9.1: Rodzaje wiązań chemicznych

Teorie wiązań chemicznych zostały zapoczątkowane przez amerykańskiego chemika Gilberta N. Lewisa. Opracował model zwany modelem Lewisa, aby wyjaśnić rodzaj i tworzenie różnych wiązań. Wiązanie chemiczne ma kluczowe znaczenie dla chemii; Wyjaśnia, w jaki sposób atomy lub jony łączą się ze sobą, tworząc cząsteczki. Wyjaśnia, dlaczego niektóre wiązania są silne, a inne słabe, lub dlaczego jeden węgiel wiąże się z dwoma tlenami, a nie z trzema; dlaczego woda to_H2O, a nie_H4O. 

Wiązania jonowe

Jony to atomy lub cząsteczki niosące ładunek elektryczny. Kation (jon dodatni) powstaje, gdy obojętny atom traci jeden lub więcej elektronów ze swojej powłoki walencyjnej, a anion (jon ujemny) powstaje, gdy neutralny atom zyskuje jeden lub więcej elektronów w swojej powłoce walencyjnej. Związki złożone z jonów nazywane są związkami jonowymi (lub solami), a ich jony składowe są utrzymywane razem przez wiązania jonowe: elektrostatyczne siły przyciągania między przeciwnie naładowanymi kationami i anionami.

Właściwości związków jonowych rzucają nieco światła na naturę wiązań jonowych. Jonowe ciała stałe wykazują strukturę krystaliczną i są zwykle sztywne i kruche; Mają również tendencję do wysokich temperatur topnienia i wrzenia, co sugeruje, że wiązania jonowe są bardzo silne. Jonowe ciała stałe są również słabymi przewodnikami elektryczności z tego samego powodu – siła wiązań jonowych uniemożliwia swobodny ruch jonów w stanie stałym. Jednak większość jonowych ciał stałych łatwo rozpuszcza się w wodzie. Po rozpuszczeniu lub stopieniu związki jonowe są doskonałymi przewodnikami elektryczności i ciepła, ponieważ jony mogą się swobodnie poruszać.

Wiązania kowalencyjne

Atomy niemetalu często tworzą wiązania kowalencyjne z innymi atomami niemetali. Wiązania kowalencyjne powstają, gdy elektrony są współdzielone przez atomy i są przyciągane przez jądra obu atomów. Jeśli atomy tworzące wiązanie kowalencyjne są identyczne, jak w H₂, Cl₂ i innych cząsteczkach dwuatomowych, to elektrony w wiązaniu muszą być równo podzielone. Nazywa się to czystym wiązaniem kowalencyjnym. Gdy atomy połączone wiązaniem kowalencyjnym są różne, elektrony wiążące są dzielone, ale już nie równe. Zamiast tego elektrony wiążące są bardziej przyciągane do jednego atomu niż do drugiego, co powoduje przesunięcie gęstości elektronów w kierunku tego atomu. Ten nierówny rozkład elektronów jest znany jako polarne wiązanie kowalencyjne

Związki zawierające wiązania kowalencyjne wykazują inne właściwości fizyczne niż związki jonowe. Ponieważ przyciąganie między cząsteczkami, które są elektrycznie obojętne, jest słabsze niż między jonami naładowanymi elektrycznie, związki kowalencyjne mają na ogół znacznie niższe temperatury topnienia i wrzenia niż związki jonowe. Ponadto, podczas gdy związki jonowe są dobrymi przewodnikami elektryczności po rozpuszczeniu w wodzie, większość związków kowalencyjnych jest nierozpuszczalna w wodzie; Ponieważ są elektrycznie obojętne, są słabymi przewodnikami elektryczności w każdym stanie.

Wiązania metaliczne

Wiązania metaliczne powstają między dwoma atomami metalu. Uproszczony model opisujący wiązania metaliczne został opracowany przez Paula Drüde i nazwany “modelem morza elektronów”. Opierając się na niskich energiach jonizacji metali, model stwierdza, że atomy metalu łatwo tracą elektrony walencyjne i stają się kationami. Te elektrony walencyjne tworzą pulę zdelokalizowanych elektronów otaczających kationy na całym metalu. 

Metaliczne ciała stałe, takie jak kryształy miedzi, aluminium i żelaza, są tworzone przez atomy metalu, a wszystkie z nich wykazują wysoką przewodność cieplną i elektryczną, metaliczny połysk i plastyczność. Wiele z nich jest bardzo twardych i dość silnych. Ze względu na swoją plastyczność (zdolność do odkształcania się pod wpływem nacisku lub młotka) nie pękają, a zatem stanowią użyteczne materiały budowlane. Temperatury topnienia metali są bardzo zróżnicowane. Rtęć jest cieczą w temperaturze pokojowej, a metale alkaliczne topią się poniżej 200 °C. Niektóre metale poprzejściowe mają również niską temperaturę topnienia, podczas gdy metale przejściowe topią się w temperaturach powyżej 1000 °C. Różnice te odzwierciedlają różnice w sile wiązania metalicznego między metalami. 

Ten tekst jest zaadaptowany z Openstax, Chemia 2e, Sekcja 7.1: Wiązania jonowe, Openstax, Chemia 2e, Sekcja 7.2: Wiązanie kowalencyjne, oraz Openstax, Chemia 2e, Sekcja 10.5: Stały stan materii.