החומר מורכב מחלקיקים קטנים שאינם נראים לעין האדם, הנקראים אטומים ומולקולות שהם המרכיבים העיקריים של מה שאנו מכירים כיום כחומר.
החלקיקים הנ"ל הם בדרך כלל להיכנס לתהליך מליטה המכונה מליטה כימית, ואלו נחקרים בכימיה כדי להיות מסוגלים להבין את אלפי התהליכים הביולוגיים המתרחשים מדי יום לפנינו אך לא ניתן לתפוס אותם בקלות. באמצעותם הם הצליחו להבין את מרבית האירועים שהופכים את העולם כפי שהוא.
מהם קשרים כימיים?
כל הדברים הקיימים בעולם, כולל יצורים חיים, ביניהם בני אדם, מורכבים מאיחוד של כמה אטומים ומולקולות שמחליטים להצטרף בתהליך המכונה קשר כימי. זה ידוע היטב שכל האורגניזמים החיים ואפילו האינרטים (עצמים דוממים) מורכבים מחומר, וזה תלוי בקשרים כימיים כדי להצליח ליצור את עצמו.
תלוי באופן בו מחברים את האטומים והמולקולות, ניתן לקבוע איזה סוג של קשר כימי מטופל, ובין הנפוצים ביותר ניתן למצוא קשרים יוניים, קוולנטיים ומתכתיים, אם כי שני סוגים של קשרים נמצאו חדשים. קשרים שאינם ידועים במיוחד בכל הנוגע לנושא, שהם קשרי גשר מימן וואן דר וואלס.
קשרים כימיים נקראים כוחות שיוצרים שני אטומים או יותר נשארים יחד זמן מסוים, ומאפשרים העברת אלקטרונים ביניהם.
תהליך המשיכה המתרחש בין שני האטומים במשהו קצת מוזר אך שאם הוא מנותח במעט תשומת לב ניתן להבין אותו בקלות רבה. הדבר העיקרי שצריך לדעת הוא שהגרעינים שיש להם מטענים חיוביים מתרחקים, אך יחד עם זאת הם יכולים להימשך בזכות האלקטרונים עם המטען השלילי שנמצאים על פני השטח שלהם, אשר בכמה הזדמנויות יכולים להיות גדולים מהכוח שהוא גורם לגרעינים להתרחק.
כאשר תהליך הקשר הכימי קורה בדרך כלל, אם לא כל הזמן יש אטומים שמאבדים אלקטרונים בעוד שאחרים מנצחים, אך בסוף התהליך ניתן לראות יציבות חשמלית בין כל הפעולות.
5 סוגי הקשרים הכימיים
הקשרים הכימיים וחלק מהמאפיינים שלהם יוצגו להלן על מנת להבין כיצד הם פועלים.
קישורי מתכת
בסוג זה של קשר ניתן לראות כיצד נוצר ענן המחזיק את כל קבוצת האטומים, שנוצרת על ידי האלקטרונים הרופפים. ניתן לראות בתהליך זה כיצד הופכים אטומים לאלקטרונים וליונים, במקום להתרחש כרגיל ולהשאיר אטום סמוך.
קשרים מתכתיים יוצרים בדרך כלל רשתות הנחשבות גבישיות, בעלות אינדקס תיאום גבוה.
על פני הרשתות הללו ניתן לראות שלושה סוגים שונים של רשתות גבישיות, שיש בהן נקודות תיאום שונות המשתנות בהתאם למיקומן, ומגיעות ל -12 נקודות, 8 נקודות והאחרונה עם 6 נקודות, ללא. עם זאת, נאמר כי רמת הערכיות של אטומי המתכת היא תמיד קטנה.
קשרים יוניים
כאשר אנו מדברים על קשרים יוניים, אנו רוצים להתייחס לאיחוד בין אטומים בעלי אנרגיה אלקטרוסטטית מועטה לאלה שיש להם אנרגיה מאותה סוג הגדולה מהראשונים, שהם בדרך כלל יסוד מתכתי ואלמנט לא מתכתי. . כדי שזה יקרה יש צורך שאחד האטומים יאבד אלקטרונים, והשני יוכל להשיג אותם ברציפות. לכן ניתן לתאר קשר זה כתהליך בו לשני אטומים יש משיכה אלקטרוסטטית, בה אחד משתתף במשיכה גדולה יותר והשני בפחות משיכה.
הוצג כי לאלמנטים שאינם מתכתיים חסר אלקטרון בהרכבם כדי להיות מסוגל לקבל את מסלולם השלם ומסיבה זו הוא הופך למקלט של התהליך, הנקרא אניון.
יסודות מתכתיים ידועים כקטיונים מכיוון שיש להם מטען חיובי ההפוך מאניונים, ומכיוון שיש להם אלקטרון באחרון בהרכבם, יש להם יכולת להיקשר לאטומים אחרים, במקרה זה לא מתכתי.
בהנחיית מה שתואר, ניתן להסיק שבסוג זה של קשר כימי האטומים נמשכים מכוח אלקטרוסטטי, ולכן האניון מושך את הקטיון, וזה כאשר ניתן לצפות בו כאשר אחד האטומים מניב ואילו האחר סופג. כאשר תרכובת זו נשארת מוצקה, היא נשארת כמתואר ויציב, אך ברגע המדויק היא ממוקמת בסביבה לחה או כברירת מחדל בנוזל כלשהו, הם היו נפרדים שוב, תוך שמירה על המטענים החשמליים שלהם.
קשרים קוולנטיים
בקשרים קוולנטיים לאטומים יש יכולת למשוך ולשתף אלקטרונים או לספוג אותם כמו במקרים שהוזכרו לעיל, והוכח שכאשר אלה מתרחשים היונים יציבים הרבה יותר.
אמנם ניתן לומר שלרוב הקישורים יש יכולת להיות מוליכים לחשמל, אך במקרה זה מתברר שחלק גדול אינו. כל החומרים האורגניים מורכבים מקשרים קוולנטיים, מכיוון שכאמור לעיל הוא יציב הרבה יותר.
לקשרים אלה יש חלוקה משלהם המשתנה בהתאם לשאלה אם מדובר בתערובת טהורה או לא, אשר נקראו קשרים קוטביים וקשרים לא קוטביים עליהם ניתן הסבר קצר להלן.
קשר קוולנטי קוטבי
המאפיין העיקרי של קשרים קוולנטיים קוטביים הוא שהם א-סימטריים לחלוטין, במובן שלאטומים עם מטען חיובי או שלילי יכולים להיות שני אלקטרונים לחלוק או שני רווחים לספוג ואילו לשני יש רק אחד, ומשנה את המקרים. אלה קורים כמעט זהה לקשרים יוניים, אך עם ההבדל היחיד שכדי שהאטומים יתאחדו, נוצר קשר קוולנטי קוטבי. כדי שאלו יתרחשו הם צריכים להתרחש בין שני אלמנטים שאינם מתכתיים שונים לחלוטין,
קשר קוולנטי לא קוטבי
בניגוד לסוג הקשר הכימי שתואר לעיל, במקרה זה חייבים להיות שני אטומים או יותר לא מתכת מאותו הסוג. זה שונה לחלוטין מקוטב בכל המובנים, וניתן להדגים זאת על ידי ידיעה שכששני אטומים מאותו יסוד חולקים אלקטרונים מכיוון שהתהליך סימטרי לחלוטין, הם נשארים מאוזנים ושניהם מקבלים ותורמים אלקטרונים באותה מידה.
קשרי קשרי מימן
מימן מאופיין בכך שיש תמיד מטען חיובי, וכדי לבצע קשר זה יש צורך שהוא יימשך על ידי אטום בעל מטען אלקטרוני, שבזכות תהליך זה ניתן לראות כיצד נוצר איחוד בין שניים בזה שהיה נקוב כמו גשר מימן שממנו נגזר שם הקשר.
קישורים לוואן דר וואלס
בסוג זה של קישורים, ניתן למצוא את האיחוד בין שני דיפולות קבועות, כמו גם בין שני דיפולות המושרות, או שיש אפשרות שיימצאו איחודים בין דיפול קבוע למושרה. הדרך היחידה שזה קורה היא בין שתי מולקולות סימטריות, שמתחילות לפעול כשיש משיכה או דחייה בין מולקולות או כברירת מחדל האינטראקציה בין יונים למולקולות.
בזכות המחקר המתמיד ש חל על כל סוגי הקשרים הכימיים הקיימים הוא שאפשר היה להבין קצת יותר כיצד חומר עובד וכיצד ניתן להפוך אותו למוצר חדש לחלוטין או לחזור לצורתו לאחר שינוי בפעולת החלפת אלקטרונים כמתואר ברוב התהליכים הללו.
כל הידע הזה הושג בזכות התקדמות הטכנולוגיה, מכיוון שקודם לכן היו משערים רק על קיומם של אטומים ודוגמא לכך היא קיומם של מודלים אטומיים של הוגים פילוסופיים גדולים, אם כי הם לא היו כל כך רחוקים ממה שהוא ידוע היום, היום ניתן היה להבין טוב יותר את התהליכים.