רחוק מהתפקיד האחרון ברמה הכימית של ארגון העולם ממלא שיטת החיבור של חלקיקים מבניים, חיבור הדדי. לרובם המוחלט של החומרים הפשוטים, כלומר לא-מתכות, יש קשר קוולנטי לא-קוטבי, למעט גזים אינרטים. למתכות בצורתן הטהורה יש דרך מיוחדת של קשר, שמתממשת באמצעות סוציאליזציה של אלקטרונים חופשיים בסריג הגביש.
לכל החומרים המורכבים (למעט חלק מהאורגניים) יש קשרים כימיים קוטביים קוולנטיים. הסוגים והדוגמאות של תרכובות אלה יידונו להלן. בינתיים יש לברר איזה מאפיין של האטום משפיע על הקיטוב של הקשר.
Electronegativity
אטומים, או ליתר דיוק לגרעינים שלהם (שכידוע, טעונים חיובית), יש את היכולת למשוך ולהחזיק צפיפות אלקטרונים, בפרט, במהלך היווצרות של קשר כימי. תכונה זו כונתה אלקטרושליליות. בטבלה המחזורית, ערכו גדל בתקופות ובתתי קבוצות עיקריות של יסודות. ערך האלקטרושליליות אינו תמיד קבוע ויכול להשתנות, למשל, כאשר משנים את סוג ההכלאהאורביטלים אטומיים.
קשרים כימיים, שסוגיהם ודוגמאותיהם יצוינו להלן, או ליתר דיוק, לוקליזציה או תזוזה חלקית של קשרים אלה לאחד המשתתפים המחייבים, מוסברים בדיוק על ידי המאפיין האלקטרוניטיבי של יסוד זה או אחר. המעבר מתרחש לאטום שעבורו הוא חזק יותר.
קשר קוולנטי לא קוטבי
ה"נוסחה" של קשר קוולנטי לא קוטבי היא פשוטה - שני אטומים בעלי אותו אופי מאחדים את האלקטרונים של קליפות הערכיות שלהם לזוג משותף. זוג כזה נקרא משותף מכיוון שהוא שייך באופן שווה לשני המשתתפים בכריכה. זה הודות לסוציאליזציה של צפיפות האלקטרונים בצורה של זוג אלקטרונים שהאטומים עוברים למצב יציב יותר, כשהם משלימים את הרמה האלקטרונית החיצונית שלהם, וה"אוקטט" (או "הדאבלט" במקרה של חומר מימן פשוט H2, יש לו מסלול s יחיד, שדורש שני אלקטרונים כדי להשלים אותו) הוא המצב של המפלס החיצוני אליו שואפים כל האטומים, שכן המילוי שלו מתאים ל המדינה עם האנרגיה המינימלית.
דוגמה לקשר קוולנטי לא קוטבי קיימת בקשר האי-אורגני, ולא משנה כמה מוזר זה נשמע, אבל גם בכימיה אורגנית. סוג קשר זה טבוע בכל החומרים הפשוטים - שאינם מתכות, למעט גזים אצילים, שכן רמת הערכיות של אטום גז אינרטי כבר הושלמה ויש לו אוקטט של אלקטרונים, מה שאומר שהקשר עם אחד דומה אינו יוצר מרגיש לזה וזה אפילו פחות מועיל מבחינה אנרגטית. ברכיבים אורגניים, אי-קוטביות מתרחשת במולקולות בודדותמבנה מסוים והוא מותנה.
קשר קוטבי קוולנטי
דוגמה לקשר קוולנטי לא קוטבי מוגבלת לכמה מולקולות של חומר פשוט, בעוד תרכובות דיפול שבהן צפיפות האלקטרונים מוזזת חלקית לכיוון אלמנט אלקטרוני שלילי יותר הן הרוב המכריע. כל שילוב של אטומים עם ערכי אלקטרושליליות שונים נותן קשר קוטבי. בפרט, קשרים ברכיבים אורגניים הם קשרים קוטביים קוולנטיים. לפעמים תחמוצות יוניות, אנאורגניות הן גם קוטביות, ובמלחים וחומצות, סוג הקישור היוני שולט.
כמקרה קיצוני של קשירה קוטבית, הסוג היוני של תרכובות נחשב לפעמים. אם האלקטרושליליות של אחד היסודות גבוהה משמעותית מזו של השני, זוג האלקטרונים מוסט לחלוטין ממרכז הקשר אליו. כך מתרחשת ההפרדה ליונים. מי שלוקח זוג אלקטרונים הופך לאניון ומקבל מטען שלילי, ומי שמאבד אלקטרון הופך לקטיון והופך חיובי.
דוגמאות לחומרים אנאורגניים עם סוג קשר קוולנטי לא קוטבי
חומרים בעלי קשר קוולנטי לא קוטבי הם, למשל, כל מולקולות הגז הבינאריות: מימן (H - H), חמצן (O=O), חנקן (במולקולה שלו 2 אטומים מחוברים בקשר משולש (N ≡ N)); נוזלים ומוצקים: כלור (Cl - Cl), פלואור (F - F), ברום (Br - Br), יוד (I - I). כמו גם חומרים מורכבים המורכבים מאטומים של יסודות שונים, אך עם אותו הדבר בפועלערך אלקטרושליליות, למשל, זרחן הידריד - pH3.
אורגניות וכריכה לא קוטבית
ברור שכל החומר האורגני מורכב. נשאלת השאלה, איך יכול להיות קשר לא קוטבי בחומר מורכב? התשובה היא די פשוטה אם חושבים קצת בהיגיון. אם ערכי האלקטרושליליות של היסודות המצורפים שונים באופן לא משמעותי ואינם יוצרים מומנט דיפול בתרכובת, קשר כזה יכול להיחשב לא קוטבי. זה בדיוק המצב עם פחמן ומימן: כל קשרי C-H ברכיבים אורגניים נחשבים לא-קוטביים.
דוגמה לקשר קוולנטי לא קוטבי היא מולקולה של מתאן, התרכובת האורגנית הפשוטה ביותר. הוא מורכב מאטום פחמן אחד, שלפי הערכיות שלו, מחובר בקשרים בודדים עם ארבעה אטומי מימן. למעשה, המולקולה אינה דיפול, שכן אין בה לוקליזציה של מטענים, במידה מסוימת בשל המבנה הטטרהדרלי. צפיפות האלקטרונים מפוזרת באופן שווה.
דוגמה לקשר קוולנטי לא קוטבי קיימת בתרכובות אורגניות מורכבות יותר. זה מתממש עקב השפעות מזומריות, כלומר נסיגה רצופה של צפיפות האלקטרונים, שמתפוגגת במהירות לאורך שרשרת הפחמן. לכן, במולקולת ההקסכלורואתן, הקשר C-C אינו קוטבי עקב המשיכה האחידה של צפיפות האלקטרונים על ידי שישה אטומי כלור.
סוגים אחרים של קישורים
בנוסף לקשר הקוולנטי, שאגב, ניתן לבצע גם לפי מנגנון התורם-המקבל, ישנם יוניים, מתכתיים וקשרי מימן. מאפיינים קצרים של השניים הלפני אחרונים מוצגים למעלה.
קשר מימן הוא אינטראקציה אלקטרוסטטית בין-מולקולרית הנצפית אם למולקולה יש אטום מימן ולכל אטום אחר שיש לו זוגות אלקטרונים לא משותפים. סוג קשר זה חלש בהרבה מהאחרים, אך בשל העובדה שהרבה מהקשרים הללו יכולים להיווצר בחומר, הוא תורם תרומה משמעותית לתכונות התרכובת.
