Валентні електрони. Хiмiчнi зв’язки атомів
Сталий стан простих речовин забезпечується поєднанням їх атомів в молекули. Це відбувається з наближенням атомів на відстань, близьку до їх радіусів. Таким чином одна з умов виникнення хімічного зв’язку — це ущільнення речовини.
При цьому з’являються електричні сили взаємного притягання або відштовхування атомів у залежності від властивостей електронів на зовнішніх рівнях атомів.
Таким чином, хімічний зв’язок атомів обумовлений електричними та магнітними силами взаємодії електронів та ядер.
Електрони, якi приймають участь в утворенні хімічних зв’язків називаються валентними. Вони знаходяться в незаповнених електронних шарах атома i можуть бути не тільки електронами першого зовнішнього шару, але i другого, i третього.
Валентністю називається властивість атома даного елемента приєднувати визначену кількість атомів інших елементів.
Усі елементи за валентністю можна розподілити на три групи:
— із постійною валентністю: Н Nа, К (одновалентні), Са, Ва, Rа (двовалентні), Al (тривалентний);
— із змінною валентністю: карбон у складі СО є двовалентний, а в сполуці СО2 — чотиривалентний;
— в яких відсутня валентність: інертні гази — гелій Не, неон Ne, аргон Ar, криптон Kr, ксенон Xe, радон Rn.
За характером з’єднань атомів між собою розрізняють такі основні види хімічного зв’язку: ковалентний, полярний, іонний, донорно — акцепторний, металевий, міжмолекулярний.
Ковалентний зв’язок — характеризується об’єднаннями електронних шарів однойменних атомів. Атоми речовин із ковалентним зв’язком об’єднуються між собою валентними електронами спільних шарів. Отримані речовини є сталими сполуками.
Іонний зв’язок— характеризується притяганням позитивних та негативних iонiв. Це зв’язок металів із неметалами. В цих сполуках валентні електрони атомів метала переходять до атомів металу й зв’язок між ними утворюється за рахунок електростатичної взаємодії з’явившихся iонiв позитивно ти негативно заряджених, що утворилися.
Металевий зв’язок — характеризується взаємодією позитивних iонiв кристалічних гратiв метала та вільних електронів. Цей зв’язок пояснює наявність високої електропровідності металів. Атоми металу легко віддають валентні електрони, перетворюючись у позитивно заряджені iони. Легкість виходу електронів з атомів визначає хімічну активність металів.
В залежності від хімічної активності у воді метали розрізняються між собою та розміщуються в ряду напруг — від лiтiю Li до золота Au
Міжмолекулярний зв’язок – характеризується наявністю сили притягання молекул речовини між собою. Цей зв’язок має визначне значення для діелектричних, механічних та інших властивостей. Особливо міцні міжмолекулярні зв’язки у полімерів: капрону, нейлону та ін.
Доноро-акцепторний зв’язок – характеризується тим, що атоми деяких елементів (домішкових) віддають по одному електрону в кристалічні грати основного елемента (такі атоми звуться донорними) або захоплюють один електрон з основного елемента (такі атоми звуться акцепторними).
Донорні атоми постачають енергію в зону вільних рівнів і створюють у речовині електронну електропровідність – типа n (negative).
Акцепторні атоми утворюють вільні рівні енергії і діркову електропровідність – типа р (positive).
Домішки створюють умови напівпровідності в деяких речовинах (в елементах 4-ї групи таблиці Менделєєва). Наприклад, у германію Ge (із донорною домішкою миш’яку As і акцепторною In), а також, у кремнію Si (із донорною домішкою фосфору P та акцепторною домішкою брому Br або алюмінію Al).