В ранните години на 19 век шведът J. J. Berzelius открива, че някои соли, разтворени във вода, провеждат електричество; Въз основа на този факт той постулира съществуването на електрически полюси, положителни и отрицателни, в този тип съединения.

валентната обвивка

Сто години по-късно, с огромно количество натрупани експериментални доказателства, германският физик Валтер Косел (1888-1956) предлага така наречения модел на йонно свързване. В този модел атом от съединението дава един или повече електрони (валентни електрони) на друг, за да остане с осем електрона в най-външната му обвивка. Следователно атомът, който се отказва от електрони, придобива положителен електрически заряд и се превръща в положителен йон или катион (фиг. 1).

Атомът, който печели прехвърления електрон или електрони, завършва октета във валентната му обвивка и също е електрически зареден, въпреки че зарядът му е отрицателен; следователно, той образува отрицателен йон или анион.

Фиг. 1 Металите отдават валентните електрони на неметалите при образуването на соли.

Получените йони с противоположни електрически заряди се привличат един друг.

Тази кохезивна сила ги държи заедно, образувайки съединение от йонния тип. Съединенията с йонни връзки представляват кристали, а не прости молекули, тъй като привличането на йони създава подреждане, наречено кристална решетка (фиг. 2).

Йонно свързване възниква, когато метал от фамилии 1 (алкални) или 2 (алкалоземни) от Периодичната таблица реагира с неметал, за да образува съединение. Например, натриевият хлорид е йонно съединение, изградено от фамилия 1 натриев метал и неметален хлор.

Фиг. 2 Кристална структура на натриев хлорид.

Докато Берцелиус се опитваше да обясни проводимостта на електрически ток във някои водни разтвори, други учени откриха, че не всички вещества, разтворени във вода, провеждат електричество. С течение на времето този факт породи друг свързващ модел, който обяснява по задоволителен начин поведението на тези вещества.

Именно Луис е този, който през 1916 г. предлага модела на ковалентната връзка. При този тип връзка атомите придобиват структурата на благородния газ, тоест остават с 8 електрона или пълна обвивка във всяка орбита, което ги прави много стабилни. Благородните газове са елементи, които винаги отговарят на това така наречено правило за октет (фиг. 3). Казва се, че молекулата има ковалентна връзка, когато всички атоми, които я съставят, споделят своите електрони по такъв начин, че всеки един да представя осем електрона във валентната си обвивка.

Фиг. 3 Електронно подреждане на благородни газове: във всички тях валентният слой е наситен.

Ковалентните връзки възникват главно между неметалите и са обозначени с тире между символите на атомите, които ги образуват; това представлява двойката споделени електрони. Например F2 може да бъде представен по този начин F - F.

Има два вида ковалентни връзки: чистият ковалентен, който се среща между едни и същи атоми, като F2, и полярният ковалентен, който се среща между различни атоми. Например водата е молекула с две полярни ковалентни връзки, където кислородният атом споделя двойка електрони с всеки водороден атом.

Съединенията, образувани от ковалентни връзки, са по-богати от йонните и могат да бъдат твърди, течни или газообразни. Почти всички са неразтворими във вода и са лоши проводници на електрическа енергия. Достатъчно е да се каже, че повечето от съставните части на живите същества и от хранителните вещества, присъстващи в диетата на всеки човек, са съединения с ковалентни връзки.

С атоми на въглерод, водород и кислород се образуват милиони съединения, в които всеки въглероден атом винаги образува четири ковалентни връзки. Като се има предвид огромното количество съединения, образувани с въглерод, част от химията е посветена на тяхното изучаване: Органична химия.

Ковалентната връзка, в която се споделя само една двойка електрони, се нарича единична връзка. Атомите понякога могат да споделят повече от една двойка електрони, за да завършат октета. Такъв е случаят с кислородния атом, който има шест валентни електрона и, за да завърши своя октет, той трябва да споделя две двойки електрони с друг атом от същия елемент.

Молекулата на кислорода показва две ковалентни връзки; следователно се казва, че има двойна връзка или ковалентна двойна връзка. Това се представя по този начин чрез структури на Луис:

Много съединения се образуват чрез свързване на атоми чрез двойни и тройни връзки. Такъв е случаят с въглеродния диоксид, който в твърдата си форма е известен като сух лед, и ацетиленът, газът, използван за заваряване, тъй като пламъкът му е много горещ и подходящ за топене на метали.

0 = C = 0
Въглероден двуокис
Н - С С - Н
Ацетилен

Металното свързване се получава в чисти метали и в сплави. Както при ковалентната връзка, атомите споделят двойки електрони; но в метала много атоми споделят много електрони.

Валентните електрони от чист метал, като сребро или мед, образуват поток от електрони, които свободно текат през металното парче. Тъй като електроните не принадлежат към нито един конкретен атом, атомите съществуват като положителни йони, които се неутрализират от отрицателните заряди на всички електрони. Металите образуват кристална решетка, както се вижда на фиг. 4.

Този модел на връзка обяснява много свойства на металите. Някои от тях са описани по-долу:

  • Високата плътност на металите се дължи на малкото пространство, което съществува между положителните йони.

Ковкостта (способността за формоване с инструменти) се дължи на пластовете метални катиони, плъзгащи се един върху друг.

  • Провеждането на топлина и електричество е свързано със свободното движение на електрони между слоевете на решетката.

    • Фиг. 4 В металната връзка металите се държат като йони, техните заряди се неутрализират от подвижни електрони.