Χημικός δεσμός — Τύποι και παραδείγματα

Ο χημικός δεσμός εξηγεί πώς τα άτομα παραμένουν ενωμένα στις ουσίες. Στην εισαγωγική χημεία, οι τρεις βασικοί τύποι είναι ο ιοντικός, ο ομοιοπολικός και ο μεταλλικός δεσμός. Ο πιο γρήγορος τρόπος να τους ξεχωρίσεις είναι να ρωτήσεις τι κάνουν κυρίως τα ηλεκτρόνια: μεταφέρονται, μοιράζονται ή αποδεσμεύονται μέσα σε ένα μέταλλο;

Τα άτομα σχηματίζουν δεσμούς όταν η δεσμευμένη διάταξη έχει χαμηλότερη ενέργεια από τα χωριστά άτομα στις ίδιες συνθήκες. Αυτή η ιδέα είναι πιο χρήσιμη από την αποστήθιση ονομασιών, γιατί ο τύπος του δεσμού είναι στην πραγματικότητα ένα μοντέλο της συμπεριφοράς των ηλεκτρονίων.

Οι βασικοί τύποι χημικού δεσμού

Ιοντικός δεσμός

Ο ιοντικός δεσμός είναι το βασικό μοντέλο όταν τα ηλεκτρόνια μεταφέρονται σε τέτοιο βαθμό ώστε να σχηματίζονται ιόντα με αντίθετα φορτία. Σε πολλά εισαγωγικά παραδείγματα, αυτό συμβαίνει ανάμεσα σε ένα μέταλλο και ένα αμέταλλο.

Για παράδειγμα, το νάτριο μπορεί να χάσει ένα ηλεκτρόνιο και να σχηματίσει $\text{Na}^+$, ενώ το χλώριο μπορεί να κερδίσει ένα ηλεκτρόνιο και να σχηματίσει $\text{Cl}^-$. Η έλξη ανάμεσα σε αυτά τα αντίθετα φορτία βοηθά να συγκρατείται η ιοντική ουσία.

Ομοιοπολικός δεσμός

Ο ομοιοπολικός δεσμός είναι το βασικό μοντέλο όταν τα άτομα μοιράζονται ζεύγη ηλεκτρονίων. Αυτό συνήθως συμβαίνει ανάμεσα σε αμέταλλα.

Το νερό, $\text{H}_2\text{O}$, είναι ένα γνώριμο παράδειγμα. Τα άτομα συνδέονται με ομοιοπολικούς δεσμούς, αλλά ο διαμοιρασμός δεν είναι απολύτως ίσος, οπότε οι δεσμοί είναι πολικοί ομοιοπολικοί και όχι τελείως μη πολικοί.

Μεταλλικός δεσμός

Ο μεταλλικός δεσμός περιγράφει τη σύνδεση στα μέταλλα, όπου τα ηλεκτρόνια σθένους δεν είναι δεσμευμένα σε ένα μόνο ζεύγος ατόμων με τον ίδιο τρόπο όπως σε έναν απλό ομοιοπολικό δεσμό. Αντίθετα, τα ηλεκτρόνια είναι αποδεσμευμένα σε πολλά άτομα μέσα στη μεταλλική δομή.

Αυτό βοηθά να εξηγηθεί γιατί μέταλλα όπως ο χαλκός άγουν τον ηλεκτρισμό και συχνά μπορούν να μορφοποιηθούν χωρίς να θρυμματίζονται όπως πολλοί ιοντικοί κρύσταλλοι.

Πώς να αναγνωρίζεις γρήγορα τον τύπο δεσμού

Χρησιμοποίησε τα παρακάτω ως αρχικά μοτίβα, όχι ως απόλυτους νόμους:

1. μέταλλο + αμέταλλο συχνά υποδηλώνει ιοντικό δεσμό
2. αμέταλλο + αμέταλλο συχνά υποδηλώνει ομοιοπολικό δεσμό
3. καθαρά μέταλλα συνήθως εμφανίζουν μεταλλικό δεσμό

Αυτές οι συντομεύσεις λειτουργούν καλά σε πολλές εισαγωγικές περιπτώσεις, αλλά δεν αποτελούν τον πλήρη ορισμό. Ο πραγματικός δεσμός είναι καλύτερο να θεωρείται ως ένα φάσμα κατανομής ηλεκτρονίων και όχι ως τρία εντελώς ξεχωριστά κουτιά.

Λυμένο παράδειγμα: γιατί το χλωριούχο νάτριο είναι ιοντικό

Το χλωριούχο νάτριο, $\text{NaCl}$, είναι ένα σαφές παράδειγμα ιοντικού δεσμού. Το νάτριο έχει ένα ηλεκτρόνιο σθένους που μπορεί να χάσει σχετικά εύκολα, και το χλώριο χρειάζεται ένα ακόμη ηλεκτρόνιο για να συμπληρώσει τη στιβάδα σθένους του.

$$\text{Na} \to \text{Na}^+ + e^-$$ $$\text{Cl} + e^- \to \text{Cl}^-$$

Μετά από αυτή τη μεταφορά, τα ιόντα που προκύπτουν μπορούν να σχηματίσουν μια διάταξη χαμηλότερης ενέργειας από τα χωριστά ουδέτερα άτομα, στις κατάλληλες συνθήκες. Αυτός είναι ο βασικός λόγος που το ιοντικό μοντέλο λειτουργεί εδώ.

Στο στερεό χλωριούχο νάτριο, δεν υπάρχει ένα απομονωμένο $\text{Na}^+$ δεσμευμένο με ένα απομονωμένο μόριο $\text{Cl}^-$. Υπάρχει ένα επαναλαμβανόμενο ιοντικό πλέγμα, όπου πολλά θετικά και αρνητικά ιόντα έλκονται μεταξύ τους.

Αυτό εξηγεί επίσης αρκετές κοινές ιδιότητες των ιοντικών ουσιών: συχνά σχηματίζουν κρυστάλλους, έχουν συνήθως σχετικά υψηλά σημεία τήξης και άγουν τον ηλεκτρισμό όταν τα ιόντα μπορούν να κινηθούν ελεύθερα, όπως σε τήγμα ή σε πολλά υδατικά διαλύματα.

Συνηθισμένα λάθη σχετικά με τους χημικούς δεσμούς

Το να θεωρείς το «μέταλλο συν αμέταλλο» ως ορισμό

Είναι μια χρήσιμη συντόμευση, αλλά όχι πλήρης ορισμός. Ο δεσμός εξαρτάται από την κατανομή των ηλεκτρονίων και τη δομή, όχι μόνο από τις ονομασίες των στοιχείων.

Το να νομίζεις ότι ομοιοπολικός σημαίνει ίσος διαμοιρασμός

Ομοιοπολικός σημαίνει ότι τα ηλεκτρόνια μοιράζονται, αλλά ο διαμοιρασμός μπορεί να είναι άνισος. Ο άνισος διαμοιρασμός δίνει πολικούς ομοιοπολικούς δεσμούς.

Το να αποκαλείς κάθε έλξη χημικό δεσμό

Δεν είναι κάθε ελκτική δύναμη ένας από τους βασικούς τύπους δεσμού. Για παράδειγμα, ο δεσμός υδρογόνου συνήθως ταξινομείται ως διαμοριακή δύναμη και όχι ως ο ίδιος τύπος πρωτογενούς δεσμού με τον ιοντικό, τον ομοιοπολικό ή τον μεταλλικό δεσμό.

Το να χρησιμοποιείς τον κανόνα της οκτάδας σαν να μην αποτυγχάνει ποτέ

Ο κανόνας της οκτάδας είναι ένα χρήσιμο αρχικό μοντέλο για πολλές περιπτώσεις στοιχείων των κύριων ομάδων, αλλά έχει εξαιρέσεις και δεν πρέπει να αντιμετωπίζεται ως καθολικός νόμος.

Πότε ο τύπος δεσμού σε βοηθά να προβλέψεις ιδιότητες

Η γνώση του τύπου δεσμού σε βοηθά να προβλέψεις χρήσιμα πράγματα για μια ουσία:

1. αν μια ουσία είναι πιθανό να σχηματίζει μόρια ή εκτεταμένα πλέγματα
2. αν μπορεί να άγει τον ηλεκτρισμό ως στερεό, υγρό ή διάλυμα
3. αν είναι πιθανό να είναι εύθραυστη, εύκαμπτη ή εύκολη στη μορφοποίηση
4. αν η πολικότητα ή ο σχηματισμός ιόντων θα παίζουν ρόλο στις αντιδράσεις και στη διαλυτότητα

Δοκίμασε ακόμη μία περίπτωση

Δοκίμασε τη δική σου εκδοχή με $\text{MgO}$, $\text{CO}_2$ ή χαλκό. Κάνε κάθε φορά την ίδια ερώτηση: τα ηλεκτρόνια κυρίως μεταφέρονται, μοιράζονται μέσα σε ένα μόριο ή είναι αποδεσμευμένα σε μια μεταλλική δομή; Αν θέλεις να προχωρήσεις ένα βήμα παραπέρα, μελέτησε στη συνέχεια την ηλεκτραρνητικότητα, γιατί βοηθά να εξηγηθεί γιατί διαφορετικά πρότυπα δεσμού γίνονται πιο πιθανά.