Apakah yang menyatukan atom? Ikatan ion, kovalen dan logam

Mengapa atom berikat

Atom berikat kerana ia membolehkannya mencapai susunan elektron luar yang lebih stabil, selalunya petala luar yang penuh seperti gas adi. Hanya elektron luar, iaitu elektron valens, yang mengambil bahagian, dan atom boleh melepaskannya, menerimanya atau berkongsinya. Setiap pilihan membawa kepada jenis ikatan yang berbeza.

Ikatan ion: memberi dan menerima elektron

Ikatan ion biasanya terbentuk antara logam dan bukan logam. Atom logam kehilangan elektron dan menjadi ion positif, dan atom bukan logam memperoleh elektron itu dan menjadi ion negatif. Cas yang bertentangan saling menarik dengan kuat, dan tarikan itulah ikatan ion.

Garam meja ialah contoh klasik. Atom natrium memberikan satu elektron luarnya kepada atom klorin, membentuk Na⁺ dan Cl⁻. Hablur garam tidak mengandungi pasangan NaCl yang berasingan. Sebaliknya, setiap Na⁺ dikelilingi enam ion Cl⁻ dan setiap Cl⁻ dikelilingi enam ion Na⁺, dalam corak berbentuk kubus yang berulang dipanggil kekisi hablur.

Sebatian ion biasanya pepejal yang keras dan rapuh dengan takat lebur yang tinggi: garam melebur pada 801 °C. Ia tidak mengalirkan elektrik sebagai pepejal, tetapi ia mengalirkannya apabila dileburkan atau dilarutkan dalam air, kerana ion kemudiannya bebas bergerak.

Ikatan kovalen: berkongsi elektron

Ikatan kovalen biasanya terbentuk antara dua atom bukan logam. Tiada satu pun atom yang menarik cukup kuat untuk mengambil elektron daripada yang lain, maka kedua-duanya berkongsi sepasang elektron sebaliknya. Pasangan yang dikongsi itu ditarik oleh kedua-dua nukleus, yang menyatukan atom. Sekumpulan atom yang disatukan dengan cara ini dipanggil molekul.

Dalam molekul air, H₂O, atom oksigen berkongsi satu pasangan elektron dengan setiap satu daripada dua atom hidrogen. Oksigen pada mulanya mempunyai 6 elektron luar dan kini mempunyai 8 di sekelilingnya, dan setiap hidrogen kini mempunyai 2, petala pertama yang penuh. Atom juga boleh berkongsi dua pasangan, membentuk ikatan ganda dua seperti dalam O₂, atau tiga pasangan, membentuk ikatan ganda tiga seperti dalam N₂.

Banyak bahan kovalen mempunyai takat lebur dan takat didih yang rendah, maka ia sering berbentuk gas atau cecair pada suhu bilik; air mendidih pada 100 °C. Beberapa bahan, seperti berlian, membentuk rangkaian gergasi ikatan kovalen dan sangat keras.

Ikatan logam: lautan elektron

Dalam logam, atom membebaskan elektron luarnya ke dalam kolam kongsi yang bergerak bebas melalui seluruh logam itu. Apa yang tinggal ialah susunan sekata ion logam positif, yang disatukan oleh “lautan” elektron ini. Tarikan antara ion dan elektron yang bergerak itulah ikatan logam.

Elektron bebas membawa arus elektrik, itulah sebabnya kuprum digunakan untuk dawai, dan ia membawa haba, itulah sebabnya sudu logam dalam sup panas cepat menjadi panas. Oleh sebab ikatan tidak tetap antara atom tertentu, lapisan ion boleh menggelongsor melepasi antara satu sama lain, maka logam boleh dibengkokkan dan dipalu menjadi kepingan dan bukannya berderai.

Menggunakan keelektronegatifan untuk meramalkan ikatan

Keelektronegatifan mengukur sekuat mana sesuatu atom menarik elektron yang dikongsi. Untuk membandingkan dua atom, tolak nilai yang lebih kecil daripada yang lebih besar. Sebagai panduan kasar, perbezaan di bawah kira-kira 0.4 bermaksud elektron dikongsi hampir sama rata (kovalen tidak berkutub), perbezaan antara kira-kira 0.4 dan 1.7 bermaksud ia dikongsi secara tidak sama rata (kovalen berkutub), dan perbezaan di atas kira-kira 1.7 biasanya bermaksud ikatan ion.

Natrium klorida: 3.16 − 0.93 = 2.23, maka ikatan itu ialah ikatan ion. Air: oksigen (3.44) dan hidrogen (2.20) berbeza sebanyak 1.24, maka ikatan O–H ialah kovalen berkutub. Oksigen menarik elektron yang dikongsi lebih dekat dan membawa cas negatif yang kecil, manakala atom hidrogen sedikit positif. Gas klorin, Cl₂: 3.16 − 3.16 = 0, maka elektron dikongsi dengan sama rata sepenuhnya.

Had ini ialah panduan kasar, dan buku teks menggunakan nombor yang sedikit berbeza, kerana pengikatan sebenarnya ialah skala beransur. Jalan pintas berfungsi pada kebanyakan masa: logam + bukan logam menghasilkan ikatan ion, bukan logam + bukan logam menghasilkan ikatan kovalen, dan logam + logam menghasilkan ikatan logam.