Ако сте се съгласили с инструкциите си по химия, сте се сблъскали с темата за химическите връзки между атоми и молекули и може би дори сте научили имената на няколко (които са доста готини, в факт). Но ако някой ви помоли да посочите три причини за образуването на химически връзки, бихте ли могли да помогнете на вашия любопитен приятел?
Както ще научите, има редица видове химически връзки, но всички връзки между атомите се образуват еднакви основна причина: възможността за участващите атоми да завършат своите най-външни електронни обвивки или валентност черупки. Подобно на много от атомите на живите същества, нито един тип атом (а има 118 отделни вида, наречени елементи) не е в най-удобното си състояние, докато съществува сам.
Основи на атома
Всички атоми имат един или повече протони,неутрони и електрони, с изключение на водорода, който се състои от един протон и един електрон. Броят на протоните и електроните е равен в неутралните атоми и определя тяхната индивидуална идентичност, т.е. какъв елемент е всеки от тях.
Тъй като протоните са положително заредени, докато електроните носят отрицателен заряд, равен по големина на заряда на протона, самият атом е неутрален, тъй като неутроните, подобаващи на името им, нямат заряд. От друга страна, протоните и неутроните са много сходни по маса и заемат центъра на атома в ядрото. Електроните са около 2000 пъти по-малко масивни от вече малките протони и неутрони.
Електроните са замислени като плаващи на известно разстояние от ядрото в квантовани енергийни нива. Намирайки се на зле дефинираните външни ресни на атомите, те са субатомните частици, които участват в химичното свързване.
Класификация на химическите връзки
Има три основни начина (или четири, в зависимост от нивото на вашата разрешителност), по които атомите могат да образуват химическа връзка; примери за всеки са дадени по-долу.
Ковалентната връзка: Една от причините атомите да образуват връзки е, че те са в състояние да споделят електрони с други атоми, за да завършат валентните обвивки и на двамата. Валентните обвивки на най-леките два елемента, водород и хелий, могат да задържат до два електрона; валентните обвивки на повечето познати елементи могат да поберат осем електрона. Водна молекула, Н2О, се състои от три атома и две идентични ковалентни H-O връзки.
Йонната връзка: Втората причина, поради която атомите образуват връзки, е, че те могат да даряват електрони или да получават електрони от други атоми, за да завършат съответните си валентни обвивки. Тези връзки обикновено са по-силни от ковалентните връзки поради разликата в електроотрицателността между тях (физическият тласък за „дарение“, а не „споделяне“). NaClили натриев хлорид, е йонно съединение.
Металната връзка: Трета причина атомите да образуват връзки е, че в някои елементи, наречени метали, електроните в атомите в същия "квартал" се разхождат далеч от техните ядра и стават част от "електронно море", в което електроните с най-висока енергия не са ясно свързани с нито един родител ядро. Това се случва, когато металът е намерен в неговата едноатомна форма, т.е. свързан само със себе си; това е, което се разбира под „чисто злато“ или „чиста платина“.
Водородната "връзка"": Водородните атоми, които в някои молекули носят лек положителен заряд, могат да образуват силни електростатични привличания към отрицателно заредени атоми на съседен молекули. Това се случва в течности като вода, където тези връзки отчитат необичайно високата точка на кипене на водата сред леките течности със стайна температура.
Защо атомите "искат" пълни валентни черупки?
Накратко, атомите са по-"удобни" или улегнали от гледна точка на чиста енергия, когато валентните им обвивки са завършени. Докато аналогията е несъвършена, представете си камък, който се държи на върха на планина от нестабилна почва.
Докато камъкът може физически да съществува в това състояние, докато е надлежно поддържан от мръсотия и скали, ако имаше своя "начин" гравитацията би издърпала скалата към най-ниската възможна височина, за да сведе потенциала й до минимум стойност.
