Nauka za djecu: kovalentna veza (tekst i video)

Pogledajte video u HD formatu: 

Iz svakodnevnog života znamo da se kuhinjska so lako otapa u vodi, ali i da ju je vrlo teško rastaliti na vatri. Za razliku od nje, šećer se vrlo brzo rastali na vreloj ploči štednjaka i formira smeđu masu-karamel. Međutim i šećer je, kao i sol, kristalna, čvrsta tvar na sobnoj temperaturi. Za razliku od njih postoje tvari koje su na sobnoj temperaturi tekućine, poput vode, ili gasovi, kao što su to kisik ili ugljen-dioksid. Također, dijamant i pijesak se ne otapaju u vodi iako su i oni kristalne strukture, baš kao šećer i kuhinjska so, a drvo ne provodi struju. Zašto tvari imaju tako različita svojstva?

Odgovor leži u prirodi veze između atoma različitih elementata. Kod kuhinjske soli, već smo vidjeli, čak i ne postoji prava veza, nego se joni drže čvrsto privučeni suprotnim nabojima, dok kod metala kationi plivaju u moru elektrona koji mogu prenositi struju i toplotu. Međutim, atomi se mogu udruživati i na druge načine.

Rekli smo da svaki atom teži da postigne oktet. Osim što to može postići gubljenjem ili primanjem elektrona, pa postati jon, atom može dijeliti svoje elektrone i sa nekim drugim atomom.

Kada atomi dijele elektrone u vanjskoj ljusci, oni formiraju kovaletnu vezu. „Ko“ znači da se nešto dijeli i radi zajedno, a u ovom slučaju, dijele se elektroni zadnje ljuske. Zajednički elektroni čine elektronske parove i to tako da jedan par čini jednu kovalentnu vezu.

Spojeve koji su nastali dijeljenjem elektrona tj. kovalentnom vezom između dva atoma nazivamo kovalentni spojevi. Neki kovalentni spojevi se sastoje od istovrsnih atoma, poput H2, O2, Cl2, a neki se sastoje od različitih vrsta atoma, poput H2O, CO2, CO, H2O2.  Ovdje treba primijetiti da se isti atomi mogu vezivati i drugačije – vodik i kisik se mogu vezati u molekulu vode, H2O, ali i u molekulu vodikovog peroksida H2O2, dok se ugljik i kisik mogu vezati u uljen dioksid, CO2, ali i u ugljen monoksid, CO. Naravno, atomi se kovalentnom vezom ne mogu vezivati bilo kako, pa ne postoje jedinjenja CO4 ili C2O5, ali se nekad  mogu vezivati na nekoliko načina.

Kovalentni spojevi mogu biti čvrste, tekuće ili gasovite tvari. Kovalentni spojevi koji su na sobnoj temperaturi fluidi imaju niske tačke topljenja i ključanja jer se molekule međusobno slabo privlače, pa je za njihovo razdvajanje potrebna mala količina energije. Oni ne provode elektricitet, jer ovdje ne postoje slobodne nabijene čestice, joni.

Kovaletnu vezu možemo predstaviti tačkicama kao H:H što znači da dva atoma vodika dijele par elektrona. Takva veza je jednostruka.

Međutim, postoje i komplikovanije kovalentne veze. Recimo u molekuli kisika, O2, atomi kisika se spojeni sa dvije kovalentne veze u kojoj učestvuje ukupno 4 elektrona. Tu vezu zovemo dvostruka veza.

U molekuli dušika, N2, dva atoma dušika su povezana pomoću tri para elektrona, i to po tri od svakog atoma, te takvu vezu nazivamo trostruka veza.  Dušik, ili kako ga još zovemo, azot ili nitrogen, jedna je od glavnih komponenti zraka.

Jedinjenja nastala kovalentnim vezivanjem su prave molekule te formula ovih jedinjenja zaista predstavlja prikaz molekule, a ne kao kod jonskih jedinjenja koja grade kristalne rešetke tek omjer kationa i aniona u kritalnoj rešetci. Tako recimo jedinjenje metan ima formula CH4 i njegova se molekula zaista sastoji od jednog atoma ugljika i 4 atoma vodika, povezanih kovalentnom vezom tako da 4 elektrona iz vanjske ljuske ugljika grade elektronske parove sa onim jednim elektronom vodika.

Kovaletna veza spaja i molekule elemenata, pa su tako vodik, dušik, kisik, fluor  hlor, brom i jod elementi koji imaju diatomske molekule.

Postoje i elementi koji imaju poliatomske molekule u kojima su istovrsni atomi spojeni kovalentnim vezama – takvi su primjerice fosfor u obliku P4 te sumpor u obliku S8.