წყალბადის გაზის მოლეკულაში ორი წყალბადის ატომის შეერთების კავშირი კლასიკური კოვალენტური კავშირია. კავშირის ანალიზი მარტივია, რადგან წყალბადის ატომებს აქვთ მხოლოდ ერთი პროტონი და თითო ერთი ელექტრონი. ელექტრონები წყალბადის ატომის ერთ ელექტრონულ გარსშია, რომელსაც ორი ელექტრონის ადგილი აქვს.
იმის გამო, რომ წყალბადის ატომები იდენტურია, არც ერთს არ შეუძლია ელექტრონის აცილება სხვისგან, რომ დაასრულოს მისი ელექტრონული გარსი და შექმნას იონური ბმა. შედეგად, წყალბადის ორი ატომი ორ ელექტრონს იზიარებს კოვალენტურ კავშირში. ელექტრონები დროის უმეტეს ნაწილს დადებითად დამუხტულ წყალბადის ბირთვებს შორის ატარებენ და ორივე ორი ელექტრონის უარყოფითი მუხტით იზიდავს.
TL; DR (ძალიან გრძელია; არ წავიკითხე)
წყალბადის გაზის მოლეკულები შედგება წყალბადის ორი ატომისგან, კოვალენტური კავშირით. წყალბადის ატომები ასევე ქმნიან კოვალენტურ კავშირებს სხვა ნაერთებში, მაგალითად წყალში ჟანგბადის ატომი და ნახშირწყალბადებში ნახშირბადის ატომები. წყლის შემთხვევაში, კოვალენტურად შეკავშირებულ წყალბადის ატომებს შეუძლიათ შექმნან დამატებითი მოლეკულური წყალბადის ობლიგაციები, რომლებიც უფრო სუსტებია, ვიდრე კოვალენტური მოლეკულური ობლიგაციები. ეს კავშირები წყალს აძლევს მის ფიზიკურ მახასიათებლებს.
კოვალენტური ობლიგაციები წყალში
წყალბადის ატომები H- ში2წყლის მოლეკულა ქმნის იგივე სახის კოვალენტურ კავშირს, როგორც წყალბადის აირში, მაგრამ ჟანგბადის ატომთან ერთად. ჟანგბადის ატომს აქვს ექვსი ელექტრონი თავის უკიდურეს ელექტრონულ გარსში, რომელსაც აქვს რვა ელექტრონის ადგილი. მისი გარსის შესავსებად, ჟანგბადის ატომი ორი წყალბადის ატომის ორ ელექტრონს იზიარებს კოვალენტურ კავშირში.
კოვალენტური ბმის გარდა, წყლის მოლეკულა ქმნის დამატებით ინტერმოლეკულურ კავშირებს წყლის სხვა მოლეკულებთან. წყლის მოლეკულა არის პოლარული დიპოლი, რაც ნიშნავს, რომ მოლეკულის ერთი ბოლო, ჟანგბადის დასასრული, უარყოფითად იტვირთება, ხოლო მეორე ბოლოს წყალბადის ორი ატომით აქვს დადებითი მუხტი. ერთი მოლეკულის უარყოფითად დამუხტული ჟანგბადის ატომი იზიდავს სხვა მოლეკულის ერთ – ერთ დადებითად დამუხტულ წყალბადის ატომს და წარმოქმნის დიპოლ – დიპოლური წყალბადის ბმას. ეს კავშირი უფრო სუსტია, ვიდრე კოვალენტური მოლეკულური ბმა, მაგრამ ის წყლის მოლეკულებს აერთიანებს. ეს ინტერმოლეკულური ძალები წყალს ანიჭებს სპეციფიკურ მახასიათებლებს, როგორიცაა ზედაპირის მაღალი დაძაბულობა და შედარებით მაღალი დუღილის წერტილი მოლეკულის წონისთვის.
ნახშირბადის და წყალბადის კოვალენტური ობლიგაციები
ნახშირბადს აქვს ოთხი ელექტრონი თავის უკიდურეს ელექტრონულ გარსში, რომელსაც აქვს რვა ელექტრონის ადგილი. შედეგად, ერთ კონფიგურაციაში ნახშირბადი იზიარებს ოთხ ელექტრონს, წყალბადის ოთხი ატომით, რომ შეავსოს მისი გარსი კოვალენტური კავშირით. შედეგად მიღებული ნაერთია CH4, მეთანი.
მიუხედავად იმისა, რომ მეთანი თავისი ოთხი კოვალენტური ბმით სტაბილური ნაერთია, ნახშირბადს შეუძლია შევიდეს სხვა კავშირის კონფიგურაციებში წყალბადის და ნახშირბადის სხვა ატომებთან. ოთხი გარე ელექტრონის კონფიგურაცია ნახშირბადს საშუალებას აძლევს შექმნას მოლეკულები, რომლებიც ქმნიან მრავალი რთული ნაერთის საფუძველს. ყველა ასეთი ობლიგაცია არის კოვალენტური ობლიგაცია, მაგრამ ისინი ნახშირბადს აძლევს დიდ მოქნილობას შემაკავშირებელ ქცევაში.
კოვალენტური ობლიგაციები ნახშირბადის ჯაჭვებში
როდესაც ნახშირბადის ატომები ქმნიან კოვალენტურ კავშირებს, რომელთაც ნაკლები აქვთ წყალბადის ოთხი ატომი, დამაკავშირებელი ელექტრონები რჩება ნახშირბადის ატომის გარეთა გარსში. მაგალითად, ნახშირბადის ორი ატომი, რომლებიც ქმნიან კოვალენტურ კავშირს წყალბადის სამ ატომთან, თითოეულს შეუძლია კოვალენტური კავშირი შექმნას ერთმანეთთან, გაანაწილოს მათი დარჩენილი დარჩენილი შემაერთებელი ელექტრონები. ეს ნაერთია ეთანი, C2ჰ6.
ანალოგიურად, ნახშირბადის ორ ატომს შეუძლია დაუკავშიროს თითოეულ წყალბადის ატომს და შექმნას ორმაგი კოვალენტური კავშირი ერთმანეთთან, გაანაწილოს მათ შორის დარჩენილი ოთხი ელექტრონი. ეს ნაერთი არის ეთილენი, C2ჰ4. აცეტილენში, C2ჰ2, ნახშირბადის ორი ატომი ქმნის სამჯერ კოვალენტურ ბმას და ერთ კავშირს წყალბადის ორ ატომთან. ამ შემთხვევებში მხოლოდ ნახშირბადის ორი ატომია ჩართული, მაგრამ ნახშირბადის ორ ატომს შეუძლია ადვილად შეინარჩუნოს მხოლოდ ერთი ბმა ერთმანეთთან და გამოიყენოს დანარჩენი დამატებითი ნახშირბადის ატომებთან.
პროპანი, C3ჰ8, აქვს ნახშირბადის სამი ატომის ჯაჭვი, რომელთა შორის ერთჯერადი კოვალენტური ბმებია. ნახშირბადის ორ ბოლოს ატომს აქვს ერთი კავშირი შუა ნახშირბადის ატომთან და სამი კოვალენტური ბმა სამი წყალბადის ატომთან. ნახშირბადის შუა ატომს აქვს კავშირი დანარჩენ ორ ნახშირბადის ატომთან და წყალბადის ორ ატომთან. ასეთი ჯაჭვი შეიძლება გაცილებით გრძელი იყოს და ბუნებაში აღმოჩენილი მრავალი რთული ორგანული ნახშირბადის ნაერთის საფუძველია, ყველა ემყარება ერთნაირ კოვალენტურ ბმას, რომელიც უერთდება წყალბადის ორ ატომს.