Rodzaje wiązań chemicznych

Powstawanie związków oraz odpowiednich wiązań chemicznych między pierwiastkami, które tworzą cząsteczkę danego związku chemicznego, jest związane z oddziaływaniem między jądrami i elektronami łączących się atomów. Atomy wiążą się ze sobą, ponieważ cząsteczka, która powstaje w wyniku tego połączenia, jest bardziej trwała (ma mniejszą energię) niż pojedyncze atomy.

W tworzeniu wiązania chemicznego biorą udział elektrony znajdujące się na ostatniej powłoce elektronowej pierwiastka, zwanej powłoką walencyjną. Konfiguracja ośmioelektronowa, oktet ns²p⁶ (dublet 1s² w przypadku helu) powłoki walencyjnej gazów szlachetnych (helowców) jest szczególnie trwała. Dlatego atomy innych pierwiastków łącząc się ze sobą, a więc tworząc układ bardziej trwały niż wolne atomy, przyjmują analogiczną konfigurację jak helowce. Jest to tzw. reguła dubletu i oktetu.

Własności oraz charakter wiązania chemicznego zależą od wielu czynników, np. od konfiguracji elektronowej, rozmiarów atomów czy też ładunku jąder atomowych. Powoduje to dużą różnorodność wiązań chemicznych spotykanych w naturze.

• wiązanie jonowe

Wiązanie jonowe powstaje między atomami, które znacznie różnią się elektroujemnością (różnica elektroujemności jest większa od 1,4). Atomy jednego pierwiastka (określonego jako elektrododatni) tracą swoje elektrony walencyjne na rzecz atomów drugiego z pierwiastków (elektroujemnego). Utworzone w taki sposób jony, dodatni i ujemny, przyciągają się dzięki działaniu sił elektrostatycznych.

• wiązanie atomowe, kowalencyjne

Wiązanie takie spotykane jest dosyć rzadko. Powstaje ono między atomami tego samego pierwiastka i jest wiązaniem apolarnym. Najczęściej spotykane jest w pierwiastkach występujących w stanie gazowym, np. Cl₂, O₂, N₂ czy I₂. W takim przypadku atomy uzyskują konfigurację gazu szlachetnego poprzez utworzenie jednej lub więcej wspólnych par elektronowych, które wchodzą jednocześnie w układy elektronowe obu łączących się atomów. Każdy z nich dostarcza tej samej liczby elektronów.

• wiązanie kowalencyjne spolaryzowane

Wiązanie to różni się od wiązania atomowego tym, że tworzą je atomy różnych pierwiastków (których różnica elektroujemności nie jest duża; wynosi od 0,4 do 1,4). W tym przypadku para elektronowa, która łączy atomy, jest przesunięta w kierunku atomu pierwiastka o większej elektroujemności. W wyniku tego przesunięcia tworzy się układ dipolowy i zatracona zostaje równowaga elektryczna. Jeden atom zyskuje ładunek δ⁺, natomiast drugi δ^-Jako całość cząsteczka jest nadal elektrycznie obojętna, ale w wyniku tego przesunięcia niektóre jej miejsca są w większym stopniu podatne na reakcje chemiczne. Miarą przesunięcia ładunku elektrycznego jest moment dipolowy. Jest to iloczyn wartości bezwzględnej ładunku elektrycznego zawartego w jednym z biegunów dipola, oraz odległości między biegunami. W jednostkach SI moment dipolowy wyrażany jest w kulombometrach [C ⋅ m].

• wiązanie wodorowe

Jeśli w substancji obecne są atomy wodoru powiązane z atomami pierwiastków silnie elektroujemnych (np. fluor, azot lub tlen) między cząsteczkami może się wytworzyć specyficzne wiązanie, tzw. wiązanie wodorowe. Oddziaływanie to jest dosyć słabe i występuje między atomem wodoru przyłączonym do atomu pierwiastka o dużej elektroujemności, a elektroujemnym atomem, który w swej powłoce walencyjnej posiada elektrony, nie biorące udziału w wiązaniu (wolne pary elektronowe). Atom wodoru zajmuje więc pozycję między dwoma elektroujemnymi atomami, które należą do dwóch różnych cząsteczek. Oddziaływanie między tymi cząsteczkami polega przede wszystkim na elektrostatycznym przyciąganiu dipoli, których dodatnim biegunem jest atom wodoru, a ujemnym związany z nim atom fluoru, tlenu lub azotu. Wiązania takie tworzą się zarówno między cząsteczkami nieorganicznymi jak i organicznymi i pełnią ważną rolę w układach biologicznych.

Łączenie się pojedynczych cząsteczek związków chemicznych w większe zespoły to asocjacja. podatne są na nią przede wszystkim związki polarne, w których możliwe jest utworzenie wiązania wodorowego (woda, alkohole).

• wiązanie koordynacyjne

Wiązanie to zwane jest inaczej wiązaniem donorowo-akceptorowym. Polega ono na uwspólnieniu elektronów, jednak w odróżnieniu od wiązania kowalencyjnego, elektrony pochodzące tylko od jednego atomu (zwanego donorem) są wykorzystywane również przez drugi atom (akceptor).

• wiązanie metaliczne

Wiązanie metaliczne powstaje w wyniku przyciągania elektrycznego jąder atomowych i swobodnych elektronów, znajdujących się w zewnętrznych powłokach elektronowych atomów. Wiązanie takie spotyka się w przypadku metali czystych, ich stopów i związków międzymetalicznych.

• oddziaływania van der Waalsa (międzycząsteczkowe)

Takie słabe oddziaływania, występują pomiędzy dwoma wzbudzonymi, albo jednym wzbudzonym i jednym trwałym dipolem. Cząsteczki, które maja trwały moment dipolowy, mogą powodować powstanie momentu w cząsteczkach bez trwałego momentu dipolowego.