3.1: Cząsteczki i związki

Atomy i cząsteczki

Wszystko we wszechświecie składa się z materii, a materia składa się z połączeń pierwiastków. Atom to najmniejsza jednostka pierwiastka, która zachowuje wszystkie jego właściwości. Na przykład srebrna moneta składa się z atomów srebra, a każdy atom srebra zachowuje unikalne właściwości pierwiastka – srebra.

Pierwiastki to czyste substancje składające się z identycznych atomów, których nie można rozłożyć na prostsze substancje w wyniku przemian chemicznych. Pierwiastki atomowe zawierają pojedyncze atomy jako podstawową jednostkę. Węgiel składa się z atomów węgla, a sód z atomów sodu. Większość pierwiastków to pierwiastki atomowe. Istnieje jednak kilka pierwiastków, które stanowią kombinację atomów i nigdy nie występują w przyrodzie jako pojedyncze atomy. Nazywa się je pierwiastkami cząsteczkowymi. Pierwiastki takie występują jako cząsteczki z dwoma lub większą liczbą połączonych ze sobą atomów. Mogą być dwuatomowe, jak wodór (H2), tlen (O2) lub gazowy chlor (Cl2), lub wieloatomowe, jak siarka (S8) i fosfor (P4).

Cząsteczka składa się z dwóch lub więcej atomów połączonych znacznymi siłami zwanymi wiązaniami chemicznymi. Cząsteczka może składać się z dwóch lub więcej identycznych atomów lub może składać się z dwóch lub więcej różnych atomów. Kiedy cząsteczka składa się z atomów dwóch lub więcej różnych pierwiastków, połączonych w ustalonych proporcjach liczb całkowitych, jest również związkiem. Na przykład woda jest związkiem, a każda cząsteczka wody (H2O) jest jednostką zawierającą dwa atomy wodoru i jeden atom tlenu. Cząsteczka glukozy (C6H12O6) jest również związkiem zawierającym sześć atomów węgla, dwanaście atomów wodoru i sześć atomów tlenu.

Związki to czyste substancje składające się z dwóch lub większej liczby pierwiastków w ustalonych, określonych proporcjach. Związki klasyfikuje się jako molekularne lub jonowe na podstawie występujących wiązań.

Związki

Charakter sił przyciągających utrzymujących razem atomy w związku, decyduje o rodzaju utworzonego wiązania chemicznego. Całkowite przeniesienie elektronów pomiędzy atomem metalu i atomem niemetalu powoduje powstanie przeciwnie naładowanych jonów. Przyciąganie elektrostatyczne między jonami nazywa się wiązaniem jonowym, a związki utworzone przez wiązania jonowe są związkami jonowymi. Na przykład chlorek sodu NaCl jest związkiem jonowym.

Współdzielenie elektronów przez dwa lub większą liczbę atomów niemetalu skutkuje powstaniem wiązań kowalencyjnych, a związki utworzone przez wiązania kowalencyjne nazywane są związkami kowalencyjnymi lub molekularnymi. Wiązania kowalencyjne to siły przyciągania pomiędzy dodatnio naładowanymi jądrami związanych atomów i ujemnie naładowanymi elektronami współdzielonymi pomiędzy atomami.

W przyrodzie cała materia składa się z podstawowych jednostek chemicznych zwanych pierwiastkami o określonych właściwościach fizycznych i chemicznych.

Układ okresowy pierwiastków zawiera w sumie 118 zidentyfikowanych do tej pory pierwiastków. Jednostką składową każdego pierwiastka jest atom. Niektóre pierwiastki, takie jak hel, neon, srebro lub platyna, istnieją jako jednostki niezależnych pojedynczych atomów.

Inne pierwiastki, takie jak wodór, tlen lub siarka, istnieją jako jednostki dwóch lub więcej identycznych atomów. Te wielokrotne atomy są utrzymywane razem przez silne siły elektrostatyczne zwane wiązaniami chemicznymi, tworząc stabilne jednostki zwane cząsteczkami.

Ponadto dwa lub więcej różnych pierwiastków może również łączyć się, tworząc cząsteczki, takie jak woda lub fruktoza. Takie cząsteczki, które powstają w wyniku połączenia atomów dwóch lub więcej pierwiastków, połączonych chemicznie w ustalonej proporcji, nazywane są również związkami. W związku z tym cząsteczki wody i fruktozy są również związkami.

Woda to cząsteczka zbudowana z dwóch atomów wodoru i jednego atomu tlenu. Natomiast fruktoza to cząsteczka zawierająca sześć atomów węgla, dwanaście atomów wodoru i sześć atomów tlenu.

Poszczególne atomy w związku są utrzymywane razem przez wiązania chemiczne, co dyktuje rodzaj powstającego związku, takiego jak związek molekularny lub jonowy.

Związki kowalencyjne lub molekularne, takie jak woda, powstają, gdy atomy niemetalu łączą się i dzielą swoje elektrony walencyjne za pośrednictwem wiązania kowalencyjnego. Wspólne elektrony między dwoma atomami obniżają energię potencjalną i tworzą bardziej stabilne cząsteczki w porównaniu z pojedynczymi atomami.

Związki jonowe, takie jak chlorek sodu, powstają, gdy atomy metalu i niemetalu spotykają się ze sobą. Metale łatwo tracą elektrony, stając się kationami, podczas gdy niemetale łatwo zyskują elektrony, stając się anionami. W ten sposób atomy metalu przenoszą elektrony na atomy niemetali, a oddziaływania elektrostatyczne między przeciwnie naładowanymi jonami tworzą wiązania jonowe.

Zdolność pierwiastków do tworzenia związków przyczynia się do wielkiej różnorodności materii występującej w przyrodzie.