Rodzaje wiązań chemicznych. Jak połączyć atomy?
Chemia jest niesamowitą i, przyznaję, skomplikowaną nauką. Z jakiegoś powodu wiąże się to z jasnymi eksperymentami, wielokolorowymi probówkami, gęstymi chmurami pary. Ale niewiele osób myśli o tym, skąd bierze się ta "magia". W rzeczywistości żadna reakcja nie zachodzi bez tworzenia związków pomiędzy atomami reagentów. Co więcej, te "zworki" czasami występują w prostych elementach. Wpływają one na zdolność substancji do reagowania i wyjaśniania niektórych ich właściwości fizycznych.
Jakie rodzaje wiązań chemicznych istnieją i jak wpływają na związki?
Teoria
Musimy zacząć od najprostszego. Wiązanie chemiczne jest interakcją, w której atomy substancji łączą się, tworząc bardziej złożone substancje. Błędem jest sądzić, że jest to charakterystyczne tylko dla związków takich jak sole, kwasy i zasady - nawet proste substancje, których cząsteczki składają się z dwóch atomów, mają te "mosty", jeśli tak można warunkowo wywołać więź. Przy okazji, ważne jest, aby pamiętać, że tylko atomy z różnymi ładunkami mogą się łączyć (są to podstawy fizyki: równie naładowane cząsteczki odpychają się, a przeciwne przyciągają się nawzajem), tak że w złożonych substancjach zawsze znajduje się kation (jon z ładunkiem dodatnim) i anion (cząstka ujemna) a samo połączenie zawsze będzie neutralne.
Teraz spróbujemy zrozumieć, jak powstaje wiązanie chemiczne.
Mechanizm edukacji
Każda substancja ma określoną liczbę elektronów rozproszonych w warstwach energetycznych. Najbardziej wrażliwa jest najbardziej zewnętrzna warstwa, na której zazwyczaj znajduje się najmniejsza ilość tych cząstek. Możesz sprawdzić ich liczbę, patrząc na numer grupy (wiersz z liczbami od jednego do ośmiu na górze układu okresowego), w którym znajduje się pierwiastek chemiczny, a liczba warstw energetycznych jest równa liczbie okresów (od jednego do siedmiu, pionowa linia na lewo od elementów).
Idealnie jest osiem elektronów w zewnętrznej warstwie energii. Jeśli nie wystarczą, atom próbuje przeciągnąć je z innej cząstki. Właśnie podczas selekcji elektronów potrzebnych do uformowania zewnętrznej warstwy energetycznej powstają wiązania chemiczne. Ich liczba może się różnić i zależy od liczby wartościowości lub niesparowanych cząsteczek (aby dowiedzieć się, ile z nich znajduje się w atomie, należy uzupełnić jego formułę elektroniczną). Liczba elektronów, które nie mają pary, będzie równa liczbie utworzonych wiązań.
Trochę więcej o typach
Rodzaje wiązań chemicznych powstających podczas reakcji lub po prostu w cząsteczce substancji całkowicie zależą od samego pierwiastka. Istnieją trzy rodzaje "zworników" między atomami: jonowym, metalicznym i kowalencyjnym. Ten z kolei dzieli się na polarny i niepolarny.
Aby zrozumieć, do jakiego rodzaju atomów wiązań są podłączone, należy zastosować pewną regułę: jeśli elementy znajdują się w prawej i lewej części stołu (to znaczy, że są to metale i niemetale, na przykład NaCl), wówczas ich połączenie jest doskonałym przykładem wiązania jonowego. Dwie formy niemetali kowalencyjne wiązanie polarne (HCl) i dwa atomy jednej substancji, łącząc się w jedną cząsteczkę, - kowalencyjny niepolarny (Cl 2 , O 2 ). Powyższe rodzaje wiązań chemicznych nie są odpowiednie dla substancji składających się z metali - są tylko wiązanie metalu.
Interakcja kowalencyjna
Jak wspomniano wcześniej, rodzaje wiązań chemicznych mają pewien wpływ na substancje. Na przykład, kowalencyjny "most" jest bardzo niestabilny, dlatego związki z nim są łatwo niszczone przy najmniejszym zewnętrznym wpływie, na przykład na ogrzewanie. Dotyczy to jednak jedynie substancji molekularnych. Te, które mają strukturę nie-cząsteczkową, są praktycznie niezniszczalne (doskonałym przykładem jest kryształ diamentu - kombinacja atomów węgla).
Z powrotem do polarnego i niepolarnego wiązanie kowalencyjne. W przypadku niepolarności wszystko jest proste - elektrony, pomiędzy którymi uformowany jest "most", znajdują się w równej odległości od atomów. Ale w drugim przypadku są przesunięte do jednego z elementów. Zwycięzcą w "nadmiernym zaciągnięciu" będzie substancja, której elektroujemność (zdolność przyciągania elektronów) jest wyższa. Określają to specjalne tabele, a im większa różnica tej wielkości między tymi dwoma elementami, tym bardziej biegunowy będzie związek między nimi. Prawdą jest, że jedyną rzeczą, dla której wiedza na temat elektroujemności pierwiastków może być użyteczna, jest definicja kationu (ładunek dodatni - substancja, która ma tę ilość mniej) i anion (cząstka ujemna o lepszej zdolności przyciągania elektronów).
Wiązanie jonowe
Nie wszystkie typy wiązań chemicznych są odpowiednie dla połączenia metalu i niemetalu. Jak wspomniano powyżej, jeśli różnica w elektroujemności pierwiastków jest ogromna (i tak jest w przypadku, gdy znajdują się one w przeciwległych częściach stołu), powstaje między nimi wiązanie jonowe. W tym przypadku elektrony walencyjne przenoszą się z atomu o niższej elektroujemności do atomu o większym atomie, tworząc anion i kation. Najbardziej uderzającym przykładem takiego wiązania jest związek chlorowca i metalu, na przykład AlCl2 lub HF.
Metalowa więź
Metale są jeszcze łatwiejsze. Są obce powyższym typom wiązań chemicznych, ponieważ mają swoje własne. Może łączyć zarówno atomy jednej substancji (Li 2 ), jak i różne (AlCr 2 ), w tym ostatnim przypadku tworzą się stopy. Jeśli mówimy o właściwościach fizycznych, to metale łączą w sobie plastyczność i siłę, to znaczy, że nie zawalają się przy najmniejszym uderzeniu, ale po prostu zmieniają kształt.
Wiązanie międzycząsteczkowe
Nawiasem mówiąc, istnieją również wiązania chemiczne w cząsteczkach. Nazywane są one międzycząsteczkowymi. Najpowszechniejszym typem jest wiązanie wodorowe, w którym atom wodoru zapożycza elektrony z pierwiastka o wysokiej elektroujemności (na przykład z cząsteczki wody).