Si vous êtes venu dans votre enseignement de la chimie, vous avez rencontré le sujet des liaisons chimiques entre les atomes et les molécules, et peut-être avez-vous même appris les noms de quelques-uns (qui sont plutôt cool, en fait). Mais si quelqu'un vous demandait de donner trois raisons pour la formation de liaisons chimiques, seriez-vous en mesure d'aider votre ami curieux ?
Il existe un certain nombre de types de liaisons chimiques, comme vous l'apprendrez, mais toutes les liaisons entre les atomes se forment pour le même raison essentielle: la possibilité pour les atomes impliqués de compléter leurs couches d'électrons les plus externes, ou valence coquilles. Comme beaucoup d'atomes d'êtres vivants, aucun type d'atome (et il existe 118 types individuels, appelés éléments) n'est dans son état le plus confortable lorsqu'il existe seul.
Les bases de l'atome
Tous les atomes ont un ou plusieurs protons,neutrons et électrons, à l'exception de l'hydrogène, qui se compose d'un proton et d'un électron. Le nombre de protons et d'électrons est égal dans les atomes neutres et détermine leur identité individuelle, c'est-à-dire quel élément chacun d'eux est.
Parce que les protons sont chargés positivement tandis que les électrons portent une charge négative égale à la charge du proton, l'atome lui-même est neutre, car les neutrons, comme leur nom l'indique, n'ont pas de charge. D'autre part, les protons et les neutrons ont une masse très similaire et occupent le centre de l'atome au niveau du noyau. Les électrons sont environ 2 000 fois moins massifs que les protons et les neutrons déjà minuscules.
Les électrons sont conçus comme flottant à une certaine distance du noyau en niveaux d'énergie quantifiés. Étant sur les franges externes mal définies des atomes, ce sont les particules subatomiques qui participent à la liaison chimique.
La classification des liaisons chimiques
Il existe trois manières de base (ou quatre, selon votre niveau de permissivité) par lesquelles les atomes peuvent former une liaison chimique; des exemples de chacun sont donnés ci-dessous.
La liaison covalente: L'une des raisons pour lesquelles les atomes forment des liaisons est qu'ils sont capables de partager des électrons avec d'autres atomes pour compléter les couches de valence des deux. Les couches de valence des deux éléments les plus légers, l'hydrogène et l'hélium, peuvent contenir jusqu'à deux électrons; les couches de valence de la plupart des éléments familiers peuvent accueillir huit électrons. Une molécule d'eau, H2O, se compose de trois atomes et de deux liaisons H–O covalentes identiques.
La liaison ionique: Une deuxième raison pour laquelle les atomes forment des liaisons est qu'ils sont capables de donner des électrons à, ou de recevoir des électrons d'autres atomes pour compléter leurs couches de valence respectives. Ces liaisons sont généralement plus fortes que les liaisons covalentes en raison de la différence d'électronégativité entre elles (l'impulsion physique pour un "don" plutôt qu'un "partage"). NaCl, ou chlorure de sodium, est un composé ionique.
Le lien métallique: Une troisième raison pour laquelle les atomes forment des liaisons est que dans certains éléments, appelés métaux, les électrons des atomes du même "voisinage" s'éloignent de leurs noyaux et font partie d'une "mer d'électrons" dans laquelle les électrons les plus énergétiques ne sont pas distinctement associés à un parent noyau. Cela se produit lorsque le métal se trouve sous sa forme monoatomique, c'est-à-dire lié uniquement à lui-même; c'est ce que l'on entend par « or pur » ou « platine pur ».
La "liaison hydrogène"": Les atomes d'hydrogène, qui dans certaines molécules portent une légère charge positive, peuvent former de fortes attractions électrostatiques aux atomes chargés négativement sur adjacent molécules. Cela se produit dans des liquides tels que l'eau, où ces liaisons expliquent le point d'ébullition inhabituellement élevé de l'eau parmi les liquides légers à température ambiante.
Pourquoi les atomes "veulent-ils" des obus à valence complète ?
En bref, les atomes sont plus « confortables », ou stabilisés, du point de vue de l'énergie pure lorsque leurs couches de valence sont complètes. Bien que l'analogie soit imparfaite, imaginez un rocher maintenu au sommet d'une montagne par un sol instable.
Alors que le rocher peut exister physiquement dans cet état tout en étant dûment soutenu par de la terre et des rochers, s'il avait son « chemin », la gravité tirerait la roche vers l'altitude disponible la plus basse pour amener son énergie potentielle à un minimum valeur.