Kemiska bindningar

Kemiska bindningar

En kemisk bindning involverar interaktionen mellan elektronerna i enskilda atomer i de ingående elementen som bildar en permanent förbindelse mellan dem. Detta resulterar i bildandet av en kemisk förening. Vanligtvis har enskilda grundämnen andra egenskaper än de hos molekylen de ingår i. Bildandet av kemiska föreningar genom bindning beror på att grundämnen tenderar att uppnå lägsta möjliga energitillstånd. Detta gör dem kemiskt inerta. Grundämnenas atomer dras till den elektronkonfiguration som är närmast helium i det periodiska systemet (Grupp 18). Detta uttrycks i duplet- och oktettreglerna . Dupletregeln beskriver atomers tendens att ha två valenselektroner på det yttre skalet. Oktettregeln är likartad genom att elementen tenderar att ha åtta valenselektroner. Duplett- och oktettreglerna reflekteras av kemiska grundämnen genom att de bildar en eller flera kemiska bindningar. Antalet bindningar en atom kan bilda kallas valens . Ändå kan ett enda element kännetecknas av olika valenser. För att helt karakterisera en kemisk bindning tillhandahåller vi ofta också annan information om den såsom dess energi, bindningslängd och skillnaden i elektronegativitet hos de ingående elementen.

Elektronegativitetens betydelse vid bindningsbildning

Elektronegativitet är en term som används för att beskriva fenomenet med attraktion av delade elektroner av atomerna i de grundämnen som bildar en given kemisk bindning. Elektronegativitet hänvisar direkt till bindningsenergin mellan atomer. Sättet som kemiska element uppnår elektronkonfigurationer av närmaste ädelgas i det periodiska systemet, med andra ord hur de bildar kemiska bindningar, beror direkt på elektronegativiteten hos deras individuella komponenter. Särskilda element interagerar med elektroner från andra atomer med varierande styrka, i linje med hur de rankas på en skala skapad av Linus Pauling ( Pauling Electronegativity Scale ). Metaller kännetecknas av låga elektronegativitetsvärden. Som ett resultat drar de svagt till sig andra elektroner och ger lätt upp sina egna elektroner. De kallas också elektropositiva element. Cesium (eller artificiellt erhållet francium) har den lägsta elektronegativiteten på 0,7. Icke-metaller beter sig annorlunda. Fluor är det mest elektronegativa grundämnet (4,0) av dem alla. Ickemetaller attraherar starkt valenselektroner från atomerna som de vill binda till.

Typer av kemiska bindningar

Jonbindningar

En jonbindning bildas mellan metallatomer och icke-metallatomer, som skiljer sig markant i sin Pauling-elektronegativitet. Det mer elektronegativa elementet drar till sig elektroner som läggs till dess valensskal. Denna affinitet resulterar i att grundämnet har ett överskott av elektroner och därför blir en negativ jon, eller anjon. Samtidigt har den (elektropositiva) atomen som förlorat sina elektroner nu brist på elektroner, så den blir en positiv jon, eller katjon. Det antas att för att bilda en jonbindning bör skillnaden i elektronegativitet vara minst 1,7. De resulterande jonerna (katjon och anjon) attraherar varandra som ett resultat av elektrostatisk attraktion av motsatt laddade joner. Det bör dock noteras att det i verkligheten inte finns några bindningar som är 100 procent joniska. Den procentuella andelen av denna bindning beror på skillnaden i elektronegativitet mellan de ingående atomerna: ju större skillnaden är, desto större är den procentuella andelen jonbindning.

Kovalenta bindningar (atomära)

En kovalent bindning uppstår mellan atomer av icke-metaller som har en liten skillnad i sin Pauling-elektronegativitet. De element som bildar en kovalent bindning "delar" valenselektroner på ett sådant sätt att var och en av dem kan nå lägsta möjliga energitillstånd. Det resulterande elektronparet är känt som ett delat par. Den ligger mellan atomerna i form av ett elektronmoln. Om det finns en skillnad i elektronegativitet mellan de ingående elementen, blir den kovalenta bindningen polariserad, och det delade elektronparet förskjuts mot elementet med högre elektronegativitet (som attraherar elektroner starkare). Molekylen blir då en dipol, dvs den har positiva och negativa poler. Om två atomer inblandade i den kovalenta bindningen är likadana bildar de en opolär kovalent bindning. Elektronparet förskjuts inte i någon riktning, eftersom skillnaden i elektronegativitet på Pauling-skalan är 0.

Koordinera kovalenta bindningar

Detta är en typ av bindning där en av atomerna ger upp sitt elektronpar och blir den så kallade donatorn. Atomen i en molekyl eller i en jon med ett ofullständigt valensskal blir den så kallade acceptorn. Ett annat namn för denna bindning är dativbindning. Den kovalenta koordinatbindningen liknar den kovalenta bindningen på ett sätt. I det här fallet sker emellertid elektrondelning som ett resultat av att endast en atom donerar sitt elektronpar.

Metalliska bindningar

Metallbindningar är speciella typer av bindningar som finns i metaller och deras legeringar. Katjoner i metaller bildar ett specifikt kristallgitter och är positivt laddade. Elektroner färdas på valensskalen hos metallatomer. De bildar ett elektronmoln och rör sig fritt mellan metallkatjoner i kristallgittret. De kallas delokaliserade elektroner. Eftersom de är negativt laddade balanserar de de positivt laddade katjonerna, vilket gör metaller elektriskt neutrala.

Intermolekylära interaktioner

Det finns många föreningar i den verkliga världen vars atomer inte är förbundna med kemiska bindningar. De interagerar med varandra som ett resultat av mycket svagare kortdistanskrafter, kallade van der Waals-krafter och vätebindningar.

Van der Waals styrkor

Dessa är kortdistansinteraktioner som uppstår mellan opolära molekyler. De spelar en viktig roll i makromolekyler som polymerer. Dessutom påverkar de det fysiska tillståndet för specifika element i materien. Det vanligaste exemplet på van der Waals attraktioner är grafitbly i pennor. När du trycker pennan mot papper glider lager av grafit (som är svagt bundna till varandra) över varandra och lägger sig på en sida.

Vätebindningar

Vätebindningar är cirka 10 gånger svagare jämfört med kovalenta bindningar. De kan förekomma antingen inom en enda molekyl eller mellan olika molekyler. De bildas mellan väteatomer bundna till atomer av elektronegativa kemiska element och atomer av mycket elektronegativa element som har ensamma elektronpar. Denna typ av kemisk attraktion är karakteristisk för grupperna -OH, _-SH och -NH2. Vätebindningar spelar en viktig roll i alla typer av biologiska system. Det leder till association, dvs att man håller ihop större kluster av molekyler, vilket förändrar deras egenskaper som kokpunkt, densitet eller löslighet.