INTERATOMISKE FORBINDELSER: EGENSKABER OG TYPER - KEMI - 2025

Den interatomiske binding er den kemiske binding, der dannes mellem atomer for at producere molekyler. Selvom forskere i dag generelt er enige om, at elektroner ikke drejer sig om kernen, troede man igennem historien, at hver elektron kredsede om atomens kerne i en separat skal.

I dag har forskere konkluderet, at elektroner svæver over specifikke områder af atomet og ikke danner kredsløb, men alligevel bruges valensskallen til at beskrive tilgængeligheden af ​​elektroner.

Figur 1: Atomer interagerer med hinanden gennem kemiske bindinger.

Linus Pauling bidrog til den moderne forståelse af kemisk binding ved at skrive bogen "The Nature of Chemical Bonding", hvor han samlet ideer fra Sir Isaac Newton, Étienne François Geoffroy, Edward Frankland og især Gilbert N. Lewis.

I den forbandt han kvantemekanikens fysik med den kemiske karakter af de elektroniske interaktioner, der opstår, når der oprettes kemiske bindinger.

Paulings arbejde koncentrerede sig om at konstatere, at ægte ioniske bindinger og kovalente bindinger ligger yderligt i et bindingsspektrum, og at de fleste kemiske bindinger klassificeres mellem disse ekstremer.

Pauling videreudviklede en glidende skala af bondetypen styret af elektronegativiteten af ​​de atomer, der var involveret i bindingen.

Paulings enorme bidrag til vores moderne forståelse af kemisk binding førte til, at han blev tildelt Nobelprisen i 1954 for "forskning i arten af ​​kemisk binding og dens anvendelse til at belyse strukturen af ​​komplekse stoffer."

Levende ting består af atomer, men i de fleste tilfælde flyder disse atomer ikke bare individuelt. I stedet interagerer de normalt med andre atomer (eller grupper af atomer).

For eksempel kan atomer forbindes med stærke bindinger og organiseres i molekyler eller krystaller. Eller de kan danne midlertidige, svage bindinger med andre atomer, der kolliderer med dem.

Både de stærke bindinger, der binder molekyler, og de svage bindinger, der skaber midlertidige forbindelser, er essentielle for vores krops kemi og for selve livet.

Atomer har en tendens til at organisere sig i de mest stabile mønstre muligt, hvilket betyder, at de har en tendens til at fuldføre eller udfylde deres yderste elektronbaner.

De binder til andre atomer for at gøre netop det. Kraften, der holder atomer sammen i samlinger kendt som molekyler er kendt som en kemisk binding.

Typer af interatomiske kemiske bindinger

Metallisk binding

Den metalliske binding er den kraft, der holder atomerne sammen i et rent metallisk stof. Et sådant fast stof består af tætpakkede atomer.

I de fleste tilfælde overlapper det yderste elektronskal i hvert af metalatomerne med et stort antal tilstødende atomer. Som en konsekvens bevæger valenselektroner konstant fra atom til atom og er ikke forbundet med noget specifikt par atomer.

Figur 2: illustration af en metallisk binding

Metaller har flere kvaliteter, der er unikke, såsom evnen til at lede elektricitet, lav ioniseringsenergi og lav elektronegativitet (så de opgiver elektroner let, det vil sige, de er kationer).

Deres fysiske egenskaber inkluderer et skinnende (blankt) udseende, og de er formbare og smidige. Metaller har en krystallinsk struktur. Imidlertid er metaller også formbare og duktile.

I 1900'erne kom Paul Drüde op med elektronhavsteorien ved at modellere metaller som en blanding af atomkerner (atomkerner = positive kerner + indre elektronskal) og valenselektroner.

I denne model er valenselektronerne frie, delokaliserede, mobile og ikke forbundet med noget bestemt atom.

Ionisk binding

Ioniske bindinger er elektrostatiske. De forekommer, når et element med en positiv ladning forbinder et med en negativ ladning ved coulombiske interaktioner.

Elementer med lav ioniseringsenergier har tendensen til let at miste elektroner, mens elementer med høj elektronaffinitet har tendensen til at få dem til at producere kationer og anioner, hvilket er hvad der danner ioniske bindinger.

Forbindelser, der viser ioniske bindinger, danner ioniske krystaller, hvor positive og negativt ladede ioner svinger tæt på hinanden, men der er ikke altid en direkte 1-1-korrelation mellem positive og negative ioner.

Ioniske bindinger kan typisk brydes gennem hydrogenering eller tilsætning af vand til en forbindelse.

Stoffer, der holdes sammen af ​​ioniske bindinger (såsom natriumchlorid), kan ofte adskilles i ægte ladede ioner, når en ekstern kraft virker på dem, såsom når den opløses i vand.

Endvidere tiltrækkes individuelle atomer i fast form ikke til en individuel nabo, men danner i stedet kæmpe netværk, der tiltrækkes af hinanden ved hjælp af elektrostatiske interaktioner mellem kernen i hvert atom og tilstødende valenselektroner.

Den attraktive kraft mellem tilstødende atomer giver ioniske faste stoffer en ekstremt ordnet struktur kendt som et ionisk gitter, hvor modsat ladede partikler er på linje med hinanden for at skabe en tæt bundet stiv struktur.

Figur 3: natriumchloridkrystall

Kovalent binding

Kovalent binding forekommer, når par af elektroner deles af atomer. Atomer binder kovalent til andre atomer for at opnå mere stabilitet, hvilket opnås ved at danne et komplet elektronskal.

Ved at dele deres yderste (valens) elektroner kan atomer fylde deres ydre skal med elektroner og få stabilitet.

Figur 4: Lewis-diagram over den kovalente binding af nitrogenmolekylet

Selvom det siges atomer deler elektroner, når de danner kovalente bindinger, deler de ofte ikke elektroner lige. Først når to atomer af det samme element danner en kovalent binding, deles de delte elektroner faktisk lige mellem atomerne.

Når atomer i forskellige elementer deler elektroner gennem kovalent binding, trækkes elektronet videre mod atomet med den højeste elektronegativitet, hvilket resulterer i en polær kovalent binding.

Sammenlignet med ioniske forbindelser har kovalente forbindelser normalt et lavere smelte- og kogepunkt og har mindre tendens til at opløses i vand.

Kovalente forbindelser kan være i en gas, væske eller fast tilstand og leder ikke elektricitet eller varme godt.

Hydrogenbindinger

Figur 5: brintbindinger mellem to vandmolekyler

Hydrogenbindinger eller brintbindinger er svage interaktioner mellem et hydrogenatom bundet til et elektronegativt element med et andet elektronegativt element.

I en polær kovalent binding, der indeholder brint (for eksempel en OH-binding i et vandmolekyle), vil brintet have en svag positiv ladning, fordi bindingselektronerne trækkes stærkere mod det andet element.

På grund af denne svage positive ladning, vil brint blive tiltrukket af eventuelle nærliggende negative ladninger.

Links til Van der Waals

Det er relativt svage elektriske kræfter, der tiltrækker neutrale molekyler til hinanden i gasser, i flydende og størknede gasser og i næsten alle organiske og faste væsker.

Kræfterne er navngivet efter den hollandske fysiker Johannes Diderik van der Waals, som i 1873 først postulerede disse intermolekylære kræfter ved at udvikle en teori til at forklare egenskaberne ved reelle gasser.

Van der Waals kræfter er et generelt udtryk, der bruges til at definere tiltrækningen af ​​intermolekylære kræfter mellem molekyler.

Der er to klasser af Van der Waals-styrker: London Scattering Forces, der er svage og stærkere dipol-dipol-kræfter.

Referencer

1. Anthony Capri, AD (2003). Kemisk binding: arten af ​​den kemiske binding. Hentet fra visionlearning visionlearning.com
2. Camy Fung, NM (2015, 11. august). Kovalente obligationer. Taget fra chem.libretexts chem.libretexts.org
3. Clark, J. (2017, 25. februar). Metallisk limning. Taget fra chem.libretexts chem.libretexts.org
4. Encyclopædia Britannica. (2016, 4. april). Metallisk binding. Taget fra britannica britannica.com.
5. Encyclopædia Britannica. (2016, 16. marts). Van der Waals styrker. Taget fra britannica britannica.com
6. Kathryn Rashe, LP (2017, 11. marts). Van der Waals styrker. Taget fra chem.libretexts chem.libretexts.org.
7. Khan, S. (SF). Kemiske bindinger. Taget fra khanacademy khanacademy.org.
8. Martinez, E. (2017, 24. april). Hvad er atombinding? Taget fra sciencing sciencing.com.
9. Wyzant, Inc. (SF). Obligationer. Taget fra wyzant wyzant.com.