Vad är kemisk bindning?

kemisk bindning inträffar när två eller flera atomer går samman för att bilda en molekyl. Det är en allmän princip i vetenskapen att alla system kommer att försöka nå sin lägsta energinivå, och kemisk bindning kommer endast att äga rum när en molekyl kan bilda som har mindre energi än dess okombinerade atomer. De tre huvudtyperna av bindning är joniska, kovalenta och metalliska. Dessa involverar alla elektroner som rör sig mellan atomer på olika sätt. En annan, mycket svagare, typ är vätebindningen.

atomstruktur

atomer består av en kärna som innehåller positivt laddade protoner, som är omgiven av ett lika antal negativt laddade elektroner. Normalt är de därför elektriskt neutrala. En atom kan dock förlora eller få en eller flera elektroner, vilket ger den en positiv eller negativ laddning. När man har en elektrisk laddning kallas den en jon.

Det är elektronerna som är involverade i kemisk bindning. Dessa partiklar är ordnade i skal som kan betraktas som existing på ökande avstånd från kärnan. Generellt sett, ju längre från kärnan är skalen, desto mer energi har de. Det finns en gräns för antalet elektroner som kan ockupera ett skal. Till exempel har den första, innersta, skalet en gräns på två och nästa skal en gräns på åtta.

I de flesta fall är det bara elektronerna i det yttersta skalet som deltar i bindning. Dessa kallas ofta valenselektronerna . Som en allmän regel tenderar atomer att kombinera med varandra på ett sådant sätt att de alla uppnår fulla yttre skal, eftersom dessa konfigurationer vanligtvis har mindre energi. En grupp element som kallas ädla gaser - helium, neon, argon, krypton, xenon och radon - har redan fulla yttre skal och på grund av detta bildar de normalt inte kemiska bindningar. Andra element kommer i allmänhet att försöka uppnå en ädel gasstruktur genom att ge, accepterating eller delning av elektroner med andra atomer.

kemiska bindningar representeras ibland av något som kallas en Lewis -struktur , uppkallad efter den amerikanska kemisten Gilbert N. Lewis. I en Lewis -struktur representeras valenselektronerna av prickar precis utanför de kemiska symbolerna för elementen i en molekyl. De visar tydligt var elektroner har flyttat från en atom till en annan och var de delas mellan atomer.

jonisk bindning

Denna typ av kemisk bindning sker mellan metaller, som lätt ger upp elektroner och icke-metaller, som är angelägna om att acceptera dem. Metallen ger elektronerna i sitt ofullständiga yttersta skal till icke-metallen, vilket lämnar det skalet tomt så att hela skalet nedan blir dess nya yttersta skal. Icke-metallen accepterar elektroner för att fylla dess ofullständiga yttersta skal. På detta sätt har båda atomerna uppnått fulla yttre skal. Detta lämnar metallen med en positiv laddning och icke-metallen med en negativ laddning,Så de är positiva och negativa joner som lockar varandra.

Ett enkelt exempel är natriumfluorid. Natrium har tre skal, med en valenselektron i det yttersta. Fluor har två skal, med sju elektroner i det yttersta. Natrium ger sin ena valenselektron till fluoratomen, så att natrium nu har två kompletta skal och en positiv laddning, medan fluoren har två kompletta skal och en negativ laddning. Den resulterande molekylen - natriumfluorid - har två atomer med kompletta yttre skal bundna samman av elektrisk attraktion.

kovalent bindning

atomer av icke-metaller kombineras med varandra genom att dela elektroner på ett sådant sätt att de sänker sin totala energinivå. Detta betyder vanligtvis att de, när de kombineras, alla har fulla yttre skal. För att ta ett enkelt exempel har väte bara en elektron, i sin första - och enda - skal, vilket lämnar det ett kort av ett fullt skal. Två väteatomer kan dela sinaelektroner för att bilda en molekyl där båda har ett fullt yttre skal.

Det är ofta möjligt att förutsäga hur atomer kommer att kombinera med varandra från antalet elektroner de har. Till exempel har kol sex, vilket innebär att det har ett fullständigt första skal på två och ett yttersta skal på fyra, vilket lämnar det fyra kort från ett fullt yttre skal. Syre har åtta, och så har sex i sitt yttre skal - två kort av ett fullt skal. En kolatom kan kombineras med två syreatomer för att bilda koldioxid, där kolet delar sina fyra elektroner, två med varje syreatom, och syreatomerna i sin tur delar var och en av sina elektroner med kolatomen. På detta sätt har alla tre atomerna fulla yttre skal som innehåller åtta elektroner.

metallisk bindning

I en metallbit är valenselektronerna mer eller mindre fria att röra sig, snarare än att tillhöra individuella atomer. Metallen består därför av positivt laddade joner omgiven av mobil, negativt laddad valdrons. Jonerna kan röras relativt enkelt, men är svåra att lossna på grund av deras attraktion mot elektronerna. Detta förklarar varför metaller i allmänhet är enkla att böja men svåra att bryta. Elektronernas rörlighet förklarar också varför metaller är goda elektricitetsledare.

vätebindning

Till skillnad från exemplen ovan innebär vätebindning bindning mellan, snarare än inom, molekyler. När väte kombineras med ett element som starkt lockar elektroner - såsom fluor eller syre - dras elektronerna bort från väte. Detta resulterar i en molekyl med en total positiv laddning på ena sidan och en negativ laddning på den andra. I en vätska lockar de positiva och negativa sidorna varandra och bildar bindningar mellan molekylerna.

Även om dessa bindningar är mycket svagare än joniska, kovalenta eller metalliska bindningar, är de mycket viktiga. Vätebindning sker i vatten, en förening som innehåller två väteatomer och en avsyre. Detta innebär att mer energi krävs för att omvandla flytande vatten till en gas än vad som annars skulle vara fallet. Utan vätebindning skulle vatten ha en mycket lägre kokpunkt och kunde inte existera som en vätska på jorden.