Хемијска веза - концепт и класификација

Свака интеракција између атома је могућа само ако постоји хемијска веза. Таква веза је узрок формирања стабилног полиатомског система - молекулског иона, молекула, цристал латтице. Јака хемијска веза захтева много енергије да се сломи, па је то основна количина за мерење чврстоће везе.

Услови хемијског везивања

Формирање хемијске везе увек је праћено ослобађањем енергије. Овај процес настаје услед смањења потенцијалне енергије система интеракционих честица - молекула, јона, атома. Потенцијална енергија резултујући систем интеракционих елемената је увек мањи од енергије невезаних излазних честица. Стога је основа за настанак хемијске везе у систему смањење потенцијалне енергије њених елемената.

Природа хемијске интеракције

Хемијска веза је последица интеракције електромагнетних поља која се јављају око електрона и атомских језгара оних супстанци које учествују у формирању новог молекула или кристала. Након открића теорије о структури атома, природа ове интеракције постала је приступачнија за проучавање.

По први пут, идеја о електричној природи хемијских веза настала је у енглеском физичару Г. Девију, који је сугерисао да се молекуле формирају због електричне привлачности супротно набијених честица. Ова идеја је заинтересовала шведског хемичара и природњака И.Иа. Берзелиус, који је развио електрокемијску теорију хемијског везивања.

Прва теорија, која је објаснила процесе хемијске интеракције супстанци, била је несавршена, и временом се морала напустити.

Теорија Бутлерова

Успешнији покушај да се објасни природа хемијске везе супстанци предузет је руски научник А.М.Бутлеров. На основу његове теорије, овај научник је поставио такве претпоставке:

• Атоми у повезаном стању су међусобно повезани одређеним редом. Промена у овом поретку је узрок стварања нове супстанце.
• Атоми су везани валентним законима.
• Својства супстанце зависе од редоследа атома једињења у молекулу супстанце. Различити редослијед локација узрокује промјену кемијских својстава твари.
• Атоми повезани међусобно најјаче утичу једни на друге.

Бутлерова теорија објашњава својства хемикалија не само њиховим саставом, већ и распоредом атома. Такав интерни поредак А.М. Бутлеров назива "хемијском структуром".

Теорија руског научника дозволила је да се ствари сврставају у класификацију супстанци и пружила могућност да се утврди структура молекула према њиховим хемијским својствима. Теорија је такође одговорила на питање: зашто молекули који садрже исти број атома имају различите хемијске особине?

Предуслови за стварање теорија хемијских веза

У својој теорији о хемијској структури, Бутлеров није дотакао питање шта је то хемијска веза. За то је тада било премало података о унутрашњој структури супстанце. Тек након отварања планетарни модел атома Амерички научник Луис је почео да развија хипотезу да се хемијска веза одвија кроз формирање електронског пара, који истовремено припада два атома. Након тога, ова идеја је постала основа за развој теорије ковалентних веза.

Ковалентна хемијска веза

Стабилно хемијско једињење може се формирати када се електронски облаци два сусједна атома преклапају. Резултат овог међусобног пресека је повећање електронске густине у интернуклеарном простору. Језгра атома, као што је добро познато, су позитивно набијени, и зато покушавају да се повуку што је могуће ближе негативно набијеном електронском облаку. Ова атракција је много јача од одбојне силе између два позитивно наелектрисана језгра, тако да је ова веза стабилна.

По први пут, калкулације хемијске везе су обавили хемичари Геитлер и Лондон. Размотрили су везу између два атома водоника. Најједноставнији визуелни приказ може изгледати овако:

Као што се може видети, електронски пар заузима квантно место у оба атома водоника. Ово постављање електрона у два центра се назива ковалентна хемијска веза. Ковалентна веза типичне за молекуле једноставних супстанци и њихових једињења неметала. Супстанце које настају као резултат ковалентног везивања обично не проводе електричну струју или су полуводичи.

Иониц бонд

У случају међусобног електричног привлачења два супротно набијена иона јавља се кемијска веза ионског типа. Јони могу бити једноставни, састоје се од једног атома супстанце. У једињењима овог типа, једноставни јони су најчешће позитивно набијени атоми метала група 1, 2 који су изгубили свој електрон. Формирање негативних јона је својствено атомима типичних неметала и базама њихових киселина. Према томе, међу типичним јонским једињењима постоје многи халиди алкални метали на пример ЦсФ, НаЦл и друге.

За разлику од ковалентне везе, ион није засићен: различит број супротно набијених јона може да се придружи јону или групи јона. Број везаних честица је ограничен само линеарним димензијама интеракционих јона, као и условом под којим атрактивне силе супротно набијених јона морају бити веће од одбојних сила једнако набијених честица које учествују у ионском једињењу.

Водонична веза

Чак и пре стварања теорије хемијске структуре, експериментално је примећено да водонични спојеви са различитим неметалима поседују донекле необична својства. На пример, тачка кључања флуорида водоника и воде је много већа од очекиване.

Ове и друге карактеристике водоничних једињења могу се објаснити способношћу Х ⁺ атома да формира другу хемијску везу. Овај тип једињења се назива "водонична веза". Узроци водоничне везе су укоријењени у својствима електростатских сила. На пример, у молекулу флуорида водоника, обични електронски облак се тако помера према флуору, да је простор око атома ове супстанце засићен негативним електричним пољем. Око атома водоника, лишеног свог јединог електрона, поље је много слабије и има позитиван набој. Као резултат, јавља се додатни однос између позитивних поља електронских облака Х ⁺ и негативног Ф ^- .

Хемијска веза метала

Атоми свих метала налазе се у простору на одређени начин. Распоред атома метала се назива кристална решетка. У овом случају, електрони различитих атома слабо међусобно комуницирају, формирајући обични електронски облак. Овај тип интеракције између атома и електрона назива се "метална веза". То је слободно кретање електрона у металима које може објаснити физичке особине металних супстанци: електричну проводљивост, топлотну проводљивост, чврстоћу, топљивост и друге.