Jeśli znalazłeś się w swojej instrukcji chemii, spotkałeś się z tematem wiązań chemicznych między atomami i cząsteczkami, a może nawet nauczyłeś się nazw kilku (które są całkiem fajne, in fakt). Ale gdyby ktoś poprosił cię o podanie trzech powodów tworzenia wiązań chemicznych, czy byłbyś w stanie pomóc swojemu ciekawskiemu przyjacielowi?
Jak się dowiesz, istnieje wiele rodzajów wiązań chemicznych, ale wszystkie wiązania między atomami tworzą to samo istotny powód: możliwość ukończenia przez zaangażowane atomy swoich najbardziej zewnętrznych powłok elektronowych lub wartościowości muszle. Podobnie jak wiele żywych istot, które składają się na atomy, żaden rodzaj atomu (a jest 118 indywidualnych rodzajów, zwanych pierwiastkami) nie jest w najbardziej komfortowym stanie, gdy istnieje samotnie.
Podstawy Atomu
Wszystkie atomy mają jeden lub więcej protony,neutrony i elektrony, z wyjątkiem wodoru, który składa się z jednego protonu i jednego elektronu. Liczba protonów i elektronów jest równa w atomach obojętnych i determinuje ich indywidualną tożsamość, tj. jakim pierwiastkiem jest każdy z nich.
Ponieważ protony są naładowane dodatnio, podczas gdy elektrony niosą ujemny ładunek równy co do wielkości ładunkowi protonu, sam atom jest obojętny, ponieważ neutrony, zgodnie z nazwą, nie mają ładunku. Z drugiej strony protony i neutrony mają bardzo podobną masę i zajmują centrum atomu w jądrze. Elektrony są około 2000 razy mniej masywne niż i tak już maleńkie protony i neutrony.
Elektrony są postrzegane jako przelatujące w pewnej odległości od jądra na skwantowanych poziomach energii. Znajdując się na słabo zdefiniowanych zewnętrznych obrzeżach atomów, są cząstkami subatomowymi, które uczestniczą w wiązaniach chemicznych.
Klasyfikacja wiązań chemicznych
Istnieją trzy podstawowe sposoby (lub cztery, w zależności od twojego poziomu permisywności), w których atomy mogą tworzyć wiązanie chemiczne; przykłady każdego z nich podano poniżej.
Wiązanie kowalencyjne: Jednym z powodów, dla których atomy tworzą wiązania, jest to, że mogą dzielić elektrony z innymi atomami, aby uzupełnić powłoki walencyjne obu. Powłoki walencyjne dwóch najlżejszych pierwiastków, wodoru i helu, mogą pomieścić do dwóch elektronów; powłoki walencyjne większości znanych pierwiastków mogą pomieścić osiem elektronów. Cząsteczka wody, H2O, składa się z trzech atomów i dwóch identycznych wiązań kowalencyjnych H–O.
Wiązanie jonowe: Drugim powodem, dla którego atomy tworzą wiązania, jest to, że są w stanie oddawać elektrony lub odbierać elektrony od innych atomów w celu uzupełnienia ich odpowiednich powłok walencyjnych. Wiązania te są zwykle silniejsze niż wiązania kowalencyjne z powodu różnicy elektroujemności między nimi (fizyczny bodziec do „darowizny” zamiast „udostępniania”). NaCllub chlorek sodu jest związkiem jonowym.
Metaliczne wiązanie: Trzecim powodem, dla którego atomy tworzą wiązania, jest to, że w niektórych pierwiastkach, zwanych metalami, elektrony w atomach w tym samym „sąsiedztwie” wędrują daleko od ich jądra i stają się częścią „morze elektronów”, w którym elektrony o najwyższej energii nie są wyraźnie związane z żadnym z rodziców jądro. Dzieje się tak, gdy metal znajduje się w postaci jednoatomowej, to znaczy jest związany tylko ze sobą; to właśnie oznacza „czyste złoto” lub „czysta platyna”.
Wiązanie wodorowe": Atomy wodoru, które w niektórych cząsteczkach mają niewielki ładunek dodatni, mogą tworzyć silne przyciąganie elektrostatyczne do ujemnie naładowanych atomów na sąsiadujący molekuły. Dzieje się tak w cieczach takich jak woda, gdzie wiązania te odpowiadają za niezwykle wysoką temperaturę wrzenia wody wśród lekkich cieczy o temperaturze pokojowej.
Dlaczego atomy „chcą” pełne pociski walencyjne?
Krótko mówiąc, atomy są bardziej „komfortowe” lub osiadłe z punktu widzenia czystej energii, gdy ich powłoki walencyjne są kompletne. Choć analogia jest niedoskonała, wyobraźmy sobie głaz utrzymywany na szczycie góry przez niestabilną glebę.
Chociaż głaz może fizycznie istnieć w tym stanie, gdy jest należycie podtrzymywany przez ziemię i skały, gdyby miał swoją „sposób”, grawitacja pociągnęłaby skałę w kierunku najniższej dostępnej wysokości, aby sprowadzić jej energię potencjalną do minimum wartość.