Kemisk bindning: definition, typer (kovalent & jonisk) och förklaring

Kemiska bindningar är de krafter som förenar atomer med varandra så att de bildar molekyler, fasta ämnen eller metaller. En bindning håller samman atomerna tills den energi som krävs för att bryta den tillförs — det vill säga tills tillräcklig mängd energi överförs till systemet. Bindningar uppstår i första hand på grund av interaktioner mellan atomernas elektroner och atomkärnornas positiva laddningar.

Varför bindningar bildas

Atomer strävar ofta efter ett stabilare energitillstånd. Genom att dela eller överföra elektroner kan atomer uppnå ett elektronkonfiguration som ger lägre energi (till exempel ädelgasstruktur). När bindningar bildas avges i regel energi, och för att bryta bindningen måste energi tillsättas.

Huvudtyper av kemiska bindningar

Man kan grovt dela kemiska bindningar i tre huvudkategorier: kovalenta, joniska och metalliska. Utöver dessa finns svagare attraktionskrafter mellan molekyler som vätebindningar och van der Waals-bindningar.

Kovalenta bindningar

Kovalenta bindningar bildas när atomer delar ett eller flera par elektron(er). Delandet gör att varje atom får en mer stabil elektronkonfiguration. Exempel är H₂ (ett delat elektronpar), O₂ (dubbelbindning) och N₂ (en trippelbindning).

Bondordning: En enkelbindning = 1, dubbelbindning = 2, trippelbindning = 3. Se även dubbelbindningar och trippelbindningar.
Polära och opolära kovalenta bindningar: Om de bundna atomerna har olika elektronegativitet blir bindningen polar, vilket ger delvis positiva och negativa ändar.
Resonans och formell laddning: Vissa molekyler beskrivs bäst med flera olika lewisstrukturer (resonans). Totalformella laddningar hjälper till att bestämma den mest sannolika strukturen.

Joniska bindningar

Joniska bindningar uppstår när en atom avger en eller flera elektroner till en annan atom, varefter positiva och negativa joner attraherar varandra elektrostatiskt. Vanliga exempel är natriumklorid (NaCl) där Na+ och Cl− hålls ihop i ett kristallgitter. Joniska ämnen bildar ofta kristaller med höga smält- och kokpunkter.

Metallbindning och andra bindningsformer

Metaller binds samman genom metallbindning: valenselektroner ligger delokaliserade i ett "elektronmoln" runt positiva metalljoner, vilket ger egenskaper som elektrisk ledningsförmåga och duktilitet. Dessutom finns koordinativa (dativa) bindningar där båda elektronerna i paret kommer från samma atom, samt svagare intermolekylära krafter:

Vätebindningar — starkare dipol-dipol-interaktioner som är viktiga för vatten och biologiska makromolekyler.
Van der Waals-krafter (inklusive London‑dispersionskrafter) — svaga krafter mellan neutrala molekyler eller atomer.

Var atomer och material hålls ihop

Atomer i molekyler, kristaller, metaller och tvåatomiga gaser hålls samman av dessa kemiska bindningar. Bindningarnas typ bestämmer materialets egenskaper: hårdhet, smältpunkt, ledningsförmåga, löslighet med mera.

Representation och visualisering

Eftersom atomer och molekyler är tredimensionella kan man beskriva bindningar på olika sätt beroende på vad som är relevant:

Lewisstrukturer visar valenselektroner som punkter och bindningar som linjer så att atomerna ofta får upp till åtta elektroner i sitt yttersta skal.
Enke, dubbel- och trippellinjer representerar enkel-, dubbel- och trippelbindningar.
Vinklade och stereokemiska diagram (med kilar och streck) används för att visa 3D-arrangemang.
Orbitalmodeller och molekylorbitalteori beskriver hur atomorbitaler överlappar och bildar bindande och antibindande orbitaler.

Bindningsstyrka, bindningslängd och energi

Bindningsstyrkan (bindningsenergin) är den energi som krävs för att bryta en bindning. Generellt gäller:

Starkare bindningar har högre bindningsenergi och kortare bindningslängd.
Trippelbindningar är oftast kortare och starkare än dubbelbindningar, som i sin tur är kortare och starkare än enkelbindningar.
Joniska bindningar kan vara mycket starka i fasta kristaller men påverkas starkt av medium (t.ex. vatten löser många salter).

Undantag och förenklingar

Regler som oktettregeln är användbara förenklingar men har många undantag (t.ex. fria radikaler, molekyler med udda antal elektroner, och atomslag som kan utvidga sitt valensskal). Modern kvantkemisk teori ger en mer exakt bild genom att beskriva vågfunktioner och orbitaler.

Sammanfattning

Kemiska bindningar är grundläggande för kemi och materialvetenskap. De bygger på interaktioner mellan elektroner och atomkärnor och kan klassificeras som kovalenta, joniska eller metalliska, med flera varianter och svagare intermolekylära krafter. Hur bindningarna ser ut och hur starka de är bestämmer de kemiska och fysikaliska egenskaperna hos ämnen.

Lewisstrukturer som visar kemiska bindningar mellan kol C, väte H och syre O

Relaterade sidor

Kemisk formel
Dubbelbindningar

Frågor och svar

F: Vad är en kemisk bindning?

S: En kemisk bindning är en typ av attraktionskraft som håller ihop olika kemiska arter.

F: Vad händer med atomer som är bundna till varandra?

S: Atomer som är bundna till varandra förblir tillsammans om inte den nödvändiga mängden energi överförs till bindningen.

F: Vad följer med starka kemiska bindningar?

S: En stark kemisk bindning sker genom att elektroner delas eller överförs mellan de deltagande atomerna.

F: Vilka typer av kemiska bindningar finns det?

S: De kemiska bindningarna är kovalenta och joniska.

F: Hur bildas kovalenta bindningar?

S: Kovalenta bindningar bildas när atomer delar elektroner.

F: Vad är joniska bindningar?

S: Jonisk bindning är attraktionen mellan motsatt laddade joner.

F: Hur beskriver kemister vanligtvis kemiska bindningar?

S: Kemister beskriver vanligtvis kemiska bindningar genom att ange hur många elektroner varje atom har på sig själv, rita dem som prickar eller linjer så att de bildar högst åtta, och rita en linje mellan de två elektronerna om de bildar en kemisk bindning.