כימיה לבגרות/קשרים כימיים - נוסחא אמפירית

אלקטרו ערכיות – מספר האלקטרונים ברמה האחרונה, כלומר הטור בו נמצא האטום. כל יסוד ישאף שאלקטרו ערכיות שלו תהיה זהה לגז האציל הקרוב ביותר אליו.

תנועת האטומים

1. כידוע כל האלקטרונים נעים סביב עצמם (ספין) באורביטלים (מסלולים), עקב דחייה בין אטומים.
2. זוג אטומים (בנושא המערכה המחזורית, הזכרנו כי כל היסדות בטבע, פרט, מהיסודות האצילים, אינם יכולים להופיע לבדם; הם מופיעים עם בן/י זוג) מסתובב אחד נגד השני (ספין הפוך).
3. בכל רמה האלקטרונים והפרוטונים מסתובבים סביב הגרעין.

"כלל האוטובוס"/מבנה לואיס

מבנה לואיס

כפי שבאוטובוס בני אדם יעדיפו לשבת לבד (אלא אם בא עמם חבר או רואים מישהו/י חמוד/ה...), כך האלקטרונים. האלקטרונים קודם ישבו לבד רחוק אחד מהשני. רק כאשר יגמרו המקומות הם ישבו ליד משהו.
בכל "כיסא", שוב כמו באוטובוס, יש מקום רק לשני אלקטרונים.

"מבנה האוטובוס" : 4 ספסלים זוגיים המשמשים כצלעות ריבוע. האות המייצגת את האטום מונחת במרכז הספסלים.

כיצד לסדר את האטומים?

סידור הישיבה של האטומים הולך לפי הטורים, כלומר, מי שנמצא בטור ראשון ישיב לבד ויוכל לבחור היכן הוא רוצה לשבת. לפיכך :

1. טור 1 ישב לבד (אלקטרון חופשי).
2. טור 2 – ישב לבד מול אלקטרון הראשון.
3. טור 3 – ישב לבד.
4. טור 4 – ישב לבד וכל הספסלים יהיו עם אלקטרון אחד.
5. טור 5 – יבחר בן זוג.
6. טור 6 – ישב מול הספסל בו יש שני מקומות ישיבה.
7. טור 7 – יבחר בן זוג.
8. טור 8 – יתיישב היכן שנותר וכל הספסלים יהיו מלאים.

אלקטרונים אלו מסומנים בנקודות סביב האטום (ראה דוגמא).

אלקטרונים חופשים

אלקטרונים נעים סביב האטום באורביטלים (מסלולים), בהם עשויים להיות עד שני אלקטרונים. ברמת האנרגיה הגבוהה ביותר בכל אטום (מלבד מימן והליום) נמצאים ארבעה אורביטלים ("ספסלים"), מתוכם עשויים להתקיים אורביטלים בהם זוגות של אלקטרונים (כל האלקטרונים שיש להם בן זוג), ואורביטלים בהם אלקטרונים חופשיים (אלקטרונים שיושבים לבד; אלקטרונים שיכולים ליצור קשר).

דוגמה

באטום חמצן (O) נייטרלי, ששה אלקטרונים ברמת האנרגיה הגבוהה ביותר, ועל כן, ישנם :

• שני זוגות אלקטרונים בשני אורביטלים (2 זוגות של אלקטרונים בעלי זוג).
• שני אלקטרונים חופשיים בשני אורביטלים (2 זוגות אלקטרונים שאינם בעלי זוג).

לכן, אטום חמצן יסומן כך:

   . 
  :O:      
   .

קשרים כימיים – נוסחא אמפירית

כלל האוקטט

כל אטום רוצה להיות גז אציל כיוון שהוא היחיד שיכול לשרוד לבד בטבע. לכן, האטומים מעוניינים בקשר עם אטום.
בכדי להיות גז אציל עליך להיות בעל רמה אחרונה השווה לשמונה (He הוא יוצא דופן מבחינה זו), עם זאת, האטום אינו יכול לשנות את מה שהוא, ולכן, ינסה להפוך להיות גז אציל כמה שהוא יכול.
בשביל להפוך להיות דומה לגז אציל על האטום לקבל או לתת אלקטרונים, תלוי בקרבתו אל הגז האציל. למשל, טור שני יעדיף לתת 2 אלקטרונים מאשר לקבל 6 אלקטרונים.
בכדי לקבל או לתת אלקטרונים על האטום למצוא לפחות בן זוג אחד שיהיה מוכן גם הוא לתת או לקבל את האטום.
בדרך כלל, בעקבות ניתנה וקבלת האטומ/ים נוצר יון שלילי וחיובי. כך, נוצר הקשר הכימיים בין היסודות.

ישנם מספר סוגים של קשרים, חלקם "הוגנים" לשני הצדדים, כלומר שני הצדדים מרוויחים שווה בשווה, וחלק לא. כלומר האטום מרוויח כפי שהוא השקיע. על כך נפרט בהרחבה בנושא קשרים כימיים.

נוסחא האמפירית

בכדי לסדר ולדעת איך לחבר את האטום עם אטום אחר אנו משתמשים "בנוסחא האמפירית". הכללים הם :

1. בדיקת מספר אלקטרונים ברמה האחרונה.
2. סידור על פי כלל האוטובוס.
3. בדיקה מי נותן ומי מקבל וסימון מעל האטומים פלוס ומינוס. זכור! אטום שמסומן בפלוס מעליו הוא בעל יון חיובי ואטום שמסומן במינוס הוא בעל יון שלילי!
4. רשימת המתכת ואחריה האל מתכת.
5. סימון היסוד החיובי בפלוס והשלילי במינוס (סימון זה משתנה בין סוג הקשר – בנושא הבא)

דוגמא

האטום Na נמצא בטור הראשון. הוא רוצה להיות Ne שהוא גז אציל הקרוב אליו ביותר אליו (Ne10 ו-Na11). אולם, בשביל כך, עליו להיפטר מאלקטרון (ה"אולטימאטום") או לקבל 7 אלקטרונים.
במקרה, באותו איזור נמצא Cl שזקוק לאלקטרון בשביל להפוך להיות דומה לגז אציל (ה"אולטימאטום") או להיפטר משבעה אלקטרונים. לכן, האטום Cl מוכן לקבל מ-Na את האלקטרון שלו, והוא הופך להיות בעל יון שלילי. לעומת זאת, Na שנתן את האלקטרון הופך להיות בעל יון חיובי. כידוע פלוס ומינוס נמשכים זה אל זה, וכך נוצר NaCl.
אם Na לא היה מוצא את Cl הוא היה נותן לשני יסודות שונים את האלקטרונים שלו או לשלושה יסודות, וכדומה. כך, היה נוצר קשר בין שלושה/ארבעה יסודות.