Hva er kjemisk liming?

Kjemisk binding skjer når to eller flere atomer går sammen for å danne et molekyl. Det er et generelt prinsipp i vitenskapen at alle systemer vil prøve å nå sitt laveste energinivå, og kjemisk binding vil bare finne sted når det kan dannes et molekyl som har mindre energi enn det ukombinerte atomer. De tre hovedtypene av binding er ioniske, kovalente og metalliske. Disse involverer alle elektroner som beveger seg mellom atomer på forskjellige måter. En annen, mye svakere type, er hydrogenbindingen.

Atomstruktur

Atomer består av en kjerne som inneholder positivt ladede protoner, som er omgitt av et like stort antall negativt ladede elektroner. Normalt er de derfor elektrisk nøytrale. Et atom kan imidlertid miste eller få en eller flere elektroner, noe som gir det en positiv eller negativ ladning. Når man har en elektrisk ladning, kalles det et ion.

Det er elektronene som er involvert i kjemisk binding. Disse partiklene er anordnet i skjell som kan tenkes å være eksisterende i økende avstand fra kjernen. Generelt, jo lenger fra kjernen skjellene er, jo mer energi har de. Det er en grense for antall elektroner som kan oppta et skall. For eksempel har det første, innerste skallet en grense på to og det neste skallet en grense på åtte.

I de fleste tilfeller er det bare elektronene i det ytterste skallet som deltar i binding. Disse kalles ofte valenselektronene . Som en generell regel vil atomer ha en tendens til å kombinere med hverandre på en slik måte at de alle oppnår fulle ytre skall, da disse konfigurasjonene vanligvis har mindre energi. En gruppe av elementer kjent som edle gasser - helium, neon, argon, krypton, xenon og radon - har allerede fulle ytre skall, og på grunn av dette danner de normalt ikke kjemiske bindinger. Andre elementer vil generelt prøve å oppnå en edelgassstruktur ved å gi, akseptere eller dele elektroner med andre atomer.

Kjemiske bindinger er noen ganger representert av noe som kalles en Lewis-struktur , oppkalt etter den amerikanske kjemikeren Gilbert N. Lewis. I en Lewis-struktur er valenselektronene representert med prikker rett utenfor de kjemiske symbolene for elementene i et molekyl. De viser tydelig hvor elektroner har beveget seg fra et atom til et annet og hvor de deles mellom atomer.

Ionisk liming

Denne typen kjemiske bindinger finner sted mellom metaller, som lett gir opp elektroner, og ikke-metaller, som er opptatt av å akseptere dem. Metallet gir elektronene i det ufullstendige ytterste skallet til ikke-metallet, og etterlater det skallet tomt slik at hele skallet under blir det nye ytterste skallet. Ikke-metallet tar imot elektronene for å fylle det ufullstendige ytterste skallet. På denne måten har begge atomene oppnådd fulle ytre skjell. Dette etterlater metallet med en positiv ladning og ikke-metallet med en negativ ladning, så de er positive og negative ioner som tiltrekker hverandre.

Et enkelt eksempel er natriumfluorid. Natrium har tre skall, med ett valenselektron i det ytterste. Fluor har to skall, med syv elektroner i det ytterste. Natrium gir sitt ene valenselektron til fluoratom, slik at natrium nå har to komplette skall og en positiv ladning, mens fluor har to komplette skjell og en negativ ladning. Det resulterende molekylet - natriumfluorid - har to atomer med komplette ytre skjell bundet sammen av elektrisk tiltrekning.

Kovalent liming

Atomer av ikke-metaller kombineres med hverandre ved å dele elektronene på en slik måte at de senker det totale energinivået. Dette betyr vanligvis at de alle har fulle ytre skjell når de kombineres. For å ta et enkelt eksempel, har hydrogen bare ett elektron, i det første - og eneste - skallet, som etterlater det ett kort av et fullt skall. To hydrogenatomer kan dele elektronene sine for å danne et molekyl der begge har et fullt ytre skall.

Det er ofte mulig å forutsi hvordan atomer vil kombinere med hverandre ut fra antallet elektroner de har. For eksempel har karbon seks, noe som betyr at det har et fullt første skall på to og et ytterste skall på fire, og etterlater det fire kort av et fullt ytre skall. Oksygen har åtte, og det har seks i det ytre skallet - to kort av et fullt skall. Et karbonatom kan kombineres med to oksygenatomer for å danne karbondioksid, der karbonet deler sine fire elektroner, to med hvert oksygenatom, og oksygenatomene på sin side deler to av sine elektroner med karbonatomet. På denne måten har alle tre atomer fulle ytre skall som inneholder åtte elektroner.

Metallisk liming

I et stykke metall er valenselektronene mer eller mindre frie til å bevege seg rundt, snarere enn å tilhøre individuelle atomer. Metallet består derfor av positivt ladede ioner omgitt av mobile, negativt ladede elektroner. Ionene kan flyttes relativt enkelt, men er vanskelige å fjerne, på grunn av deres tiltrekning til elektronene. Dette forklarer hvorfor metaller generelt er lette å bøye, men vanskelige å bryte. Mobiliteten til elektronene forklarer også hvorfor metaller er gode ledere av elektrisitet.

Hydrogenbinding

I motsetning til eksemplene ovenfor, innebærer hydrogenbinding binding mellom, snarere enn innenfor, molekyler. Når hydrogen kombineres med et element som sterkt tiltrekker seg elektroner - som fluor eller oksygen, trekkes elektronene bort fra hydrogenet. Dette resulterer i et molekyl med en samlet positiv ladning på den ene siden og en negativ ladning på den andre. I en væske tiltrekker de positive og negative sidene hverandre og danner bindinger mellom molekylene.

Selv om disse bindinger er mye svakere enn ioniske, kovalente eller metalliske bindinger, er de veldig viktige. Hydrogenbinding finner sted i vann, en forbindelse som inneholder to atomer med hydrogen og ett av oksygen. Dette betyr at det kreves mer energi for å omdanne flytende vann til en gass enn ellers ville være tilfelle. Uten hydrogenbinding ville vann ha et mye lavere kokepunkt og kunne ikke eksistere som en væske på jorden.