Hvad er kemisk binding?

Kemisk binding sker, når to eller flere atomer samles for at danne et molekyle.Det er et generelt princip i videnskaben, at alle systemer vil forsøge at nå deres laveste energiniveau, og kemisk binding vil kun finde sted, når der kan dannes et molekyle, der har mindre energi end dets ukombinerede atomer.De tre hovedtyper af binding er ioniske, kovalente og metalliske.Disse involverer alle elektroner, der bevæger sig mellem atomer på forskellige måder.En anden, meget svagere type er hydrogenbindingen.

Atomstruktur

Atomer består af en kerne, der indeholder positivt ladede protoner, som er omgivet af et lige stort antal negativt ladede elektroner.Normalt er de derfor elektrisk neutrale.Et atom kan dog miste eller vinde en eller flere elektroner, hvilket giver det en positiv eller negativ ladning.Når man har en elektrisk ladning, kaldes det en ion.

Det er de elektroner, der er involveret i kemisk binding.Disse partikler er arrangeret i skaller , der kan betragtes som eksisterende ved stigende afstande fra kernen.Generelt, jo længere fra kernen er skallerne, jo mere energi har de.Der er en grænse for antallet af elektroner, der kan besætte en skal.For eksempel har den første, inderste, Shell en grænse på to og den næste skal en grænse på otte.

I de fleste tilfælde er det kun elektronerne i den yderste skal, der deltager i binding.Disse kaldes ofte valenselektroner .Som hovedregel vil atomer en tendens til at kombinere hinanden på en sådan måde, at de alle opnår fulde ydre skaller, da disse konfigurationer normalt har mindre energi.En gruppe af elementer kendt som ædle gasser mdash;Helium, Neon, Argon, Krypton, Xenon og Radon Mdash;Har allerede fulde ydre skaller, og på grund af dette danner de normalt ikke kemiske bindinger.Andre elementer vil generelt forsøge at opnå en ædel gasstruktur ved at give, acceptere eller dele elektroner med andre atomer.

Kemiske bindinger er undertiden repræsenteret af noget kaldet en Lewis -struktur , opkaldt efter den amerikanske kemiker Gilbert N. Lewis.I en Lewis -struktur er valenselektronerne repræsenteret af prikker lige uden for de kemiske symboler for elementerne i et molekyle.De viser tydeligt, hvor elektroner er flyttet fra et atom til et andet, og hvor de deles mellem atomer.

Ionisk binding

Denne type kemisk binding finder sted mellem metaller, der let giver op elektroner og ikke-metaller, som er ivrigeat acceptere dem.Metallet giver elektronerne i sin ufuldstændige yderste skal til ikke-metalen, hvilket efterlader denne skal tom, så den fulde skal nedenfor bliver dens nye yderste skal.Ikke-metalen accepterer elektroner for at fylde sin ufuldstændige yderste skal.På denne måde har begge atomer opnået fulde ydre skaller.Dette efterlader metallet med en positiv ladning og ikke-metalen med en negativ ladning, så de er positive og negative ioner, der tiltrækker hinanden.

Et simpelt eksempel er natriumfluorid.Natrium har tre skaller med en valenselektron i det yderste.Fluor har to skaller med syv elektroner i det yderste.Natriumet giver sin ene valenselektron til fluoratomet, så natriumet nu har to komplette skaller og en positiv ladning, mens fluoren har to komplette skaller og en negativ ladning.Det resulterende molekyle mdash;natriumfluorid mdash;Indeholder to atomer med komplette ydre skaller bundet sammen ved elektrisk tiltrækning.

Kovalente binding

Atomer af ikke-metaler kombineres med hinanden ved at dele elektroner på en sådan måde, at de sænker deres samlede energiniveau.Dette betyder normalt, at de, når de kombineres, alle har fulde ydre skaller.For at tage et simpelt eksempel har brint kun en elektron i sin første mdash;og kun mdash;Shell, der efterlader det en kort af en fuld skal.To brintatomer kan dele deres elektroner til dannelse af enMolekyle, hvor begge har en fuld ydre skal.

Det er ofte muligt at forudsige, hvordan atomer vil kombineres med hinanden fra antallet af elektroner, de har.For eksempel har Carbon seks, hvilket betyder, at det har en fuld første skal på to og en yderste skal på fire, hvilket efterlader det fire kort af en fuld ydre skal.Oxygen har otte, og det har også seks i sin ydre shell mdash;To kort af en fuld skal.Et carbonatom kan kombineres med to iltatomer til dannelse af kuldioxid, hvor carbon deler sine fire elektroner, to med hvert iltatom, og iltatomerne til gengæld hver deler to af deres elektroner med carbonatomet.På denne måde har alle tre atomer fulde ydre skaller, der indeholder otte elektroner.

Metallisk binding

I et stykke metal er valenselektronerne mere eller mindre frie til at bevæge sig rundt i stedet for at tilhøre individuelle atomer.Metallet består derfor af positivt ladede ioner omgivet af mobile, negativt ladede elektroner.Ionerne kan bevæges relativt let, men er vanskelige at løsne på grund af deres tiltrækning til elektronerne.Dette forklarer, hvorfor metaller generelt er lette at bøje, men vanskelige at bryde.Mobiliteten af elektronerne forklarer også, hvorfor metaller er gode ledere af elektricitet.

Hydrogenbinding

I modsætning til eksemplerne ovenfor involverer hydrogenbinding binding mellem, snarere end inden for, molekyler.Når brint kombineres med et element, der stærkt tiltrækker elektroner og mdash;såsom fluor eller ilt mdash;Elektronerne trækkes væk fra brintet.Dette resulterer i et molekyle med en samlet positiv ladning på den ene side og en negativ ladning på den anden.I en væske tiltrækker de positive og negative sider hinanden og danner bindinger mellem molekylerne.

Selvom disse bindinger er meget svagere end ioniske, kovalente eller metalliske bindinger, er de meget vigtige.Hydrogenbinding finder sted i vand, en forbindelse indeholdende to atomer med brint og et af ilt.Dette betyder, at der kræves mere energi for at omdanne flydende vand til en gas, end ellers ville være tilfældet.Uden hydrogenbinding ville vand have et meget lavere kogepunkt og kunne ikke eksistere som en væske på jorden.