Če ste sodelovali pri pouku kemije, ste naleteli na temo kemijskih vezi med atomi in molekulami, in morda ste se celo naučili imen nekaterih (ki so precej kul, v dejstvo). Toda če bi vas kdo prosil, da navedete tri razloge za tvorbo kemičnih vezi, ali bi lahko pomagali svojemu radovednemu prijatelju?
Kot boste izvedeli, obstaja več vrst kemičnih vezi, vendar vse vezi med atomi tvorijo enake bistveni razlog: priložnost, da vključeni atomi dokončajo svoje najbolj oddaljene elektronske lupine ali valenco školjke. Tako kot veliko živih bitij, ki jih tvorijo atomi, tudi nobena vrsta atoma (in obstaja 118 posameznih vrst, imenovanih elementi) ni v najbolj udobnem stanju, medtem ko obstaja sama.
Osnove atoma
Vsi atomi imajo enega ali več protoni,nevtroni in elektroni, razen vodika, ki je sestavljen iz enega protona in enega elektrona. Število protonov in elektronov je v nevtralnih atomih enako in določa njihovo individualno identiteto, torej kateri element je vsak od njih.
Ker so protoni pozitivno nabiti, medtem ko elektroni nosijo negativni naboj, ki je po velikosti enak naboju protona, je sam atom nevtralen, saj nevtroni, kot ustreza njihovemu imenu, nimajo naboja. Po drugi strani pa so protoni in nevtroni po masi zelo podobni in zasedajo središče atoma v jedru. Elektroni so približno 2000-krat manj masivni od že tako majhnih protonov in nevtronov.
Elektroni so zasnovani kot lebdeči približno na določeni razdalji od jedra v kvantiziranih nivojih energije. Ker so na slabo definiranih zunanjih robovih atomov, so subatomski delci, ki sodelujejo v kemični vezi.
Klasifikacija kemičnih vezi
Obstajajo trije osnovni načini (ali štirje, odvisno od stopnje vaše permisivnosti), na katere lahko atomi tvorijo kemično vez; primeri vsakega so navedeni spodaj.
Kovalentna vez: Eden od razlogov, da atomi tvorijo vezi, je ta, da lahko delijo elektrone z drugimi atomi, da dopolnijo valentne lupine obeh. Valentne lupine najlažjih dveh elementov, vodika in helija, lahko sprejmejo do dva elektrona; valentne lupine večine znanih elementov lahko sprejmejo osem elektronov. Molekula vode, H2O, je sestavljen iz treh atomov in dveh enakih kovalentnih vezi H-O.
Ionska vez: Drugi razlog, da atomi tvorijo vezi, je ta, da lahko donirajo elektrone drugim elektrom ali jih prejemajo od drugih atomov, da dopolnijo svoje valentne lupine. Te vezi so običajno močnejše od kovalentnih vezi zaradi razlike v elektronegativnosti med njimi (fizični zagon za "darovanje" in ne za "delitev"). NaClali natrijev klorid je ionska spojina.
Kovinska vez: Tretji razlog, da atomi tvorijo vezi, je ta, da v nekaterih elementih, imenovanih kovine, elektroni v atomih v isti "soseščini" tavajo daleč stran od njihova jedra in postanejo del "elektronskega morja", v katerem elektroni z najvišjo energijo niso jasno povezani z nobenim od staršev jedro. To se zgodi, ko je kovina v monatomski obliki, torej vezana samo nase; to je tisto, kar pomeni "čisto zlato" ali "čista platina".
Vodikova "vez": Vodikovi atomi, ki imajo v nekaterih molekulah rahlo pozitiven naboj, lahko tvorijo močne elektrostatične privlačnosti za negativno nabite atome na sosednji molekul. To se zgodi v tekočinah, kot je voda, kjer te vezi predstavljajo nenavadno visoko vrelišče vode med lahkimi tekočinami sobne temperature.
Zakaj atomi "želijo" polnovalne lupine?
Na kratko, atomi so bolj "udobni" ali poravnani s stališča same energije, ko so njihove valentne lupine popolne. Čeprav je analogija nepopolna, si predstavljajte balvan, ki ga na vrhu gore drži nestabilna tla.
Medtem ko lahko balvan fizično obstaja v tem stanju in je pravilno podprt z umazanijo in kamenjem, če bi imel svojo pot, gravitacija bi kamnino potegnila proti najnižji razpoložljivi višini, da bi potencialno energijo znižala na minimum vrednost.