I mineralogiklassen lærte jeg mig, at metalliske og ioniske bindinger er svagere end kovalente bindinger, og det er derfor, kvarts og diamant har en så høj hårdhedsværdi. Imidlertid lærte jeg i organisk kemiklasse, at kovalente bindinger er svagere end metalliske og ioniske bindinger, således at organiske stoffer har et meget lavere smeltepunkt end metaller og ioniske forbindelser.
Hvad får jeg forkert? Er ioniske og metalliske bindinger svagere end kovalente bindinger eller ej?
Kommentarer
- Du ‘ er dybest set sammenligning af en intermolekylær kraft med en intramolekylær kraft.
- Problemet med denne ” styrke ” er ikke veldefineret, og dine lærere bruger det i forskellig forstand. Når bånddissociationsenergier sammenlignes, kan ionbindinger være ret stærke, to0: opentextbc.ca/chemistry/chapter/…
- Der er en yderligere forvirring her, da forbindelser bestående af kovalente molekyler ikke ‘ t fremstiller krystaller baseret på pagtbinding: krystallerne er dannet af svagere spredningskræfter (van der Waals-kræfter mellem de diskrete molekyler. Dette er bestemt svagere end ionbindinger eller de kovalente bindinger i netværksfaststoffer som diamant, hvor hvert atom har en kovalent binding til andre atomer.
Svar
Kvarts og diamant er stærkere stoffer, fordi deres molekyler danner netværk kovalente strukturer. Disse strukturer danner en gitterlignende struktur, stort set den samme som ioniske forbindelser.
Dette molekylære netværk er også grunden til, at diamant og kvarts danner en krystallinsk struktur, ligesom du ville se i ioniske stoffer som f.eks. Nogle andre strukturer, du måske vil se på, er grafit og grafen, som begge er allotropes af kulstof (allotropes er, enkelt sagt, forskellige molekylære arrangementer af et element).
Netværksstrukturen kombineres for at skabe stoffet stærkere end normale kovalente bundne stoffer.
Så for at besvare dit spørgsmål synes stoffer med standard kovalente bindinger at være svagere end dem med ionbindinger, fordi de ioniske bindinger har tendens til at danne en gitterstruktur, der gør dem meget stærkere. Du kan se dette ved, at kogepunkterne for ioniske salte er meget højere end for et kovalent stof som vand. Men når kovalente bindinger danner netværkskovalente strukturer, kombineres atomer til at danne et enkelt makromolekyle, der meget stærkere end ental kovalente bindinger.
Kommentarer
- Din forklaring synes ikke ‘ at forklare, hvad du siger. Du forklarer ved hjælp af det faktum, at ioniske forbindelser danner gitterstrukturer i fast tilstand, men du skriver derefter, at kogepunkterne for ioniske salte er højere. I flydende tilstand er ioniske bindinger allerede brudt. Så når du nævner kogepunktet for ioniske salte, er der ingen relation til styrken af den ioniske binding.
- @TanYongBoon, jeg brugte kogepunkter, fordi jeg følte, at de er mest sammenlignelige med den sande energi, der kræves for at bryde de individuelle ionbindinger (i det mindste vs. smeltepunkter). Vi har tendens til at måle styrken af ioniske vekselvirkninger ved hjælp af gitterenergi, der er defineret som den krævede energi pr. Mol ionisk stof til at omdanne det faste stof til bestanddele af gasformige ioner. Dette tal udgør dog både sublimeringsenergi OG individuel bindingsentalpi. Brug af kogepunkter giver os i det mindste mulighed for at undgå at sammenligne smeltende enthalpier og mere direkte sammenligne bindingsenthalpier.
- @TanYongBoon selvfølgelig komplicerer gitterkarakteren af ioniske forbindelser nødvendigvis sammenligningen.
Svar
Det, du lærte i din mineralogiklasse, var korrekt; bindingsstyrke fald i følgende rækkefølge kovalent> ionisk> metallisk. Begrundelsen for dette er som følger. I kovalente bindinger, såsom dem i methan og ilt, deles valenselektronerne mellem de atomer, der er involveret i bindingen, og de (elektronerne) tilbringer det meste af deres tid i regionen mellem de kerner, der er involveret i bindingen; dette giver et stærkt bånd. I ioniske materialer såsom natriumchlorid doneres elektronerne fra det ene (det elektropositive) atom til det andet (det elektronegative) atom for at atomerne skal opnå en fyldt skalstruktur. De ioniske atomer tiltrækkes af hinanden gennem elektrostatisk tiltrækning og de dannede krystalgitter. Bindingerne dannet ved elektrostatisk tiltrækning er ikke så stærke som dem, der dannes ved kovalent deling af elektroner. Endelig doneres eller “samles” de ydre elektroner i metaller i den båndstruktur, der findes i metaller.Elektronerne er fri til at rejse store afstande (deraf ledningsevnen af metaller) og tjene som lim til at holde alle de positivt ladede metalkerner sammen. Så i tilfælde af metaller er der ingen signifikante metal-metalbindinger, og disse bindinger er derfor de svageste.
Kommentarer
- Som diskuteret i et andet spørgsmål , er jeg med respekt uenig i at ioniske bindinger er ikke så stærke som kovalente.
- I det ovennævnte spørgsmål bemærkes, at den største kovalente bindingsstyrke er 945 kJ / mol i $ \ ce {N2} $. Mens den ioniske bindingsstyrke i $ \ ce {LiF} $, som skal repræsentere en af de stærkere ionbindinger ( se her ) kun er 577 kJ / mol. Så i det mindste når man sammenligner de stærkere kovalente og ioniske bindinger, er kovalente bindinger stærkere. Måske kunne du også give BDE-data til mere gennemsnitlige kovalente og ioniske bindinger, og vi kan se, hvilke der er stærkere på det område.
- Jeg inkluderede også nogle kommentarer til andre kovalente bindinger. Men jeg synes, det er et fjols ‘ s ærinde. Paulings store indsigt var, at enhver binding med forskellige atomer vil have mindst nogle ioniske / elektrostatiske komponenter. Faktisk antyder en artikel, som jeg henviste til i mit svar, at mange bindinger er stærkt kovalente og stærkt ioniske.
Svar
Det afhænger, for for kovalent er der to typer bindinger, netværk eller molekylær, eller som jeg også har hørt det kaldes, polær kovalent og ikke-polær kovalent. Men netværkskovalent består af et stort netværk blandt atomerne, og hver enkelt er forbundet, og de består for det meste af et element.
Tag en diamant for eksempel, den består kun af kulstof, men da atomerne er forbundet til hinanden og ikke har binding mellem molekyler, som noget som salt, som er en ionbinding, er det er sværere at bryde. Men hvis det var en molekylær kovalent binding, så er hele historien anderledes, fordi de har tendens til at være meget svage bindinger og let brydes som sukker eller på anden måde kendt som glucose, saccharose betyder ikke noget, det er stadig en kovalent molekylær binding, fordi de har molekyler, mens som en diamant teknisk set er et stort molekyle.
Men da sukker har flere gange, er båndet mellem hinanden molekyle svagere end bindingerne mellem elementerne selv, så er det virkelig svagt.
Svar
Dette viser sig at være et vrøvlspørgsmål. Kemiske bindinger kører hele spektret fra meget stærk til meget svag som det fremgår af mængde energi, der kræves for at bryde dem. At forsøge at sige, at bindinger, der enten er ioniske eller kovalente, er stærkere er en stor fejl, startende med det faktum, at “ionisk” og “kovalent” kun er de hypotetiske ekstremer af bindingskontinuumet og kan være betragtes som “ideelle” obligationer. Reelle obligationer ligger langs kontinuummet og har karakteristik s af begge de ideelle obligationstyper. Derfor har dit originale spørgsmål ingen plads i kemistudiet.
Kommentarer
- Det er et tilbagevendende problem på grund af det faktum, at grundlæggende kurser ( og lærerne derom) foregiver simpelthen at bestille obligationer med hensyn til deres styrke. Tilføj dertil det faktum, at ionbindinger mister deres styrke i vand (en arbejdshestetaske for de fleste, hvis ikke alle kemikere), og så løber du ind i det faktum, at selv her argumenterer mange for, at en kovalent binding i sig selv er stærkere end en ionisk.
Svar
Forvirre ikke styrken ved binder sig med styrken af de kræfter, der holder krystallinske faste stoffer sammen
Der er en grund til, at de lektioner, du lærte fra kemi, adskiller sig fra lektionerne i mineralogi : de taler ikke om de samme ting.
Problemet er, at mineralogien de bindinger, de taler om, er de bindinger, der holder krystaller sammen, men inden for kemi, hvad der ofte tales om, er bindingerne, der holder molekyler sammen ikke krystallerne fremstillet af molekylerne.
Denne skelnen er vigtig. Langt størstedelen af krystaller inden for kemi består af diskrete molekyler, der holdes sammen b y svagere intermolekylære kræfter (undertiden kaldet van Der Waals obligationer). Disse er forholdsvis svage sammenlignet med kovalente bindinger og resulterer i krystaller, der er svage og har lave smeltepunkter. Så en kemiker kan se på forbindelser, hvor bindingen i molekylerne er kovalent og gøre generaliseringen, at de typisk danner krystaller meget svagere end metaller eller ioniske forbindelser. Men det er fordi bindingerne, der danner krystallerne ikke er kovalente.
En mineralog vil for det meste se på forbindelser, der ikke er lavet af diskrete molekyler, men er lavet af ioniske gitter eller kovalente netværk (eller begge dele).Der er ingen diamantmolekyler, krystallen er et netværksfast stof, der holdes sammen af en (næsten) uendelig række af C-C-kovalente bindinger, da silica holdes sammen af en uendelig række O-Si-O-bindinger. Andre mineraler er en blanding af de to med mange silicater indeholdende for eksempel ark med O-Si-O-strukturer med en række ioner imellem. Så for en mineralog ser kovalente bindinger stærkt ud sammenlignet med andre typer bindinger. Ioniske bindinger er stærke, men ikke så stærke som rent kovalente netværksfaststoffer.
Og problemet er yderligere kompliceret ved definitioner af styrke, der er for snævre. Er metaller stærkere eller svagere end diamantlignende strukturer? Det afhænger af, hvad du mener med styrke. Diamant er hårdere end noget metal, men det er også mere skørt. Hvis modstandsdygtighed over for at blive ramt af en skarp genstand betyder noget, skal du vælge en duktil metalgenstand over en diamant hver dag. Dette sker, fordi krystalstrukturen i nogle metaller kan absorbere energi ved at omorganisere krystaldefekter snarere end ved at knuse obligationer (stort set den eneste mulighed i silica eller diamant). Så på en måde er metaller stærkere end kovalente faste stoffer.
Den overordnede lektion er at være forsigtig med definitioner. Der er ingen god generalisering af krystalstyrke baseret på bindingstyper. Vær forsigtig, om du taler om bindingerne i krystallkomponenterne (molekyler) eller bindingerne, der holder disse komponenter sammen (mange “kovalente” forbindelser består af krystaller, hvor molekyler holdes sammen af meget svagere kræfter). Glem ikke, at mange mineraler har både ionisk og kovalent binding. Og vær specifik hvad du mener med “styrke” (f.eks. Sele er modstandsdygtighed over for påvirkning er ikke det samme).
Svar
Ioniske og metalliske bindinger er svagere end kovalente bindinger. Dette er korrekt, det er grunden til, at kovalent krystal er meget sværere end ionisk og metallisk krystal / polykrystal.
Den anden sætning er forkert, fordi smeltepunktet for det første ikke er proportionalt med styrken af kemisk binding. Der er flere faktorer, såsom molekylers fleksibilitet. Kogepunktet er mere proportionalt i stedet.
Mere vigtigt, interpartikelkræfter, der skal sammenlignes mellem den organiske forbindelse vs ionisk versus metallisk forbindelse, er IKKE blandt kovalent binding vs ionbinding vs metalbinding. Det er blandt intermolekylær kraft (dipol-dipol, H-binding, Van der waals) vs ionbinding vs metallisk binding. Og den første er helt sikkert meget svagere end den anden og tredje. Så kogepunktet for organiske forbindelser er meget lavere.
Svar
Jeg er ikke sikker på, hvad der er enighed der er ankommet af kemikere over hele verden, men jeg vil bare tilbyde mine to cent “værd i spørgsmålet. Dette spørgsmål har altid været et spørgsmål, som mine lærere altid vil tackle, når de underviser i kemisk binding, og deres svar har altid været det samme:
Det er ikke rimeligt at sammenligne, da disse obligationer i sidste ende er meget variable med hensyn til styrke.
Jeg er enig i det, men tillader mig at give mit perspektiv til dette emne.
Styrken af kovalente bindinger i simple molekylære stoffer (såvel som i gigantiske netværksstrukturer) kan bestemmes let. Således er bindingsenergierne for de fleste kovalente bindinger velkendte, og de kan let bruges til sådanne sammenligninger af bindingsenergi. Styrken af ioniske bindinger og metalliske bindinger er imidlertid ingen t så tydelig.
Per definition er den ioniske binding den elektrostatiske tiltrækningskraft mellem positivt og negativt ladede ioner i et ionisk gitter, mens den metalliske binding er den elektrostatiske tiltrækningskraft mellem de positivt ladede metalioner og de omgivende elektroner.
I et ionisk gitter er der så mange ioner, der interagerer elektrostatisk med hinanden. Hvordan kan styrken af den ioniske binding derefter bestemmes? Idéen med gitterenergi kunne bruges, men sammenligninger foretaget ved hjælp af gitterenergi ville kun have nogen mening, når vi sammenligner mellem ionisk gitter. Det kan ikke bruges til at sammenligne med kovalente bindinger!
Overvej bindingsdissociationsenergien på $ \ ce {H-H} $ og gitterenergien af natriumchlorid. BDE på $ \ ce {H-H} $ er $ \ ce {+ 436 kJ / mol} $, mens gitterenergien på $ \ ce {NaCl} $ er $ \ ce {+ 786 kJ / mol} $. Begge er i form af “pr. Mol af noget”. Men det “noget” er forskelligt i hvert tilfælde. I tilfælde af brint ville det “noget” være $ \ ce {HH} $ -binding, men i tilfælde af den ioniske forbindelse $ \ ce {NaCl} $ er det “noget” $ \ ce {NaCl} $ formelenhed. Og det er ikke det samme som “pr. Mol ioniske bindinger mellem $ \ ce {Na ^ +} $ og $ \ ce {Cl ^ -} $”.Den ioniske bindingsstyrke bestemmes ikke så let, fordi hver ion er i et elektrostatisk miljø, der er påvirket af alle de andre ioner omkring den. Den samme idé kan anvendes på metalbindinger.
I det væsentlige er min opfattelse, at der ikke er noget grundlag for en rimelig sammenligning mellem metalliske, ioniske og kovalente bindinger med hensyn til deres bindingsstyrker.