De nombreuses substances et composés existants doivent leurs propriétés à des liaisons chimiques. Les liaisons maintiennent ensemble les atomes d'éléments spécifiques pour former une molécule. La nature du lien qui les unit détermine la force d'un tel lien.
Liaisons chimiques
Une liaison chimique implique l’interaction entre les électrons des atomes individuels des éléments constitutifs qui forme une connexion permanente entre eux. Il en résulte la formation d’un composé chimique. Habituellement, les éléments individuels ont des propriétés différentes de celles de la molécule dont ils font partie. La formation de composés chimiques par liaison résulte du fait que les éléments ont tendance à atteindre l’état d’énergie le plus bas possible. Cela les rend chimiquement inertes. Les atomes des éléments sont attirés vers la configuration électronique la plus proche dans le tableau périodique de l’hélium (groupe 18). Ceci est exprimé dans les règles de doublet et d’octet . La règle du doublet décrit la tendance des atomes à avoir deux électrons de valence sur la coque externe. La règle de l’octet est similaire en ce que les éléments ont tendance à avoir huit électrons de valence. Les règles du doublet et de l’octet sont reflétées par les éléments chimiques en ce qu’ils forment une ou plusieurs liaisons chimiques. Le nombre de liaisons qu’un atome est capable de former est appelé valence . Or, un même élément peut être caractérisé par différentes valences. Afin de caractériser complètement une liaison chimique, nous fournissons également souvent d’autres informations à son sujet telles que son énergie, la longueur de la liaison et la différence d’électronégativité des éléments constitutifs.
L’importance de l’électronégativité dans la formation des liaisons
L’électronégativité est un terme utilisé pour décrire le phénomène d’attraction des électrons partagés par les atomes des éléments qui forment une liaison chimique donnée. L’électronégativité fait directement référence à l’énergie de liaison entre les atomes. La manière dont les éléments chimiques atteignent les configurations électroniques du gaz rare le plus proche dans le tableau périodique, en d’autres termes, la manière dont ils forment des liaisons chimiques, dépend directement de l’électronégativité de leurs composants individuels. Des éléments particuliers interagissent avec les électrons d’autres atomes avec des forces variables, conformément à la façon dont ils sont classés sur une échelle créée par Linus Pauling ( Échelle d’électronégativité de Pauling ). Les métaux sont caractérisés par de faibles valeurs d’électronégativité. En conséquence, ils attirent faiblement les autres électrons et abandonnent facilement leurs propres électrons. Ils sont aussi appelés éléments électropositifs. Le césium (ou le francium obtenu artificiellement) a l’électronégativité la plus faible de 0,7. Les non-métaux se comportent différemment. Le fluor est l’élément le plus électronégatif (4.0) de tous. Les non-métaux attirent fortement les électrons de valence des atomes auxquels ils veulent se lier.
Types de liaisons chimiques
Des liaisons ioniques
Une liaison ionique se forme entre les atomes métalliques et les atomes non métalliques, qui diffèrent considérablement par leur électronégativité de Pauling. L’élément le plus électronégatif attire les électrons qui s’ajoutent à sa couche de valence. Cette affinité fait que l’élément a un excès d’électrons et devient donc un ion négatif, ou anion. En même temps, l’atome (électropositif) qui a perdu ses électrons a maintenant une pénurie d’électrons, il devient donc un ion positif, ou cation. On suppose que pour former une liaison ionique, la différence d’électronégativité doit être d’au moins 1,7. Les ions résultants (cation et anion) s’attirent en raison de l’attraction électrostatique d’ions chargés de manière opposée. Il convient de noter, cependant, que dans la vraie vie, il n’y a pas de liaisons 100%ioniques. La part en pourcentage de cette liaison dépend de la différence d’électronégativité entre les atomes constitutifs : plus la différence est grande, plus la part en pourcentage de la liaison ionique est importante.
Liaisons covalentes (atomiques)
Une liaison covalente se produit entre des atomes de non-métaux qui ont une petite différence dans leur électronégativité de Pauling. Les éléments qui forment une liaison covalente "partagent" des électrons de valence de telle manière que chacun d’eux peut atteindre l’état d’énergie le plus bas possible. La paire d’électrons résultante est connue sous le nom de paire partagée. Il est situé entre les atomes sous la forme d’un nuage d’électrons. S’il y a une différence d’électronégativité entre les éléments constitutifs, la liaison covalente devient polarisée et la paire d’électrons partagée est déplacée vers l’élément avec une électronégativité plus élevée (qui attire plus fortement les électrons). La molécule devient alors un dipôle, c’est-à-dire qu’elle possède des pôles positifs et négatifs. Si deux atomes impliqués dans la liaison covalente sont identiques, ils forment une liaison covalente non polaire. La paire d’électrons n’est décalée dans aucune direction, car la différence d’électronégativité sur l’échelle de Pauling est de 0. 
Coordonner les liaisons covalentes
Il s’agit d’un type de liaison où l’un des atomes abandonne sa paire d’électrons en devenant le soi-disant donneur. L’atome dans une molécule ou dans un ion avec une couche de valence incomplète devient ce qu’on appelle l’accepteur. Un autre nom pour ce lien est le lien datif. La liaison covalente coordonnée est similaire à la liaison covalente dans un sens. Dans ce cas, cependant, le partage d’électrons se produit du fait qu’un seul atome donne sa paire d’électrons.
Liaisons métalliques
Les liaisons métalliques sont des types particuliers de liaisons présentes dans les métaux et leurs alliages. Les cations dans les métaux forment un réseau cristallin spécifique et sont chargés positivement. Les électrons voyagent sur les couches de valence des atomes métalliques. Ils forment un nuage d’électrons et se déplacent librement entre les cations métalliques dans le réseau cristallin. Ils sont appelés électrons délocalisés. Puisqu’ils sont chargés négativement, ils équilibrent les cations chargés positivement, rendant les métaux électriquement neutres.
Interactions intermoléculaires
Il existe de nombreux composés dans le monde réel dont les atomes ne sont pas reliés par des liaisons chimiques. Ils interagissent les uns avec les autres en raison de forces beaucoup plus faibles et à courte portée, appelées forces de van der Waals, et de liaisons hydrogène.
Forces de Van der Waals
Ce sont des interactions à courte portée qui se produisent entre des molécules non polaires. Ils jouent un rôle important dans les macromolécules telles que les polymères. De plus, ils influencent l’état physique d’éléments spécifiques de la matière. L’exemple le plus courant d’attractions van der Waals est la mine de plomb dans les crayons. Lorsque vous appuyez votre crayon sur le papier, des couches de graphite (qui sont faiblement liées les unes aux autres) glissent les unes sur les autres et se déposent sur une page.
Liaisons hydrogène
Les liaisons hydrogène sont environ 10 fois plus faibles que les liaisons covalentes. Ils peuvent se produire soit au sein d’une même molécule, soit entre différentes molécules. Ils sont formés entre des atomes d’hydrogène liés à des atomes d’éléments chimiques électronégatifs et des atomes d’éléments hautement électronégatifs qui ont des paires d’électrons isolés. Ce type d’attraction chimique est caractéristique des groupements -OH, -SH et -NH 2 . Les liaisons hydrogène jouent un rôle important dans tous les types de systèmes biologiques. Elle conduit à l’association, c’est-à-dire au maintien de groupes de molécules plus importants, ce qui modifie leurs propriétés telles que leur point d’ébullition, leur densité ou leur solubilité.
