Vazby mezi atomy jsou základem pro tvorbu molekul a krystalů. Důležitým aspektem při studiu vazeb je jejich klasifikace podle typu. Dva hlavní typy chemických vazeb jsou kovalentní a iontové vazby.
Kovalentní vazba vzniká, když jsou elektrony mezi dvěma atomy odděleny nebo sdíleny. Taková vazba se obvykle tvoří mezi nekovovými prvky. V kovalentní vazbě si atomy vyměňují elektrony tak, aby dosáhly stavu blízkého plynné fázi inertního plynu. Výsledkem jsou molekuly, které mohou být neutrální (atomy vyměňují stejný počet elektronů) nebo nabité (atomy vyměňují nerovný počet elektronů).
Iontové spojení vzniká mezi atomy, což vede k přenosu elektronů z jednoho atomu na druhý. Iontová vazba se tvoří nejčastěji mezi kovy a nekovovými látkami. V tomto případě atomy tvoří ionty kladného a záporného náboje. Kladně nabité ionty (kationty) a záporně nabité ionty (anionty) se navzájem přitahují a vytvářejí tak iontovou sloučeninu.
Kovalentní vazba a její vlastnosti
Hlavní charakteristiky kovalentní vazby jsou:
- Párování elektronických obalů. Při kovalentní vazbě mohou atomy sdílet jeden, dva nebo tři páry elektronů, což jim umožňuje dosáhnout stabilní konfigurace obalu a snížit energii systému.
- Polarita. Kovalentní vazba může být polární nebo nepolární v závislosti na rozdílu elektronegativity atomů, které tvoří vazbu. Polární vazba nastává, pokud rozdíl elektronegativity atomů překročí určitou hodnotu.
- Délka vazby. Délka kovalentní vazby závisí na poloměrech atomů a povaze výsledné vazby. Obecně platí, že čím kratší spojení, tím silnější je.
- Komunikační energie. Kovalentní vazba má určitou energii, kterou lze měřit. Čím silnější je vazba, tím vyšší je komunikační energie.
Kovalentní vazba je přítomna v mnoha sloučeninách, jako je voda, molekuly organických sloučenin a mnoho dalších látek.
Iontová vazba a její vlastnosti
Hlavním rysem iontové vazby je, že ionty v této formě vazby zcela přenášejí nebo přijímají elektrony a vytvářejí iontové sloučeniny. Kladné ionty se nazývají kationty a záporné ionty se nazývají anionty. Kationty a anionty vytvářejí stabilní spojení a vytvářejí elektricky neutrální strukturu.
Jednou z vlastností iontové vazby je její selektivita. To znamená, že ionty mají určitý poloměr a jsou k sobě přitahovány pouze tehdy, když jejich poloměry umožňují vytvořit stabilní strukturu. Pokud jsou poloměry iontů příliš malé nebo příliš velké, pak je tvorba stabilní iontové sloučeniny nemožná.
Další vlastností iontové vazby jsou její elektrony. Ionty vzniklé iontovou vazbou jsou nabité částice, které podléhají zákonům elektrostatiky. To umožňuje iontům vytvářet elektrická pole a vyměňovat elektrony s jinými ionty.
Iontová vazba má navíc dobrou rozpustnost ve vodě. To je způsobeno skutečností, že molekuly vody mohou vytvářet vodíkové vazby s ionty, což jim pomáhá oddělit se a rozpustit se ve vodě. Roztoky iontových sloučenin mají elektrolytické vlastnosti a mohou vést elektrický proud.
Elektronická výměna a vzdělávání iontů
Tvorba iontů je proces, při kterém Atom získává náboj ztrátou nebo získáním elektronů. V iontové vazbě Atom rozdává nebo přijímá elektron, aby dosáhl elektronické konfigurace inertního plynu. Atom, který rozdává elektron, se stává kladně nabitým iontem zvaným kationt a Atom, který přijímá elektron, se stává záporně nabitým iontem zvaným anion.
Elektronická výměna a tvorba iontů jsou základními procesy v chemii. Hrají důležitou roli při tvorbě různých typů chemických vazeb a při určování vlastností látek.
Rozdíl v síle a stabilitě
Kovalentní vazba se vyznačuje vysokou silou a stabilitou. Meziatomové vazby v molekule jsou obvykle velmi silné a k prasknutí vyžadují značnou energii. V kovalentní vazbě jsou elektrony sdíleny a drženy dvěma atomy. Kovalentní vazby mohou být jednotlivé, dvojité nebo trojité a vytvářet četné struktury, které poskytují molekule významnou stabilitu.
Iontová vazba je charakterizována slabší silou a stabilitou ve srovnání s kovalentní. V iontové vazbě se elektrony přenášejí zcela z jednoho atomu na druhý a vytvářejí kladné a záporné ionty. To vede k vytvoření krystalové mřížky, kde ionty interagují s opačnými náboji. Iontová vazba je obvykle slabší, protože elektrony nejsou společné a nejsou drženy samostatnými atomy.
Hlavní rozdíl v síle a stabilitě mezi kovalentní a iontovou vazbou je způsoben různými mechanismy tvorby vazby a povahou interakce atomů.
Afinita a energie spojení
Vlastnosti kovalentní a iontové vazby jsou definovány afinitou a vazebnou energií.
Afinita (polarita) spojení charakterizuje rozdíl elektronegativity atomů, které se podílejí na vazbě. Elektronegativita je schopnost atomu přitahovat elektrony k sobě. Čím větší je rozdíl elektronegativity mezi atomy, tím větší je polarita vazby.
V kovalentní komunikaci afinita je způsobena rozdílem elektronegativity atomů, ale obvykle je malá. Kovalentní vazba může být považována za nepolární, pokud je rozdíl elektronegativity menší než 0,5 jednotek.
V iontové komunikaci afinita může být významná, protože vznikající ionty mají různou nabíječku. Polarita vazby v iontové vazbě je dána rozdílem elektronegativity iontů a jejich konfiguracemi elektronických obalů.
Komunikační energie charakterizuje množství energie uvolněné nebo absorbované při vytváření vazby. Je spojena se silou, která drží atomy nebo ionty ve struktuře.
V kovalentní komunikaci vazebná energie je způsobena výměnou a distribucí elektronů mezi atomy. Čím menší je vzdálenost mezi atomy a čím větší je počet elektronů zapojených do vazby, tím vyšší je vazebná energie.
V iontové komunikaci energie vazby je spojena s velikostí nábojů iontů a vzdáleností mezi nimi. Čím větší je velikost nábojů iontů a čím menší je vzdálenost mezi nimi, tím vyšší je komunikační energie.
Vliv na fyzikální vlastnosti látek
Typ chemické vazby významně ovlivňuje fyzikální vlastnosti látek. Kovalentní a iontové vazby mají řadu rozdílů, které se odrážejí na vlastnostech, jako je bod tání a varu, tvrdost, vodivost elektřiny a tepelná vodivost.
Na rozdíl od kovalentní vazby se iontová vazba vyznačuje výrazně vyššími hodnotami teploty tání a varu. Je to proto, že v iontové vazbě tvoří atomy zbavené nebo získané jedním nebo více elektronů ionty s různými náboji, které jsou k sobě přitahovány elektrostatickými silami. Mezi ionty existují silné interakce, takže k přerušení vazeb a přechodu látky do kapalného nebo plynného stavu je zapotřebí podstatně více energie.
Nízká teplota tání a varu kovalentních látek je způsobena menším stupněm interakce mezi atomy, protože sdílejí elektronické páry. V kovalentních sloučeninách jsou atomy vázány prostřednictvím výměny elektronů, což vede k vytvoření silných kovalentních vazeb uvnitř molekul, ale slabých mezi molekulami. Nízká teplota tání a varu je způsobena slabými interakcemi mezi molekulami. V tomto případě mají kovalentní látky menší tvrdost ve srovnání s ionty.
Elektrická vodivost také závisí na povaze chemické vazby. Iontové látky ve zředěných roztocích nebo v roztaveném stavu mohou proudit elektrickým proudem, protože ionty se mohou pohybovat mezi elektrodami. Zároveň kovalentní látky, kvůli nedostatku volných elektronů nebo iontů, mají nízkou elektrickou vodivost.
Tepelná vodivost látky je také určena typem vazby. V iontových látkách dochází k přenosu tepla pohybem elektronů nebo iontů. V kovalentních látkách, kde dochází k výměně elektronů, je přenos tepla složitější a obvykle probíhá oscilací atomů látky.
Typ chemické vazby tedy významně ovlivňuje fyzikální vlastnosti látek, jako je bod tání a varu, tvrdost, elektrické a tepelné vedení.
Bod tání a vodivost
Kovalentní vazba
Látky s kovalentními vazbami mají obvykle nízké body tání. Je to proto, že energie potřebná k přerušení kovalentních vazeb je obvykle menší než energie potřebná k přerušení iontových vazeb.
Příklad: Voda (H2O) s kovalentními vazbami má velmi nízký bod varu a skládá se z jednotlivých molekul, které se při zahřátí snadno roztrhnou.
Iontové vazby
Sloučeniny s iontovými vazbami mají obvykle vysoké body tání. Je to proto, že pro přechod z pevného stavu do kapalného je nutné překonat sílu přitahující ionty k sobě v krystalové mřížce.
Příklad: Sůl (NaCl) s iontovými vazbami má vysoký bod tání a skládá se z krystalové mřížky, ve které jsou ionty Na+ a SL - úzce spojeny.
Vodivost se liší i u látek s kovalentními a iontovými vazbami:
Kovalentní vazba
Látky s kovalentními vazbami obvykle špatně vedou elektřinu, protože nemají volné nabité částice, které by se mohly pohybovat a nést proud.
Příklad: Oxid uhličitý (CO2) s kovalentními vazbami nevede elektřinu, protože jeho molekuly nesou neutrální náboj a nemohou se pohybovat látkou pro přenos proudu.
Iontové vazby
Sloučeniny s iontovými vazbami obvykle dobře vedou elektřinu v roztoku nebo roztaveném stavu, protože ionty se volně pohybují pod vlivem elektrického pole.
Příklad: Solný roztok vede elektřinu, protože ionty Na+ a SL - v něm se volně pohybují a mohou přenášet náboje.
Srovnání kovalentní a iontové vazby
Kovalentní vazba vzniká mezi atomy, které mezi sebou sdílejí elektrony. V tomto typu vazby tvoří elektrony společnou oblast kolem atomů zvanou molekulární Orbital. Kovalentní vazba je silnější než iontová vazba a může se tvořit mezi atomy jednoho prvku (jako je molekula kyslíku) nebo mezi atomy různých prvků (jako je molekula vody).
Iontová vazba se tvoří mezi atomy, které si vyměňují elektrony a tvoří ionty. V tomto typu vazby jeden atom rozdává jeden nebo více elektronů a stává se kladně nabitým kationtem a druhý Atom přijímá tyto elektrony a stává se záporně nabitým aniontem. Kationty a anionty jsou k sobě přitahovány elektrostatickou silou a tvoří iontovou mřížku. Čistý chlorid sodný (NaCl) a chlorid vápenatý (CaCl2) jsou příklady iontových sloučenin.
Rozdíly mezi kovalentní a iontovou vazbou lze vidět v jejich vlastnostech. Kovalentní sloučeniny mají obvykle nižší body tání a varu, protože mezimolekulární síly jsou slabší. Mají také menší elektrickou vodivost, protože neutrální molekuly nevedou elektrický proud. Na druhou stranu iontové sloučeniny mají vysoké body tání a varu, protože iontová mřížka vyžaduje více energie k rozbití. Mají vysokou elektrickou vodivost v roztocích a tání, protože ionty se mohou volně pohybovat a vést elektrický proud.
Typy atomů a sloučenin
Na druhou stranu nekovové atomy mají ve vnějším obalu velké množství elektronů a při účasti na reakcích tvoří anionty.
Když se kovové a nekovové atomy spojí, vytvoří různé typy sloučenin:
| Typ připojení | Příklady látek |
|---|---|
| Iontové spojení | chlorid sodný (NaCl), oxid vápenatý (CaO) |
| Kovalentní vazba | voda (H2O), čpavek (NH3) |
| Kovová vazba | železo (Fe), hliník (Al) |
Iontová sloučenina je charakterizována tvorbou iontů různých nábojů a meziatomálními vazbami mezi nimi. V kovalentní sloučenině se elektrony úspěšně dělí mezi atomy a vytvářejí kovalentní vazby. Kovová sloučenina nastává po vytvoření takzvaného "elektronického moře", kde se elektrony volně pohybují mezi kovovými atomy.
Typ atomů a sloučenin tedy hraje důležitou roli v mnoha aspektech chemie a určuje jejich fyzikální a chemické vlastnosti.