jakmile je pochopen způsob, jakým jsou atomy sestaveny, lze řešit otázku, jak spolu interagují-zejména jak vytvářejí vazby pro vytvoření molekul a makroskopických materiálů. Existují tři základní způsoby, že vnější elektrony atomů mohou tvořit dluhopisy:

Přečtěte si Více o Tomto Tématu

chemická vazba: Atomová struktura a vazba

abychom porozuměli tvorbě vazeb, je nutné znát obecné rysy elektronické struktury atomů-tj…

1. elektrony mohou být přenášeny z jednoho atomu na druhý.
2. elektrony mohou být sdíleny mezi sousedními atomy.
3. elektrony mohou být sdíleny se všemi atomy v materiálu.

první způsob vede k tomu, co se nazývá iontová vazba. Vezměme si jako příklad atom sodíku, který má na své nejvzdálenější oběžné dráze jeden elektron, který se blíží atomu chloru, který má sedm. Protože vyplnění nejvzdálenějšího pláště těchto atomů vyžaduje osm elektronů, atom chloru lze považovat za chybějící jeden elektron. Atom sodíku daruje svůj jediný valenční elektron, aby vyplnil otvor ve skořápce chloru a vytvořil systém chloridu sodného na nižší celkové energetické úrovni.

atom, který má více nebo méně elektronů na oběžné dráze, než protonů v jádře se nazývá iont. Jakmile je elektron z jeho valenční skořápky přenesen, atomu sodíku bude chybět elektron; proto bude mít kladný náboj a stane se sodným iontem. Současně atom chloru, který získal další elektron, převezme záporný náboj a stane se iontem chloru. Elektrická síla mezi těmito dvěma opačně nabitými ionty je atraktivní a uzamkne je dohromady. Výsledná sloučenina chloridu sodného je krychlový krystal, běžně známý jako běžná stolní sůl.

druhá výše uvedená strategie vazby je popsána kvantovou mechanikou. Když se dva atomy přiblíží k sobě, mohou sdílet pár nejvzdálenějších elektronů (přemýšlejte o atomech jako o házení elektronů tam a zpět mezi nimi), aby vytvořily kovalentní vazbu. Kovalentní vazby jsou zvláště běžné v organických materiálech, kde molekuly často obsahují dlouhé řetězce atomů uhlíku(které mají ve svých valenčních skořápkách čtyři elektrony).

konečně, v některých materiálech se každý atom vzdává vnějšího elektronu, který se pak volně vznáší—v podstatě je elektron sdílen všemi atomy v materiálu. Elektrony tvoří druh moře, ve kterém kladné ionty vznášejí jako kuličky v melasě. Tomu se říká kovová vazba a, jak název napovídá, to je to, co drží kovy pohromadě.

existují také způsoby, jak se atomy a molekuly spojit, aniž by skutečně vyměňovaly nebo sdílely elektrony. V mnoha molekul vnitřní síly jsou takové, že elektrony mají tendenci clusteru na jednom konci molekuly, přičemž druhý konec s pozitivní náboj. Celkově molekula nemá čistý elektrický náboj—je to jen to, že kladné a záporné náboje se nacházejí na různých místech. Například ve vodě (H2O) mají elektrony tendenci trávit většinu času v blízkosti atomu kyslíku, přičemž oblast atomů vodíku zůstává kladným nábojem. Molekuly, jejichž náboje jsou uspořádány tímto způsobem, se nazývají polární molekuly. Například atom nebo ion, který se blíží k polární molekule ze své negativní strany, zažije silnější negativní elektrickou sílu než vzdálenější pozitivní elektrická síla. To je důvod, proč se mnoho látek rozpouští ve vodě: molekula polární vody může vytáhnout ionty z materiálů působením elektrických sil. Zvláštní případ polárních sil se vyskytuje v tom, co se nazývá vodíková vazba. V mnoha situacích, když vodík tvoří kovalentní vazbu s jiným atomem, elektrony se pohybují směrem k tomuto atomu a vodík získává mírný kladný náboj. Vodík zase přitahuje další atom, čímž vytváří jakýsi most mezi nimi. Mnoho důležitých molekul, včetně DNA, závisí na struktuře vodíkových vazeb.

Konečně, tam je způsob, jak pro slabá vazba se tvoří mezi dvěma elektricky neutrální atomy. Nizozemský fyzik Johannes van der Waals poprvé teoretizoval mechanismus pro takovou vazbu v roce 1873 a nyní je znám jako Van der Waalsovy síly. Když se dva atomy přiblíží k sobě, jejich elektronové mraky vyvíjejí na sebe odpudivé síly, takže se atomy polarizují. V takových situacích je možné, že elektrická přitažlivost mezi jádrem jednoho atomu a elektrony druhého překoná odpudivé síly mezi elektrony a vytvoří se slabá vazba. Jeden příklad této síly lze vidět v běžném olově grafitové tužky. V tomto materiálu jsou atomy uhlíku drženy pohromadě v listech silnými kovalentními vazbami, ale listy jsou drženy pohromadě pouze van der Waalsovými silami. Když je tužka nakreslena přes papír, síly van der Waals se zlomí, a listy uhlíku se odtrhnou. To vytváří tmavý pruh tužky.