קשר כימי.

שלוש דרכים להיאחז

הקישו בפטיש על גביש מלח, והוא יתנפץ לקוביות קטנות יותר. הקישו על חוט נחושת, והוא יתכופף. גררו יהלום על זכוכית, והוא ישאיר שריטה. שלושתם מוצקים שעשויים מאטומים ארוזים בתבנית סדירה. מה שמבדיל ביניהם הוא הקשר הכימי: האופן שבו האלקטרונים שנמצאים בין האטומים מחזיקים אותם יחד. כמעט כל קשר הוא תערובת כלשהי של שלושה סוגים פשוטים: יוני, מתכתי וקוולנטי.

יוני: נתינה ולקיחה

נתרן מחזיק ברפיון את האלקטרון החיצוני היחיד שלו; כלור מושך אלקטרונים בחוזקה. כשהם נפגשים, האלקטרון עובר מאחד לשני, ומשאיר יון נתרן חיובי, Na⁺, ויון כלוריד שלילי, Cl⁻. מטענים מנוגדים נמשכים זה לזה, ולכן במלח כל יון מוקף בשישה יונים מהסוג האחר. אין בן זוג יחיד ואין זוג משותף: הגביש כולו מוחזק על ידי המשיכה בין כל המטענים המנוגדים בבת אחת. המשיכה הזאת חזקה. מלח נמס רק ב־801 °C.

זו גם הסיבה שמלח שביר. החליקו שכבה אחת של יונים ברוחב של יון אחד, ועכשיו כל יון עומד מול יון בעל אותו מטען. מטענים זהים דוחים זה את זה, והגביש נבקע באופן נקי לאורך המישור הזה. מלח מוצק גם אינו מוליך חשמל, כי היונים שלו נעולים במקומם; כשהוא מותך או מומס במים, היונים נעים בחופשיות והוא מוליך.

מתכתי: ים של אלקטרונים

כל אחד מהאטומים של מתכת משחרר אלקטרון חיצוני אחד או שניים, שכבר אינם שייכים לאף אטום מסוים. הם משוטטים בכל הגביש, ים של אלקטרונים משותפים שמחזיק יחד סריג של יונים חיוביים. הפעילו מתח חשמלי על המתכת, והאלקטרונים האלה נסחפים לאורכה: זה זרם חשמלי, וזו הסיבה שנחושת היא אחד המוליכים הטובים ביותר שיש.

החליקו שכבה אחת של יוני נחושת על פני השכבה שמתחתיה, ושום דבר לא נשבר. היונים עוברים לשכנים חדשים, וים האלקטרונים פשוט זורם סביבם ומחזיק אותם גם שם. זו הסיבה שמתכות מתכופפות, שאפשר לרקע אותן ליריעות ולמשוך אותן לחוטים, במקום שיתנפצו.

נסו: בחרו יוני: מלח והזיזו את החלקת החצי העליון לצעד אחד, ואז בחרו מתכתי: נחושת ועשו אותו דבר. בחרו אטומים תחת התקרבות לאטומים כדי לראות למה האחד נבקע והשני רק מתכופף.

חזרה לניסוי ↑

קוולנטי: חולקים בזוגות

אטומי פחמן לא מוסרים אלקטרונים וגם לא משחררים אותם; הם חולקים אותם. כל קשר קוולנטי הוא זוג אלקטרונים שמוחזק בין שני אטומים, ופונה לכיוון קבוע. ביהלום כל אטום פחמן חולק זוג עם כל אחד מארבעה שכנים, בקודקודים של ארבעון, במרחק 0.154 ננומטר. התוצאה היא מולקולה ענקית אחת, גדולה כמו הגביש כולו.

כדי לכופף יהלום הייתם צריכים למתוח את הקשרים האלה, והם לא נמתחים הרבה. דחפו חזק מספיק, והם נשברים במקום להימתח, ולכן יהלום קשה מאוד אבל עדיין שביר. כל אלקטרון כבול בקשר, ולכן יהלום אינו מוליך חשמל. מולקולות קטנות יותר, כמו מים, משתמשות באותו סוג של קשר, אבל רק בתוך כל מולקולה.

מה המודל הזה משאיר בחוץ

קשרים אמיתיים הם רק לעיתים רחוקות מסוג אחד טהור: הקשר במים הוא קוולנטי אבל לא סימטרי, והחמצן מושך את הזוג המשותף קרוב יותר אליו. ההחלקה כאן מזיזה חצי שלם של הגביש בבת אחת. במתכות אמיתיות הכיפוף מתקדם בהזזה של פגם קווי אחד בכל פעם, שנקרא נקע, ולכן הן מתכופפות בכוחות קטנים בהרבה ממה שהתמונה הזאת מרמזת. סדקים אמיתיים גם מתחילים בפגמים זעירים, ואחרי שנפתחו הם נשארים פתוחים.