ИНТЕРАТОМИЧНИ ВРЪЗКИ: ХАРАКТЕРИСТИКИ И ВИДОВЕ - ХИМИЯ - 2025

В interatomic връзка е химична връзка, която форми между атомите да произвеждат молекули. Въпреки че днес учените обикновено са съгласни, че електроните не се въртят около ядрото, в цялата история се смяташе, че всеки електрон обикаля около ядрото на атом в отделна обвивка.

Днес учените стигнаха до извода, че електроните се движат над определени области на атома и не образуват орбита, но въпреки това валентната обвивка все още се използва за описание на наличието на електрони.

Фигура 1: атомите, взаимодействащи помежду си чрез химически връзки.

Линус Полинг допринася за съвременното разбиране на химичното свързване, като пише книгата "Природата на химичното свързване", където събира идеи от сър Исак Нютон, Етиен Франсоа Джефрой, Едуард Франкланд и по-специално Гилбърт Н. Люис.

В него той свързва физиката на квантовата механика с химическата природа на електронните взаимодействия, които възникват при създаване на химически връзки.

Работата на Полинг се концентрира върху установяването на това, че истинските йонни връзки и ковалентни връзки се намират в краищата на спектър от връзки и че повечето химически връзки са класифицирани между тези крайности.

Полинг допълнително разработва плъзгаща се скала от тип облигация, управлявана от електроотрицателността на атомите, участващи в връзката.

Огромният принос на Полинг за съвременното ни разбиране на химичното свързване доведе до това, че му е присъдена Нобеловата награда от 1954 г. за „изследване на природата на химичното свързване и неговото приложение за изясняване на структурата на сложните вещества“.

Живите същества се състоят от атоми, но в повечето случаи тези атоми не просто плават поотделно. Вместо това те обикновено взаимодействат с други атоми (или групи от атоми).

Например атомите могат да бъдат свързани чрез силни връзки и организирани в молекули или кристали. Или могат да образуват временни, слаби връзки с други атоми, които се сблъскват с тях.

Както силните връзки, които свързват молекулите, така и слабите връзки, които създават временни връзки, са от съществено значение за химията на нашите тела и за съществуването на самия живот.

Атомите са склонни да се организират по възможно най-стабилните модели, което означава, че имат склонност да завършват или запълват най-външните си електронни орбити.

Те се свързват с други атоми, за да направят точно това. Силата, която държи атомите в колекции, известни като молекули, е известна като химична връзка.

Видове интеротомни химични връзки

Метална връзка

Металната връзка е силата, която държи атомите заедно в чисто метално вещество. Такова твърдо вещество се състои от плътно опаковани атоми.

В повечето случаи най-външната електронна обвивка на всеки от металните атоми се припокрива с голям брой съседни атоми. Вследствие на това валентните електрони непрекъснато се движат от атом към атом и не са свързани с някаква специфична двойка атоми.

Фигура 2: илюстрация на метална връзка

Металите имат няколко качества, които са уникални, като способността за провеждане на електричество, ниска йонизационна енергия и ниска електроотрицателност (така те лесно се отказват от електроните, тоест са катиони).

Техните физични свойства включват лъскав (лъскав) вид и са ковък и пластичен. Металите имат кристална структура. Металите обаче също са ковък и пластични.

През 1900 г. Пол Дрюде измисля теорията за електронното море като моделира металите като смес от атомни ядра (атомни ядра = положителни ядра + вътрешна електронна обвивка) и валентни електрони.

В този модел валентните електрони са свободни, делокализирани, подвижни и не са свързани с някакъв конкретен атом.

Йонна връзка

Йонните връзки имат електростатичен характер. Те възникват, когато елемент с положителен заряд се присъедини към един с отрицателен заряд чрез кулобски взаимодействия.

Елементите с ниска йонизационна енергия имат склонността да губят електрони лесно, докато елементите с висок афинитет на електрон имат склонността да ги получават съответно, като произвеждат катиони и аниони, които формират йонни връзки.

Съединенията, показващи йонни връзки, образуват йонни кристали, в които положителните и отрицателно заредените йони се колебаят близо един до друг, но не винаги има пряка корелация 1-1 между положителните и отрицателните йони.

Йонните връзки обикновено могат да се разрушат чрез хидрогениране или добавяне на вода към съединението.

Веществата, държани заедно от йонни връзки (като натриев хлорид), обикновено могат да се разделят на истински заредени йони, когато върху тях действа външна сила, например когато са разтворени във вода.

Освен това в твърда форма отделните атоми не се привличат към отделен съсед, а вместо това образуват гигантски мрежи, които са привлечени един от друг чрез електростатични взаимодействия между ядрото на всеки атом и съседните валентни електрони.

Привлекателната сила между съседните атоми придава на йонните твърди частици изключително подредена структура, известна като йонна решетка, където противоположно заредените частици се подравняват една с друга, за да създадат плътно свързана твърда структура.

Фигура 3: кристал натриев хлорид

Ковалентна връзка

Ковалентното свързване възниква, когато двойки електрони се споделят от атоми. Атомите ще се свързват ковалентно с други атоми, за да получат по-голяма стабилност, което се постига чрез формиране на пълна електронна обвивка.

Споделяйки своите най-външни (валентни) електрони, атомите могат да запълнят външната си обвивка с електрони и да получат стабилност.

Фигура 4: Диаграма на Люис на ковалентната връзка на азотната молекула

Въпреки че се казва, че атомите споделят електрони, когато образуват ковалентни връзки, те често не споделят електрони еднакво. Само когато два атома от един и същ елемент образуват ковалентна връзка, споделените електрони действително се споделят еднакво между атомите.

Когато атомите на различни елементи споделят електрони чрез ковалентно свързване, електронът ще бъде изтеглен по-нататък към атома с най-висока електроотрицателност, което води до полярна ковалентна връзка.

В сравнение с йонните съединения, ковалентните съединения обикновено имат по-ниска точка на топене и кипене и имат по-малка склонност към разтваряне във вода.

Ковалентните съединения могат да бъдат в газово, течно или твърдо състояние и не провеждат електричество или топлина добре.

Водородни връзки

Фигура 5: водородни връзки между две водни молекули

Водородните връзки или водородните връзки са слаби взаимодействия между водороден атом, прикрепен към електроотрицателен елемент с друг електроотрицателен елемент.

В полярна ковалентна връзка, която съдържа водород (например ОН връзка във водна молекула), водородът ще има лек положителен заряд, тъй като свързващите електрони се изтеглят по-силно към другия елемент.

Поради този лек положителен заряд, водородът ще бъде привлечен към всички съседни отрицателни заряди.

Връзки към Ван дер Ваалс

Те са сравнително слаби електрически сили, които привличат неутрални молекули една към друга в газове, втечнени и втвърдени газове и в почти всички органични и твърди течности.

Силите са кръстени на холандския физик Йоханес Дидерик ван дер Ваалс, който през 1873 г. за първи път постулира тези междумолекулни сили при разработването на теория за обяснение на свойствата на реалните газове.

Силите на Ван дер Ваалс са общ термин, използван за определяне на привличането на междумолекулни сили между молекулите.

Има два класа сили на Ван дер Ваал: Лондонските сили за разсейване, които са слаби и по-силни диполно-диполски сили.

Препратки

1. Антъни Капри, AD (2003). Химично свързване: природата на химическата връзка. Извлечено от visionlearning visionlearning.com
2. Camy Fung, NM (2015, 11 август). Ковалентни връзки. Взета от chem.libretexts chem.libretexts.org
3. Кларк, Дж. (2017, 25 февруари). Метално свързване. Взета от chem.libretexts chem.libretexts.org
4. Encyclopædia Britannica. (2016 г., 4 април). Метална връзка. Взета от britannica britannica.com.
5. Encyclopædia Britannica. (2016 г., 16 март). Сили на Ван дер Ваалс. Взета от britannica britannica.com
6. Катрин Раше, LP (2017, 11 март). Ван дер Ваалс сили. Взета от chem.libretexts chem.libretexts.org.
7. Khan, S. (SF). Химически връзки. Взета от khanacademy khanacademy.org.
8. Мартинес, Е. (2017, 24 април). Какво е атомно свързване? Взета от sciaching sciaching.com.
9. Wyzant, Inc. (SF). Облигации. Взета от wyzant wyzant.com.