Εάν έχετε ακολουθήσει τις οδηγίες χημείας σας, έχετε αντιμετωπίσει το θέμα των χημικών δεσμών μεταξύ ατόμων και μορίων, και ίσως έχετε μάθει ακόμη και τα ονόματα μερικών (που είναι αρκετά δροσερά, στο γεγονός). Αλλά αν κάποιος σας ζήτησε να δώσετε τρεις λόγους για το σχηματισμό χημικών δεσμών, θα μπορούσατε να βοηθήσετε τον περίεργο φίλο σας;
Υπάρχουν διάφοροι τύποι χημικών δεσμών, όπως θα μάθετε, αλλά όλοι οι δεσμοί μεταξύ ατόμων σχηματίζονται για το ίδιο βασικός λόγος: η ευκαιρία για τα εμπλεκόμενα άτομα να ολοκληρώσουν τα εξώτατα κελύφη ηλεκτρονίων τους ή σθένος κοχύλια. Όπως συνθέτουν πολλά άτομα των ζωντανών όντων, κανένας τύπος ατόμου (και υπάρχουν 118 μεμονωμένα είδη, που ονομάζονται στοιχεία) βρίσκεται στην πιο άνετη κατάσταση ενώ υπάρχει μόνο του.
Βασικά στοιχεία του Atom
Όλα τα άτομα έχουν ένα ή περισσότερα πρωτόνια,νετρόνια και ηλεκτρόνια, εκτός από το υδρογόνο, το οποίο αποτελείται από ένα πρωτόνιο και ένα ηλεκτρόνιο. Ο αριθμός των πρωτονίων και των ηλεκτρονίων είναι ίσος στα ουδέτερα άτομα και καθορίζει την ατομική τους ταυτότητα, δηλαδή ποιο στοιχείο είναι καθένα από αυτά.
Επειδή τα πρωτόνια φορτίζονται θετικά ενώ τα ηλεκτρόνια φέρουν αρνητικό φορτίο ίσο σε μέγεθος με το φορτίο του πρωτονίου, το ίδιο το άτομο είναι ουδέτερο, καθώς τα νετρόνια, ανάλογα με το όνομά τους, δεν έχουν φορτίο. Από την άλλη πλευρά, τα πρωτόνια και τα νετρόνια είναι παρόμοια σε μάζα και καταλαμβάνουν το κέντρο του ατόμου στον πυρήνα. Τα ηλεκτρόνια είναι περίπου 2.000 φορές λιγότερο ογκώδη από τα ήδη μικροσκοπικά πρωτόνια και νετρόνια.
Τα ηλεκτρόνια θεωρούνται ότι κινούνται περίπου σε απόσταση από τον πυρήνα σε ποσοτικά επίπεδα ενέργειας. Όντας στα κακώς καθορισμένα εξωτερικά περιθώρια ατόμων, είναι τα υποατομικά σωματίδια που συμμετέχουν στη χημική σύνδεση.
Η Ταξινόμηση Χημικών Ομολόγων
Υπάρχουν τρεις βασικοί τρόποι (ή τέσσερις, ανάλογα με το επίπεδο επιτρεπτότητάς σας) με τον οποίο τα άτομα μπορούν να σχηματίσουν χημικό δεσμό. κατωτέρω παρατίθενται παραδείγματα.
Ο ομοιοπολικός δεσμός: Ένας λόγος για τον οποίο τα άτομα σχηματίζουν δεσμούς είναι ότι είναι σε θέση να μοιράζονται ηλεκτρόνια με άλλα άτομα για να ολοκληρώσουν τα κελύφη σθένους και των δύο. Τα κελύφη σθένους από τα ελαφρύτερα δύο στοιχεία, το υδρογόνο και το ήλιο, μπορούν να συγκρατήσουν έως και δύο ηλεκτρόνια. Τα κελύφη σθένους των περισσότερων από τα γνωστά στοιχεία μπορούν να φιλοξενήσουν οκτώ ηλεκτρόνια. Ένα μόριο νερού, Η2Ο, αποτελείται από τρία άτομα και δύο πανομοιότυπους ομοιοπολικούς δεσμούς Η-Ο.
Ο ιοντικός δεσμός: Ένας δεύτερος λόγος που τα άτομα σχηματίζουν δεσμούς είναι ότι είναι σε θέση να δωρίσουν ηλεκτρόνια σε ή να λάβουν ηλεκτρόνια από άλλα άτομα για να ολοκληρώσουν τα αντίστοιχα κελύφη σθένους τους. Αυτοί οι δεσμοί είναι συνήθως ισχυρότεροι από τους ομοιοπολικούς δεσμούς λόγω της διαφοράς μεταξύ της ηλεκτροαναγονικότητας (η φυσική ώθηση για «δωρεά» και όχι «κοινή χρήση»). NaClή χλωριούχο νάτριο, είναι μια ιοντική ένωση.
Ο μεταλλικός δεσμός: Ένας τρίτος λόγος που τα άτομα σχηματίζουν δεσμούς είναι ότι σε ορισμένα στοιχεία, που ονομάζονται μέταλλα, τα ηλεκτρόνια στα άτομα στην ίδια "γειτονιά" περιπλανιούνται μακριά από τους πυρήνες τους και γίνονται μέρος μιας «θάλασσας ηλεκτρονίων» στην οποία τα ηλεκτρόνια υψηλότερης ενέργειας δεν συνδέονται ευδιάκριτα με κανένα γονέα πυρήνας. Αυτό συμβαίνει όταν το μέταλλο βρίσκεται στη μονοτομική του μορφή, δηλαδή συνδέεται μόνο με τον εαυτό του. Αυτό σημαίνει «καθαρός χρυσός» ή «καθαρός λευκόχρυσος».
Ο δεσμός υδρογόνου": Τα άτομα υδρογόνου, τα οποία σε ορισμένα μόρια φέρουν ελαφρώς θετικό φορτίο, μπορούν να σχηματίσουν ισχυρά ηλεκτροστατικά σημεία έλξης σε αρνητικά φορτισμένα άτομα γειτονικός μόρια. Αυτό συμβαίνει σε υγρά όπως το νερό, όπου αυτοί οι δεσμοί αντιπροσωπεύουν το ασυνήθιστα υψηλό σημείο βρασμού του νερού μεταξύ των ελαφρών υγρών θερμοκρασίας δωματίου.
Γιατί τα άτομα "θέλουν" πλήρη κελύφη Valence;
Εν συντομία, τα άτομα είναι πιο «άνετα» ή εγκατεστημένα, από την άποψη της απόλυτης ενέργειας όταν τα κελύφη σθένους τους είναι πλήρη. Ενώ η αναλογία είναι ατελής, φανταστείτε ότι ένας ογκόλιθος διατηρείται στην κορυφή ενός βουνού από ασταθές έδαφος.
Ενώ ο ογκόλιθος μπορεί φυσικά να υπάρχει σε αυτήν την κατάσταση ενώ υποστηρίζεται δεόντως από βρωμιά και βράχια, αν είχε τον «τρόπο» του η βαρύτητα θα τραβήξει το βράχο προς το χαμηλότερο διαθέσιμο υψόμετρο για να ελαχιστοποιήσει την πιθανή ενέργειά του αξία.