V chemii existuje několik typů vazeb mezi atomy v molekulách a sloučeninách. Dva z nich - iontové a kovalentní vazby-patří mezi hlavní. Mají určité podobnosti a rozdíly a navzdory své odlišné povaze mohou vykonávat podobné funkce v chemických reakcích a strukturách látek.
Iontová vazba je vazba, která se tvoří mezi atomy, když jeden nebo více z nich rozdává nebo přijímá elektrony a tvoří ionty. Ionty mají různé náboje a jsou k sobě přitahovány silou elektrostatické interakce. Výsledkem je krystalická nebo molekulární struktura sloučeniny.
Kovalentní vazba se naopak tvoří mezi atomy, když mezi sebe dělí pár elektronů. Výsledkem je společná oblast, ve které jsou elektrony v blízkosti obou atomů. Toto spojení je mnohem pevnější a odolnější ve srovnání s iontovou vazbou.
Elektronická výměna
V iontové a kovalentní vazbě dochází k elektronické výměně mezi atomy, ale s různou intenzitou a charakterem. V iontové vazbě jsou elektrony zcela přenášeny z jednoho atomu na druhý a vytvářejí kladně a záporně nabité ionty. Taková vazba se obvykle tvoří mezi kovem a nekovem.
V kovalentní vazbě se elektrony nepřenášejí úplně, ale tvoří takzvané společné páry elektronů, které vážou atomy v molekule. Taková vazba vzniká mezi nekovovými nebo mezi atomy stejného nekovového materiálu.
V obou typech vazeb dochází k výměně elektronů, která se provádí přítomností vnějšího obalu atomu, který obsahuje valenční elektrony. V iontové vazbě jsou elektrony přenášeny zcela a v kovalentní vazbě tvoří společné páry, které se podílejí na tvorbě valenčních vazeb.
V iontové a kovalentní vazbě se tedy provádí elektronická výměna, avšak s různým stupněm přenosu elektronů.
Vytváření vazeb
Iontové a kovalentní vazby vznikají mezi atomy v procesu jejich interakce. Procesy tvorby těchto vazeb jsou však různé.
Iontová vazba vzniká mezi atomy různého náboje. V tomto případě jeden atom rozdává elektrony a stává se kladně nabitým iontem zvaným kationt a druhý Atom přijímá tyto elektrony a stává se záporně nabitým iontem zvaným anion. Tyto protichůdně nabité ionty se navzájem přitahují a vytvářejí iontové spojení. Příkladem iontové vazby je sloučenina NaCl (chlorid sodný).
Kovalentní vazba vzniká mezi atomy stejného náboje. V tomto případě atomy vyměňují elektrony a vytvářejí společné elektronické páry. Tyto páry elektronů spojují atomy navzájem a vytvářejí kovalentní vazbu. Příklady kovalentních vazeb mohou být částečně nebo zcela iontové, jako je H2O (voda) a CO2 (oxid uhličitý).
Tvorba iontových a kovalentních vazeb je založena na snaze atomů dosáhnout elektronické stability vyplněním vnějších elektronických obalů. Tyto vazby hrají důležitou roli při určování chemických vlastností a sloučenin prvků.
Vytvoření stabilní struktury
Iontové spojení:
Tvorba stabilní struktury v iontové vazbě probíhá výměnou elektronů mezi atomy. Atomy, které mají nedostatek nebo přebytek elektronů, tvoří ionty kladného a záporného náboje. Nabité ionty se navzájem přitahují podle zákonů elektrostatiky a vytvářejí krystalickou mřížku. Výměna elektronů vede k vytvoření elektrické rovnováhy a vytvoření stabilní struktury.
Kovalentní vazba:
Vytvoření stabilní struktury v kovalentní vazbě probíhá sdílením elektronových párů atomy. Atomy sdílejí jeden nebo více párů elektronů a vytvářejí mezi sebou silné vazby. Elektrony zapojené do kovalentní vazby tráví čas v oblasti vzájemného vlivu několika atomů, snižují energii systému a vytvářejí stabilní strukturu.
V obou případech dochází k vytvoření stabilní struktury optimalizací distribuce elektronů kolem atomů. To umožňuje atomům dosáhnout energeticky nejvýhodnějšího stavu a vytvořit stabilní chemické sloučeniny.
Celková energie
U iontových vazeb se celková energie vypočítá jako součet energie elektrostatické přitažlivosti mezi ionty a rozptylovou energií při pohybu elektronů mezi atomy. Je to energie elektrostatické interakce, která určuje sílu iontové vazby. Čím větší je velikost nábojů iontů a menší je vzdálenost mezi nimi, tím silnější bude jejich přitažlivost a tím vyšší je celková energie.
U kovalentních vazeb je celková energie určena interakcí elektronových mraků atomů. V kovalentních vazbách atomy sdílejí elektrony a vytvářejí společná elektronická mračna, takzvané molekulární orbitaly. Spojení elektronových mraků vede k vytvoření molekuly a vzájemnému průniku atomů do sebe navzájem. Čím hustší jsou elektronické mraky přitlačeny k sobě, tím nižší je potenciální energie systému. Celková energie pro kovalentní vazby tedy zahrnuje energii pro tvorbu vazby a energii odpuzující atomové mraky.
Přestože iontové a kovalentní vazby se liší mechanismem tvorby a energetickými vlastnostmi, celková energie hraje důležitou roli v obou vazbách. Určuje stabilitu molekuly nebo krystalu a také podporuje různé chemické reakce, které zahrnují ionty nebo molekuly.
Typy prvků
V chemii existují různé typy prvků, včetně kovů, nekovů a půlmetalů. Každý z těchto typů prvků má své vlastní vlastnosti a schopnost vytvářet určité typy chemických vazeb.
- Kov: Kovy obvykle tvoří iontové vazby s nekovovými látkami. Mají nízkou elektronegativitu a schopnost darovat elektrony. Příklady kovů jsou sodík, draslík a železo.
- Nekov: Nekovy obvykle tvoří kovalentní vazby mezi sebou nebo s kovy. Mají vysokou elektronegativitu a schopnost přijímat nebo dělit elektrony. Příklady nekovů jsou kyslík, fluor a uhlík.
- Polometally: Polometaly mají vlastnosti kovů i nekovů. Mohou tvořit iontové i kovalentní vazby. Příklady půlmetalů jsou křemík a germanium.
Typ prvku ovlivňuje typ vazby, kterou může tvořit s jinými prvky. To umožňuje určit chemické vlastnosti a reaktivitu každého prvku.
Polarizace
Iontové a kovalentní vazby mohou být polarizované nebo nepolarizované v závislosti na rozdílu elektronegativity atomů zapojených do vazby.
V polarizovaných vazbách vede rozdíl elektronegativity mezi atomy k nerovnoměrnému rozložení elektronové hustoty. V důsledku toho se jeden atom stane negativně nabitým a druhý kladně nabitým. To vytváří polaritu v molekule, což vede k vlastnostem, jako je dipólový moment a možnost tvorby vodíkových vazeb.
V nepolarizovaných vazbách je rozdíl elektronegativity mezi atomy malý nebo žádný. V tomto případě je elektronová hustota rovnoměrně rozložena mezi atomy a molekula nemá polaritu.
Polarizace vazby ovlivňuje chemické a fyzikální vlastnosti látek. Polarizované vazby mají vyšší bod varu a tání a mají také větší rozpustnost v polárních rozpouštědlech. Nepolarizované vazby mají naopak obvykle nízký bod varu a tání a nízkou rozpustnost v polárních rozpouštědlech.
Bod tání
U iontových sloučenin je bod tání obvykle vysoký kvůli silným elektrostatickým silám přitažlivosti mezi ionty. Ionty tvoří krystalickou mřížku, ve které je každý iont obklopen sousedními ionty opačného náboje. K rozbití této mřížky iontů a tvorbě kapaliny je zapotřebí velká energie, takže bod tání iontových sloučenin je obvykle vysoký.
U kovalentních sloučenin se bod tání může výrazně lišit v závislosti na typu kovalentní vazby a struktuře molekuly. Kovalentní sloučeniny mohou tvořit krystalové mřížky nebo molekulární struktury, ve kterých jsou molekuly vázány slabými mezimolekulárními silami. Pokud jsou mezimolekulární síly slabé, bod tání kovalentní sloučeniny bude nízký. Pokud jsou mezimolekulární síly silné, může být bod tání vysoký.
Elektronová konfigurace
Například sodný ion Na + a chloridový iont Cl - tvoří iontovou vazbu v sodném chloridu (NaCl). Sodíkový iont rozdává jeden elektron, aby dosáhl elektronové konfigurace inertního plynu neonu, zatímco chloridový ion přijímá tento elektron a dosahuje elektronové konfigurace inertního plynu argonu. Oba ionty jsou tedy nyní ve stabilním elektronickém stavu.
V kovalentní komunikaci, která vzniká mezi atomy, elektrony jsou sdíleny oběma atomy. V důsledku toho se elektronová konfigurace obou atomů stává stabilnější. Kovalentní vazba může být polární nebo nepolární, v závislosti na rozdílu elektronegativity atomů.
Například v molekule vody (H2O) atom kyslíku a dva vodíkové atomy tvoří kovalentní vazbu. Kyslík tvoří dvě dvojné vazby s vodíkem, přenáší dva elektrony na své energetické hladiny a dosahuje elektronové konfigurace inertního plynu neonu. Vodík také pohybuje svými elektrony, aby dosáhl elektronické konfigurace inertního plynu.
Formování sloučenin
Iontová vazba tvoří se mezi atomy, když jeden z nich rozdává elektron, přeměňuje se na kladný iont, zatímco druhý Atom přijímá tento elektron a stává se záporným iontem. Oba ionty se navzájem přitahují na základě jejich opačných nábojů.
Kovalentní vazba vzniká, když dva atomy mezi sebou sdílejí pár elektronů. Jednotlivé atomy se vzájemně propojují a tvoří molekulu. K takové vazbě dochází mezi atomy nekovů a může být kladně - a záporně - polární v závislosti na rozdílu elektronegativity atomů.
V obou případech vzniká stabilní sloučenina, ve které atomy již nemají své vlastnosti, ale vykazují nové vlastnosti charakteristické pro vzniklou strukturu. Iontové sloučeniny mají obvykle vysoký bod tání a varu, dobrou vodivost elektrického proudu v roztaveném a rozpuštěném stavu. Kovalentní sloučeniny mají naopak obvykle nízké hodnoty teplot tání a varu a nízkou vodivost proudu.
Oba typy vazby hrají důležitou roli v chemii a určují vlastnosti většiny látek.