تمامی اجزاء موجود در طبیعت و در اطراف ما از اتمها و مولکولها تشکیل شده اند. کنار هم قرارگیری این ساختارها باعث می شود فیزیک مواد گوناگون در سراسر جهان وجود داشته باشد. پیوندهای شیمیایی دلیل اصلی وجود ساختارهای شیمیایی موجود هستند. ما در این محتوا قصد داریم برای شما در رابطه با ماهیت پیوندهای شیمیایی، اهمیت پیوندها، کاربرد پیوندها و انواع آنها صحبت کنیم. به طور کلی پیوندهای شیمیایی بسیار مهم و حیاتی هستند و به واسطه وجود این پیوندهاست که اشیاء و مواد شیمیایی ماهیت خودشان را پیدا می کنند. در علم شیمی نیز به واسطه تغییر پیوندها می توان مواد شیمیایی گوناگونی را تولید کرد و از آنها در زمینه های متنوعی بهره برد.
در این مطلب موضوعات زیر را مطالعه خواهید کرد:
منظور از پیوند در شیمی چیست؟
پیوند شیمیایی ارتباطی است که به واسطه انتقال الکترونها یا به اشتراک گذاری آنها به وجود می آید. این پیوندها می توانند در برخی موارد اتمها یا در موارد دیگر مولکولها را کنار یکدیگر قرار دهند و از فروپاشیدن یک ترکیب جلوگیری کنند. پیوندهای شیمیایی باعث تشکیل ترکیبات شیمیایی مختلف در سراسر جهان می شوند. معمولاً انواع متفاوت پیوندهای شیمیایی در دو دسته پیوندهای بین اتمی و پیوندهای بین مولکولی دسته بندی می شوند.
هر کدام از این پیوندها دارای زیر شاخه های متفاوتی هستند. پیوندهای شیمیایی اتمها را به پایداری می رسانند و می توانند باعث ثبات اتمها شوند. خود اتمها نیز همواره دوست دارند که با از دست دادن انرژی اضافی خود به سطح مناسبی از انرژی برسند و ثبات خود را حفظ کنند. پس در واقع پیوند شیمیایی، پیوندی است که خود اتمها به واسطه رسیدن به پایداری انرژی آن را به وجود می آورند. با توجه به ماده مورد نظر، پیوندهای شیمیایی متفاوتی می توانند برای کنار هم نگهداشتن اجزای یک ماده مورد استفاده قرار بگیرند.
اهمیت و کاربرد پیوندهای شیمیایی
انواع متفاوت پیوندهای شیمیایی همان طور که پیش تر نیز برای شما گفتیم کاربردهای گسترده ای دارند. اهمیت پیوندها تنها به یک یا دو مورد خلاصه نمی شود. اگر پیوندهای میان مولکولی و اتمی وجود نداشته باشند، تقریباً هر چیزی در اطراف ما خاصیت خودش را از دست می دهد و کاملاً بدون استفاده می شود. این پیوندها و همچنین نوع اتمها و مولکولها در سراسر دنیا هستند که انواع متفاوتی از مواد طبیعی را به وجود آورده اند. اینکه برای مثال جنس پلاستیک با جنس چوب یا فلز تفاوت دارد، به دلیل وجود پیوندهای شیمیایی متفاوت میان اجزای سازنده این محصولات می باشد.
پس در واقع بدون این پیوندها هر چیزی ماهیت خودش را از دست می دهد و کاملاً بدون استفاده می شود. حتی اجزای متفاوت بدن ما نیز از پیوندهای گوناگونی تشکیل شده است و بدون وجود این پیوندها خطر مرگ حتمی ما را تهدید می کند. می توان گفت که بررسی انواع متفاوت این پیوندها و کاربردهای آنها پایه های علم شیمی را می سازد. چرا که همین پیوندها می توانند ماهیت مواد گوناگون را تغییر دهند. با جابجایی یک یا دو الکترون یا تغییر پیوندهای شیمیایی می شود ماهیت یک ماده را به طور کامل تغییر داد و یک ماده جدید و متفاوت ساخت.
معرفی انواع متفاوت پیوندهای شیمیایی
پیشتر مطرح کردیم که پیوندهای شیمیایی در دو دسته بندی کلی پیوندهای بین اتمی و پیوندهای بین مولکولی دسته بندی می شوند و هر کدام از این پیوندها می توانند به نحوی باعث ایجاد تفاوت در ساختار مواد گوناگون شوند. پیوندهای بین اتمی به سه دسته پیوند فلزی، یونی و کووالانسی تقسیم می شوند. پیوندهای بین مولکولی نیز در دو دسته پیوند واندروالسی و پیوند هیدروژنی دسته بندی می شوند. هرکدام از این پیوندها می توانند از طریق روش خاصی و به نحوی اتمها، مولکولها و ساختارهای موجود را کنار یکدیگر نگه دارند. کوچکترین ذرات سازنده مواد موجود در طبیعت یعنی اتمها، می توانند با پیوندهای متفاوت، در نهایت محصولات گوناگونی مانند هیدروژن یا اکسیژن را بسازند.
در ادامه اتمهای موجود مثلا هیدروژن یا اکسیژن نیز می توانند به عنوان مولکول، ساختارها و پیوندهایی را کنار یکدیگر داشته باشند تا در نهایت به محصولات قابل استفاده برای ما انسانها تبدیل شوند. پیوندهای بین مولکولی می توانند حالت و فیزیک کلی ماده را تحت تاثیر قرار دهند برای مثال آب می تواند در سه حالت جامد، مایع، و گاز وجود داشته باشد. این پیوندهای بین مولکولی هستند که می تواند باعث تشکیل یخ یا بخار آب یا حتی آب شوند. در ادامه بیشتر در رابطه با دانستنیها وانواع متفاوت پیوندهای شیمیایی اطلاعات کسب کنیم.
انواع پیوندهای شیمیایی درون مولکولی
بعد از صحبت در رابطه با کارایی و همچنین اهمیت وجود انواع متفاوت پیوندهای شیمیایی، حال بهتر است که برای شما در رابطه با پیوندهای پایه ای یا به عبارت دیگر درون مولکولی صحبت کنیم. این پیوندها شامل پیوند یونی، فلزی و کووالانسی می شوند. پیوندهای درون مولکولی همان دسته از پیوندهایی می باشد که در واقع پایه اصلی یک مولکول را تشکیل می دهند. در واقع این پیوندها می توانند اتمهای یک ماده را با یکدیگر ترکیب کنند و باعث ایجاد مولکولهای پایدار شوند. در ادامه مولکولها نیز می توانند با یکدیگر ترکیب شوند و یک ماده شیمیایی با ماهیت خاص را به وجود بیاورند.
پیوند یونی
پیوند شیمیایی یونی پیوندی می باشد که بین دو اتم با بارهای مخالف تشکیل می شود و یک نیروی جاذبه با نام الکترواستاتیک که نیروی بسیار بالایی دارد ایجاد می شود. این نیروی جاذبه باعث انتقال الکترون از یک اتم فلز به اتم نافلز دیگر ایجاد می شود و در انتها یک پیوند بسیار مستحکم را به وجود می آید. برای مثال هنگامی که فلز سدیم در کنار کلر قرار می گیرد یک الکترون از دست می دهد و به کاتیون تبدیل می شود. کلر نیز به علت دریافت یک الکترون به آنیون تبدیل می شود. کاتیون و آنیون در کنار یکدیگر پیوندهای بسیار قوی را تشکیل می دهند. این ترکیبات بسیار پایدار هستند، سختی شگفت انگیزی دارند و به راحتی ویژگیهای منحصر به فردشان را از دست نمی دهند. نمک خوراکی یا کاتیون آمونیوم می توانند به عنوان مثالهای واضحی از پیوند یونی شناخته شوند.
پیوند فلزی
پیوند فلزی از گروه پیوندهای شیمیایی همان طور که از نام آن پیداست پیوندی است که در میان فلزات اتفاق می افتد. این پیوند از نیروی جاذبه میانه الکترونهای لایه ظرفیت به وجود می آید. فلزات نمی توانند با استفاده از پیوند کووالانسی با یکدیگر ترکیب شوند و به همین دلیل معمولاً پیوند فلزی است که می تواند میان اتمهای فلزات استحکام و پایداری ایجاد کند. فلزات معمولاً در گروه های هشت تایی قرار می گیرند و الکترونها همواره در حال جابجایی و حرکت در میان این گروه ها هستند. فلزاتی مانند لیتیم، آهن و سدیم جز آن دسته از فلزهایی می باشند که با ترکیب فلزی در کنار یکدیگر قرار گرفته اند. آن دسته از فلزاتی که چکش خوارند، درخشنده هستند که به عنوان رسانای برق و گرما می شناسیم و با پیوند فلزی در کنار یکدیگر قرارمی گیرند.
پیوند کووالانسی
پیوند کووالانسی از میان پیوندهای شیمیایی درون مولکولی، به عنوان مهمترین پیوند شیمیایی شناخته می شود. این پیوند هنگامی تشکیل می شود که یک الکترون در میان دو اتم به عنوان الکترون مشترکی قرار داشته باشد. در میان انواع متفاوت موجودات زنده این پیوند شیمیایی رایج ترین و گسترده ترین نوع پیوند است. این پیوند باعث ایجاد مولکولهای بیولوژیکی در بدن موجودات زنده می شود. معمولاً در میان اتمهایی که 4، 5، 6 و 7 الکترون ظرفیت دارند، این پیوند می تواند به راحتی تشکیل شود.
قدرت پیوندی کووالانسی از جاذبه بین هسته با بار مثبت و ابر الکترونی اتم دیگر ایجاد می شود و در واقع اتمها را کنار یکدیگر قرار می دهد. برای مثال برای تشکیل مولکول آب، هر اتم هیدروژن یک الکترون دارد و هر اتم اکسیژن در لایه ظرفیت خودش دو الکترون دارد. این موضوع باعث می شود تا اتم اکسیژن الکترونهای خودش را به اتمهای هیدروژن دهد. در نهایت بین هسته اتمها و ابر الکترونی آنها پیوند کووالانسی ایجاد شود. بسیاری از مواد موجود در اطرافمان برای مثال آب یا گازهای گوناگون مانند کربن مونوکسید با پیوند کووالانسی ایجاد شده اند.
انواع پیوندهای شیمیایی بین مولکولی
بعد از صحبت در رابطه با پیوندهای درون مولکولی، اجازه دهید با یکدیگر در رابطه با پیوندهای بین مولکولی یعنی پیوندهای واندروالسی و پیوند هیدروژنی صحبت کنیم.
نیروی واندروالسی
نیروی واندروالسی یکی از پیوندهای شیمیایی می باشد که نسبتاً پیوندی ضعیف است. به طور کلی این پیوند هنگامی تشکیل می شود که قطب مثبت یک مولکول به قطب منفی مولکول دیگری نزدیک شود. این نزدیکی و فاصله کم می تواند باعث ایجاد پیوند واندروالسی شود. این نیرو، نیروی مستحکمی نیست و به راحتی گسسته شود. پیوندهای موجود در DNA ما انسانها و همچنین پروتئینها از نوع پیوند واندروالسی می باشند. نیروی واندروالسی حالتهای مختلف ماده یعنی جامد بودن و مایع بودن آن را تعریف می کند؛ یعنی برای مثال هنگامی که یک ماده جامد ذوب می شود و به مایع تبدیل می شود، قاعدتاً باید نیروهای بین مولکولی آن تغییر کرده باشند.
نیروی واندروالسی نوعی نیروی الکترواستاتیک شناخته می شود که در بین بارهای مثبت و منفی ایجاد می شود. این نیرو هم بین جامدات و مایعات و هم گازها وجود دارد. شاید بیان این نکته کمی دور از ذهن و عجیب باشد، اما طبق تحقیقات، بین مولکولهای گاز نیز در هوا نیروی جاذبه وجود دارد. اما نیروی واندروالسی در جامدات و مایعات از اهمیت بیشتری برخوردار است و راحت تر نمود پیدا می کند. اگر گازها را در یک محفظه مورد بررسی قراردهیم، می توانیم وجود نیروی بین مولکولی واندروالسی را میان آنها بررسی کنیم.
پیوند هیدروژنی
اتم هیدروژن معمولاً کمترین میزان الکترونگاتیوی را دارد. بعد از ایجاد پیوند کووالانسی، هیدروژن ممکن است که کمی بار مثبت بگیرد. حال اگر اتم دیگری که کمی بار منفی دارد به اتم هیدروژن نزدیک شود، نیروی جاذبه بین بارهای مثبت و منفی باعث ایجاد پیوندی با عنوان پیوند هیدروژنی می شود. پیوند هیدروژنی پیوندی بسیار گسترده می باشد که معمولاً در اقصی نقاط طبیعت قابل مشاهده است. آب یا انواع متفاوت ترکیبات آلی با پیوند هیدروژنی تشکیل شده اند. پیوند هیدروژنی نوع بسیار ضعیفی از نیروهایی را تشکیل می دهد که به واسطه جاذبه دوقطبی-دوقطبی پایه گذاری شده است.
عناصر بسیار زیادی وجود دارند که می توانند به راحتی با هیدروژن واکنش نشان دهند. به همین دلیل این پیوند از پیوندهای شیمیایی می تواند به عنوان یکی از گسترده ترین پیوندها در سراسر جهان شناخته شود. پیوند هیدروژنی دلیل اصلی وجود خواص منحصر به فرد در آب می باشد. پیوند هیدروژنی باعث می شود تا آب در دماهای مختلف تغییر شکل دهد. بالا بودن نقطه جوش آب نیز به واسطه وجود پیوند هیدروژنی است. از طرف دیگر چگالی کمتر یخ نسبت به آب و همچنین شناور ماندن و سر خوردن آن نیز به واسطه وجود پیوند هیدروژنی می باشد.
سوالات متداول پیوندهای شیمیایی
1- کدام یک از پیوندهای درون مولکولی قدرتمندتر هستند؟
پیوندهای یونی بسیار قدرتمندتر و قوی تر از پیوندهای کووالانسی هستند. چرا که در پیوند یونی اتمهای با بار مخالف به یکدیگر نزدیک شده اند و جدا کردن آنها بسیار سخت می باشد. به واسطه انتقال الکترون، اتمها در این شرایط به پایداری کاملی رسیده اند. در پیوندهای کووالانسی این ارتباط بر اساس به اشتراک گذاری الکترون صورت می گیرد و جابجایی انجام نمی شود .
2- گسترده ترین و پر استفاده ترین پیوند شیمیایی پیرامون ما کدام پیوند می باشد؟
پیوند کووالانسی به واسطه راحتی پیوند، به عنوان یکی از گسترده ترین و مهمترین پیوندهای شیمیایی در اطراف ما شناخته می شوند. بسیاری از ترکیبهای شیمیایی پیرامون ما حاصل این پیوند هستند.
3- اتمها چگونه به پایداری می رسند؟
اتمها زمانی می توانند پایدار شوند که یک الکترون را به اشتراک بگذارند. برخی از اتمها با از دست دادن الکترون و برخی دیگر با گرفتن الکترون به پایداری می رسند. در ادامه با رسیدن اتمها به پایداری انواع متفاوت پیوندهای شیمیایی تشکیل می شوند.
4- کدام گروه ها در جدول تناوبی می تواند پیوند یونی تشکیل دهند؟
فلزاتی که در گروه های یک دو و سه هستند با از دست دادن به ترتیب یک، دو و سه الکترون می توانند به آرایش گاز نجیب خود برسند و بعد از دست دادن الکترون این فلزات کمی بار مثبت می گیرند. در ادامه هالوژنها که در گروه هفت جدول تناوبی قرار دارند می توانند به یونها با بار منفی تبدیل شوند. پس فلزاتی که در گروه های یک، دو و سه وجود دارند می توانند با هالوژنهای گروه هفت پیوندهای یونی ایجاد کنند.
5- پیوندهای شیمیایی جدید چگونه تولید می شوند؟
این واکنشهای شیمیایی هستند که می توانند با از دست دادن یا گرفتن الکترون باعث به وجود آمدن پیوندهای شیمیایی جدید شوند.
