Хімічні зв’язки

Хімічні зв’язки

Хімічний зв’язок — це взаємодія між електронами окремих атомів елементів, що утворюють постійний зв’язок між ними. В результаті утворюється хімічна сполука. Зазвичай окремі елементи мають властивості, відмінні від властивостей молекули, частиною якої вони є. Утворення хімічних сполук через зв’язок є результатом того факту, що елементи прагнуть досягти найнижчого можливого енергетичного стану. Це робить їх хімічно інертними. Атоми елементів притягуються до електронної конфігурації , найближчої в періодичній системі до гелію (група 18). Це виражено в правилах дублету та октету . Правило дуплету описує тенденцію атомів мати два валентні електрони на зовнішній оболонці. Правило октету подібне тим, що елементи, як правило, мають вісім валентних електронів. Правила дуплету та октету відображаються хімічними елементами в тому, що вони утворюють один або декілька хімічних зв’язків. Кількість зв’язків, які здатний утворювати атом, називають валентністю . Проте один елемент може характеризуватися різними валентностями. Щоб повністю охарактеризувати хімічний зв’язок, ми часто також надаємо іншу інформацію про нього, таку як його енергія, довжина зв’язку та різниця в електронегативності складових елементів.

Значення електронегативності в утворенні зв’язку

Електронегативність — це термін, який використовується для опису явища притягання спільних електронів атомами елементів, які утворюють певний хімічний зв’язок. Електронегативність відноситься безпосередньо до енергії зв’язку між атомами. Те, як хімічні елементи досягають електронних конфігурацій найближчого благородного газу в періодичній таблиці, іншими словами, як вони утворюють хімічні зв’язки, безпосередньо залежить від електронегативності їхніх окремих компонентів. Окремі елементи взаємодіють з електронами інших атомів із різною силою, відповідно до того, як вони ранжуються на шкалі, створеній Лінусом Полінгом ( шкала електронегативності Полінга ). Метали характеризуються низькими значеннями електронегативності. В результаті вони слабо притягують інші електрони і легко віддають власні. Їх ще називають електропозитивними елементами. Цезій (або штучно отриманий францій) має найменшу електронегативність 0,7. Неметали поводяться інакше. Фтор є найбільш електронегативним елементом (4,0) з усіх. Неметали сильно притягують валентні електрони атомів, з якими вони хочуть зв’язатися.

Типи хімічного зв’язку

Іонні зв’язки

Іонний зв’язок утворюється між атомами металів і атомами неметалів, які суттєво відрізняються електронегативністю за Полінгом. Більш електронегативний елемент притягує електрони, які додаються до його валентної оболонки. Ця спорідненість призводить до того, що елемент має надлишок електронів і тому стає негативним іоном або аніоном. У той же час (електропозитивний) атом, який втратив свої електрони, тепер має нестачу електронів, тому він стає позитивним іоном або катіоном. Передбачається, що для утворення іонного зв’язку різниця електронегативності повинна бути не менше 1,7. Виниклі іони (катіон і аніон) притягуються один до одного в результаті електростатичного притягання протилежно заряджених іонів. Однак слід зазначити, що в реальному житті не існує зв’язків, які були б на 100 відсотків іонними. Відсоткова частка цього зв’язку залежить від різниці в електронегативності між складовими атомами: чим більша різниця, тим більша відсоткова частка іонного зв’язку.

Ковалентні зв’язки (атомні)

Ковалентний зв’язок виникає між атомами неметалів, які мають невелику різницю в електронегативності за Полінгом. Елементи, які утворюють ковалентний зв’язок, «розділяють» валентні електрони таким чином, що кожен з них може досягти найнижчого енергетичного стану. Отримана пара електронів називається спільною парою. Він розташований між атомами у вигляді електронної хмари. Якщо існує різниця в електронегативності між складовими елементами, ковалентний зв’язок поляризується, і спільна пара електронів зміщується в бік елемента з вищою електронегативністю (який сильніше притягує електрони). Тоді молекула стає диполем, тобто має позитивний і негативний полюси. Якщо два атоми, що беруть участь у ковалентному зв’язку, однакові, вони утворюють неполярний ковалентний зв’язок. Електронна пара не зсувається ні в одну сторону, тому що різниця електронегативності за шкалою Полінга дорівнює 0.

Координатні ковалентні зв’язки

Це тип зв’язку, коли один з атомів віддає свою електронну пару, стаючи так званим донором. Атом в молекулі або в іоні з неповною валентною оболонкою стає так званим акцептором. Інша назва цього зв’язку – давальний зв’язок. Координатний ковалентний зв’язок у певному сенсі подібний до ковалентного. Однак у цьому випадку розподіл електронів відбувається в результаті того, що лише один атом віддає свою пару електронів.

Металеві зв’язки

Металеві зв’язки — це особливі типи зв’язків, які зустрічаються в металах та їх сплавах. Катіони в металах утворюють специфічну кристалічну решітку і заряджені позитивно. Електрони рухаються по валентних оболонках атомів металів. Вони утворюють електронну хмару і вільно переміщуються між катіонами металів у кристалічній решітці. Їх називають делокалізованими електронами. Оскільки вони негативно заряджені, вони врівноважують позитивно заряджені катіони, роблячи метали електрично нейтральними.

Міжмолекулярні взаємодії

У реальному світі існує багато сполук, атоми яких не з’єднані хімічними зв’язками. Вони взаємодіють один з одним у результаті значно слабших, короткодіючих сил, які називаються силами Ван-дер-Ваальса, і водневих зв’язків.

Сили Ван-дер-Ваальса

Це короткочасні взаємодії, які відбуваються між неполярними молекулами. Вони відіграють важливу роль у таких макромолекулах, як полімери. Крім того, вони впливають на агрегатний стан окремих елементів матерії. Найпоширенішим прикладом атракціонів Ван-дер-Ваальса є графітовий грифель в олівцях. Коли ви притискаєте олівець до паперу, шари графіту (які слабко зв’язані один з одним) ковзають один по одному й осідають на сторінці.

Водневі зв’язки

Водневі зв’язки приблизно в 10 разів слабкіші порівняно з ковалентними. Вони можуть відбуватися як в одній молекулі, так і між різними молекулами. Вони утворюються між атомами водню, пов’язаними з атомами електронегативних хімічних елементів, і атомами сильно електронегативних елементів, які мають неподілені електронні пари. Цей тип хімічного притягання характерний для груп -OH, -SH і -NH ₂ . Водневі зв’язки відіграють важливу роль у всіх типах біологічних систем. Це призводить до асоціації, тобто утримання разом більших кластерів молекул, що змінює їхні властивості, такі як температура кипіння, щільність або розчинність.