Chemische bindingen

Chemische bindingen

Een chemische binding omvat de interactie tussen de elektronen van individuele atomen van de samenstellende elementen die een permanente verbinding tussen hen vormen. Dit resulteert in de vorming van een chemische verbinding. Gewoonlijk hebben individuele elementen andere eigenschappen dan die van het molecuul waar ze deel van uitmaken. De vorming van chemische verbindingen door binding is het gevolg van het feit dat elementen de neiging hebben om de laagst mogelijke energietoestand te bereiken. Dit maakt ze chemisch inert. De atomen van de elementen worden aangetrokken door de elektronenconfiguratie die in het periodiek systeem het dichtst bij helium ligt (groep 18). Dit komt tot uiting in de duplet- en octetregels . De duplet-regel beschrijft de neiging van atomen om twee valentie-elektronen op de buitenste schil te hebben. De octetregel is vergelijkbaar omdat de elementen de neiging hebben om acht valentie-elektronen te hebben. De duplet- en octetregels worden weerspiegeld door chemische elementen doordat ze een of meer chemische bindingen vormen. Het aantal bindingen dat een atoom kan vormen, wordt valentie genoemd. Toch kan een enkel element worden gekenmerkt door verschillende valenties. Om een chemische binding volledig te karakteriseren, geven we er vaak ook andere informatie over, zoals de energie, bindingslengte en het verschil in elektronegativiteit van de samenstellende elementen.

Het belang van elektronegativiteit bij bindingsvorming

Elektronegativiteit is een term die wordt gebruikt om het fenomeen van aantrekking van gedeelde elektronen door de atomen van de elementen die een bepaalde chemische binding vormen, te beschrijven. Elektronegativiteit verwijst rechtstreeks naar de bindingsenergie tussen atomen. De manier waarop chemische elementen elektronenconfiguraties bereiken van het dichtstbijzijnde edelgas in het periodiek systeem, met andere woorden hoe ze chemische bindingen vormen, hangt rechtstreeks af van de elektronegativiteit van hun individuele componenten. Bepaalde elementen interageren met elektronen van andere atomen met verschillende sterktes, in overeenstemming met hoe ze gerangschikt zijn op een schaal gemaakt door Linus Pauling ( Pauling Electronegativity Scale ). Metalen worden gekenmerkt door lage elektronegativiteitswaarden. Als gevolg hiervan trekken ze zwak andere elektronen aan en geven ze hun eigen elektronen gemakkelijk op. Ze worden ook wel elektropositieve elementen genoemd. Cesium (of kunstmatig verkregen francium) heeft de laagste elektronegativiteit van 0,7. Niet-metalen gedragen zich anders. Fluor is het meest elektronegatieve element (4.0) van allemaal. Niet-metalen trekken sterk valentie-elektronen aan van de atomen waaraan ze zich willen binden.

Soorten chemische bindingen

Ionische bindingen

Er wordt een ionische binding gevormd tussen metaalatomen en niet-metalen atomen, die aanzienlijk verschillen in hun Pauling-elektronegativiteit. Het meer elektronegatieve element trekt elektronen aan die aan zijn valentieschil worden toegevoegd. Deze affiniteit resulteert erin dat het element een overmaat aan elektronen heeft en daarom een negatief ion of anion wordt. Tegelijkertijd heeft het (elektropositieve) atoom dat zijn elektronen heeft verloren nu een tekort aan elektronen, dus wordt het een positief ion, of kation. Aangenomen wordt dat om een ionische binding te vormen, het verschil in elektronegativiteit minimaal 1,7 moet zijn. De resulterende ionen (kation en anion) trekken elkaar aan als gevolg van elektrostatische aantrekking van tegengesteld geladen ionen. Er moet echter worden opgemerkt dat er in het echte leven geen bindingen zijn die 100 procent ionisch zijn. Het procentuele aandeel van deze binding hangt af van het verschil in elektronegativiteit tussen de samenstellende atomen: hoe groter het verschil, hoe groter het procentuele aandeel van ionische binding.

Covalente bindingen (atomair)

Een covalente binding treedt op tussen atomen van niet-metalen die een klein verschil hebben in hun Pauling-elektronegativiteit. De elementen die een covalente binding vormen, "delen" valentie-elektronen zodanig dat elk van hen de laagst mogelijke energietoestand kan bereiken. Het resulterende paar elektronen staat bekend als een gedeeld paar. Het bevindt zich tussen de atomen in de vorm van een elektronenwolk. Als er een verschil is in elektronegativiteit tussen de samenstellende elementen, wordt de covalente binding gepolariseerd en wordt het gedeelde paar elektronen verschoven naar het element met hogere elektronegativiteit (dat elektronen sterker aantrekt). Het molecuul wordt dan een dipool, dwz het heeft positieve en negatieve polen. Als twee atomen die betrokken zijn bij de covalente binding hetzelfde zijn, vormen ze een niet-polaire covalente binding. Het elektronenpaar is in geen enkele richting verschoven, omdat het verschil in elektronegativiteit op de Pauling-schaal 0 is.

Covalente bindingen coördineren

Dit is een soort binding waarbij een van de atomen zijn elektronenpaar opgeeft en de zogenaamde donor wordt. Het atoom in een molecuul of in een ion met een onvolledige valentieschil wordt de zogenaamde acceptor. Een andere naam voor deze binding is datiefbinding. De gecoördineerde covalente binding is in zekere zin vergelijkbaar met de covalente binding. In dit geval vindt het delen van elektronen echter plaats als gevolg van het feit dat slechts één atoom zijn elektronenpaar doneert.

Metaalbindingen

Metaalbindingen zijn speciale soorten bindingen die worden aangetroffen in metalen en hun legeringen. Kationen in metalen vormen een specifiek kristalrooster en zijn positief geladen. Elektronen reizen op de valentieschillen van metaalatomen. Ze vormen een elektronenwolk en bewegen vrij tussen metaalkationen in het kristalrooster. Ze worden gedelokaliseerde elektronen genoemd. Omdat ze negatief geladen zijn, brengen ze de positief geladen kationen in evenwicht, waardoor metalen elektrisch neutraal worden.

Intermoleculaire interacties

Er zijn veel verbindingen in de echte wereld waarvan de atomen niet zijn verbonden door chemische bindingen. Ze interageren met elkaar als gevolg van veel zwakkere krachten op korte afstand, van der Waals-krachten genoemd, en waterstofbruggen.

Van der Waals-troepen

Dit zijn interacties op korte afstand die optreden tussen niet-polaire moleculen. Ze spelen een belangrijke rol in macromoleculen zoals polymeren. Bovendien beïnvloeden ze de fysieke toestand van specifieke elementen van de materie. Het meest voorkomende voorbeeld van van der Waals-attracties is de grafietstift in potloden. Terwijl je je potlood op papier drukt, glijden lagen grafiet (die zwak aan elkaar gebonden zijn) over elkaar heen en zetten zichzelf neer op een pagina.

Waterstofbruggen

Waterstofbindingen zijn ongeveer 10 keer zwakker in vergelijking met covalente bindingen. Ze kunnen voorkomen binnen een enkel molecuul of tussen verschillende moleculen. Ze worden gevormd tussen waterstofatomen gebonden aan atomen van elektronegatieve chemische elementen en atomen van sterk elektronegatieve elementen die alleenstaande elektronenparen hebben. Dit type chemische aantrekking is kenmerkend voor de groepen -OH, -SH en -NH2 _. Waterstofbruggen spelen een belangrijke rol in alle soorten biologische systemen. Het leidt tot associatie, dwz het bij elkaar houden van grotere clusters van moleculen, waardoor hun eigenschappen veranderen, zoals hun kookpunt, dichtheid of oplosbaarheid.