Як з’єднуються атоми в молекулу
Атом - це найдрібніша стабільна (в більшості випадків) частка речовини. Молекулою ж називають кілька атомів, пов'язаних між собою. Саме молекули зберігають в собі інформацію про всі властивості певної речовини.
Атоми утворюють молекулу за допомогою різних типів зв'язку. Вони відрізняються між собою спрямованістю і енергією, за допомогою яких можна цей зв'язок утворити.
Квантовомеханічна модель ковалентного зв'язку
Ковалентний зв'язок утворюється за допомогою валентних електронів. При зближенні двох атомів спостерігається перекриття електронних хмар. При цьому електрони кожного атома починають рухатися в області, яка належить іншій атому. У просторі, що оточує їх, з'являється надлишковий негативний потенціал, який стягує позитивно заряджені ядра. Це можливо тільки за умови, що спини загальних електронів антіпараллельни (спрямовані в різні боки).
Ковалентний зв'язок характеризується досить великим значенням енергії зв'язку на кожен атом (близько 5 еВ). Це означає, що необхідно 10 еВ, щоб молекула з двох атомів, утворена ковалентним зв'язком, розпалася. Атоми можуть наблизитися один до одного на строго певний стан. При такому зближенні спостерігається перекриття електронних хмар. Принцип Паулі говорить, що навколо одного і того ж атома не може обертатися два електрона в однаковому стані. Чим більше спостерігається перекриття, тим більше відштовхуються атоми.
воднева зв'язок
Це окремий випадок ковалентного зв'язку. Її утворюють два атома водню. Саме на прикладі цього хімічного елемента в двадцятих роках минулого століття був показаний механізм утворення ковалентного зв'язку. Атом водню дуже простий у своїй будові, що дозволило вченим щодо точно вирішити рівняння Шредінгера.
іонна зв'язок
Кристал всім відомої кухонної солі утворюється за допомогою іонного зв'язку. Вона виникає, коли атоми, що утворюють молекулу, володіють великою різницею в електронегативності. Менш електронегативний атом (в разі кристала кухонної солі це натрій) віддає всі свої валентні електрони хлору, перетворюючись на позитивно заряджений іон. Хлор, в свою чергу, стає негативно зарядженим іоном. Ці іони пов'язані в структурі електростатичним взаємодією, яке характеризується досить великою силою. Ось чому іонна зв'язок володіє найбільшою міцністю (10 еВ на атом, що в два рази більше, ніж енергія ковалентного зв'язку).
В іонних кристалах дуже рідко спостерігаються дефекти різного роду. Електростатичне взаємодія міцно утримує позитивні і негативні іони в певних місцях, не даючи з'явитися вакансії, междоузелью і іншим дефектам кристалічної решітки.