Co drží atomy pohromadě? Iontové, kovalentní a kovové vazby

Proč se atomy vážou

Atomy se vážou proto, že tak mohou dosáhnout stabilnějšího uspořádání vnějších elektronů, často plné vnější slupky jako u vzácného plynu. Účastní se jen vnější elektrony, valenční elektrony, a atomy je mohou odevzdat, přijmout nebo sdílet. Každá volba vede k jinému druhu vazby.

Iontové vazby: odevzdávání a přijímání elektronů

Iontová vazba obvykle vzniká mezi kovem a nekovem. Atom kovu odevzdá elektrony a stane se kladným iontem a atom nekovu je přijme a stane se záporným iontem. Opačné náboje se silně přitahují a tato přitažlivost je iontová vazba.

Klasickým příkladem je kuchyňská sůl. Atom sodíku předá svůj jediný vnější elektron atomu chloru a vzniknou Na⁺ a Cl⁻. Krystal soli neobsahuje samostatné dvojice NaCl. Místo toho je každý Na⁺ obklopen šesti ionty Cl⁻ a každý Cl⁻ šesti ionty Na⁺ v opakujícím se krychlovém uspořádání zvaném krystalová mřížka.

Iontové sloučeniny jsou obvykle tvrdé, křehké pevné látky s vysokými teplotami tání: sůl taje při 801 °C. Jako pevné látky nevedou elektrický proud, ale vedou ho po roztavení nebo rozpuštění ve vodě, protože ionty se pak mohou volně pohybovat.

Kovalentní vazby: sdílení elektronů

Kovalentní vazba obvykle vzniká mezi dvěma atomy nekovů. Žádný z atomů netáhne dostatečně silně, aby druhému elektrony odebral, a proto sdílejí pár elektronů. Sdílený pár je přitahován oběma jádry, což atomy drží pohromadě. Skupina takto spojených atomů se nazývá molekula.

V molekule vody, H₂O, sdílí atom kyslíku jeden pár elektronů s každým ze dvou atomů vodíku. Kyslík začínal se 6 vnějšími elektrony a nyní jich má kolem sebe 8 a každý vodík jich má nyní 2, tedy plnou první slupku. Atomy mohou sdílet i dva páry, což vytváří dvojnou vazbu jako v O₂, nebo tři páry, což vytváří trojnou vazbu jako v N₂.

Mnohé kovalentní látky mají nízké teploty tání a varu, takže jsou za pokojové teploty často plyny nebo kapaliny; voda vře při 100 °C. Některé, například diamant, tvoří obrovské sítě kovalentních vazeb a jsou nesmírně tvrdé.

Kovové vazby: moře elektronů

V kovu atomy uvolňují své vnější elektrony do společného souboru, který se volně pohybuje celým kovem. Zůstane pravidelné uspořádání kladných kovových iontů držených pohromadě tímto „mořem“ elektronů. Přitažlivost mezi ionty a pohybujícími se elektrony je kovová vazba.

Volné elektrony vedou elektrický proud, a proto se z mědi vyrábějí dráty, a vedou také teplo, a proto se kovová lžíce v horké polévce rychle zahřeje. Protože vazby nejsou pevně dané mezi určitými atomy, mohou se vrstvy iontů po sobě posouvat, takže se kovy ohýbají a lze je roztepat na plechy, místo aby se roztříštily.

Předpovídání vazby pomocí elektronegativity

Elektronegativita měří, jak silně atom přitahuje sdílené elektrony. Chceš-li porovnat dva atomy, odečti menší hodnotu od větší. Jako hrubé vodítko platí, že rozdíl menší než asi 0,4 znamená, že jsou elektrony sdíleny téměř stejně (nepolární kovalentní vazba), rozdíl mezi asi 0,4 a 1,7 znamená, že jsou sdíleny nerovnoměrně (polární kovalentní vazba), a rozdíl větší než asi 1,7 obvykle znamená iontovou vazbu.

Chlorid sodný: 3,16 − 0,93 = 2,23, takže vazba je iontová. Voda: kyslík (3,44) a vodík (2,20) se liší o 1,24, takže vazby O–H jsou polární kovalentní. Kyslík přitahuje sdílené elektrony blíže a nese malý záporný náboj, zatímco atomy vodíku jsou mírně kladné. Plynný chlor, Cl₂: 3,16 − 3,16 = 0, takže elektrony jsou sdíleny dokonale rovnoměrně.

Tyto hranice jsou hrubá vodítka a učebnice používají mírně odlišná čísla, protože vazba je ve skutečnosti plynulá stupnice. Většinou funguje zkratka: kov + nekov dává iontovou vazbu, nekov + nekov dává kovalentní vazbu a kov + kov dává kovovou vazbu.