Wiązania chemiczne

Wiązanie chemiczne według definicji to każde trwałe połączenie dwóch atomów, które powstaje na skutek uwspólnienia dwóch lub większej liczby elektronów pochodzących bądź z jednego, bądź z obu łączących się atomów lub przeskoku jednego lub większej liczby elektronów z jednego atomu na drugi i utworzenia w wyniku tego tzw. pary jonowej.

Aby powstało wiązanie, zgodnie z definicją potrzeba dwóch elektronów, pochodzących albo od obydwu lub też od jednego z łączących się atomów. Gdy elektronów tworzących wiązanie pomiędzy atomami jest cztery mamy do czynienia z wiązaniem podwójnym. Sześć elektronów tworzy wiązanie potrójne. Istnieją wiązki chemiczne, w których występują wiązania o większej krotności jak poczwórne, pięcio- a nawet sześciokrotne. Wiązania o takich krotnościach występują jedynie w związkach koordynacyjnych lub pomiędzy atomami metali w stanie gazowym.

Biorąc pod uwagę uwspólnienie dwóch lub więcej, elektronów podczas tworzenia wiązania nasuwa się pytanie o ich "lokalizację" w przestrzeni pomiędzy atomami. Takie, uproszczone, podejście  implikuje podział wiązań chemicznych na rodzaje. Oczywiście należy zdawać sobie sprawę z faktu, że opis wiązania chemicznego jest możliwy jedynie na gruncie mechaniki falowej, jednak "makroskopowy" model prowadzący do wyróżnienia wiązań jonowych, kowalencyjnych i kowalencyjnych spolaryzowanych jest użyteczny. Poza wymienionymi istotną rolę odgrywają wiązania wodorowe, które nie powstają w wyniku uwspólnienia elektronów, a na dzielenie pomiędzy dwa atomy pierwiastków o znacznej elektroujemności atomu wodoru. 

Opis wiązań w cząsteczce związku chemicznego jest właściwie opisem rozkładu elektronów wokół jej jąder atomowych. Pierwsze próby zbudowania elektronowej teorii wiązania chemicznego opierały się na modelach geometrycznych. Elektrony, traktowane jako nieruchome punktowe ładunki rozmieszczone były w narożach odpowiednich figur geometrycznych (sześcianów, czworościanów), w których środku znajdowały się jądra atomowe. Modele te opierały się na regule oktetu, każdy atom uzyskiwał konfigurację z ośmioma elektronami walencyjnymi ułożonymi w narożach sześcianu. Takie podejście współgrało z układem okresowym pierwiastków stworzonym przez Mendelejewa. Problemem jaki napotykały te modele było łamanie podstawowego prawa elektrostatyki, zgodnie z którym żaden układ ładunków elektrycznych nie może pozostawać w spoczynku gdyż nie znajduje się wtedy w stanie równowagi trwałej. Jednym słowem ładunki muszą się poruszać.

Już w roku 1819 pojawiła się koncepcja wiązania jonowego stworzona przez Berzeliusa i opierająca się na przyciąganiu różnoimiennych jonów. Istnienie sił przyciągania  pomiędzy różnoimiennymi ładunkami sugerowało, że siły wiążące w cząsteczce związku mają charakter elektrostatyczny. Z drugiej strony należało wprowadzić drugi rodzaj sił – odpychających – które zapobiegłyby nieograniczonemu zbliżaniu się do siebie składników cząsteczki. Jak widać równowagi w krysztale jonowym nie da się wyjaśnić działaniem jedynie sił elektrostatycznych. Pierwsza próba stworzenia modelu dynamicznego powstała w 1913 roku kiedy to Bohr założył, że elektron w atomie porusza się po orbicie zamkniętej. Stosując klasyczne prawa ruchu wraz z warunkiem kwantowym otrzymał dyskretny zbiór dozwolonych orbit, charakteryzujących się odpowiednimi energiami. Teoria dawała rezultaty zgodne z eksperymentalnymi danymi dotyczącymi absorpcji i emisji promieniowania. Jednak była całkowicie nieprzydatna, ulegała kompletnemu załamaniu przy próbie opisu układów zawierających więcej niż jeden elektron lub więcej niż jedno jądro atomowe.

Dopiero wprowadzenie przez Schrödingera w 1926 roku mechanika falowa pozwoliła na zbudowanie teorii opisujących budowę cząsteczek związków chemicznych.