Rodzaje wiązań chemicznych — jonowe i atomowe

Rodzaj wiązania determinuje niemal wszystkie właściwości substancji: temperaturę topnienia, rozpuszczalność i przewodnictwo. Poniżej trzy główne typy i reguła pozwalająca je przewidzieć.

Wiązanie jonowe

Powstaje, gdy jeden atom oddaje elektron, a drugi go przyjmuje. Tworzą się jony o przeciwnych ładunkach, które przyciągają się elektrostatycznie.

Występuje między metalem a niemetalem — klasycznym przykładem jest chlorek sodu, czyli sól kuchenna. Sód oddaje elektron chlorowi, powstają jony Na⁺ i Cl⁻.

Właściwości: wysokie temperatury topnienia, kruchość, rozpuszczalność w wodzie, przewodzenie prądu w roztworze i po stopieniu, ale nie w stanie stałym.

Wiązanie kowalencyjne (atomowe)

Atomy wspólnie użytkują parę elektronów, zamiast ją przekazywać. Występuje między niemetalami.

• Niespolaryzowane — między identycznymi atomami, elektrony rozłożone równomiernie: H₂, O₂, N₂
• Spolaryzowane — między różnymi niemetalami, elektrony przesunięte ku bardziej elektroujemnemu: H₂O, HCl

Właściwości: zwykle niskie temperatury topnienia, słabe przewodnictwo, częsta rozpuszczalność w rozpuszczalnikach organicznych.

Wiązanie metaliczne

W metalach elektrony walencyjne nie należą do konkretnych atomów, lecz tworzą wspólną „chmurę” swobodnie poruszającą się w całej strukturze.

To tłumaczy typowe cechy metali: przewodzą prąd i ciepło (bo elektrony mogą się przemieszczać), są kowalne i ciągliwe (warstwy atomów mogą się przesuwać bez zerwania wiązania) oraz mają połysk.

Jak przewidzieć rodzaj wiązania

Decyduje różnica elektroujemności pierwiastków w skali Paulinga:

• Poniżej 0,4 — kowalencyjne niespolaryzowane
• 0,4 – 1,7 — kowalencyjne spolaryzowane
• Powyżej 1,7 — jonowe

Granice są umowne, bo przejście jest płynne. W praktyce nie ma wiązań w pełni jonowych — nawet w chlorku sodu elektron nie zostaje przekazany całkowicie. Mówimy raczej o przewadze jednego charakteru nad drugim.

Dlaczego woda ma nietypowe właściwości

Cząsteczka wody ma wiązania kowalencyjne spolaryzowane, przez co jeden jej koniec jest lekko dodatni, a drugi ujemny. Sąsiednie cząsteczki przyciągają się więc nawzajem — to wiązania wodorowe.

Stąd bierze się wysoka temperatura wrzenia wody w porównaniu z podobnymi związkami, jej duża pojemność cieplna oraz to, że lód pływa po wodzie. Bez wiązań wodorowych woda wrzałaby około −80°C i nie istniałaby na Ziemi w stanie ciekłym.

Podsumowanie w tabeli

• Jonowe — metal + niemetal, przekazanie elektronu, wysokie temperatury topnienia
• Kowalencyjne — niemetal + niemetal, wspólna para elektronów, niskie temperatury topnienia
• Metaliczne — metal + metal, chmura elektronowa, przewodnictwo i kowalność