när atomerna sätts ihop förstås frågan om hur de interagerar med varandra—i synnerhet hur de bildar bindningar för att skapa molekyler och makroskopiska material. Det finns tre grundläggande sätt att atomernas yttre elektroner kan bilda bindningar:

Läs mer om detta ämne

kemisk bindning: Atomstruktur och bindning

för att förstå bindningsbildning är det nödvändigt att känna till de allmänna egenskaperna hos atomernas elektroniska struktur—det vill säga arrangemanget…

1. elektroner kan överföras från en atom till en annan.
2. elektroner kan delas mellan angränsande atomer.
3. elektroner kan delas med alla atomer i ett material.

det första sättet ger upphov till det som kallas en jonisk bindning. Tänk som ett exempel en natriumatom, som har en elektron i sin yttersta omlopp, som kommer nära en kloratom, som har sju. Eftersom det tar åtta elektroner att fylla det yttersta skalet av dessa atomer, kan kloratomen betraktas som saknad en elektron. Natriumatomen donerar sin enda valenselektron för att fylla hålet i klorskalet och bildar ett natriumkloridsystem vid en lägre total energinivå.

en atom som har mer eller färre elektroner i omlopp än protoner i sin kärna kallas en jon. När elektronen från dess valensskal har överförts kommer natriumatomen att sakna en elektron; det kommer därför att ha en positiv laddning och bli en natriumjon. Samtidigt kommer kloratomen, som har fått en extra elektron, att ta en negativ laddning och bli en klorjon. Den elektriska kraften mellan dessa två motsatt laddade joner är attraktiv och låser dem ihop. Den resulterande natriumkloridföreningen är en kubisk kristall, allmänt känd som vanligt bordsalt.

den andra bindningsstrategin som anges ovan beskrivs av kvantmekanik. När två atomer kommer nära varandra kan de dela ett par yttersta elektroner (tänk på atomerna som att kasta elektronerna fram och tillbaka mellan dem) för att bilda en kovalent bindning. Kovalenta bindningar är särskilt vanliga i organiska material, där molekyler ofta innehåller långa kedjor av kolatomer (som har fyra elektroner i sina valensskal).slutligen, i vissa material ger varje atom upp en yttre elektron som sedan flyter fritt—i huvudsak delas elektronen av alla atomer i materialet. Elektronerna bildar ett slags hav där de positiva jonerna flyter som kulor i melass. Detta kallas metallbindningen och, som namnet antyder, är det det som håller metaller ihop.

det finns också sätt för atomer och molekyler att binda utan att faktiskt utbyta eller dela elektroner. I många molekyler är de inre krafterna sådana att elektronerna tenderar att kluster i ena änden av molekylen och lämnar den andra änden med en positiv laddning. Sammantaget har molekylen ingen elektrisk laddning-det är bara att de positiva och negativa laddningarna finns på olika platser. Till exempel, i vatten (H2O) tenderar elektronerna att tillbringa större delen av sin tid nära syreatomen och lämnar väteatomernas område med en positiv laddning. Molekyler vars laddningar är anordnade på detta sätt kallas polära molekyler. En atom eller jon närmar sig en polär molekyl från dess negativa sida, till exempel, kommer att uppleva en starkare negativ elektrisk kraft än den mer avlägsna positiva elektriska kraften. Det är därför många ämnen löses upp i vatten: den polära vattenmolekylen kan dra joner ur material genom att utöva elektriska krafter. Ett speciellt fall av polära krafter förekommer i det som kallas vätebindningen. I många situationer, när väte bildar en kovalent bindning med en annan atom, rör sig elektroner mot den atomen och väte förvärvar en liten positiv laddning. Väte lockar i sin tur en annan atom och bildar därmed en slags bro mellan de två. Många viktiga molekyler, inklusive DNA, beror på vätebindningar för deras struktur.

slutligen finns det ett sätt för en svag bindning att bildas mellan två elektriskt neutrala atomer. Holländsk fysiker Johannes van der Waals teoretiserade först en mekanism för ett sådant band 1873, och det är nu känt som van der Waals styrkor. När två atomer närmar sig varandra utövar deras elektronmoln repulsiva krafter på varandra, så att atomerna blir polariserade. I sådana situationer är det möjligt att den elektriska attraktionen mellan kärnan i en atom och elektronerna i den andra kommer att övervinna de repulsiva krafterna mellan elektronerna och en svag bindning kommer att bildas. Ett exempel på denna kraft kan ses i vanlig grafitpenna. I detta material hålls kolatomer samman i ark med starka kovalenta bindningar, men arken hålls samman endast av van der Waals-krafter. När en penna dras över papper, van der Waals krafter bryta, och ark av kol slough off. Detta är vad som skapar den mörka penna strimma.