Утворення хімічних сполук обумовлено виникненням хімічного зв’язку між атомами в молекулах і кристалах.
Хімічний зв’язок – це взаємне зчеплення атомів в молекулі і кристалічній решітці в результаті дії між атомами електричних сил тяжіння.
Поява атомної моделі Бора, яка вперше пояснила будову електронної оболонки атома, сприяла створенню уявлення про хімічний зв’язок і його електронну природу. У 1915 році німецький фізик Коссель пояснив хімічний зв’язок в солях, в 1916 році американський фізико-хімік Льюїс запропонував трактування хімічного зв’язку в молекулах. Коссель і Льюїс виходили з уявлення про те, що атоми елементів мають тенденцією до досягнення електронної конфігурації благородних газів. Атоми благородних газів, крім елемента першого періоду – гелію, мають в зовнішньому електронному шарі, тобто на вищому енергетичному рівні, стійкий октет (вісім електронів); при такій будові здатність атомів до участі в хімічних реакціях мінімальна, наприклад, на противагу атомам гідрогену, оксигену, хлору і інших, атоми інертних газів не утворюють двовалентних молекул. Уявлення Косселя і Льюїса отримали в історії хімії назву октетна теорія, або електронна теорія валентності.
Валентність елементів головних груп Періодичної системи залежить від числа електронів, що знаходяться в зовнішньому шарі електронної оболонки атома. Тому ці зовнішні електрони прийнято називати валентними. Всі зміни, що відбуваються в електронних оболонках атомів при хімічних реакціях, стосуються тільки валентних електронів. Для елементів побічних груп в якості валентних можуть виступати як електрони вищого енергетичного рівня, так і електрони внутрішніх незавершених підрівнів.
Розвиток квантово-механічних уявлень про будову атома і створення орбітальної моделі атома призвели до виникнення двох сучасних наукових підходів для пояснення хімічного зв’язку – метод валентних зв’язків (МВС) і метод молекулярних орбіталей (ММО). Обидва методи доповнюють один одного і дозволяють трактувати процес формування хімічного зв’язку і з’ясувати внутрішню будову речовин.
Розрізняють три основних (модельних) тіпи хімічного зв’язку:
- Ковалентний хімічний зв’язок;
- Іонний хімічний зв’язок;
- Металічний хімічний зв’язок.
Ці типи хімічного зв’язку не існують ізольовано один від одного в реальних речовинах, вони є тільки моделями різних форм хімічного зв’язування, які реалізуються в дійсності як проміжні форми хімічного зв’язку.
Хімічний зв’язок Іонний Ковалентний Металічний Атоми що зв’язуються Атом металу і атом неметалу Атоми неметалів (рідше – атоми металів) Атоми металів Характер елементів Електропозитивний і електронегативний Електронегативний (рідше – електропозитивний) Електропозитивний Процес в електронній оболонці Перехід валентних електронів Утворення загальних електронних пар, заповнення молекулярних орбіталей Віддача валентних електронів Утворені частки Позитивні і негативні іони Молекули Позитивні іони і електронний газ Кристалічна решітка Іонна Молекулярна; Атомна Металічна Характер речовини Солеподібний Летючий або нелеткий (макромолекулярний); Алмазоподібний Металічний Приклади NaCl, CaO, NaOH, Li3N Br2, CO2, C6H6, крохмаль; Алмаз, Si, SiC, B4C Метали і сплави |
Значно більш слабкі, ніж ковалентний, іонний і металічний зв’язки, міжмолекулярні сили, які забезпечують взаємне утримання молекул в молекулярних кристалічних решітках, наприклад в решітці твердого діоксиду карбону, або в рідинах, наприклад у воді. Ці сили називаються сили Ван-дер-Ваальса.