odată ce modul în care atomii sunt puși împreună este înțeles, se poate aborda problema modului în care interacționează între ei—în special, modul în care formează legături pentru a crea molecule și materiale macroscopice. Există trei moduri de bază prin care electronii exteriori ai atomilor pot forma legături:
-
electronii pot fi transferați de la un atom la altul.
-
electronii pot fi împărțiți între atomii vecini.
-
electronii pot fi împărțiți cu toți atomii dintr-un material.
prima cale dă naștere la ceea ce se numește o legătură ionică. Luați în considerare ca exemplu un atom de sodiu, care are un electron în orbita sa cea mai exterioară, apropiindu-se de un atom de clor, care are șapte. Deoarece este nevoie de opt electroni pentru a umple învelișul exterior al acestor atomi, atomul de clor poate fi considerat ca lipsind un electron. Atomul de sodiu donează electronul său unic de valență pentru a umple gaura din învelișul de clor, formând un sistem de clorură de sodiu la un nivel total de energie mai mic.
Encyclopedia Unixtdia Britannica, Inc.
un atom care are mai mulți sau mai puțini electroni pe orbită decât protonii din nucleul său se numește ion. Odată ce electronul din învelișul său de valență a fost transferat, atomului de sodiu îi va lipsi un electron; prin urmare, va avea o sarcină pozitivă și va deveni un ion de sodiu. În același timp, atomul de clor, după ce a câștigat un electron suplimentar, va prelua o sarcină negativă și va deveni un ion de clor. Forța electrică dintre acești doi ioni încărcați opus este atractivă și îi blochează împreună. Compusul de clorură de sodiu rezultat este un cristal cubic, cunoscut în mod obișnuit ca sare de masă obișnuită.a doua strategie de legătură enumerată mai sus este descrisă de mecanica cuantică. Când doi atomi se apropie unul de celălalt, ei pot împărți o pereche de electroni exteriori (gândiți-vă la atomi ca aruncând electronii înainte și înapoi între ei) pentru a forma o legătură covalentă. Legăturile covalente sunt deosebit de frecvente în materialele organice, unde moleculele conțin adesea lanțuri lungi de atomi de carbon (care au patru electroni în cochilii de valență).
în cele din urmă, în unele materiale, fiecare atom renunță la un electron exterior care apoi plutește liber—în esență, electronul este împărțit de toți atomii din material. Electronii formează un fel de mare în care ionii pozitivi plutesc ca marmura în melasă. Aceasta se numește legătură metalică și, după cum sugerează și numele, este ceea ce ține metalele împreună.
există, de asemenea, modalități prin care atomii și moleculele se leagă fără a schimba sau împărți efectiv electroni. În multe molecule forțele interne sunt de așa natură încât electronii tind să se grupeze la un capăt al moleculei, lăsând celălalt capăt cu o sarcină pozitivă. În general, molecula nu are sarcină electrică netă—doar că sarcinile pozitive și negative se găsesc în locuri diferite. De exemplu, în apă (H2O) electronii tind să-și petreacă cea mai mare parte a timpului în apropierea atomului de oxigen, lăsând regiunea atomilor de hidrogen cu o sarcină pozitivă. Moleculele ale căror sarcini sunt aranjate în acest fel se numesc molecule polare. Un atom sau ion care se apropie de o moleculă polară din partea sa negativă, de exemplu, va experimenta o forță electrică negativă mai puternică decât forța electrică pozitivă mai îndepărtată. Acesta este motivul pentru care multe substanțe se dizolvă în apă: molecula de apă polară poate scoate ionii din materiale prin exercitarea forțelor electrice. Un caz special de forțe polare apare în ceea ce se numește legătura de hidrogen. În multe situații, când hidrogenul formează o legătură covalentă cu un alt atom, electronii se deplasează spre acel atom, iar hidrogenul capătă o ușoară sarcină pozitivă. Hidrogenul, la rândul său, atrage un alt atom, formând astfel un fel de punte între cele două. Multe molecule importante, inclusiv ADN-ul, depind de legăturile de hidrogen pentru structura lor.
Encyclopedia Unixtdia Britannica, Inc.
În cele din urmă, există o modalitate de a forma o legătură slabă între doi atomi neutri din punct de vedere electric. Fizicianul olandez Johannes van der Waals a teoretizat pentru prima dată un mecanism pentru o astfel de legătură în 1873, iar acum este cunoscut sub numele de forțele van der Waals. Când doi atomi se apropie unul de celălalt, norii lor de electroni exercită forțe respingătoare unul asupra celuilalt, astfel încât atomii devin polarizați. În astfel de situații, este posibil ca atracția electrică dintre nucleul unui atom și electronii celuilalt să depășească forțele respingătoare dintre electroni și să se formeze o legătură slabă. Un exemplu al acestei forțe poate fi văzut în plumbul obișnuit al creionului de grafit. În acest material, atomii de carbon sunt ținuți împreună în foi prin legături covalente puternice, dar foile sunt ținute împreună doar de forțele van der Waals. Când un creion este desenat pe hârtie, forțele van der Waals se rup și foile de carbon se desprind. Aceasta este ceea ce creează dunga creionului întunecat.