Chemická väzba – 1. ročník SŠ

Chemická väzba – 1. ročník SŠ

Chemická väzba – základné poznámky

Atómy nemajú radi samotu

Atómy sa v prírode len výnimočne vyskytujú samostatne. Samostatne existujú najmä vzácne plyny, ktoré majú zaplnenú valenčnú vrstvu a sú energeticky stabilné.
Všetky ostatné atómy majú tendenciu spájať sa do molekúl alebo kryštálov pomocou chemických väzieb, aby dosiahli stabilnejší stav.

Prečo sa atómy zlučujú

Atómy sa zlučujú preto, aby:

• dosiahli zaplnenie valenčnej vrstvy elektrónov,
• získali elektrónové usporiadanie podobné vzácnym plynom,
• znížili celkovú energiu systému.

Príklad:

• Atóm vodíka má 1 elektrón vo valenčnej vrstve.
• V molekule H₂ majú oba atómy vodíka spoločné elektróny, čím dosiahnu stabilnejší stav.

Pojem chemickej väzby

Chemická väzba je súdržná sila, ktorá:

• pôsobí medzi atómami alebo iónmi,
• vzniká vtedy, keď sa zníži energia systému,
• môže vzniknúť alebo zaniknúť počas chemických reakcií.

Príklad reakcie:
O + O ⇄ O₂ + energia

Vznik chemickej väzby

Vznik chemickej väzby prebieha v niekoľkých krokoch:

• atómy sa k sebe priblížia tak, že sa prekryjú ich valenčné orbitaly,
• priestorové usporiadanie orbitalov musí umožniť vznik väzbových elektrónových párov,
• energia stabilnej molekuly je nižšia ako energia voľných atómov.

Základné pojmy

• Elektrónový pár – dvojica elektrónov podieľajúcich sa na väzbe
• Disociačná energia väzby – energia potrebná na rozštiepenie väzby (kJ/mol)
• Väzbová energia – energia uvoľnená pri vzniku väzby (kJ/mol)
• Pevnosť väzby – čím väčšia väzbová energia, tým pevnejšia väzba
• Dĺžka väzby – vzdialenosť jadier viazaných atómov (s rastúcou dĺžkou klesá pevnosť väzby)

Vznik molekuly H₂

Pri približovaní atómov vodíka:

• sa znižuje energia systému,
• v energetickom minime sa orbitaly čiastočne prekryjú a vzniká väzba,
• pri prílišnom priblížení dochádza k odpudzovaniu jadier a prudkému nárastu energie.

Znázornenie chemickej väzby

Chemickú väzbu môžeme znázorniť:

• prekryvom valenčných orbitalov,
• spojnicou v rámčekovom diagrame,
• väzbovou čiarou (H – H).

Chemické väzby podľa rozloženia elektrónovej hustoty

Väzba σ (sigma)

• vzniká prekryvom orbitalov na spojnici jadier (s–s, s–p, p–p),
• elektrónová hustota je sústredená medzi jadrami,
• je to základná väzba každej molekuly.

Väzba π (pí)

• vzniká prekryvom orbitalov mimo spojnice jadier (p–p, p–d, d–d),
• vyskytuje sa len spolu so σ väzbou,
• zodpovedá za násobnosť väzieb.

Typy chemických väzieb

Kovalentná väzba

• založená na zdieľaní elektrónových párov,
• môže byť jednoduchá, dvojitá alebo trojitá,
• väzbovosť atómu určuje počet väzieb, ktoré atóm vytvára.

Príklady väzbovosti:

• vodík – jednoväzbový
• kyslík – dvojväzbový
• síra – šesťväzbová

Nepolárna kovalentná väzba

• vzniká medzi atómami s rovnakou alebo veľmi podobnou elektronegativitou,
• rozdiel elektronegativít je menší ako 0,4,
• elektrónový pár je rozložený symetricky,
• molekuly sú elektricky neutrálne.

Polárna kovalentná väzba

• rozdiel elektronegativít je 0,4 až 1,7,
• elektrónový pár je posunutý k elektronegatívnejšiemu atómu,
• vznikajú parciálne náboje δ⁺ a δ⁻,
• molekuly majú elektrický dipól.

Koordinačná väzba

• osobitný prípad polárnej kovalentnej väzby,
• elektrónový pár poskytuje len jeden atóm – donor,
• druhý atóm je akceptor, ktorý pár prijíma,
• typická napríklad v amónnom katióne NH₄⁺.

Iónová väzba

• rozdiel elektronegativít je väčší ako 1,7,
• vznikajú ióny:
  • anión – záporne nabitý,
  • katión – kladne nabitý,
• medzi iónmi pôsobí elektrostatická sila,
• typická pre soli (napr. NaCl).

Kovová väzba

• vyskytuje sa v kovoch v pevnom skupenstve,
• katióny kovov sú obklopené delokalizovanými elektrónmi,
• vzniká elektrónový plyn,
• väzba nemá smerový charakter.

Slabé väzbové interakcie

Van der Waalsove sily

• pôsobia medzi molekulami vo všetkých skupenstvách,
• majú elektrostatický charakter,
• sú asi 100-krát slabšie než kovalentné väzby,
• ovplyvňujú teplotu topenia a varu látok.

Ich sila závisí od:

• polarity molekúl,
• veľkosti molekúl.

Vodíkové mostíky

• stoja medzi kovalentnou väzbou a Van der Waalsovými silami,
• vznikajú medzi:
  • atómom vodíka viazaným na F, O alebo N,
  • atómom susednej molekuly s voľným elektrónovým párom,
• sú mimoriadne dôležité pre živé organizmy (DNA),
• zvyšujú teplotu varu a topenia.

Kryštálová štruktúra

Kryštály

Kryštály sú tuhé látky:

• s pravidelným priestorovým usporiadaním častíc,
• vyznačujú sa symetriou.

Základná bunka je najmenšie usporiadanie častíc, ktoré sa v kryštáli pravidelne opakuje.

Rozdelenie kryštálov podľa častíc

• Iónové kryštály – tvrdé, krehké, vysoká teplota topenia
• Atómové kryštály – veľmi tvrdé, nerozpustné, elektrické nevodiče
• Molekulové kryštály – slabé väzby, nízka teplota topenia
• Kovové kryštály – dobré elektrické vodiče
• Vrstevnaté kryštály – mäkké, dobre štiepne
• Amorfné látky – nemajú pravidelnú štruktúru

Viď. prezentácia nižšie.