Jak atomy łączą się, aby tworzyć związki?

Chociaż atomy pierwiastka istnieją same, często łączą się z innymi atomami, tworząc związki, których najmniejsza ilość jest określana jako cząsteczka. Cząsteczki te mogą być tworzone przez wiązanie jonowe, metaliczne, kowalencyjne lub wodorowe.

Wiązanie jonowe występuje, gdy atomy zyskują lub tracą jeden lub więcej elektronów walencyjnych, w wyniku czego atom ma ładunek ujemny lub dodatni. Pierwiastki takie jak sód, które mają prawie puste powłoki zewnętrzne, zwykle reagują z atomami, takimi jak chlor, które mają prawie pełne powłoki zewnętrzne. Kiedy atom sodu traci elektron, jego ładunek staje się +1; kiedy atom chloru zyskuje elektron, jego ładunek staje się -1. Poprzez wiązanie jonowe atom każdego pierwiastka połączy się z drugim, tworząc cząsteczkę, która jest bardziej stabilna, ponieważ ma teraz ładunek zerowy. Ogólnie rzecz biorąc, wiązanie jonowe skutkuje całkowitym przeniesieniem elektronów z jednego atomu na drugi.

Zamiast tracić lub zyskiwać elektrony, niektóre atomy dzielą się elektronami, gdy tworzą cząsteczki. Atomy tworzące wiązania tą metodą, zwaną wiązaniem kowalencyjnym, są zwykle niemetalami. Dzięki współdzieleniu elektronów powstałe cząsteczki są bardziej stabilne niż ich poprzednie składniki, ponieważ to wiązanie umożliwia każdemu atomowi spełnienie wymagań dotyczących elektronów; to znaczy, że elektrony są przyciągane do jąder każdego atomu. Atomy tego samego pierwiastka mogą tworzyć pojedyncze, podwójne lub potrójne wiązania kowalencyjne, w zależności od liczby zawartych w nich elektronów walencyjnych.

Wiązanie metaliczne to trzeci rodzaj wiązania, który występuje między atomami. Jak sama nazwa wskazuje, ten rodzaj wiązania występuje między metalami. W wiązaniach metalicznych wiele atomów ma wspólne elektrony walencyjne; dzieje się tak, ponieważ poszczególne atomy tylko luźno trzymają swoje elektrony. To właśnie zdolność elektronów do swobodnego przemieszczania się między licznymi atomami nadaje metalom ich charakterystyczne cechy, takie jak ciągliwość i przewodnictwo. Ta zdolność do zginania się lub kształtowania bez łamania występuje, ponieważ elektrony po prostu ślizgają się po sobie, zamiast się rozdzielać. Zdolność metali do przewodzenia elektryczności występuje również, ponieważ te wspólne elektrony łatwo przechodzą między atomami.

Podczas gdy wiązania jonowe, kowalencyjne i metaliczne są głównymi rodzajami wiązań używanymi do tworzenia związków i nadawania im ich unikalnych właściwości, wiązanie wodorowe to bardzo wyspecjalizowany rodzaj wiązania, który występuje tylko między wodorem i tlenem, azotem lub fluor. Ponieważ te atomy są znacznie większe niż atom wodoru, elektrony będą miały tendencję do pozostawania bliżej większy atom, nadając mu lekko ujemny ładunek, a atom wodoru lekko dodatni opłata. To właśnie ta polaryzacja umożliwia sklejanie się cząsteczek wody; ta polarność pozwala również wodzie na rozpuszczenie wielu innych związków.

Niektóre atomy mogą tworzyć więcej niż jeden rodzaj wiązania; na przykład metale takie jak magnez mogą tworzyć wiązania jonowe lub metaliczne, w zależności od tego, czy drugi atom jest metalem czy niemetalem. Rezultatem wszystkich wiązań jest jednak stabilny związek o unikalnym zestawie właściwości.