Co to jest wiązanie chemiczne?

Wiązanie chemiczne ma miejsce, gdy dwa lub więcej atomów łączy się, tworząc cząsteczkę. W nauce jest ogólną zasadą, że wszystkie systemy będą próbowały osiągnąć swój najniższy poziom energii, a wiązanie chemiczne nastąpi tylko wtedy, gdy cząsteczka może mieć mniej energii niż jej niecodzienne atomy. Trzy główne typy wiązań to jonowe, kowalencyjne i metaliczne. Wszystkie obejmują elektrony poruszające się między atomami na różne sposoby. Kolejnym, znacznie słabszym, typem wiązania wodorowego.

Struktura atomowa

Atomy

składają się z jądra zawierającego dodatnio naładowane protony, które są otoczone równą liczbą negatywnie naładowanych elektronów. Zwykle są one neutralne elektrycznie. Atom może jednak stracić lub zyskać jeden lub więcej elektronów, nadając mu dodatni lub ujemny ładunek. Gdy ktoś ma ładunek elektryczny, nazywa się to jonem.

to elektrony biorą udział w wiązaniu chemicznym. Cząstki te są ułożone w skorupy , które można uznać za EXISTing w rosnących odległościach od jądra. Zasadniczo im dalej od jądra są skorupy, tym więcej energii mają. Istnieje limit liczby elektronów, które mogą zajmować skorupę. Na przykład pierwsza, najbardziej wewnętrzna powłoka ma limit dwóch, a następny powłoka limit ośmiu.

W większości przypadków to tylko elektrony w najbardziej zewnętrznej powładzie uczestniczą w wiązaniu. Są one często nazywane elektronami walencyjnymi . Zasadniczo atomy będą miały tendencję do łączenia się ze sobą w taki sposób, że wszystkie osiągają pełne skorupy zewnętrzne, ponieważ konfiguracje te zwykle mają mniej energii. Grupa pierwiastków zwanych gazami szlachetnymi - hel, neon, argon, krypton, ksenon i radon - ma już pełne skorupy zewnętrzne i z tego powodu zwykle nie tworzą wiązań chemicznych. Inne elementy na ogół będą starać się osiągnąć szlachetną strukturę gazu, dając, ACCEPting lub dzielenie elektronów z innymi atomami.

Wiązania chemiczne są czasami reprezentowane przez coś, co nazywa się strukturą Lewisa , nazwaną na cześć amerykańskiego chemika Gilberta N. Lewisa. W strukturze Lewisa elektrony walencyjne są reprezentowane przez kropki na zewnątrz symboli chemicznych pierwiastków w cząsteczce. Pokazują wyraźnie, gdzie elektrony przeniosły się z jednego atomu do drugiego i gdzie są dzielone między atomami.

wiązanie jonowe

Ten rodzaj wiązania chemicznego ma miejsce między metaliami, które łatwo rezygnują z elektronów, a niemetalami, które chętnie je zaakceptować. Metal nadaje elektrony w swojej niekompletnej zewnętrznej skorupce nie-metalowej, pozostawiając tę skorupę pustą, tak aby pełna skorupa poniżej stała się nową najbardziej zewnętrzną skorupą. Niemetal akceptuje elektronę, aby wypełnić swoją niekompletną najbardziej zewnętrzną powłokę. W ten sposób oba atomy osiągnęły pełne zewnętrzne skorupy. To pozostawia metal z ładunkiem dodatnim i nie-metalowym z ładunkiem ujemnym,więc są to jony pozytywne i ujemne, które się przyciągają.

Prostym przykładem jest fluorek sodu. Sód ma trzy skorupy, z jednym elektronem walencyjnym na zewnątrz. Fluor ma dwie skorupy, z siedmioma elektronami na zewnątrz. Sód podaje swój elektron walencyjny atomowi fluoru, dzięki czemu sód ma teraz dwie kompletne skorupy i ładunek dodatni, podczas gdy fluor ma dwie kompletne skorupy i ładunek ujemny. Powstała cząsteczka - fluor sodu - ma dwa atomy z kompletnymi zewnętrznymi powłokami połączonymi przez przyciąganie elektryczne.

wiązanie kowalencyjne

Atomy nie-metali łączą się ze sobą, dzieląc elektrony w taki sposób, aby obniżyć swój ogólny poziom energii. Zazwyczaj oznacza to, że po połączeniu wszystkie mają pełne zewnętrzne skorupy. Aby wziąć prosty przykład, wodór ma tylko jeden elektron, w pierwszej - i tylko - skorupce, co pozostawia jedną z pełnej powłoki. Dwa atomy wodoru mogą ich dzielićelektrony tworzące cząsteczkę, w której oba mają pełną zewnętrzną powłokę.

Często można przewidzieć, w jaki sposób atomy będą połączyć się ze sobą na podstawie liczby elektronów. Na przykład Carbon ma sześć, co oznacza, że ma pełną pierwszą skorupę dwóch i najbardziej zewnętrzną skorupę czterech, co pozostawia cztery krótsze od pełnej zewnętrznej skorupy. Tlen ma osiem, podobnie jak sześć w zewnętrznej skorupce - dwóch krótkich z pełnej skorupy. Atom węgla może łączyć się z dwoma atomami tlenu z utworzeniem dwutlenku węgla, w którym węgiel ma cztery elektrony, dwa z każdym atomem tlenu, a z kolei atomy tlenu mają dwa elektrony z atomem węgla. W ten sposób wszystkie trzy atomy mają pełne zewnętrzne skorupy zawierające osiem elektronów.

wiązanie metaliczne

W kawałku metalu elektrony walencyjne są mniej więcej swobodnie poruszać się, a nie należą do poszczególnych atomów. Metal składa się zatem z pozytywnie naładowanych jonów otoczonych przez telefon komórkowy, negatywnie naładowanyRons. Jony można przesuwać stosunkowo łatwo, ale są trudne do odłączenia, ze względu na ich przyciąganie do elektronów. To wyjaśnia, dlaczego metale są na ogół łatwe do zginania, ale trudne do złamania. Mobilność elektronów wyjaśnia również, dlaczego metale są dobrymi przewodnikami energii elektrycznej.

Wiązanie wodorowe

W przeciwieństwie do powyższych przykładów, wiązanie wodorowe obejmuje wiązanie między cząsteczkami, a nie wewnątrz. Kiedy wodór łączy się z elementem, który silnie przyciąga elektrony - takie jak fluor lub tlen - elektrony są odciągane od wodoru. Powoduje to cząsteczkę z ogólnym ładunkiem dodatnim po jednej stronie i ładunek ujemny z drugiej. W cieczy dodatnie i ujemne strony przyciągają się nawzajem, tworząc wiązania między cząsteczkami.