Интератомни връзки: Характеристики и видове

Междуатомната връзка е химическата връзка, която се образува между атомите, за да произведе молекулите.

Въпреки че днес учените са съгласни, че електроните не се въртят около ядрото, през цялата история се смяташе, че всеки електрон, обикалящ около ядрото на атома в отделен слой.

Днес учените са стигнали до заключението, че електроните се задържат над определени зони на атома и не образуват орбити, но валентната обвивка все още се използва за описване на наличието на електрони.

Линус Паулинг допринася за съвременното разбиране за химическото свързване, като пише книгата "Природата на химическата връзка", където събира идеи от сър Исак Нютон, Етиен Франсоа Джефрой, Едуард Франкланд и по-специално Гилбърт Н. Луис.

В него той е свързал физиката на квантовата механика с химическата природа на електронните взаимодействия, които възникват, когато се правят химически връзки.

Работата на Полинг се фокусира върху установяването, че истинските йонни връзки и ковалентните връзки са разположени в края на спектъра на свързване и че повечето химически връзки са класифицирани между тези крайности.

Полинг също разработи мобилна скала от тип връзка, управлявана от електроотрицателността на атомите, включени в връзката.

Огромният принос на Полинг за нашето съвременно разбиране за химическото свързване го накара да получи Нобелова награда от 1954 г. за „изследване на естеството на химическото свързване и нейното приложение за изясняване на структурата на сложните вещества“.

Живите същества са съставени от атоми, но в повечето случаи тези атоми не само плават поотделно. Вместо това те обикновено взаимодействат с други атоми (или групи от атоми).

Например, атомите могат да бъдат свързани чрез силни връзки и организирани в молекули или кристали. Или могат да образуват временни, слаби връзки с други атоми, които се сблъскват с тях.

Както силните връзки, които свързват молекулите, така и слабите връзки, които създават временни връзки, са от съществено значение за химията на нашите тела и за съществуването на самия живот.

Атомите са склонни да се организират в най-стабилните възможни модели, което означава, че те имат тенденция да запълват или запълват своите най-външни електронни орбити.

Те се свързват с други атоми, за да направят точно това. Силата, която държи атомите заедно в колекции, известни като молекули, е известна като химическа връзка.

Видове междуатомни химични връзки

Метална връзка

Металната връзка е силата, която държи атомите заедно в чисто метално вещество. Такова твърдо вещество се състои от плътно опаковани атоми.

В повечето случаи най-външният електронен слой на всеки от металните атоми се припокрива с голям брой съседни атоми.

Вследствие на това валентните електрони непрекъснато се движат от един атом към друг и не са свързани с никаква специфична двойка атоми (Encyclopædia Britannica, 2016).

Металите имат няколко качества, които са уникални, като способността за провеждане на електричество, ниска енергия на йонизация и ниска електронегативност (така че те лесно се отказват от електрони, т.е. те са катиони).

Неговите физически свойства включват лъскав (ярък) вид и са ковък и еластичен. Металите имат кристална структура. Въпреки това, металите също са ковък и пластичен.

През 1900 г. Пол Дрюде излезе с електронната теория на електроните чрез моделиране на метали като смес от атомни ядра (атомни ядра = положителни ядра + вътрешен слой от електрони) и валентни електрони.

В този модел валентните електрони са свободни, делокализирани, мобилни и не са свързани с никакъв конкретен атом (Clark, 2017).

Йонна връзка

Йонните връзки са електростатични по природа. Те възникват, когато елемент с положителен заряд се присъедини към отрицателно заредена поради кулоновски взаимодействия.

Елементите с ниски енергии на йонизация имат склонност лесно да губят електрони, докато елементите с висок електронен афинитет имат склонност да получават електрони, като произвеждат съответно катиони и аниони, които образуват йонните връзки.

Съединения, които показват йонни връзки образуват йонни кристали, в които йоните на положителните и отрицателните заряди осцилират близо един до друг, но не винаги има пряка 1-1 корелация между положителните и отрицателните йони.

Йонните връзки обикновено могат да се разрушат чрез хидрогениране, или добавянето на вода към съединение (Wyzant, Inc., SF).

Вещества, които се държат заедно от йонни връзки (като натриев хлорид), обикновено могат да бъдат разделени на истински заредени йони, когато върху тях действа външна сила, например когато се разтварят във вода.

В допълнение, в твърда форма, отделните атоми не са привлечени от индивидуален съсед, а образуват гигантски мрежи, които са привлечени един от друг чрез електростатични взаимодействия между ядрото на всеки атом и съседните валентни електрони.

Силата на привличане между съседните атоми дава на йонните твърди частици изключително подредена структура, известна като йонна мрежа, където частиците с противоположен заряд се подравняват помежду си, за да се създаде твърда плътно свързана структура (Anthony Capri, 2003).

Ковалентна връзка

Ковалентната връзка възниква, когато двойките електрони се споделят от атомите. Атомите ще бъдат ковалентно свързани с други атоми, за да получат повече стабилност, която се получава чрез образуване на пълна електронна обвивка.

Като споделят своите най-външни (валентни) електрони, атомите могат да запълнят външния си слой от електрони и да получат стабилност.

Въпреки, че се казва, че атомите споделят електрони, когато образуват ковалентни връзки, те обикновено не споделят електрони еднакво. Само когато два атома от един и същ елемент образуват ковалентна връзка, споделените електрони действително се разпределят еднакво между атомите.

Когато атомите на различни елементи споделят електрони през ковалентната връзка, електронът ще бъде изтеглен повече към атома с по-голямата електроотрицателност, което води до полярна ковалентна връзка.

В сравнение с йонните съединения, ковалентните съединения обикновено имат по-ниска точка на топене и кипене и имат по-малка склонност да се разтварят във вода.

Ковалентните съединения могат да бъдат в газообразно, течно или твърдо състояние и не провеждат електричество или топлина добре (Camy Fung, 2015).

Водородни мостове

Водородните връзки или водородните връзки са слаби взаимодействия между водороден атом, прикрепен към електроотрицателен елемент, с друг електроотрицателен елемент.

В полярна ковалентна връзка, съдържаща водород (например, ОН връзка във водната молекула), водородът ще има лек положителен заряд, тъй като свързващите електрони се изтеглят по-силно към другия елемент.

Поради този лек положителен заряд, водородът ще бъде привлечен от всеки съседен отрицателен заряд (Khan, SF).

Връзки на Ван дер Ваалс

Това са относително слаби електрически сили, които привличат неутрални молекули един към друг в газове, в втечнени и втвърдени газове и в почти всички органични и твърди течности.

Силите са наречени на холандския физик Йоханес Дидерик ван дер Ваалс, който през 1873 г. първоначално постулира тези междумолекулни сили в разработването на теория за обяснение на свойствата на реалните газове (Encyclopædia Britannica, 2016).

Силите на Ван дер Ваалс е общ термин, използван за определяне на привличането на междумолекулни сили между молекулите.

Има два вида сили на Ван дер Ваалс: лондонските дисперсионни сили, които са слаби и по-силни дипол-диполни сили (Kathryn Rashe, 2017).