Chemické vazby

Chemické vazby

Chemická vazba zahrnuje interakci mezi elektrony jednotlivých atomů jednotlivých prvků, která mezi nimi tvoří trvalé spojení. To má za následek tvorbu chemické sloučeniny. Obvykle mají jednotlivé prvky odlišné vlastnosti od vlastností molekuly, které jsou součástí. Vznik chemických sloučenin vazbou vyplývá ze skutečnosti, že prvky mají tendenci dosahovat nejnižšího možného energetického stavu. Díky tomu jsou chemicky inertní. Atomy prvků jsou přitahovány k elektronové konfiguraci , která je v periodické tabulce nejblíže héliu (skupina 18). To je vyjádřeno v pravidlech dupletu a oktetu . Dupletové pravidlo popisuje tendenci atomů mít na vnějším obalu dva valenční elektrony. Oktetové pravidlo je podobné v tom, že prvky mívají osm valenčních elektronů. Pravidla dupletu a oktetu se u chemických prvků projevují tím, že tvoří jednu nebo více chemických vazeb. Počet vazeb, které je atom schopen vytvořit, se nazývá valence . Přesto může být jeden prvek charakterizován různými valencemi. Abychom mohli chemickou vazbu plně charakterizovat, často o ní poskytujeme i další informace, jako je její energie, délka vazby a rozdíl v elektronegativitě jednotlivých prvků.

Význam elektronegativity při tvorbě vazby

Elektronegativita je termín používaný k popisu jevu přitahování sdílených elektronů atomy prvků, které tvoří danou chemickou vazbu. Elektronegativita přímo odkazuje na energii vazby mezi atomy. Způsob, jakým chemické prvky dosahují elektronových konfigurací nejbližšího vzácného plynu v periodické tabulce, jinými slovy, jak tvoří chemické vazby, závisí přímo na elektronegativitě jejich jednotlivých složek. Jednotlivé prvky interagují s elektrony jiných atomů s různou silou, v souladu s tím, jak jsou seřazeny na stupnici vytvořené Linusem Paulingem ( Paulingova škála elektronegativity ). Kovy se vyznačují nízkými hodnotami elektronegativity. V důsledku toho slabě přitahují další elektrony a snadno se vzdávají svých vlastních elektronů. Říká se jim také elektropozitivní prvky. Cesium (neboli uměle získané francium) mají nejnižší elektronegativitu 0,7. Nekovy se chovají jinak. Fluor je nejvíce elektronegativní prvek (4,0) ze všech. Nekovy silně přitahují valenční elektrony atomů, ke kterým se chtějí vázat.

Typy chemických vazeb

Iontové vazby

Iontová vazba vzniká mezi atomy kovu a atomy nekovů, které se výrazně liší svou Paulingovou elektronegativitou. Elektronegativnější prvek přitahuje elektrony, které jsou přidány do jeho valenčního obalu. Tato afinita vede k tomu, že prvek má přebytek elektronů, a proto se stává záporným iontem nebo aniontem. Současně má (elektropozitivní) atom, který ztratil své elektrony, nyní nedostatek elektronů, takže se stává kladným iontem nebo kationtem. Předpokládá se, že pro vytvoření iontové vazby by měl být rozdíl v elektronegativitě alespoň 1,7. Výsledné ionty (kationt a anion) se navzájem přitahují v důsledku elektrostatické přitažlivosti opačně nabitých iontů. Je však třeba poznamenat, že v reálném životě neexistují žádné vazby, které by byly 100 procent iontové. Procentuální podíl této vazby závisí na rozdílu v elektronegativitě mezi jednotlivými atomy: čím větší je rozdíl, tím větší je procentuální podíl iontové vazby.

Kovalentní vazby (atomové)

Kovalentní vazba se vyskytuje mezi atomy nekovů, které mají malý rozdíl v jejich Paulingově elektronegativitě. Prvky, které tvoří kovalentní vazbu, „sdílejí“ valenční elektrony takovým způsobem, že každý z nich může dosáhnout nejnižšího možného energetického stavu. Výsledný pár elektronů je známý jako sdílený pár. Nachází se mezi atomy ve formě elektronového oblaku. Pokud existuje rozdíl v elektronegativitě mezi jednotlivými prvky, kovalentní vazba se polarizuje a sdílený elektronový pár se posune směrem k prvku s vyšší elektronegativitou (který přitahuje elektrony silněji). Molekula se pak stává dipólem, tj. má kladný a záporný pól. Pokud jsou dva atomy zapojené do kovalentní vazby stejné, tvoří nepolární kovalentní vazbu. Elektronový pár není posunut v žádném směru, protože rozdíl v elektronegativitě na Paulingově stupnici je 0.

Kovalentní koordinační vazby

Jedná se o typ vazby, kdy se jeden z atomů vzdává svého elektronového páru a stává se tzv. donorem. Atom v molekule nebo v iontu s neúplným valenčním obalem se stává tzv. akceptorem. Jiný název pro tuto vazbu je dativní vazba. Kovalentní koordinační vazba je v jistém smyslu podobná kovalentní vazbě. V tomto případě však ke sdílení elektronů dochází v důsledku toho, že pouze jeden atom daruje svůj elektronový pár.

Kovové vazby

Kovové vazby jsou speciální typy vazeb, které se nacházejí v kovech a jejich slitinách. Kationty v kovech tvoří specifickou krystalovou mřížku a jsou kladně nabité. Elektrony se pohybují po valenčních obalech atomů kovů. Tvoří elektronový mrak a volně se pohybují mezi kovovými kationty v krystalové mřížce. Říká se jim delokalizované elektrony. Protože jsou záporně nabité, vyrovnávají kladně nabité kationty, čímž jsou kovy elektricky neutrální.

Mezimolekulární interakce

V reálném světě existuje mnoho sloučenin, jejichž atomy nejsou spojeny chemickými vazbami. Vzájemně se ovlivňují v důsledku mnohem slabších sil krátkého dosahu, nazývaných van der Waalsovy síly, a vodíkových vazeb.

Van der Waalsovy síly

Jedná se o interakce krátkého dosahu, ke kterým dochází mezi nepolárními molekulami. Hrají důležitou roli v makromolekulách, jako jsou polymery. Navíc ovlivňují fyzikální stav konkrétních prvků hmoty. Nejběžnějším příkladem van der Waalsových atrakcí je grafitové olovo v tužkách. Když přitisknete tužku na papír, vrstvy grafitu (které jsou navzájem slabě spojeny) klouzají po sobě a ukládají se na stránku.

Vodíkové vazby

Vodíkové vazby jsou asi 10krát slabší ve srovnání s kovalentními vazbami. Mohou se vyskytovat buď v rámci jedné molekuly, nebo mezi různými molekulami. Vznikají mezi atomy vodíku vázanými na atomy elektronegativních chemických prvků a atomy vysoce elektronegativních prvků, které mají osamocené elektronové páry. Tento typ chemické přitažlivosti je charakteristický pro skupiny -OH, -SH a -NH2 _. Vodíkové vazby hrají důležitou roli ve všech typech biologických systémů. Vede k asociaci, tj. držení větších shluků molekul pohromadě, což mění jejich vlastnosti, jako je jejich bod varu, hustota nebo rozpustnost.