Chemické väzby

Chemické väzby

Chemická väzba zahŕňa interakciu medzi elektrónmi jednotlivých atómov jednotlivých prvkov, ktorá medzi nimi vytvára trvalé spojenie. Výsledkom je vytvorenie chemickej zlúčeniny. Zvyčajne majú jednotlivé prvky odlišné vlastnosti od vlastností molekuly, ktorej sú súčasťou. Tvorba chemických zlúčenín väzbou vyplýva zo skutočnosti, že prvky majú tendenciu dosahovať najnižší možný energetický stav. To ich robí chemicky inertnými. Atómy prvkov sú priťahované k elektrónovej konfigurácii , ktorá je v periodickej tabuľke najbližšia k héliu (skupina 18). Toto je vyjadrené v pravidlách dupletu a oktetu . Dupletové pravidlo popisuje tendenciu atómov mať dva valenčné elektróny na vonkajšom obale. Oktetové pravidlo je podobné v tom, že prvky majú tendenciu mať osem valenčných elektrónov. Pravidlá dupletu a oktetu sa prejavujú v chemických prvkoch tak, že tvoria jednu alebo viac chemických väzieb. Počet väzieb, ktoré je atóm schopný vytvoriť, sa označuje ako valencia . Jeden prvok však môže byť charakterizovaný rôznymi valenciami. Aby sme mohli úplne charakterizovať chemickú väzbu, často o nej poskytujeme aj ďalšie informácie, ako je jej energia, dĺžka väzby a rozdiel v elektronegativite jednotlivých prvkov.

Význam elektronegativity pri tvorbe väzby

Elektronegativita je termín používaný na opis fenoménu priťahovania zdieľaných elektrónov atómami prvkov, ktoré tvoria danú chemickú väzbu. Elektronegativita sa vzťahuje priamo na energiu väzby medzi atómami. Spôsob, akým chemické prvky dosahujú elektrónové konfigurácie najbližšieho vzácneho plynu v periodickej tabuľke, inými slovami, ako vytvárajú chemické väzby, priamo závisí od elektronegativity ich jednotlivých zložiek. Jednotlivé prvky interagujú s elektrónmi iných atómov s rôznou silou, v súlade s tým, ako sú zoradené na stupnici vytvorenej Linusom Paulingom ( Paulingova škála elektronegativity ). Kovy sa vyznačujú nízkymi hodnotami elektronegativity. V dôsledku toho slabo priťahujú ďalšie elektróny a ľahko sa vzdávajú svojich vlastných elektrónov. Nazývajú sa aj elektropozitívne prvky. Cézium (alebo umelo získané francium) má najnižšiu elektronegativitu 0,7. Nekovy sa správajú inak. Fluór je najviac elektronegatívny prvok (4,0) zo všetkých. Nekovy silne priťahujú valenčné elektróny atómov, na ktoré sa chcú viazať.

Typy chemických väzieb

Iónové väzby

Iónová väzba sa vytvára medzi atómami kovu a atómami nekovov, ktoré sa výrazne líšia svojou Paulingovou elektronegativitou. Elektronegatívny prvok priťahuje elektróny, ktoré sú pridané do jeho valenčného obalu. Táto afinita vedie k tomu, že prvok má nadbytok elektrónov, a preto sa stáva záporným iónom alebo aniónom. Súčasne (elektropozitívny) atóm, ktorý stratil svoje elektróny, má teraz nedostatok elektrónov, takže sa stáva kladným iónom alebo katiónom. Predpokladá sa, že na vytvorenie iónovej väzby by mal byť rozdiel v elektronegativite aspoň 1,7. Výsledné ióny (katión a anión) sa navzájom priťahujú v dôsledku elektrostatickej príťažlivosti opačne nabitých iónov. Treba si však uvedomiť, že v reálnom živote neexistujú stopercentne iónové väzby. Percentuálny podiel tejto väzby závisí od rozdielu v elektronegativite medzi jednotlivými atómami: čím väčší je rozdiel, tým väčší je percentuálny podiel iónovej väzby.

Kovalentné väzby (atómové)

Kovalentná väzba sa vyskytuje medzi atómami nekovov, ktoré majú malý rozdiel vo svojej Paulingovej elektronegativite. Prvky tvoriace kovalentnú väzbu „zdieľajú“ valenčné elektróny takým spôsobom, že každý z nich môže dosiahnuť najnižší možný energetický stav. Výsledný pár elektrónov je známy ako zdieľaný pár. Nachádza sa medzi atómami vo forme elektrónového oblaku. Ak existuje rozdiel v elektronegativite medzi jednotlivými prvkami, kovalentná väzba sa polarizuje a zdieľaný pár elektrónov sa posunie smerom k prvku s vyššou elektronegativitou (ktorý silnejšie priťahuje elektróny). Molekula sa potom stáva dipólom, tj má kladný a záporný pól. Ak sú dva atómy zahrnuté v kovalentnej väzbe rovnaké, tvoria nepolárnu kovalentnú väzbu. Elektrónový pár nie je posunutý v žiadnom smere, pretože rozdiel v elektronegativite na Paulingovej stupnici je 0.

Kovalentné koordinačné väzby

Ide o typ väzby, kde sa jeden z atómov vzdáva svojho elektrónového páru a stáva sa takzvaným donorom. Atóm v molekule alebo v ióne s neúplným valenčným obalom sa stáva takzvaným akceptorom. Iný názov pre túto väzbu je datív. Koordinačná kovalentná väzba je v istom zmysle podobná kovalentnej väzbe. V tomto prípade však k zdieľaniu elektrónov dochádza v dôsledku toho, že len jeden atóm daruje svoj elektrónový pár.

Kovové väzby

Kovové väzby sú špeciálne typy väzieb, ktoré sa nachádzajú v kovoch a ich zliatinách. Katióny v kovoch tvoria špecifickú kryštálovú mriežku a sú kladne nabité. Elektróny sa pohybujú po valenčných obaloch atómov kovov. Vytvárajú elektrónový oblak a voľne sa pohybujú medzi katiónmi kovov v kryštálovej mriežke. Nazývajú sa delokalizované elektróny. Keďže sú negatívne nabité, vyrovnávajú kladne nabité katióny, čím sú kovy elektricky neutrálne.

Medzimolekulové interakcie

V reálnom svete existuje veľa zlúčenín, ktorých atómy nie sú spojené chemickými väzbami. Vzájomne interagujú v dôsledku oveľa slabších síl krátkeho dosahu, nazývaných van der Waalsove sily, a vodíkových väzieb.

Van der Waalsove sily

Ide o interakcie krátkeho dosahu, ktoré sa vyskytujú medzi nepolárnymi molekulami. Hrajú dôležitú úlohu v makromolekulách, ako sú polyméry. Okrem toho ovplyvňujú fyzikálny stav konkrétnych prvkov hmoty. Najbežnejším príkladom van der Waalsových atrakcií je grafitové olovo v ceruzkách. Keď pritlačíte ceruzku k papieru, vrstvy grafitu (ktoré sú navzájom slabo spojené) sa posúvajú jedna po druhej a ukladajú sa na stránku.

Vodíkové väzby

Vodíkové väzby sú približne 10-krát slabšie v porovnaní s kovalentnými väzbami. Môžu sa vyskytovať buď v rámci jednej molekuly alebo medzi rôznymi molekulami. Vznikajú medzi atómami vodíka viazanými na atómy elektronegatívnych chemických prvkov a atómami vysoko elektronegatívnych prvkov, ktoré majú osamelé elektrónové páry. Tento typ chemickej príťažlivosti je charakteristický pre skupiny -OH, -SH a _-NH2 . Vodíkové väzby hrajú dôležitú úlohu vo všetkých typoch biologických systémov. Vedie k asociácii, teda držaniu väčších zhlukov molekúl, čím sa menia ich vlastnosti, ako je ich teplota varu, hustota či rozpustnosť.