Hva er kjemisk binding?

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 et molekyl kan dannes som har mindre energi enn dets ukombinerte atomer. De tre hovedtypene av bindinger er ioniske, kovalente og metalliske. Disse involverer 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 ordnet i skjell som kan tenkes som existing i økende avstander fra kjernen. Generelt, jo lenger fra kjernen er skjellene, jo mer energi har de. Det er en grense for antall elektroner som kan okkupere et skall. For eksempel har den første, innerste skallet en grense på to og neste skall en grense på åtte.

I de fleste tilfeller er det bare elektronene i det ytterste skallet som deltar i liming. 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 skjell, da disse konfigurasjonene vanligvis har mindre energi. En gruppe elementer kjent som Noble Gases - Helium, Neon, Argon, Krypton, Xenon og Radon - har allerede full ytre skjell, og på grunn av dette danner de normalt ikke kjemiske bindinger. Andre elementer vil generelt prøve å oppnå en edel gassstruktur ved å gi, akcepting, 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 flyttet fra et atom til et annet og hvor de deles mellom atomer.

ionisk binding

Denne typen kjemisk binding foregår mellom metaller, som lett gir opp elektroner og ikke-metaller, som er opptatt av å akseptere dem. Metallet gir elektronene i sitt ufullstendige ytterste skall til ikke-metallen, og etterlater det skallet tomt slik at hele skallet under blir dets nye ytterste skall. Ikke-metallen aksepterer elektroner for å fylle ut det ufullstendige ytterste skallet. På denne måten har begge atomene oppnådd full ytre skjell. Dette etterlater metallet med en positiv ladning og ikke-metall med en negativ ladning,Så de er positive og negative ioner som tiltrekker hverandre.

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

kovalent binding

atomer av ikke-metaller kombineres med hverandre ved å dele elektroner på en slik måte at de senker det samlede energinivået. Dette betyr vanligvis at de alle sammen har full ytre skjell. For å ta et enkelt eksempel har hydrogen bare ett elektron, i sitt første - og bare - skallet, som etterlater det en av et fullt skall. To hydrogenatomer kan dele sineElektroner for å danne et molekyl der begge har et fullstendig ytre skall.

Det er ofte mulig å forutsi hvordan atomer vil kombinere med hverandre fra antall 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 har så seks i sitt ytre skall - to kort av et fullt skall. Et karbonatom kan kombinere med to oksygenatomer for å danne karbondioksid, der karbonet deler sine fire elektroner, to med hvert oksygenatom, og oksygenatomene i sin tur deler hver av elektronene sine med karbonatomet. På denne måten har alle tre atomer full ytre skjell som inneholder åtte elektroner.

Metallisk binding

I et metallstykke er valenselektronene mer eller mindre frie til å bevege seg rundt, i stedet for å tilhøre individuelle atomer. Metallet består derfor av positivt ladede ioner omgitt av mobile, negativt ladede utvalgteRons. Ionene kan flyttes relativt enkelt, men er vanskelige å løsne på grunn av deres tiltrekning til elektronene. Dette forklarer hvorfor metaller generelt er enkle å bøye, men vanskelig å bryte. Elektronens mobilitet forklarer også hvorfor metaller er gode ledere av strøm.

Hydrogenbinding

I motsetning til eksemplene ovenfor, innebærer hydrogenbinding binding mellom, snarere enn innenfor, molekyler. Når hydrogen kombineres med et element som sterkt tiltrekker 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.