Energi frigörs då atomer förenas
Hej! Har fått lära mig att alla atomer kommer sträva efter så låg energi som möjligt, och att detta är en fundamental princip i kvantmekaniken. Jag nöjer mig med att inte förstå kvantmekaniken. Men jag vill ändå kunna lära mig på vilket sätt två oparade atomer har högre energi än t.ex. en jonförening eller molekylförening. Vad är det som orsakar detta?
Har fått höra att när det gäller kovalenta bindningar kommer de bindande orbitalerna tillsammans bli lite större, än vad varje orbital var från början, så elektronerna får större utrymme att röra sig på och detta ska tydligen ge lägre energi. Men jag varken vet hur detta fungerar eller om det ens är korrekt.
Tack på förhand.
Hjälp uppskattas!
Det fungerar ungefär såhär:
I en atom är det mest sannolikt att påträffa elektronerna i orbitaler som ser ut på lite olika sätt. Dessa orbitaler är lösningar till Schrödingerekvationen som beskriver vilka energinivåer som är stabila för elektronerna.
När två atomer närmar sig varandra börjar deras orbitaler att överlappa. Då sker något som kallas för superposition, vilket fungerar ungefär som när två vågor kolliderar och antingen förstärker eller försvagar varandra. Orbitalernas utseende förändras därmed och det uppstår nya stabila energinivåerna för elektronerna. När atomerna kommer nära varandra påverkas ju elektronerna av två atomkärnor istället för bara en kärna.
De nya orbitalerna som bildas av atomorbitalerna kallas molekylorbitaler och de kan vara antingen bindande eller antibindande. Elektroner som befinner sig i bindande orbitaler är mest sannolika att påträffas mellan atomkärnorna. Det gör att repulsionen mellan dem minskar eftersom det kommer negativ laddning mellan positiva laddningar (+ - +). Det verkar stabiliserande eftersom det sänker molekylens energinivå.
Elektroner som istället befinner sig i antibindande orbitaler är mer sannolika att påträffas på andra sidan av respektive atomkärna (- + + -) vilket gör att repulsionen mellan atomerna ökar. Det gör molekylen mer instabil och höjer dess energinivå.
För att en kovalent bindning ska uppstå måste det finnas fler elektroner i de bindande jämfört med de antibindande orbitalerna. Man kan nästan se elektronerna som klister mellan atomkärnorna och om elektroner binds till flera atomkärnor samtidigt ger det en sammantaget lägre energinivå.
Ett jättebra exempel är vätemolekylen H2 och heliummolekylen He2. I båda fallen är det 1s-orbitalen som interagerar och bildar en bindande och en antibindande orbital. Varje orbital rymmer två elektroner och elektronerna fyller upp orbitalerna från lägst till högst energinivå, dvs först fylls den bindande och sedan den antibindande orbitalen.
I vätemolekylen hamnar båda elektronerna i den bindande orbitalen och ingen elektron i den antibindande orbitalen. Eftersom det finns fler bindande än antibindande elektroner uppstår en stabil kovalent bindning och molekylen håller ihop. I heliummolekylen finns fyra elektroner varav två hamnar i den bindande orbitalen. Resterande två elektroner måste läggas i den antibindande orbitalen. Det finns alltså lika många bindande som antibindande elektroner vilket inte är tillräckligt för att en kovalent bindning ska uppstå. Man kan ungefär tänka att attraktionen blir lika stor som repulsionen. En sådan molekyl är instabil och faller sönder till två fria heliumatomer. Därför finns väte som tvåatomiga molekyler medan helium finns som fria atomer.
En jonbindning fungerar inte som en kovalent bindning. En jonbindning är elektrostatisk, vilket innebär att den uppstår mellan negativa och positiva partiklar som attraheras av varandra på grund av deras olika laddning. En natriumjon och en kloridjon binds alltså till varandra eftersom den ena är positiv och den andra är negativ och det finns en naturlag som säger att det då uppstår attraktion och att det krävs energi för att sära på dem igen. Den energi som krävs för det utgör bindningsenergin.
Hos en kovalent bindning motsvarar bindningsenergin istället hur mycket energi som krävs för att excitera (det kallas att promovera) så många bindande elektroner till de antibindande orbitalerna att bindningen brister. Det kan t.ex. ske om elektronerna absorberar fotoner (ofta inom UV-området).
