Γιατί τα περισσότερα άτομα σχηματίζουν χημικούς δεσμούς;
Εάν έχετε παρακολουθήσει τις οδηγίες της χημείας σας, έχετε αντιμετωπίσει το θέμα των χημικών δεσμών μεταξύ ατόμων και μορίων, και ίσως έχετε μάθει ακόμη και τα ονόματα μερικών (τα οποία είναι πολύ ωραία, στην πραγματικότητα). Αλλά αν κάποιος σας ζητούσε να δώσετε τρεις λόγους για το σχηματισμό χημικών δεσμών, θα μπορούσατε να βοηθήσετε τον περίεργο φίλο σας;
Υπάρχουν διάφοροι τύποι χημικών δεσμών, όπως θα μάθετε, αλλά όλοι οι δεσμοί μεταξύ των ατόμων σχηματίζονται για τον ίδιο ουσιαστικό λόγο:την ευκαιρία για τα εμπλεκόμενα άτομα να ολοκληρώσουν τα εξωτερικά τους κελύφη ηλεκτρονίων ή τα κελύφη σθένους. Όπως πολλά από τα ζωντανά όντα που αποτελούν τα άτομα, κανένας τύπος ατόμου (και υπάρχουν 118 μεμονωμένα είδη, που ονομάζονται στοιχεία) δεν βρίσκεται στην πιο άνετη κατάστασή του ενώ υπάρχει μόνο του.
Βασικά στοιχεία του ατόμου
Όλα τα άτομα έχουν ένα ή περισσότερα πρωτόνια, νετρόνια και ηλεκτρόνια , εκτός από το υδρογόνο, το οποίο αποτελείται από ένα πρωτόνιο και ένα ηλεκτρόνιο. Ο αριθμός των πρωτονίων και των ηλεκτρονίων είναι ίσος στα ουδέτερα άτομα και καθορίζει την ατομική τους ταυτότητα, δηλαδή ποιο στοιχείο είναι το καθένα από αυτά.
Επειδή τα πρωτόνια είναι θετικά φορτισμένα ενώ τα ηλεκτρόνια φέρουν αρνητικό φορτίο ίσο σε μέγεθος με το φορτίο του πρωτονίου, το ίδιο το άτομο είναι ουδέτερο, καθώς τα νετρόνια, που αρμόζουν στο όνομά τους, δεν έχουν φορτίο. Από την άλλη πλευρά, τα πρωτόνια και τα νετρόνια είναι πολύ παρόμοια σε μάζα και καταλαμβάνουν το κέντρο του ατόμου στον πυρήνα. Τα ηλεκτρόνια έχουν περίπου 2.000 φορές μικρότερη μάζα από τα ήδη μικροσκοπικά πρωτόνια και νετρόνια.
Τα ηλεκτρόνια θεωρούνται ότι κινούνται σε κάποια απόσταση από τον πυρήνα σε κβαντισμένα επίπεδα ενέργειας. Όντας στις κακώς καθορισμένες εξωτερικές παρυφές των ατόμων, είναι τα υποατομικά σωματίδια που συμμετέχουν στον χημικό δεσμό.
Η ταξινόμηση των χημικών δεσμών
Υπάρχουν τρεις βασικοί τρόποι (ή τέσσερις, ανάλογα με το επίπεδο ανεκτικότητας) με τους οποίους τα άτομα μπορούν να σχηματίσουν έναν χημικό δεσμό. Παραδείγματα καθενός δίνονται παρακάτω.
Ο ομοιοπολικός δεσμός :Ένας λόγος για τον οποίο τα άτομα σχηματίζουν δεσμούς είναι ότι μπορούν να μοιράζονται ηλεκτρόνια με άλλα άτομα για να συμπληρώσουν τα κελύφη σθένους και των δύο. Τα κελύφη σθένους των ελαφρύτερων δύο στοιχείων, του υδρογόνου και του ηλίου, μπορούν να χωρέσουν έως και δύο ηλεκτρόνια. τα κελύφη σθένους των περισσότερων από τα γνωστά στοιχεία μπορούν να φιλοξενήσουν οκτώ ηλεκτρόνια. Ένα μόριο νερού, H2 Ον , αποτελείται από τρία άτομα και δύο ταυτόσημους ομοιοπολικούς δεσμούς H–O.
Ο ιονικός δεσμός :Ένας δεύτερος λόγος για τον οποίο τα άτομα σχηματίζουν δεσμούς είναι ότι είναι σε θέση να δωρίσουν ηλεκτρόνια ή να δέχονται ηλεκτρόνια από άλλα άτομα για να ολοκληρώσουν τα αντίστοιχα κελύφη σθένους τους. Αυτοί οι δεσμοί είναι συνήθως ισχυρότεροι από τους ομοιοπολικούς δεσμούς λόγω της διαφοράς ηλεκτραρνητικότητας μεταξύ τους (η φυσική ώθηση για μια "δωρεά" και όχι για μια "κοινή χρήση"). NaCl , ή χλωριούχο νάτριο, είναι μια ιοντική ένωση.
Ο μεταλλικός δεσμός :Ένας τρίτος λόγος που τα άτομα σχηματίζουν δεσμούς είναι ότι σε ορισμένα στοιχεία, που ονομάζονται μέταλλα, τα ηλεκτρόνια στα άτομα της ίδιας «γειτονιάς» περιπλανώνται μακριά από τους πυρήνες τους και γίνονται μέρος μιας «θάλασσας ηλεκτρονίων» στην οποία τα ηλεκτρόνια υψηλότερης ενέργειας δεν είναι ευδιάκριτα σχετίζεται με οποιονδήποτε γονικό πυρήνα. Αυτό συμβαίνει όταν το μέταλλο βρίσκεται στη μονατομική του μορφή, δηλαδή συνδεδεμένο μόνο με τον εαυτό του. Αυτό σημαίνει "καθαρός χρυσός" ή "καθαρή πλατίνα."
Ο «δεσμός του υδρογόνου ":Τα άτομα υδρογόνου, τα οποία σε ορισμένα μόρια φέρουν ένα ελαφρύ θετικό φορτίο, μπορούν να σχηματίσουν ισχυρές ηλεκτροστατικές έλξεις σε αρνητικά φορτισμένα άτομα σε γειτονικά μόρια. Αυτό συμβαίνει σε υγρά όπως το νερό, όπου αυτοί οι δεσμοί ευθύνονται για το ασυνήθιστα υψηλό σημείο βρασμού του νερού μεταξύ των ελαφρών υγρών σε θερμοκρασία δωματίου.
Γιατί τα άτομα "θέλουν" κελύφη πλήρους σθένους;
Εν συντομία, τα άτομα είναι πιο «άνετα» ή καθιζάνοντα, από την άποψη της καθαρής ενέργειας όταν τα κελύφη σθένους τους είναι πλήρη. Αν και η αναλογία είναι ατελής, φανταστείτε έναν ογκόλιθο να κρατείται στην κορυφή ενός βουνού από ασταθές χώμα.
Ενώ ο ογκόλιθος μπορεί φυσικά να υπάρχει σε αυτήν την κατάσταση ενώ υποστηρίζεται δεόντως από βρωμιά και βράχους, αν είχε τον "τρόπο", η βαρύτητα θα τραβούσε τον βράχο προς το χαμηλότερο διαθέσιμο υψόμετρο για να φέρει τη δυνητική του ενέργεια σε ελάχιστη τιμή.
