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 jest wiązanie wodorowe.

Struktura atomowa Atomy składają się z jądra zawierającego dodatnio naładowane protony, które są otoczone równą liczbą ujemnie 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

powłoki

, które można traktować jako istniejące 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 następna powłoka limit ośmiu. W większości przypadków to tylko elektrony w najbardziej zewnętrznej powładzie uczestniczą w wiązaniu.Są one często nazywane elektronami wartościowości

.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 elementów zwanych gazami szlachetnymi

mdash;hel, neon, argon, krypton, ksenon i radon mdash;Mają już pełne zewnętrzne skorupy i z tego powodu zwykle nie tworzą wiązań chemicznych.Inne elementy na ogół będą próbować osiągnąć szlachetną strukturę gazu, podając, akceptując lub dzieląc elektronom z innymi atomami. Wiązania chemiczne są czasami reprezentowane przez coś, co nazywa się strukturą Lewis , nazwaną na cześć amerykańskiego chemika Gilberta N. Lewis.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 metali, które łatwo rezygnują z elektronzaakceptować ich.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 i mdash;Fluor sodu i mdash;Zawiera dwa atomy z kompletnymi zewnętrznymi powłokami połączonymi przez przyciąganie elektryczne.

Kowalencyjne wiązanie

Atomy niemetali nie 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 swoim pierwszym i mdash;i tylko mdash;Shell, która pozostawia jedną z pełnej skorupy.Dwa atomy wodoru mogą dzielić swoje elektrony, tworzącCząsteczka, w której oba mają pełną zewnętrzną skorupę.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 i mdash;Dwa krótkie 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 swobodne poruszanie się, a nie należące do poszczególnych atomów.Metal składa się zatem z pozytywnie naładowanych jonów otoczonych mobilnymi, ujemnie naładowanymi elektronami.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 przewodami 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 elektron i mdash;takie jak fluor lub tlen mdash;Elektrony są odciągane od wodoru.Powoduje to cząsteczkę z ogólnym ładunkiem dodatnim po jednej stronie i ładunek ujemny z drugiej.W cieczy boki dodatnie i ujemne przyciągają się nawzajem, tworząc wiązania między cząsteczkami.

Chociaż wiązania te są znacznie słabsze niż wiązania jonowe, kowalencyjne lub metaliczne, są bardzo ważne.Wiązanie wodoru odbywa się w wodzie, związku zawierającym dwa atomy wodoru i jeden tlen.Oznacza to, że wymagana jest więcej energii do przekształcenia ciekłej wody w gaz, niż w innym przypadku.Bez wiązania wodorowego woda miałaby znacznie niższą temperaturę wrzenia i nie mogłaby istnieć jako ciecz na ziemi.