Якщо ви взяли участь у навчанні хімії, ви стикалися з темою хімічних зв’язків між атомами і молекулами, і, можливо, ви навіть дізналися імена кількох (які досить круті, в факт). Але якби хтось попросив вас вказати три причини утворення хімічних зв’язків, чи могли б ви допомогти своєму допитливому другу?
Як ви дізнаєтесь, існує ряд типів хімічних зв’язків, але всі зв’язки між атомами утворюються однаково суттєва причина: можливість для атомів, що беруть участь, заповнити свої найвіддаленіші електронні оболонки або валентність снарядів. Як і багато живих істот, що складаються з атомів, жоден тип атома (а існує 118 окремих видів, які називаються елементами) не перебуває у своєму найбільш комфортному стані, поки існує поодинці.
Основи атома
Усі атоми мають один або кілька протони,нейтрони і електрони, за винятком водню, який складається з одного протона та одного електрона. Кількість протонів та електронів дорівнює у нейтральних атомах і визначає їх індивідуальну тотожність, тобто який елемент кожен з них.
Оскільки протони заряджені позитивно, тоді як електрони несуть негативний заряд, рівний за величиною заряду протона, сам атом нейтральний, оскільки нейтрони, як і належить їх імені, не мають заряду. З іншого боку, протони та нейтрони дуже схожі за масою і займають центр атома в ядрі. Електрони приблизно в 2000 разів менш масивні, ніж і без того крихітні протони та нейтрони.
Задумано, що електрони летять приблизно на деякій відстані від ядра в квантованих енергетичних рівнях. Перебуваючи на погано визначених зовнішніх окраїнах атомів, вони є субатомними частинками, які беруть участь у хімічному зв’язку.
Класифікація хімічних зв’язків
Існує три основних способи (або чотири, залежно від рівня вашої дозвільності), за допомогою яких атоми можуть утворювати хімічний зв’язок; приклади кожного з них наведені нижче.
Ковалентний зв’язок: Одна з причин, по якій атоми утворюють зв’язки, полягає в тому, що вони здатні ділитися електронами з іншими атомами, щоб завершити валентні оболонки обох. Валентні оболонки найлегших двох елементів, водню та гелію, можуть вміщувати до двох електронів; валентні оболонки більшості знайомих елементів можуть вмістити вісім електронів. Молекула води, H2О, складається з трьох атомів і двох однакових ковалентних зв’язків H – O.
Іонний зв’язок: Друга причина, по якій атоми утворюють зв’язки, полягає в тому, що вони здатні віддавати електрони або отримувати електрони від інших атомів, щоб завершити відповідні валентні оболонки. Ці зв’язки, як правило, сильніші за ковалентні зв’язки через різницю в електронегативності між ними (фізичний поштовх для "пожертви", а не "обміну"). NaCl, або хлорид натрію, є іонною сполукою.
Металевий зв’язок: Третя причина, по якій атоми утворюють зв’язки, полягає в тому, що в деяких елементах, які називаються металами, електрони в атомах у тому ж «сусідстві» блукають далеко їх ядра і стають частиною "електронного моря", в якому електрони з найвищою енергією чітко не пов'язані з одним із батьків ядро. Це відбувається, коли метал виявляється в одноатомній формі, тобто прив’язаний лише до себе; це те, що мається на увазі під «чистим золотом» або «чистою платиною».
Водневий "зв’язок": Атоми Гідрогену, які в деяких молекулах несуть незначний позитивний заряд, можуть утворювати сильні електростатичні притягання до негативно заряджених атомів на сусідній молекули. Це відбувається в рідинах, таких як вода, де ці зв'язки обумовлюють надзвичайно високу температуру кипіння води серед легких рідин кімнатної температури.
Чому атоми "хочуть" повновалентних оболонок?
Коротше кажучи, атоми є більш "зручними" або осілими з точки зору чистої енергії, коли їх валентні оболонки закінчені. Поки аналогія недосконала, уявіть, що валун тримається на вершині гори нестійким грунтом.
Хоча валун може фізично існувати в такому стані, належним чином підтримуючись брудом і камінням, якби він мав свій "шлях" гравітація тягнула скелю до найнижчого висотного рівня, щоб звести її потенційну енергію до мінімуму значення.