6.1 Podmínky vzniku chemické vazby

Prostřednictvím elektromagnetické interakce mohou spolu atomy vytvářet vázané systémy (molekuly, clustery, pevné látky apod.). Hovoříme o chemické vazbě mezi atomy. Podle zvyklostí v chemii sice nepovažujeme za chemickou vazbu slabé mezimolekulové interakce (malá vazebná energie), nicméně níže uvedené podmínky platí i pro „slabě vázané“ systémy atomů a molekul. (Polohy atomů určujeme polohami jejich jader.)

V případě vázaného systému atomů, kterým molekula je, musí být splněna

o podmínka rovnováhy, podle níž musí existovat polohy jader atomů (rovnovážné polohy), pro něž je výslednice sil působící na každý atom v molekule nulová,

o podmínka stability, podle které musí mít systém pro rovnovážné polohy jader atomů minimální energii; postačuje přitom lokální minimum energie, které zajistí, že pro dostatečně malé výchylky jader atomů z rovnovážných poloh budou na tyto atomy působit síly, které budou jádra těchto atomů vracet do jejich rovnovážných poloh (ve skutečnosti jádra atomů vždy kolem rovnovážných poloh kmitají).

Nutným předpokladem pro splnění podmínky rovnováhy je existence odpudivých a přitažlivých sil.

Pokud známe závislost interakční energie atomů na polohách jejich jader (viz např. adiabatické přiblížení), můžeme formulovat podmínky vzniku vazby v konkrétnější podobě.

Podmínky vzniku chemické vazby: Nechť je interakční energie (často označovaná jako potenciál) systému n atomů, jsou polohové vektory jader atomů. Pro názornost uvažujme i případ dvouatomové molekuly se sféricky symetrickým potenciálem: .

· Podmínka rovnováhy – musí existovat prostorová konfigurace , pro niž jsou výslednice sil , jimiž ostatní atomy působí na daný atom, pro všechny atomy nulové:

, popř.

.

Pro potenciál U(R) dostáváme:

.

· Podmínka stability – interakční energie musí mít pro konfiguraci splňující podmínku rovnováhy lokální minimum.

Pro potenciál U(R) stačí:

Vzdálenost atomů R₀ v dvouatomové molekule se obvykle označuje jako délka vazby, ve víceatomových systémech se spíše používá termín meziatomová vzdálenost. Hodnota E_V = U(R₀) se označuje jako vazebná energie nebo též disociační energie (vazby, resp. dvouatomové molekuly).

Přitažlivé a odpudivé síly

Nutnou podmínkou existence minima v závislosti interakční energie je existence přitažlivých a odpudivých sil mezi atomy. Jejich význam nejlépe objasníme opět na případu dvouatomové molekuly.

Přitažlivé síly převládají nad odpudivými na vzdálenostech větších než je délka vazby a hrají důležitou roli při vytváření chemické vazby – pokud se atomy přiblíží na určitou vzdálenost, musí se začít přitahovat.

Podstatu přitažlivých sil objasňují teorie chemické vazby, které se liší podle typu vazby v molekule. Původ sil je třeba hledat hlavně v interakci elektronových obalů atomů.

Odpudivé síly naopak převládají nad přitažlivými na vzdálenostech menších než je délka vazby a prudce rostou zejména při těsném přiblížení jader. Zabraňují tak splynutí jader atomů a vytvoření tzv. sjednoceného atomu. Ve vzdálenosti R₀ musí dojít k vyrovnání účinku obou typů sil, tak jak to vyžaduje podmínka rovnováhy.

Původ odpudivých sil je třeba hledat zejména v elektrostatickém odpuzování kladně nabitých jader. Při velmi těsném přiblížení odpovídá závislost odpudivých sil alespoň přibližně Coulombovu zákonu, při větších vzdálenostech ubývají podstatně rychleji než coulombické síly, což je dáno tím, že kladný elektrický náboj jader je částečně stíněn záporně nabitým elektronovým obalem atomu. Empiricky je možné potenciál odpudivých sil popsat potenciálem Yukawova typu: , kde a a k  jsou konstanty (a je analogií členu v coulombickém potenciálu a k je tzv. stínící konstanta). Více se ale používá potenciál mocninný: , kde a a n jsou konstanty (n bývá většinou přirozené číslo, nejčastěji 12).

Větší vzdálenosti

Řádově rozměr atomu.

Potenciál Yukawova typu

Označovaný též jako stíněný Coulombův potenciál.

---

---