišta javlja se kod molekula kod kojih težišta pozitivnog i negativnog naboja nisu na pozitivnog i negativnog naboja nisu na istom mjestuistom mjestu

δδ mali negativni naboj mali negativni naboj

δδ++ mali pozitivni naboj mali pozitivni naboj

VODIKOVA VEZAVODIKOVA VEZA

• Vodikova vezaVodikova veza je najjača slaba veza, ali je slabija i od ionske i je najjača slaba veza, ali je slabija i od ionske i od kovalentne veze. Vrlo je važna za strukturu od kovalentne veze. Vrlo je važna za strukturu makromolekula. makromolekula.

• Ostvarena je asimetričnim kovalentnim vezanjem atoma Ostvarena je asimetričnim kovalentnim vezanjem atoma vodika na atome najjače elektronegativnosti, tj. fluora, kisika vodika na atome najjače elektronegativnosti, tj. fluora, kisika i dušika. i dušika.

• Pozitivno električno polje tako vezanog vodika privlači Pozitivno električno polje tako vezanog vodika privlači vanjske elektrone atoma drugih molekula i stvara dodatnu vanjske elektrone atoma drugih molekula i stvara dodatnu vezu između malih molekula ili dijelova molekule.vezu između malih molekula ili dijelova molekule.

• Vodikove veze su odgovorne za određivanje i održavanje Vodikove veze su odgovorne za određivanje i održavanje trodimenzionalnih struktura bioloških makromolekula. trodimenzionalnih struktura bioloških makromolekula. Prekid samo jedne vodikove veze može izazvati promjenu u Prekid samo jedne vodikove veze može izazvati promjenu u strukturi koja uzrokuje promjene u biološkoj aktivnosti strukturi koja uzrokuje promjene u biološkoj aktivnosti makromolekule.makromolekule.

• svojstvo atoma da privuče zajednički svojstvo atoma da privuče zajednički elektronski par naziva se elektronski par naziva se ELEKTRONEGATIVNOSTELEKTRONEGATIVNOST

• najveću elektronegativnost ima fluor 4,0najveću elektronegativnost ima fluor 4,0

• najmanju elektronegativnost ima francij 0,7najmanju elektronegativnost ima francij 0,7

http://en.wikipedia.org/wiki/Image:DNA_Overview.png

Van der Waalsove vezeVan der Waalsove veze

Dipolne molekule posjeduju vanjsko električno polje koje je Dipolne molekule posjeduju vanjsko električno polje koje je puno slabije od električnog polja iona, no ipak uzrokuju puno slabije od električnog polja iona, no ipak uzrokuju privlačenje dipolnih molekula (tzv. privlačenje dipolnih molekula (tzv. dipol-dipol privlačenjedipol-dipol privlačenje).). Zbog dipolnog momenta takve molekule privlače i druge Zbog dipolnog momenta takve molekule privlače i druge dipolne molekule, kao i pozitivne i negativne ione te se mogu i s dipolne molekule, kao i pozitivne i negativne ione te se mogu i s njima povezati (njima povezati (ion-dipolna vezaion-dipolna veza). ). Molekula ima dipolni moment samo kada se središta Molekula ima dipolni moment samo kada se središta negativnog i pozitivnog naboja molekule ne poklapaju.negativnog i pozitivnog naboja molekule ne poklapaju. Visoko pozitivno ili negativno nabijeni ioni mogu i kod inače Visoko pozitivno ili negativno nabijeni ioni mogu i kod inače nepolarnih molekula izazvati dipol (tzv. nepolarnih molekula izazvati dipol (tzv. inducirani dipolinducirani dipol) ) deformacijom elektronske strukture molekule. Tako između deformacijom elektronske strukture molekule. Tako između iona i molekule nastaje ion-inducirano dipolno privlačenje. iona i molekule nastaje ion-inducirano dipolno privlačenje. Dakle, van der Waalsove veze su elektrostatičke naravi i Dakle, van der Waalsove veze su elektrostatičke naravi i ostvaruju se međudjelovanjima dipol-ion, dipol-dipol i ostvaruju se međudjelovanjima dipol-ion, dipol-dipol i inducirani dipol-ion.inducirani dipol-ion.

HIDROFOBNE VEZEHIDROFOBNE VEZE

• Javljaju se između Javljaju se između nepolarnihnepolarnih molekula u vodi.molekula u vodi.

• Nepolarne molekule ne mogu Nepolarne molekule ne mogu tvoriti vodikove veze. Kada su tvoriti vodikove veze. Kada su okružene molekulama vode okružene molekulama vode onemogućavaju ostvarenje onemogućavaju ostvarenje vodikovih veza između vodikovih veza između molekula vode.molekula vode.

• Takva struktura ima veću Takva struktura ima veću energiju od one kada su sve energiju od one kada su sve vodikove veze ostvarene.vodikove veze ostvarene.

• U cilju smanjenja U cilju smanjenja energije nepolarna energije nepolarna molekula izlaže što molekula izlaže što manju površinu vodi. manju površinu vodi.

• Zbog hidrofobnih Zbog hidrofobnih veza u vodenom mediju veza u vodenom mediju nepolarne molekule su nepolarne molekule su grupirane u nakupine grupirane u nakupine (npr. ulje u vodi). (npr. ulje u vodi).

PRIMJER:PRIMJER:spajanje dvije kapljice ulja u vodenoj sredinispajanje dvije kapljice ulja u vodenoj sredini

NEKOVALENTNE VEZENEKOVALENTNE VEZE

METALNA VEZAMETALNA VEZA• Metali sadrže stanovit broj Metali sadrže stanovit broj delokaliziranih elektronadelokaliziranih elektrona koji koji

se kreću se kreću međuatomskim prostorima kristalne rešetkemeđuatomskim prostorima kristalne rešetke ..

• Metalnu vezu zamišljamo, u jednom od modela, kao struju Metalnu vezu zamišljamo, u jednom od modela, kao struju slobodnih elektrona (znači otpušteni od strane nekog atoma) slobodnih elektrona (znači otpušteni od strane nekog atoma) koji povezuju sve atome u kristalnoj rešetki nekog metala koji povezuju sve atome u kristalnoj rešetki nekog metala (delokalizirani elektroni) (delokalizirani elektroni) → jakost metala→ jakost metala..

• čvrsto agregatno stanje (osim žive)čvrsto agregatno stanje (osim žive)• dobra provodnost topline i elektricitetadobra provodnost topline i elektriciteta• velika gustoća; kovkostvelika gustoća; kovkost

• Metalna veza nije usmjerena u prostoru.Metalna veza nije usmjerena u prostoru.model metalne vezemodel metalne veze

““more elektrona”more elektrona”

• Vrijednosti elektronegativnosti su relativni brojevi.Vrijednosti elektronegativnosti su relativni brojevi.• Elektronegativnost raste od prve prema sedmoj grupi, a opada od prve prema Elektronegativnost raste od prve prema sedmoj grupi, a opada od prve prema

sedmoj periodi.sedmoj periodi.• H 2,1H 2,1• Li 1,0Li 1,0• Be 1,5Be 1,5

• Elektronegativnost elemenata:Elektronegativnost elemenata:B2,0B2,0 C2,5 C2,5 N3,0 N3,0 O3,5 O3,5 F4,0F4,0 Na0,9 Na0,9 Mg1,2 Mg1,2 Al1,5 Al1,5 Si1,8Si1,8P2,1 P2,1 S2,5 S2,5 Cl3,0 Cl3,0 K0,8 K0,8 Ca1,0 Ca1,0 Sc1,3 Sc1,3 Ti1,5 Ti1,5 V1,6 V1,6 Cr1,6 Mn1,5Cr1,6 Mn1,5 Fe1,8 Fe1,8 Co1,8 Co1,8 Ni1,8 Ni1,8 Cu1,9 Cu1,9 Zn1,6 Zn1,6 Ga1,6 Ga1,6 Ge1,8 Ge1,8 As2.0 Se2,4 As2.0 Se2,4 Br2,8 Br2,8 Rb0,8 Rb0,8 Sr1,0 Sr1,0 Y1,2 Y1,2 Zr1,4 Zr1,4 Nb1,6 Nb1,6 Mo1,8 Mo1,8 Tc1,9 Ru2,2 Tc1,9 Ru2,2 Rh2,2 Rh2,2 Pd2,2 Pd2,2 Ag1,9 Ag1,9 Cd1,7 Cd1,7 In1,7 In1,7 Sn1,8 Sn1,8 Sb1,9 Sb1,9 Te2,1 I2,5 Te2,1 I2,5 Cs0,7 Cs0,7 Ba0,9 Ba0,9 La-Lu 1,1-1,2 La-Lu 1,1-1,2 Hf1,3 Hf1,3 Ta1,5 Ta1,5 W1,7 W1,7 Re1,9 Os2,2 Re1,9 Os2,2 Ir2,2 Ir2,2 Pt2,2 Pt2,2 Au2,4 Au2,4 Hg1,9 Hg1,9 Tl1,8 Tl1,8 Pb1,8 Pb1,8 Bi1,9 Bi1,9 Po2,0 At2,2 Po2,0 At2,2 Fr0,7Fr0,7 Ra0,9 Ra0,9 Ac1,1 Ac1,1 Th1,3 Th1,3 Pa1,5 Pa1,5 U1,7 U1,7 Np1,3Np1,3

• Spojevi kod kojih se elektronegativnost elemenata razlikuje za više od 1,9 Spojevi kod kojih se elektronegativnost elemenata razlikuje za više od 1,9 svrstavaju u ionske spojeve, a spojevi kod kojih je manja u kovalentne.svrstavaju u ionske spojeve, a spojevi kod kojih je manja u kovalentne.

• Kovalentni spojevi su obično u plinovitom i tekućem agregatnom stanju, dok su Kovalentni spojevi su obično u plinovitom i tekućem agregatnom stanju, dok su ionski u čvrstom stanju.ionski u čvrstom stanju.

• Kovalentni spojevi se sastoje od molekula, dok se ionski sastoje od formulskih Kovalentni spojevi se sastoje od molekula, dok se ionski sastoje od formulskih jedinki , zato što su oni najčešće kristalne građe.jedinki , zato što su oni najčešće kristalne građe.