Τι είδους δεσμός ενώνει δύο άτομα υδρογόνου;

Ο δεσμός που συνδέει δύο άτομα υδρογόνου σε ένα μόριο αερίου υδρογόνου είναι ένας κλασικός ομοιοπολικός δεσμός. Ο δεσμός είναι εύκολο να αναλυθεί επειδή τα άτομα υδρογόνου έχουν μόνο ένα πρωτόνιο και ένα ηλεκτρόνιο το καθένα. Τα ηλεκτρόνια βρίσκονται στο μοναδικό κέλυφος ηλεκτρονίων του ατόμου υδρογόνου, το οποίο διαθέτει χώρο για δύο ηλεκτρόνια.

Επειδή τα άτομα υδρογόνου είναι πανομοιότυπα, κανένα δεν μπορεί να πάρει το ηλεκτρόνιο από το άλλο για να ολοκληρώσει το κέλυφος ηλεκτρονίων του και να σχηματίσει έναν ιοντικό δεσμό. Ως αποτέλεσμα, τα δύο άτομα υδρογόνου μοιράζονται τα δύο ηλεκτρόνια σε έναν ομοιοπολικό δεσμό. Τα ηλεκτρόνια περνούν το μεγαλύτερο μέρος του χρόνου τους μεταξύ των θετικά φορτισμένων πυρήνων υδρογόνου, προσελκύοντας και τους δύο στο αρνητικό φορτίο των δύο ηλεκτρονίων.

TL; DR (Πάρα πολύ καιρό; Δεν διαβάστηκε)

Τα μόρια αερίου υδρογόνου αποτελούνται από δύο άτομα υδρογόνου σε έναν ομοιοπολικό δεσμό. Τα άτομα υδρογόνου σχηματίζουν επίσης ομοιοπολικούς δεσμούς σε άλλες ενώσεις, όπως σε νερό με άτομο οξυγόνου και σε υδρογονάνθρακες με άτομα άνθρακα. Στην περίπτωση του νερού, τα ομοιοπολικά συνδεδεμένα άτομα υδρογόνου μπορούν να σχηματίσουν επιπρόσθετους διαμοριακούς δεσμούς υδρογόνου που είναι ασθενέστεροι από τους ομοιοπολικούς μοριακούς δεσμούς. Αυτοί οι δεσμοί δίνουν στο νερό μερικά από τα φυσικά χαρακτηριστικά του.

Τα άτομα υδρογόνου στο Η₂Το μόριο νερού σχηματίζει το ίδιο είδος ομοιοπολικού δεσμού με το αέριο υδρογόνο αλλά με το άτομο οξυγόνου. Το άτομο οξυγόνου έχει έξι ηλεκτρόνια στο εξωτερικό του κέλυφος ηλεκτρονίων, το οποίο έχει χώρο για οκτώ ηλεκτρόνια. Για να γεμίσει το κέλυφος του, το άτομο οξυγόνου μοιράζεται τα δύο ηλεκτρόνια των δύο ατόμων υδρογόνου σε έναν ομοιοπολικό δεσμό.

Εκτός από τον ομοιοπολικό δεσμό, το μόριο νερού σχηματίζει επιπρόσθετους διαμοριακούς δεσμούς με άλλα μόρια νερού. Το μόριο νερού είναι ένα πολικό δίπολο, που σημαίνει ότι το ένα άκρο του μορίου, το άκρο οξυγόνου, φορτίζεται αρνητικά και το άλλο άκρο με τα δύο άτομα υδρογόνου έχει θετικό φορτίο. Το αρνητικά φορτισμένο άτομο οξυγόνου ενός μορίου προσελκύει ένα από τα θετικά φορτισμένα άτομα υδρογόνου ενός άλλου μορίου, σχηματίζοντας έναν δεσμό υδρογόνου διπόλου-διπολίου. Αυτός ο δεσμός είναι ασθενέστερος από τον ομοιοπολικό μοριακό δεσμό, αλλά συγκρατεί τα μόρια νερού μαζί. Αυτές οι διαμοριακές δυνάμεις δίνουν ειδικά χαρακτηριστικά στο νερό όπως υψηλή επιφανειακή τάση και σχετικά υψηλό σημείο βρασμού για το βάρος του μορίου.

Ο άνθρακας έχει τέσσερα ηλεκτρόνια στο εξωτερικό του κέλυφος ηλεκτρονίων, το οποίο έχει χώρο για οκτώ ηλεκτρόνια. Ως αποτέλεσμα, σε μία διαμόρφωση, ο άνθρακας μοιράζεται τέσσερα ηλεκτρόνια με τέσσερα άτομα υδρογόνου για να γεμίσει το κέλυφος του σε έναν ομοιοπολικό δεσμό. Η προκύπτουσα ένωση είναι CH₄, μεθάνιο.

Ενώ το μεθάνιο με τους τέσσερις ομοιοπολικούς δεσμούς του είναι μια σταθερή ένωση, ο άνθρακας μπορεί να εισέλθει σε άλλες διαμορφώσεις δεσμών με υδρογόνο και άλλα άτομα άνθρακα. Η διαμόρφωση των τεσσάρων εξωτερικών ηλεκτρονίων επιτρέπει στον άνθρακα να δημιουργεί μόρια που αποτελούν τη βάση πολλών πολύπλοκων ενώσεων. Όλοι αυτοί οι δεσμοί είναι ομοιοπολικοί δεσμοί, αλλά επιτρέπουν στον άνθρακα μεγάλη ευελιξία στη συνδετική συμπεριφορά του.

Όταν τα άτομα άνθρακα σχηματίζουν ομοιοπολικούς δεσμούς με λιγότερα από τέσσερα άτομα υδρογόνου, επιπλέον ηλεκτρόνια σύνδεσης παραμένουν στο εξωτερικό κέλυφος του ατόμου άνθρακα. Για παράδειγμα, δύο άτομα άνθρακα που σχηματίζουν ομοιοπολικούς δεσμούς με τρία άτομα υδρογόνου μπορούν το καθένα να σχηματίσουν έναν ομοιοπολικό δεσμό μεταξύ τους, μοιράζοντας τα μοναδικά εναπομείναντα ηλεκτρόνια τους. Αυτή η ένωση είναι αιθάνιο, C₂Η₆.

Παρομοίως, δύο άτομα άνθρακα μπορούν να συνδέονται με δύο άτομα υδρογόνου το καθένα και να σχηματίζουν έναν διπλό ομοιοπολικό δεσμό μεταξύ τους, μοιράζοντας τα τέσσερα εναπομείναντα ηλεκτρόνια μεταξύ τους. Αυτή η ένωση είναι αιθυλένιο, C₂Η₄. Σε ακετυλένιο, C₂Η₂, τα δύο άτομα άνθρακα σχηματίζουν έναν τριπλό ομοιοπολικό δεσμό και έναν μόνο δεσμό με καθένα από τα δύο άτομα υδρογόνου. Σε αυτές τις περιπτώσεις, εμπλέκονται μόνο δύο άτομα άνθρακα, αλλά τα δύο άτομα άνθρακα μπορούν εύκολα να διατηρήσουν μόνο μεμονωμένους δεσμούς μεταξύ τους και να χρησιμοποιήσουν τα υπόλοιπα για σύνδεση με επιπλέον άτομα άνθρακα.

Προπάνιο, C₃Η₈, έχει μια αλυσίδα τριών ατόμων άνθρακα με απλούς ομοιοπολικούς δεσμούς μεταξύ τους. Τα δύο ακραία άτομα άνθρακα έχουν έναν μόνο δεσμό με το μεσαίο άτομο άνθρακα και τρεις ομοιοπολικούς δεσμούς με τρία άτομα υδρογόνου το καθένα. Το άτομο μεσαίου άνθρακα έχει δεσμούς με τα άλλα δύο άτομα άνθρακα και δύο άτομα υδρογόνου. Μια τέτοια αλυσίδα μπορεί να είναι πολύ μεγαλύτερη και αποτελεί τη βάση για πολλές από τις σύνθετες οργανικές ενώσεις άνθρακα που βρίσκονται στη φύση, όλες βασισμένες στο ίδιο είδος ομοιοπολικού δεσμού που ενώνει δύο άτομα υδρογόνου.