Ķīmiskā saite

Lūisa struktūras ķīmisko saišu punktveida attēlojums starp oglekli (C), skābekli (O) un ūdeņradi (H)

Ķīmiskā saite ir fizikālas mijiedarbības veids, kas notur atomus molekulā, jonus kristālrežģī, neitrālus atomus atomu režģī. Tā ir 2 vai vairāku atomu mijiedarbība, kurā veidojas stabila daudzatomu sistēma (molekulas, joni, kristāli u.c.). Atomi cits ar citu savienojas noteiktā secībā, tāpēc pastāv liela molekulu dažādība. Ķīmiskās saites veidošanā piedalās atomu vērtības elektroni (elektroni, kas atrodas ārējā enerģētiskajā līmenī). Ķīmiskās saites būtība ir elektrostatiskā mijiedarbība starp pozitīvi lādētiem kodoliem un negatīvi lādētiem elektroniem.

Ķīmiskās saites veidošanās nosacījumi

• sistēmas kopējās enerģijas samazināšanās
• elektronu blīvuma sadalījuma maiņa atomu ārējās elektronu čaulās

Ķīmisko saišu veidi

• Jonu saite ir saite, kas pastāv, pateicoties savstarpējas pievilkšanās spēkam starp pozitīvi un negatīvi lādētiem joniem. Šāda saite pastāv savienojumos starp elementiem ar mazu elektronegativitāti (metāliem) un elementiem ar lielu elektronegativitāti (nemetāliem). Tātad to elektronegativitātēm ir krasi jāatšķiras (metālisks elements ar nemetālisku elementu). Piemēram, tā pastāv: tipisko metālu oksīdos K₂O; BaO, bāzēs NaOH; Ca(OH)₂, sāļos NaCl.
• Delokalizēta saite ir saite, kuru veido elektroni, kas pieder vairāk nekā diviem atomiem. Metāliskā saite ir delokalizēta saite, kuras veidošanā piedalās brīvie vērtības elektroni (elektronu gāze), kas sadalīti pa visu metālisko elementu atomu un jonu veidoto kristālrežģi.
• Kovalentā saite ir tāda ķīmiskā saite, kurai vienmēr ir kopīgs elektronu pāris. Izšķir 2 veidu kovalentās saites:
  • Nepolārā kovalentā saite, kas veidojas starp viena un tā paša ķīmiskā elementa atomiem (O, Cl, Br, I, H, N)
  • Polārā kovalentā saite, kas veidojas starp elementu atomiem, kuru elektronegativitātes krasi neatšķiras (jonu saitei tās ir stipri atšķirīgas), piemēram, H₂O.
• Ūdeņraža saite ir saite jeb pievilkšanās spēks, kas veidojas starp stipri elektronegatīva elementa atomu (F, O, N) un ūdeņraža atoma kodolu (protonu), kuru savukārt kovalentās saites saista ar citiem elektronegatīviem atomiem tai pašā vai citā molekulā.

Runājot par ķīmisko saiti, ir jāpiemin tādi jēdzieni kā oksidēšanās un reducēšanās. Oksidēšanās ir elektronu atdošana (tad atoms kļūst par pozitīvu jonu), bet reducēšanās ir elektronu pievienošana (tad atoms kļūst par negatīvu jonu).

Ķīmiskās saites raksturo saites enerģija (enerģija, kas nepieciešama, lai saiti pārrautu). Vismazākā enerģija ir ūdeņraža saitēm. Vielā dominējošo ķīmisko saišu enerģija ir viens no faktoriem, kas nosaka vielas mehānisko un termisko izturību.

Molekulārā orbitāle

Ķīmisko saišu skaidrošanai izmanto divas metodes: valences saišu metodi un molekulāro orbitāļu metodi.

Pēc valences saišu metodes, kovalentā ķīmiskā saite veidojas, pārklājoties divu atomu orbitālēm. Atomārā orbitāle apraksta telpas daļu ap atoma kodolu, kurā elektrona atrašanās vieta ir visvarbūtīgākā. Atomārā orbitāle neskaidro delokalizēto ķīmisko saišu iespējamību, to veic molekulāro orbitāļu metode.

Molekulāro orbitāļu metodē molekulu uzskata kā kodolu un elektronu kopumu, kurā katrs elektrons atrodas visu molekulu veidojošo atomu kodolu ietekmē. Arī molekulā elektroni atrodas noteiktos enerģijas līmeņos un apakšlīmeņos — molekulārajās orbitālēs. Molekulā var būt divu veidu molekulārās orbitāles: saistītājorbitāle atrodas starp atomu kodoliem, un tās enerģija ir mazāka nekā molekulā ietilpstošo izolētu atomu orbitāļu enerģija; irdinātājorbitāle neatrodas starp atomu kodoliem, un tās enerģija ir lielāka nekā molekulā ietilpstošo izolētu atomu orbitāļu enerģija. Ja tas ir iespējams, elektroni izvietojas saistītājorbitālē (pēc enerģijas izdevīguma principa), enerģija, kas izdalās šajā procesā, stabilizē molekulu. Lai pārvietotu elektronus uz irdinātājorbitāli, nepieciešams patērēt enerģiju, šis process destabilizē molekulu.

Saites stiprumu raksturo saites kārta, kuru aprēķina, saistošās molekulu orbitāles elektronu skaita un irdinošās molekulu orbitāles elektronu skaita starpību dalot ar divi. Jo lielāka saites kārta, jo stabilāka dotā molekula.

Ārējās saites

• Vikikrātuvē par šo tēmu ir pieejami multivides faili. Skatīt: Ķīmiskā saite.

• Encyclopædia Britannica raksts (angliski)
• Krievijas Lielās enciklopēdijas raksts (krieviski)
• Encyclopædia Universalis raksts (franciski)
• Kā saistās atomi — Džordžs Zaidens un Čārlzs Mortons (latviski). TED-Ed (2013. gada 15. oktobris).