Als je mee bent gegaan in je scheikunde-instructie, ben je het onderwerp chemische bindingen tegengekomen tussen atomen en moleculen, en misschien heb je zelfs de namen van een paar geleerd (die best cool zijn, in feit). Maar als iemand je zou vragen om drie redenen te geven voor de vorming van chemische bindingen, zou je dan je nieuwsgierige vriend kunnen helpen?
Er zijn een aantal soorten chemische bindingen, zoals je zult leren, maar alle bindingen tussen atomen vormen hetzelfde essentiële reden: de mogelijkheid voor de betrokken atomen om hun buitenste elektronenschillen, of valentie, te voltooien schelpen. Zoals veel van de levende wezens waaruit atomen bestaan, bevindt geen enkel type atoom (en er zijn 118 individuele soorten, elementen genoemd) zich in de meest comfortabele staat als het alleen bestaat.
Basisprincipes van het atoom
Alle atomen hebben een of meer protonen,neutronen en elektronen, behalve waterstof, dat uit één proton en één elektron bestaat. Het aantal protonen en elektronen is gelijk in neutrale atomen en bepaalt hun individuele identiteit, d.w.z. welk element elk van hen is.
Omdat protonen positief geladen zijn, terwijl elektronen een negatieve lading dragen die even groot is als de lading van het proton, is het atoom zelf neutraal, aangezien neutronen, zoals het hun naam betaamt, geen lading hebben. Aan de andere kant lijken protonen en neutronen erg op elkaar in massa en bezetten ze het centrum van het atoom in de kern. De elektronen zijn ongeveer 2000 keer minder zwaar dan de toch al kleine protonen en neutronen.
Elektronen worden opgevat als fladderend over enige afstand van de kern in gekwantiseerde energieniveaus. Omdat ze zich aan de slecht gedefinieerde buitenste randen van atomen bevinden, zijn het de subatomaire deeltjes die deelnemen aan chemische binding.
De classificatie van chemische bindingen
Er zijn drie basismanieren (of vier, afhankelijk van je mate van tolerantie) waarop atomen een chemische binding kunnen vormen; voorbeelden van elk worden hieronder gegeven.
De covalente binding: Een van de redenen waarom atomen bindingen vormen, is dat ze elektronen kunnen delen met andere atomen om de valentieschillen van beide te voltooien. De valentieschillen van de lichtste twee elementen, waterstof en helium, kunnen maximaal twee elektronen bevatten; de valentieschillen van de meeste bekende elementen kunnen acht elektronen herbergen. Een watermolecuul, H2O, bestaat uit drie atomen en twee identieke covalente H-O-bindingen.
De ionische binding: Een tweede reden waarom atomen bindingen vormen, is dat ze elektronen kunnen doneren aan of elektronen ontvangen van andere atomen om hun respectieve valentieschillen te voltooien. Deze bindingen zijn meestal sterker dan covalente bindingen vanwege het elektronegativiteitsverschil ertussen (de fysieke impuls voor een "donatie" in plaats van een "delen"). NaCl, of natriumchloride, is een ionische verbinding.
De metalen binding: Een derde reden waarom atomen bindingen vormen, is dat in sommige elementen, metalen genaamd, de elektronen in atomen in dezelfde "buurt" ver van elkaar afdwalen. hun kernen en worden onderdeel van een "elektronenzee" waarin de elektronen met de hoogste energie niet duidelijk geassocieerd zijn met een ouder kern. Dit gebeurt wanneer metaal wordt gevonden in zijn mono-atomaire vorm, dat wil zeggen alleen aan zichzelf gebonden; dit is wat wordt bedoeld met 'puur goud' of 'puur platina'.
De waterstof "binding"": Waterstofatomen, die in sommige moleculen een lichte positieve lading hebben, kunnen sterke elektrostatische aantrekkingskracht uitoefenen op negatief geladen atomen op aangrenzend moleculen. Dit gebeurt in vloeistoffen zoals water, waar deze bindingen verantwoordelijk zijn voor het ongewoon hoge kookpunt van water bij lichtgewicht vloeistoffen op kamertemperatuur.
Waarom "willen" atomen volledige valentie-shells?
In het kort, atomen zijn meer 'comfortabel' of gesetteld, vanuit het oogpunt van pure energie wanneer hun valentieschillen compleet zijn. Hoewel de analogie onvolmaakt is, stel je voor dat een rotsblok op de top van een berg wordt gehouden door onstabiele grond.
Hoewel het rotsblok fysiek in deze staat kan bestaan terwijl het naar behoren wordt ondersteund door vuil en rotsen, als het zijn "manier" had, zwaartekracht zou de rots naar de laagste beschikbare hoogte trekken om zijn potentiële energie tot een minimum te brengen waarde.