Jos olet tullut mukaan kemianopetuksessa, olet kohdannut aiheen kemiallisista sidoksista atomien ja molekyylien välillä, ja ehkä olet jopa oppinut muutamien nimet (jotka ovat melko hienoja, vuonna tosiasia). Mutta jos joku pyytää sinua esittämään kolme syytä kemiallisten sidosten muodostumiselle, voisitko auttaa utelias ystäväsi?
Kuten opit, on olemassa useita kemiallisten sidosten tyyppejä, mutta kaikki atomien väliset sidokset muodostavat saman olennainen syy: mahdollisuus osallistuvien atomien täydentää uloimman elektronin kuoret, tai valenssi kuoret. Kuten monet elävien olentojen atomit muodostavat, mikään atomi ei ole mukavimmassa tilassaan, vaikka se olisi olemassa yksin.
Atomin perusteet
Kaikilla atomeilla on yksi tai useampi protonit,neutronit ja elektronit, lukuun ottamatta vetyä, joka koostuu yhdestä protonista ja yhdestä elektronista. Protonien ja elektronien lukumäärä on yhtä suuri neutraaleissa atomeissa ja määrittää niiden yksilöllisen identiteetin, ts. Mikä elementti kukin niistä on.
Koska protonit ovat positiivisesti varautuneita, kun taas elektroneilla on negatiivinen varaus, joka on yhtä suuri kuin protonin varaus, atomi itsessään on neutraali, koska heidän nimensä mukaisesti neutroneilla ei ole varausta. Toisaalta, protonit ja neutronit ovat massaltaan hyvin samanlaisia ja vievät atomin keskuksen ytimessä. Elektronit ovat noin 2000 kertaa vähemmän massiivisia kuin niinkin pienet protonit ja neutronit.
Elektronien ajatellaan lentävän noin jonkin matkan päässä ytimestä kvantisoiduilla energiatasoilla. He ovat atomien huonosti määritellyillä ulkoreunoilla, ne ovat subatomisia hiukkasia, jotka osallistuvat kemialliseen sitoutumiseen.
Kemiallisten sidosten luokitus
On kolme perustapaa (tai neljä, permissiivisyyden tasosta riippuen), joilla atomit voivat muodostaa kemiallisen sidoksen; esimerkkejä kustakin annetaan alla.
Kovalenttinen sidos: Yksi syy atomien muodostamiseen sidoksista on, että ne pystyvät jakamaan elektroneja muiden atomien kanssa täydentääkseen molempien valenssikuoret. Kahden kevyimmän alkuaineen, vedyn ja heliumin, valenssikuoret voivat pitää korkeintaan kaksi elektronia; useimpien tuttujen elementtien valenssikuoriin mahtuu kahdeksan elektronia. Vesimolekyyli, H2O, koostuu kolmesta atomista ja kahdesta identtisestä kovalentista H – O-sidoksesta.
Ionisidos: Toinen syy atomien muodostamiseen siteisiin on se, että ne kykenevät luovuttamaan elektroneja tai vastaanottamaan elektroneja muille atomille vastaavien valenssikuoriensa täydentämiseksi. Nämä sidokset ovat yleensä vahvempia kuin kovalenttiset sidokset niiden välisen elektronegatiivisuuden eron vuoksi (fyysinen sysäys "lahjoitukselle" eikä "jakamiselle"). NaCltai natriumkloridi on ioninen yhdiste.
Metallisidos: Kolmas syy atomien muodostamiin sidoksiin on, että joissakin alkuaineissa, joita kutsutaan metalleiksi, saman "naapuruston" atomien elektronit vaeltavat kaukana niiden ytimistä ja niistä tulee osa "elektronimeriä", jossa korkeimman energian elektronit eivät ole selvästi yhteydessä mihinkään vanhempaan ydin. Tämä tapahtuu, kun metalli löytyy sen monatomisesta muodosta eli sidottu vain itseensä; tätä tarkoitetaan "puhtaalla kullalla" tai "puhtaalla platinalla".
Vety "sidos": Vetyatomit, joilla on joissakin molekyyleissä pieni positiivinen varaus, voivat muodostaa voimakkaita sähköstaattisia vetovoimia negatiivisesti varautuneille atomille vieressä molekyylejä. Tätä tapahtuu nesteissä, kuten vedessä, joissa nämä sidokset aiheuttavat veden epätavallisen korkean kiehumispisteen kevyissä huonelämpötilassa olevissa nesteissä.
Miksi atomit haluavat täyden valenssikuoren?
Lyhyesti sanottuna atomit ovat "mukavampia" tai asettuneempia pelkän energian kannalta, kun niiden valenssikuoret ovat täydelliset. Vaikka analogia on epätäydellinen, kuvittele kivilohko, jota epävakaalla maaperällä pidetään vuoren huipulla.
Vaikka siirtolohkare voi olla fyysisesti tässä tilassa lian ja kivien tukemana, jos sillä olisi "tiensä", painovoima vetää kallion kohti pienintä mahdollista korkeutta, jotta sen potentiaalinen energia olisi mahdollisimman pieni arvo.