پیوند کوالانسی
ممکن است هر دو نوع اتم یک ترکیب برای ایجاد لایه الکترونی خارجی کامل و پایدار نیاز به کسب الکترون داشته باشند. برای این منظور، دو نوع اتم الکترون به اشتراک می گذارند. به این ترتیب پیوندهای محکمی بین اتمها ایجاد می شود که پیوندهای کووالانسی نام دارند. کوچکترین بخش یک ترکیب با پیوند کووالانسی یک مولکول است، و چنین ترکیبی ، ترکیب مولکولی یا کووالانسی نامیده می شود. اما در این نوع ترکیبها پیوند بین مولکولها به اندازه پیوند بین اتمها محکم نیست و در نتیجه بسیاری از ترکیبهای کووالانسی گاز یا مایع هستند.
به عنوان مثال برای تشکیل دی اکسید کربن، هر اتم کربن با دو اتم اکسیژن الکترون به اشتراک می گذارد. به این ترتیب یک لایه خارجی پایدار هشت الکترونی در هر اتم تشکیل می شود.
پیوند یونی
دید کلی
ترکیبات یونی متشکل از تعداد زیادی آنیون و کاتیون هستند که با طرح معین هندسی در کنار هم قرار گرفته‌اند و یک بلور بوجود می‌آورند. هر بلور ، به سبب جاذبه‌های منفی مثبت یونها به هم ، نگهداشته شده است. فرمول شیمیایی یک ترکیب یونی نشانه ساده‌ترین نسبت یونهای مختلف برای به وجود آوردن بلوری است که از نظر الکتریکی خنثی باشد.
پیوند یونی IonicBond
ماهیت یون
وقتی اتمها به یون تبدیل می‌شوند، خواص آنها شدیدا تغییرمیکند. مثلا مجموعه‌ای از مولکولهای برم قرمز است. اما یونهای در رنگ بلورماده مرکب هیچ دخالتی ندارند. یک قطعه سدیم شامل اتمهای سدیم نرم است. خواص فلزی دارد و بر آب به شدت اثر میکند. اما یونهای در آب پایدارند.
مجموعه بزرگی از مولکولهای کلر ، گازی سمّی به‌رنگ زرد مایل به سبز است، ولی یونهای کلرید مواد مرکب رنگ ایجاد نمی‌کنند و سمّی نیستند. به همین لحاظ است که یونهای سدیم و کلر را به صورت نمک طعام می‌توان بدون ترس از واکنش شدید روی گوجه فرنگی ریخت. وقتی اتمها به صورت یون در می‌آیند، ماهیت آنها آشکارا تغییر میکند.
خواص مواد مرکب یونی
رسانایی الکتریکی :
رسانایی الکتریکی مواد مرکب یونی مذاب به این علت است که وقتی قطب‌هایی با بار مخالف در این مواد مذاب قرار گیرد و میدان الکتریکی برقرارشود، یونها آزادانه به حرکت در می‌آیند. این حرکت یونها بار یا جریان را از یک‌جا به جای دیگر منتقل می‌کنند. در جسم جامد که یونها بی‌حرکت‌اند و نمی‌توانند آزادانه حرکت کنند، جسم خاصیت رسانای الکتریکی ندارد.
سختی :
سختی مواد مرکب یونی به علت پیوند محکم میان یونهای با بار مخالف است. برای پیوندهای قوی انرژی بسیاری لازم است تا یونها از هم جدا شوند و امکان حرکت آزاد حالت مذاب را پیداکنند. انرژی زیاد به معنی نقطه جوش بالا است که خود از ویژگی‌های مواد مرکب یونی است.
شکنندگی :
مواد مرکب یونی شکننده‌اند. زیرا که ساختار جامد آنها آرایه منظمی از یونهاست. مثلا ساختار سدیم کلرید (NaCl) را در نظر بگیرید. هرگاه یک سطح از یونها فقط به فاصله یک یون در هر جهت جابجا شود، یونهایی که بار مشابه دارند درکنار یکدیگر قرار می‌گیرند و یکدیگر را دفع می‌کنند و چون جاذبه‌ای در کار نیست بلور می‌شکند. سدیم کلرید را نمی‌توان با چکش کاری ، به ورقه‌های نازک تبدیل کرد. با چنین عملی بلور نمک خرد و از هم پاشیده می‌شود.
پیوند فلزی
دید کلی
خواص ویژه فلزات و اعداد کوئوردیناسیون به نسبت بالای شبکه بلور فلزها ، نشان می‌دهد که پیوند بین اتمهای فلز در شبکه بلور با سایر پیوندهای شیمیایی تفاوت دارد. پیوند درشبکه بلور فلزی نمی‌تواند از نوع یونی باشد زیرا تمام ذره‌ها در شبکه بلور فلزی یکسان‌اند. فلزها درحالت جامد و مذاب جریان الکتریکی را ازخود عبور می‌دهند درمقابل ضربه و فشار مقاوم‌اند.
توجیه پیوند فلزی
انرژی یونش فلزات نسبت به غیر فلزات ، به نسبت کمتر و تعداد اوربیتالهای خالی لایه ظرفیت اتم آنها نسبت به تعداد الکترونهای لایه ظرفیت نیز کم است. از این رو ، تعدادی از الکترونهای سست لایه ظرفیت اتم فلز که در اصطلاح دریای الکترون فلزی نیز نامیده می‌شوند، باقیمانده اتمهای فلز را که دارای بارمثبت خواهند بود، فرا می‌گیرد. جاذبه الکتروستاتیک حاصل بین این ذره‌های مثبت فلزی و بار منفی توده ابر الکترونی آزاد فلزی که سرتاسر شبکه بلور فلز را گرفته است.
عامل پیوند بین ذره‌های فلز محسوب می‌شود و اتصال ذره‌های فلز را در شبکه و انسجام بلور فلزی را تأمین میکند. چون چنین پیوندی دارای جهت خاصی نیست و ذره‌های فلز نیز جابجا شدن در داخل توده ابر الکترون آزاد فلزی را در شبکه بلور دارند، از این رو ، بروشنی می‌توان بسیاری ازخواص ویژه مکانیکی فلزها ، مانند قابلیت چکش خواری ، مفتول شدن ، تورق و غیره را توجیه کرد.
توجیه خواص فلزات با پیوند فلزی
رسانایی الکتریکی : جریان برق نتیجه جابجایی الکترون است. وقتی دو سر سیم برق را به یک تکه فلز متصل کنیم، از قطب مثبت ، جریان تعدادی الکترون از فلز خارج می‌شود، این کمبود الکترونی بر الکترونهای غیرمستقر در فلزات اثر گذاشته به نوبه خود آنها را به سمت خود می‌کشند. این امر باعث می‌شود که همان تعداد الکترون که از یک طرف خارج شده بود از طرف دیگر وارد شود و به این وسیله جریان الکتریسته انتقال یابد.
رسانایی گرمایی : بر اثر گرم کردن فلز ، جنبش الکترونهای غیر مستقر افزایش می‌یابد و این جنبش از یک گوشه فلز به سایر قسمتهای آن منتقل می‌شود.
درخشندگی و جلای فلزات :تابش نور به سطح فلز باعث می‌شود که الکترونهای غیر مستقر در سطح فلز برانگیخته شده و به ترازهای بالاتر انرژی بروند. بازگشت این الکترونها باعث می‌شود که امواج نور مرئی از سطح فلز بازتابیده شود. در مورد فلزات رنگین بازگشت الکترونها تنها طول موج معینی را که مربوط به رنگ فلز است بازتاب میکند.
پدیده‌های فوتوالکتریک و ترموالکتریک : وقتی انرژی کافی (نورانی یا گرمایی) به فلز داده شود، برانگیخته شدن الکترون بدان حد می‌رسد که الکترون از فلز جدا شود. هرگاه دستگاه مناسبی فراهم کنیم، می‌توانیم الکنرون جدا شده را درمدار به جریان در آورده الکتریسته تولید کنیم.
چکش خواری : وقتی ضربه‌ای به فلز وارد می‌شود، یونهای مثبت در دریای الکترون منفی جابجا می‌شوند ولی دریای بار منفی پیوستگی تکه فلز را حفظ میکند.
طول و شعاع پیوند فلزی
در مورد فلزها ، اصطلاح طول پیوند فلزی به فاصله تعادلی بین هسته دو اتم مجاور در شبکه بلور فلزها اطلاق می‌شود. بر حسب قرار داد نصف طول پیوند فلزی را ، شعاع فلزی می‌نامند که گاهی شعاع اتمی فلز نیز نامیده می‌شود. باید توجه داشت که شعاع فلزی به سیستم بلوری فلز وابستگی دارد. یعنی اگر فلزی در چند سیستم متمایز متبلور شود، شعاع فلزی آن در سیستمهای گوناگون یکسان نخواهد بود.
بررسی‌ها و محاسبه‌ها نشان داده است که هرچند عدد کوئوردیناسیون اتم فلز در شبکه بلور بزرگتر باشد، طول شعاع فلزی آن افزایش می‌یابد. با توجه به اینکه در پیوند فلزی بر خلاف پیوند کوالانسی همپوشانی بین اوربیتالهای دو اتم صورت نمی‌گیرد، انتظار می‌رود که طول پیوند کوالانسی آن بیشتر باشد که تجربه نیز چنین رویدادی را تأیید میکند.
بدیهی است که شعاع فلزی نیز از شعاع کوالانسی بزرگتر است. شعاع اتمی فلز قلیایی در هر دوره نسبت به شعاع اتمی عنصرهای دیگر آن دوره به نسبت بزرگتر است و پس از فلزات قلیایی خاکی در هر دوره بویژه از دوره چهارم به بعد اندازه شعاع اتمی بشدت کاهش می‌یابد.
این کاهش شدید اندازه شعاع را باید از یک طرف به بالا بودن سطح تراز S لایه ظرفیت اتم عنصرهای قلیایی خاکی و قلیایی و پایین بودن سطح تراز d لایه ظرفیت فلزات واسطه و گسترده بودن اوربیتالهای d در این عنصر نسبت داد. زیرا به دلیل عمقی و گسترده بودن اوربیتالهای d ، ابر بار الکترونها در آنها گسترده است و اثر پوششی ناچیزی در مقابل تأثیر بار هسته اتم برلایه خارجی اتم اعمال می‌کنند. از این رو ، بر اثر بالا رفتن بیش ازحد انتظار مقدار بار مؤثر هسته اتم فلزهای واسطه ، اندازه شعاع آنها بشدت کاهش می‌یابد.
روند تغییر اندازه شعاع‌ها در مورد فلزهای واسطه هر دوره جالب توجه و برخلاف روند عادی آن در مورد تغییر شعاع عنصرهای اصلی در دوره هاست. البته این روند به وضعیت الکترونی ویژه آنها بستگی دارد. با توجه به قابلیت انعطاف و تغییر شکل ناپذیری که نتیجه قابلیت تحرک پیوند فلزی است انتظار می‌رود که قدرت پیوند بین دو اتم فلز در بلور فلزی از قدرت پیوند کوالانسی بین دو اتم آن در حالت گازی کمتر باشد.
نیروی واندروالسی
اتمها در مولکولها توسط پیوندهای کووالانسی کنار هم نگه داشته شده‌اند. اما پرسش این است که مولکولها در حال مایع و جامد توسط چه نیرویی به سوی یکدیگر جذب می‌شوند، نیروهایی که مولکولهای یک ماده را در حالت مایع یا جامد به همدیگر ارتباط می‌دهد به نیروهای بین مولکولی معروف است.
نیروهای بین مولکولی بین مولکولهای قطبی با نیروهای بین مولکولی بین مولکولهای غیرقطبی باهم تفاوت دارند. معمولاً نیروهای بین مولکولی به نام نیروهای واندروالسی معروفند. وجود این نیروها در بین مولکولها باعث می‌شود که یک ترکیب جامد مولکولی شکل معینی داشته باشد و با غلبه بر این نیروها بتوان آن را به حالت مایع درآورد.
اولین بار یوهانس واندروالس در سال ۱۸۷۳ وجود نیروهای کشش بین مولکولی در میان مولکولهای گاز را مطرح کرد، به نظر واندروالس مجموع این نیروها هستند که مقدار انحراف یک گاز حقیقی از گاز ایده آل را معین می‌کنند توضیح خاستگاه این نیروهای بین مولکولی توسط فرتینر لاندن در ۱۹۳۰ پیشنهاد شد. امروزه نیروهای بین مولکولی را به صورت عام نیروهای واندروالس و نیروهای پراکندگی بین مولکولهای غیرقطبی را نیروهای لاندن می‌نامند.