Wiązanie kowalencyjne

Wiązanie kowalencyjne to wiązanie chemiczne, w którym atomy współdzielą jedną lub więcej par elektronów. W chemii na poziomie podstawowym zwykle występuje ono między atomami niemetali i wyjaśnia budowę wielu powszechnych cząsteczek, takich jak $\text{H}_2$, $\text{O}_2$, $\text{H}_2\text{O}$ i $\text{CO}_2$.

Jeśli masz zapamiętać tylko jedną rzecz, niech będzie to ta: wiązanie kowalencyjne polega na współdzieleniu elektronów, a nie na ich całkowitym przeniesieniu z jednego atomu na drugi.

Dlaczego powstają wiązania kowalencyjne

Atomy często tworzą wiązania, ponieważ układ związany ma niższą energię niż te same atomy pozostające osobno. W wielu podstawowych przypadkach współdzielenie elektronów pozwala każdemu atomowi pełniej zapełnić jego powłokę walencyjną.

Dla wielu atomów grup głównych opisuje to reguła oktetu. Ta reguła jest użyteczna, ale jest wzorcem, a nie prawem. Wodór jest częstym wyjątkiem, ponieważ zwykle jest trwały przy $2$ elektronach, a nie przy $8$.

Co oznacza współdzielenie elektronów

W wiązaniu kowalencyjnym elektrony są przyciągane przez oba jądra atomowe. To wspólne przyciąganie utrzymuje atomy razem.

Współdzielenie nie musi być równe. Jeśli jeden atom silniej przyciąga wspólne elektrony, wiązanie nadal jest kowalencyjne, ale jest to spolaryzowane wiązanie kowalencyjne, a nie niespolaryzowane.

Przykład: jak powstaje $\text{H}_2$

Dwa atomy wodoru mogą utworzyć $\text{H}_2$. Każdy atom wodoru ma na początku jeden elektron i największą trwałość osiąga wtedy, gdy ma $2$ elektrony na pierwszej powłoce.

Gdy oba atomy współdzielą jedną parę elektronów, każdy atom wodoru może efektywnie zaliczyć tę wspólną parę do swojej zewnętrznej powłoki. Dzięki temu każdy atom uzyskuje trwały dublet, którego potrzebuje.

Często zapisuje się to tak:

$$\text{H} \cdot + \cdot \text{H} \rightarrow \text{H}:\text{H}$$

Dwie kropki w końcowej strukturze oznaczają jedną wspólną parę elektronów, czyli jedno pojedyncze wiązanie kowalencyjne.

To najprostszy przykład wiązania kowalencyjnego, ponieważ wodór nie potrzebuje oktetu. Potrzebuje tylko dubletu, więc jedna wspólna para wystarcza.

Pojedyncze, podwójne i potrójne wiązania kowalencyjne

Wiązanie pojedyncze ma jedną wspólną parę elektronów. Wiązanie podwójne ma dwie wspólne pary. Wiązanie potrójne ma trzy wspólne pary.

Większa liczba wspólnych par zwykle oznacza krótsze i silniejsze wiązanie, gdy porównujesz te same dwa atomy w podobnych cząsteczkach. Takie porównanie trzeba jednak wykonywać ostrożnie, ponieważ siła wiązania zależy też od tego, jakie atomy biorą w nim udział.

Częste błędy dotyczące wiązań kowalencyjnych

Mylenie współdzielenia z równym współdzieleniem

Nie każde wiązanie kowalencyjne oznacza równe współdzielenie elektronów. Równe współdzielenie jest bliższe przypadkowi niespolaryzowanemu. Nierówne współdzielenie prowadzi do powstania ładunków cząstkowych i polarności wiązania.

Traktowanie reguły oktetu jako uniwersalnej

Reguła oktetu to dobry model dla początkujących w przypadku wielu cząsteczek, ale nie wszystkich. Wodór stosuje regułę dubletu, a niektóre atomy mogą tworzyć trwałe cząsteczki, które nie pasują do prostego obrazu oktetu.

Mylenie wiązania kowalencyjnego z jonowym

W wiązaniu jonowym elektrony są przenoszone na tyle, by powstały jony o przeciwnych ładunkach. W wiązaniu kowalencyjnym podstawowy obraz to wspólna gęstość elektronowa między atomami.

Gdzie występują wiązania kowalencyjne

Wiązania kowalencyjne są podstawowymi połączeniami w wielu znanych substancjach, takich jak woda, tlen, dwutlenek węgla, cukry, białka, tworzywa sztuczne i DNA. Są szczególnie ważne w chemii organicznej, ponieważ węgiel tworzy wiązania kowalencyjne z wieloma pierwiastkami i może budować trwałe łańcuchy oraz pierścienie.

Jeśli chcesz przewidywać kształt cząsteczki, jej polarność lub reaktywność, zrozumienie wiązań kowalencyjnych jest zwykle pierwszym krokiem.

Spróbuj podobnego przykładu

Spróbuj samodzielnie przeanalizować $\text{Cl}_2$ albo $\text{O}_2$ i najpierw zadaj jedno pytanie: ilu elektronów potrzebuje każdy atom, aby uzyskać bardziej trwałą powłokę zewnętrzną? Następnie policz, ile par musi być współdzielonych. Jeśli chcesz pójść dalej, przejdź do struktur Lewisa, ponieważ znacznie ułatwiają one wizualizację wiązań kowalencyjnych.