Χημικός δεσμός

Το ελάχιστο ενέργειας ορίζει τον δεσμό

Σε μεγάλη απόσταση δύο άτομα αλληλεπιδρούν ασθενώς. Καθώς πλησιάζουν, οι πυρήνες έλκουν ηλεκτρονιακή πυκνότητα και η ενέργεια μπορεί να μειωθεί. Αν πλησιάσουν υπερβολικά, απώσεις πυρήνα–πυρήνα και ηλεκτρονίου–ηλεκτρονίου αυξάνονται απότομα.

Το μήκος ισορροπίας είναι η απόσταση στο ελάχιστο της καμπύλης δυναμικής ενέργειας. Η διάσπαση δεσμού απαιτεί ενέργεια επειδή μετακινεί το σύστημα μακριά από αυτό το ελάχιστο. Μήκος δεσμού και ενέργεια δεσμού συνδέονται, αλλά είναι διαφορετικά φυσικά μεγέθη.

Ιοντικός, ομοιοπολικός και μεταλλικός δεσμός

Σε ιοντικό κρύσταλλο κάθε κατιόν αλληλεπιδρά με πολλά ανιόντα και αντίστροφα. Το στερεό NaCl είναι εκτεταμένο ηλεκτροστατικό πλέγμα, όχι συλλογή ανεξάρτητων μορίων NaCl. Μεγαλύτερα φορτία και μικρότερες αποστάσεις συνήθως αυξάνουν το μέγεθος της ενέργειας πλέγματος.

Σε ομοιοπολικό δεσμό τροχιακά επικαλύπτονται και ηλεκτρονιακή πυκνότητα σταθεροποιεί την περιοχή ανάμεσα στους πυρήνες. Η μετωπική επικάλυψη δίνει σ δεσμό και η πλευρική επικάλυψη p τροχιακών π δεσμό. Στα μέταλλα οι καταστάσεις σθένους εκτείνονται σε πολλά άτομα και σχηματίζουν ενεργειακές ζώνες, επιτρέποντας αγωγιμότητα.

Πολικότητα και συνέχεια χαρακτήρα

Όταν τα δεσμευμένα άτομα έχουν διαφορετική ηλεκτραρνητικότητα, η κοινή πυκνότητα μετατοπίζεται προς το πιο ηλεκτραρνητικό άτομο και εμφανίζονται μερικά φορτία δ⁺ και δ⁻. Δεν υπάρχει παγκόσμια τιμή Δχ που να μετατρέπει ξαφνικά έναν δεσμό από «ομοιοπολικό» σε «ιοντικό».

Μικρά κατιόντα με μεγάλο φορτίο μπορούν να πολώσουν έντονα μεγάλα ανιόντα και να αυξήσουν τον ομοιοπολικό χαρακτήρα. Γι’ αυτό κανόνας «μέταλλο + αμέταλλο = καθαρά ιοντικό» είναι πολύ απλός για ενώσεις όπως AlCl₃.

Στο γραμμικό CO₂, οι δύο δεσμοί C=O είναι πολικοί, αλλά τα ισομεγέθη αντίθετα διανύσματα διπόλου αλληλοαναιρούνται· η πολικότητα δεσμού δεν αρκεί από μόνη της για να προβλέψει τη συνολική πολικότητα του μορίου.

Κβαντικές περιγραφές και αποτοπισμός

Η θεωρία μοριακών τροχιακών συνδυάζει ατομικά τροχιακά σε δεσμικά και αντιδεσμικά τροχιακά που μπορούν να εκτείνονται σε ολόκληρο μόριο. Η τάξη δεσμού είναι (ηλεκτρόνια δεσμικά − ηλεκτρόνια αντιδεσμικά)/2 και συνδέεται με σταθερότητα, μήκος και μαγνητισμό.

Οι δομές Lewis είναι εξαιρετικές για καταμέτρηση ηλεκτρονίων και τυπικών φορτίων, αλλά δεν είναι φωτογραφίες. Σε ανθρακικό, νιτρικό ή βενζόλιο η ηλεκτρονιακή πυκνότητα είναι αποτοπισμένη. Οι δομές συντονισμού είναι εναλλακτικά σχέδια του ίδιου κβαντικού συστήματος, όχι μόρια που αλλάζουν γρήγορα μεταξύ σχεδίων.

Από τον δεσμό στις ιδιότητες

Ιοντικά στερεά συχνά έχουν υψηλά σημεία τήξης και αγωγιμότητα όταν τα ιόντα μπορούν να κινηθούν. Μοριακές ουσίες έχουν ισχυρούς ενδομοριακούς δεσμούς αλλά οι μακροσκοπικές ιδιότητες επηρεάζονται από διαμοριακές δυνάμεις. Δικτυακά ομοιοπολικά στερεά όπως το διαμάντι μπορούν να είναι εξαιρετικά σκληρά.

Η θραύση δεσμού απαιτεί ενέργεια και ο σχηματισμός δεσμού την απελευθερώνει. Μέσες ενέργειες δεσμού μπορούν να εκτιμήσουν ενθαλπίες αντιδράσεων, αλλά δεν είναι ακριβώς ίδιες σε κάθε μόριο. Lewis, δεσμός σθένους και μοριακά τροχιακά είναι συμπληρωματικά μοντέλα· επιλέγουμε εκείνο που απαντά στην ερώτηση.