Ομοιοπολικός δεσμός

Ιστορικό

Ο όρος «ομοιοπολικός», όσον αφορά τη δεσμολογία, χρησιμοποιήθηκε για πρώτη φορά το 1919 από τον Ίρβιγκ Λάγκμουαρ (Irving Langmuir) σε ένα άρθρο στο Περιοδικό της Αμερικανικής Χημικής Κοινωνίας (Journal of the American Chemical Society article) που είχε τίτλο «Η διευθέτηση των ηλεκτρονίων σε άτομα και μόρια» (The Arrangement of Electrons in Atoms and Molecules). Ο Λάγκμουαρ έγραψε ότι «...θα συμβολίζουμε με τον όρο ομοιοπολικότητα τον αριθμό των ζευγών των ηλεκτρονίων που ένα δεδομένο άτομο μοιράζεται με τα γειτονικά του...»
("...we shall denote by the term covalence the number of pairs of electrons that a given atom shares with its neighbors...")
Η ιδέα του ομοιοπολικού δεσμού μπορεί να ιχνηλατηθεί αρκετά χρόνια νωρίτερα από το 1919, στον Γκίλμπερτ Λιούις (Gilbert N. Lewis), ο οποίος το 1916 περιέγραψε το μοίρασμα των ηλεκτρονιακών ζευγών μεταξύ των ατόμων. Εισήγαγε τη σημειογραφία κατά Λιούις ή «ηλεκτρονιακή σημειογραφία με σημεία» ή «ηλεκτρονιακή σημειογραφία Λιούις με σημεία», στην οποία τα ηλεκτρόνια σθένους, δηλαδή τα ηλεκτρόνια της εξωτερικής στιβάδας, αναπαριστάνονται με σημεία (βούλες) γύρω από τα χημικά σύμβολα των χημικών στοιχείων. Τα ζεύγη των ηλεκτρονίων που τοποθετούνται ανάμεσα στα χημικά σύμβολα αντιπροσωπεύουν τους ομοιοπολικούς δεσμούς. Πολλαπλά ζεύγη ηλεκτρονίων αντιπροσωπεύουν πολλαπλούς δεσμούς, όπως διπλούς δεσμούς και τριπλούς δεσμούς. Σε μια άλλη μορφή αναπαράστασης, που δεν δείχνεται εδώ, τα ηλεκτρονιακά ζεύγη που σχηματίζουν χημικούς δεσμούς αντιπροσωπεύονται με συνεχόμενες γραμμές.
Ο Λιούις πρότεινε ότι ένα άτομο σχηματίζει αρκετούς ομοιοπολικούς δεσμούς για να σχηματίσει μια πλήρη εξωτερική ηλεκτρονιακή στιβάδα. Στο διάγραμμα του μεθανίου που δείχνεται εδώ, ο άνθρακας έχει σθένος 4, και γι' αυτό  περιβάλλεται από 8 ηλεκτρόνια («κανόνας οκτάβας»), από τα οποία τα 4 προέρχονται από το ίδιο το άτομο του άνθρακα και τα άλλα 4 από τα 4 άτομα υδρογόνου που συνδέονται με το άτομο του άνθρακα (στο μόριο του μεθανίου πάντα). Κάθε άτομο υδρογόνου έχει σθένος 1 και περιβάλλεται από 2 ηλεκτρόνια («κανόνας δυάδας»), δηλαδή το μοναδικό δικό του συν ένα από το άτομο του άνθρακα. Ο αριθμός των ηλεκτρονίων που αντιστοιχεί σε πλήρη στιβάδα σύμφωνα με την κβαντική θεωρία του ατόμου λέει για το άτομο του άνθρακα, με εξώτατη στιβάδα που έχει n = 2, ότι μπορεί να κρατήσει μέχρι και 8 ηλεκτρόνια, ενώ για το άτομο του υδρογόνου, με εξώτατη στιβάδα που έχει n = 1, ότι μπορεί να κρατήσει μέχρι και 2 μόνο ηλεκτρόνια.
Ενώ η ιδέα των μοιραζόμενων ηλεκτρονιακών ζευγών προσφέρει μια αποτελεσματική ποιοτική εικόνα της ομοιοπολικής δεσμολογίας, η κβαντομηχανική χρειάστηκε να κατανοήσει τη φύση αυτών των δεσμ΄ν και να προβλέψει τις δομές και τις ιδιότητες των απλών μορίων. Οι Γουάλτερ Χάιτλερ (Walter Heitler) και Φριτζ Λόντον (Fritz Londo) πιστώθηκαν με την πρώτη επιτυχημένη κβαντομηχανική εξήγηση ενός χημικού δεσμού, και πιο συγκεκριμένα του δεσμού του μοριακού υδρογόνου, το 1927. Η εργασία τους βασίστηκε στο μοντέλο του δεσμού σθένους, που υποθέτει ότι ένας χημικός δεσμός σχηματίζεται όταν υπάρχει μια καλή επικάλυψη μεταξύ των ατομικών τροχιακών των ατόμων που συμμετέχουν στο χημικό δεσμό. Αυτά τα ατομικά τροχιακά είναι γνωστό ότι έχουν ειδικές γωνιακές σχέσεις μεταξύ τους, και έτσι το μοντέλο του δεσμού σθένους μπορεί να προβλέψει επιτυχημένα τις δεσμικές γωνίες που παρατηρούνται σε απλά μόρια.

Πολικότητα των ομοιοπολικών δεσμών

Οι ομοιπολικοί δεσμοί επιρεάζονται από τη διαφορά ηλεκτραρνητικότητας των συνδεμένων ατόμων. Δυο άτομα με ίση ηλεκτραρνητικότητα δίνον μη πολικούς ομοιοπολικούς δεσμούς, όπως ο δεσμός H - H. Μια άνιση σχέση δημιουργεί έναν πολωμένο ομοιοπολικό δεσμό, όπως ο δεσμός H - Cl.