Wiązanie chemiczne

Według klasycznej definicji to każde trwałe połączenie dwóch atomów. Wiązania chemiczne powstają na skutek uwspólniania dwóch lub większej liczby elektronów pochodzących bądź z jednego, bądź z obu łączących się atomów lub przeskoku jednego lub większej

liczby elektronów z jednego atomu na drugi i utworzenia w wyniku tego tzw. pary jonowej.

Wiązanie chemiczne tworzą elektrony walencyjne, czyli z ostatniej powłoki. Atomy pierwiastków wiążąc się w cząsteczki uzyskują trwałą konfigurację najbliższego gazu szlachetnego. Dążą do osiągniecia dubletu lub oktetu elektronowego na ostatniej powłoce. Reguła ta nazywa się teorią Lewisa i Kossela.

Tworzenie takiej konfiguracji jest korzystne bo prowadzi do obniżenia energii układu.

Cząsteczka jest układem trwalszym.

Jedną z przyczyn tworzenia wiązań jest dążność pierwiastków do uzyskania oktetu lub dubletu elektronowego czyli całkowitego zapełnienia powłok elektronowych.

Wyróżniamy wiązania:

• Kowalencyjne niespolaryzowane

• Kowalencyjne spolaryzowane

• Jonowe

• Metaliczne

• Wodorowe

• Wiązanie koordynacyjne

Wiązanie kowalencyjne niespolaryzowane

Wiązanie kowalencyjne niespolaryzowane powstaje na skutek nakładania się orbitali atomowych obsadzonych pojedynczymi elektronami o przeciwnej orientacji spinu. Wiązanie to powstaje, gdy różnica elektroujemności wynosi od 0 do 0,4.

Substancje, w których przeważa wiązanie kowalencyjne niespolaryzowane mogą występować w 3 stanach skupienia. Charakteryzują się niskimi temperaturami topnienia i wrzenia, dobrze rozpuszczają się w rozpuszczalnikach niepolarnych (np: chloroform, heksan, benzen), natomiast słabo w rozpuszczalnikach polarnych (np: woda). W stanie ciekłym rozpuszczone w wodzie nie przewodzą prądu. Reakcje z ich udziałem zachodzą powoli i przy małej wydajności.

Wiązanie kowalencyjne spolaryzowane

Wiązanie powstaje między dwoma atomami niemetali, których wzajemna różnica elektroujemności jest mniejsza od 1,7 w skali Paulinga. Granica ta jest bardzo umowna i ma raczej charakter orientacyjny. Elektrony uwspólnione tworzące wiązanie są przesunięte w stronę atomu pierwiastka o większej elektroujemności, co sprawia, że przy tym atomie tworzy się cząstkowy ładunek elektryczny ujemny, natomiast przy atomie o mniejszej elektroujemności tworzy się dodatni.

Wiązanie kowalencyjne spolaryzowane ma charakter dipola elektrycznego.

Wiązanie jonowe

Wiązanie jonowe powstaje między dwoma atomami, których wzajemna różnica elektroujemności jest bardzo duża (Δeu≥1,7). Elektrony zamiast się uwspólnić "przeskakują" na stałe do jednego z atomów. W wyniku tego jeden z atomów ma nadmiar ładunku ujemnego i staje się ujemnie naładowanym jonem czyli anionem, a drugi ma nadmiar ładunku dodatniego i staje się kationem. Oba atomy tworzą parę jonową (+)(-), która trzyma się razem na zasadzie przyciągania ładunków elektrostatycznych i może w sprzyjających warunkach ulegać dysocjacji elektrolitycznej.

Na ogół, aby wiązanie się wytworzyło, różnica elektroujemności musi być większa lub równa 1,7 w skali Paulinga, jednak granica, przy której tworzy się wiązanie jonowe jest bardzo płynna, gdyż zależy ona od wielu różnych czynników. Na przykład we fluorowodorze różnica elektroujemności między fluorem a wodorem wynosi aż 1,8 a mimo to wiązanie F-H ma charakter kowalencyjny spolaryzowany.

Wiązanie metaliczne

Wiązania metaliczne są w zasadzie typowymi wiązaniami kowalencyjnymi, wyróżniają się jednak w stosunku do analogicznych wiązań między niemetalami dwiema istotnymi cechami:

• ulegają one łatwiejszej polaryzacji pod wpływem np. pola elektrycznego ze względu na to, że ogólnie w metalach elektrony walencyjne są słabiej związane z jądrami atomów niż w niemetalach

• nawet jeśli formalnie są wiązaniami pojedynczymi, ze względu na występowanie w metalach dużej liczby walencyjnych orbitali d zachodzi zjawisko ich nakładania się, co powoduje że wiązania te nabierają często charakteru częściowo wielokrotnego.

Cechy te powodują, że w kryształach metali powstają pasma zdelokalizowanych elektronów, które mogą swobodnie się przemieszczać pod wpływem przyłożonego napięcia elektrycznego, dzięki czemu metale są dobrymi przewodnikami elektrycznymi. Skutkiem tej delokalizacji jest też istnienie w metalach trójwymiarowej sieci silnych wiązań, co warunkuje dużą wytrzymałość mechaniczną metali, wysokie temperatury topnienia, kowalność, duży współczynnik rozszerzalności cieplnej i inne cechy charakterystyczne dla metali.

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).