Om du har kommit med i din kemiinstruktion har du stött på ämnet kemiska bindningar mellan atomer och molekyler, och kanske lärde du dig till och med namnen på några få (som är ganska coola, i faktum). Men om någon bad dig att ange tre skäl för bildandet av kemisk bindning, skulle du kunna hjälpa din nyfikna vän?
Det finns ett antal typer av kemiska bindningar, som du lär dig, men alla bindningar mellan atomer bildas för samma väsentlig anledning: möjligheten för de involverade atomerna att slutföra sina yttersta elektronskal eller valens skal. Precis som många av de levande varelserna utgör atomer, är ingen typ av atom (och det finns 118 individuella slag, kallade element) i sitt mest bekväma tillstånd medan den existerar ensam.
Grunderna i Atom
Alla atomer har en eller flera protoner,neutroner och elektroner, förutom väte, som består av en proton och en elektron. Antalet protoner och elektroner är lika i neutrala atomer och bestämmer deras individuella identitet, dvs. vilket element var och en av dem är.
Eftersom protoner är positivt laddade medan elektroner har en negativ laddning lika stor som protonens laddning, är själva atomen neutral, eftersom neutroner som passar deras namn inte har någon laddning. Å andra sidan är protoner och neutroner mycket lika i massa och upptar atomens centrum vid kärnan. Elektronerna är ungefär 2000 gånger mindre massiva än de redan små protonerna och neutronerna.
Elektroner är tänkta som fladdrar ungefär ett avstånd från kärnan i kvantiserade energinivåer. Eftersom de befinner sig i de ondefinierade yttre fransarna av atomer, är de de subatomära partiklarna som deltar i kemisk bindning.
Klassificeringen av kemiska obligationer
Det finns tre grundläggande sätt (eller fyra, beroende på din tillståndsnivå) där atomer kan bilda en kemisk bindning; exempel på var och en ges nedan.
Den kovalenta bindningen: En anledning till att atomer bildar bindningar är att de kan dela elektroner med andra atomer för att slutföra båda valensskal. Valensskal av de lättaste två elementen, väte och helium, kan rymma upp till två elektroner; valensskal för de flesta kända element rymmer åtta elektroner. En vattenmolekyl, H2O, består av tre atomer och två identiska kovalenta H – O-bindningar.
Den joniska bindningen: En andra anledning till att atomer bildar bindningar är att de kan donera elektroner till eller ta emot elektroner från andra atomer för att slutföra sina respektive valensskal. Dessa bindningar är vanligtvis starkare än kovalenta bindningar på grund av skillnaden mellan elektronegativitet mellan dem (den fysiska drivkraften för en "donation" snarare än en "delning"). NaCl, eller natriumklorid, är en jonförening.
Den metalliska bindningen: En tredje anledning till att atomer bildar bindningar är att elektronerna i atomer i samma "grannskap" vandrar långt ifrån deras kärnor och blir en del av ett "elektronhav" där elektronerna med hög energi inte är tydligt associerade med någon förälder kärna. Detta inträffar när metall finns i sin monatomiska form, det vill säga endast bunden till sig själv; detta är vad som menas med "rent guld" eller "rent platina."
Vätebindningen": Väteatomer, som i vissa molekyler har en liten positiv laddning, kan bilda starka elektrostatiska attraktioner mot negativt laddade atomer på intilliggande molekyler. Detta inträffar i vätskor som vatten, där dessa bindningar står för vattnets ovanligt höga kokpunkt bland lätta vätskor vid rumstemperatur.
Varför vill atomer ha fullvalensskal?
Kort sagt, atomer är mer "bekväma" eller avgjorda, ur ren energi när deras valensskal är färdiga. Medan analogin är ofullkomlig, föreställ dig att en stenblock hålls på toppen av ett berg av instabil jord.
Medan stenblocken fysiskt kan existera i detta tillstånd samtidigt som den stöds av smuts och stenar, om den hade sitt "sätt" gravitationen skulle dra berget mot den lägsta tillgängliga höjden för att minimera dess potentiella energi värde.