Mineralogialuokassa minulle opetettiin, että metalli- ja ionisidokset ovat heikompia kuin kovalenttiset sidokset ja miksi kvartsi ja timantti ovat niin kovia. Orgaanisen kemian luokassa opin kuitenkin, että kovalenttiset sidokset ovat heikompia kuin metalli- ja ionisidokset, joten orgaanisten aineiden sulamispiste on paljon alhaisempi kuin metallien ja ioniyhdisteiden.
Mitä minä väärin? Ovatko ioni- ja metallisidokset heikompia kuin kovalenttiset sidokset vai eivät?
Kommentit
- Sinä olet ’ pohjimmiltaan molekyylien välisen voiman vertaaminen molekyylinsisäiseen voimaan.
- Tämän ” vahvuuden ” ongelmaa ei ole määritelty tarkasti, ja opettajat käyttävät sitä eri tavalla. Kun verrataan sidosten dissosiaatioenergiaa, ionisidokset voivat olla melko vahvoja, to0: opentextbc.ca/chemistry/chapter/…
- Tässä on vielä hämmennys, kun kovalenttisista molekyyleistä koostuvat yhdisteet eivät ’ t tee kiteitä liitosidoksen perusteella: kiteet muodostuvat heikommista dispersiovoimista (van der Waalsin voimat) ) erillisten molekyylien välillä. Nämä ovat ehdottomasti heikompia kuin ionisidokset tai kovalenttiset sidokset kiinteissä aineissa, kuten timantti, jossa jokaisella atomilla on kovalenttinen sidos muihin atomeihin.
Vastaus
Kvartsi ja timantti ovat vahvempia aineita, koska niiden molekyylit muodostavat verkon kovalenttisia rakenteita. Nämä rakenteet muodostavat ristikkomaisen rakenteen, lähes samanlaiset kuin ioniset yhdisteet.
Tämä molekyyliverkko on myös syy siihen, että timantti ja kvartsi muodostavat kiteisen rakenteen, aivan kuten sinäkin näet ionisissa aineissa, kuten NaCl. Joitakin muita rakenteita, jotka haluat ehkä tutkia, ovat grafiitti ja grafeeni, jotka ovat molemmat hiilen allotroppeja (allotropit ovat yksinkertaisesti sanottuna elementin erilaisia molekyylijärjestelyjä).
Verkkorakenne yhdistyy muodostamaan aine on vahvempi kuin normaalit kovalenttisesti sitoutuneet aineet.
Joten vastaamaan kysymykseesi, tavallisten kovalenttisten sidosten omaavat aineet näyttävät olevan heikompia kuin ionisidoksia sisältävät, koska ionisidoksilla on taipumus muodostaa hilarakenne, mikä tekee niistä paljon vahvempi. Voit nähdä tämän siitä, että ionisuolojen kiehumispisteet ovat paljon korkeammat kuin kovalenttisen aineen, kuten veden, kiehumispisteet. Kuitenkin, kun kovalenttiset sidokset muodostavat verkko-kovalenttisia rakenteita, atomit yhdistyvät muodostaen yhden ainoan paljon vahvempia kuin yksittäiset kovalenttiset sidokset.
Kommentit
- Selityksesi ei näytä selittävän, mitä sanot ’. Selität käyttämällä tosiasiaa, että ioniset yhdisteet muodostavat hilarakenteita kiinteässä tilassa, mutta sitten kirjoitat, että ionisuolojen kiehumispisteet ovat korkeammat. Nestemäisessä tilassa ionisidokset ovat jo katkenneet. Joten kun mainitset ionisuolojen kiehumispisteen, ei ole suhdetta ionisidoksen voimakkuuteen.
- @TanYongBoon, käytin kiehumispisteitä, koska minusta tuntui, että ne ovat parhaiten verrattavissa todelliseen energiaan, jota tarvitaan rikkoa yksittäiset ionisidokset (ainakin sulamispisteiden suhteen). Meillä on tapana mitata ionisten vuorovaikutusten voimaa ristikkoenergialla, joka määritellään energiana, jota tarvitaan yhtä moolia ioniainetta muuttamaan kiinteä aine kaasuioneiksi. Tämä luku kuitenkin merkitsee sekä sublimaatioenergiaa että yksilöllisen sidoksen entalpiaa. Kiehumispisteiden käyttö antaa meille ainakin mahdollisuuden välttää sulavien entalpioiden vertailua ja verrata suoremmin sidosentalpioita.
- @TanYongBoon tietysti ioniyhdisteiden hilarakenne vaikeuttaa välttämättä vertailua.
vastaus
Mineraalikurssilla oppimasi oli oikein; sidoksen lujuus pienenee seuraavassa järjestyksessä kovalenttinen> ioninen> metallinen. Tämän perustelut ovat seuraavat. Kovalenttisissa sidoksissa, kuten metaanissa ja hapessa, valenssielektronit jaetaan sidokseen osallistuvien atomien välillä ja ne (elektronit) viettävät suurimman osan ajastaan sidokseen osallistuvien ytimien välisellä alueella; tämä muodostaa vahvan siteen. Ionimateriaaleissa, kuten natriumkloridissa, elektronit luovutetaan yhdestä (elektropositiivisesta) atomista toiseen (elektronegatiiviseen) atomiin atomien saavuttamiseksi täytetyn kuorirakenteen. Ioniatomit houkuttelevat toisiinsa sähköstaattisen vetovoiman ja muodostuneiden kideverkkojen kautta. Sähköstaattisen vetovoiman kautta muodostuneet sidokset eivät ole yhtä vahvoja kuin elektronien kovalenttisesta jakamisesta muodostuvat siteet. Lopuksi metallissa uloimmat elektronit luovutetaan tai ”yhdistetään” metallirakenteessa.Elektronit voivat liikkua vapaasti suuria etäisyyksiä (siten metallien johtokyky) ja toimivat liimana pitämään kaikki positiivisesti varautuneet metallituumat yhdessä. Joten metallien tapauksessa ei ole merkittäviä metalli-metallisidoksia, ja nämä sidokset ovat sen vuoksi heikoimpia.
kommentit
- Kuten erilaisessa kysymyksessä käsitellään, olen kunnioittavasti eri mieltä ionisidokset eivät ole yhtä vahvoja kuin kovalenttiset.
- Edellä mainitussa kysymyksessä huomautat, että suurin kovalenttisen sidoksen vahvuus on 945 kJ / mol $ \ ce {N2} $: ssa. Vaikka ionisidoksen vahvuus dollareissa $ \ ce {LiF} $, jonka pitäisi edustaa yhtä vahvempia ionisidoksia ( katso täältä ), on vain 577 kJ / mol. Joten ainakin verrattaessa vahvempia kovalenttisia ja ionisidoksia, kovalenttiset sidokset ovat vahvempia. Ehkä voisit antaa BDE-tietoja myös keskimääräisemmille kovalenttisille ja ionisidoksille, ja voimme nähdä, mitkä ovat vahvempia tuossa valtakunnassa.
- Lisäsin myös joitain kommentteja muista kovalenttisista sidoksista. Mutta luulen, että tämä on typerä ’ s tehtävä. Paulingin suuri oivallus oli, että kaikilla sidoksilla eri atomien kanssa on ainakin jokin ioninen / sähköstaattinen komponentti. Itse artikkelissa, johon viittasin vastauksessani, ehdotetaan, että monet sidokset ovat voimakkaasti kovalentteja ja voimakkaasti ionisia.
Vastaus
Se riippuu, koska kovalenttisia sidoksia on kahta tyyppiä, verkko tai molekyyli, tai kuten olen myös kuullut kutsuvan, polaariset kovalentit ja ei-polaariset kovalentit. Mutta kovalenttiverkko koostuu valtavasta verkosta atomien välillä, ja kukin niistä on kytketty, ja ne koostuvat enimmäkseen yhdestä elementistä.
Otetaan esimerkiksi timantti, joka koostuu vain hiilestä, mutta koska atomit ovat yhteydessä toisiinsa ja niillä ei ole sidoksia molekyylien välillä, kuten esimerkiksi sellainen kuin suola, joka on ionisidos, se on vaikeampaa rikkoa. Jos se olisi kuitenkin molekyylikovalenttinen sidos, koko tarina on erilainen, koska ne ovat yleensä hyvin heikkoja sidoksia ja helposti hajoavia kuin sokeri tai muuten glukoosina, sakkaroosilla ei ole väliä, se on silti kovalenttinen molekyylisidos, koska niillä on molekyylejä, kun taas timantti on teknisesti yksi iso molekyyli.
Mutta koska sokerilla on moninkertainen sidos toistensa välillä, molekyyli on heikompi kuin itse elementtien väliset sidokset, niin se on todella heikko.
vastaus
Tämä osoittautuu hölynpölyksi. Kemialliset sidokset vievät koko kirjon erittäin vahvasta erittäin heikkoon, mikä osoittaa Yritetään sanoa, että joko ioniset tai kovalenttiset sidokset ovat vahvempia, on suuri virhe, alkaen siitä, että ”ioniset” ja ”kovalenttiset” ovat vain sitoutumisen jatkuvuuden hypoteettisia ääripäitä ja voivat olla todellisia joukkovelkakirjoja pidetään jatkumossa ja niillä on ominaista molemmat ihanteelliset sidostyypit. Siksi alkuperäisellä kysymykselläsi ei ole sijaa kemian tutkimuksessa.
Kommentit
- Se on palaava ongelma, koska peruskurssit ( ja sen opettajat) teeskentelevät yksinkertaisesti tilaavansa joukkovelkakirjoja vahvuutensa kannalta. Lisää tähän se, että ionisidokset menettävät voimansa vedessä (toimiva hevostapaus useimmille, elleivät kaikki kemistit), ja sitten törmäät siihen, että jopa täällä monet väittävät, että kovalenttinen sidos on sinänsä vahvempi kuin ioninen.
vastaus
Älä sekoita kiinnittyy kiteisiä kiinteitä aineita yhdessä pitävien voimien voimakkuuteen
Kemiasta oppimasi eroavat mineralogian opetuksista : he eivät puhu samoista asioista.
Ongelmana on, että mineralogian sidokset, joista he puhuvat, ovat sidoksia, jotka pitävät kiteitä yhdessä, mutta kemiassa usein puhutaan sidoksista, jotka pitävät molekyylit yhdessä eivät molekyyleistä valmistettuja kiteitä.
Tämä ero on tärkeä. Suurin osa kiteistä koostuu kiteistä erillisistä molekyyleistä b y heikommat molekyylien väliset voimat (joskus kutsutaan van Der Waalsin sidoksiksi). Nämä ovat melko heikkoja verrattuna kovalenttisiin sidoksiin ja johtavat kiteisiin, jotka ovat heikkoja ja joilla on matala sulamispiste. Joten kemisti saattaa tarkastella yhdisteitä, joissa sitoutuminen molekyyleissä on kovalenttinen, ja tehdä yleistymisen siitä, että ne yleensä muodostavat kiteitä paljon heikompia kuin metallit tai ioniset yhdisteet. Mutta tämä johtuu siitä, että sidokset, jotka tekevät kiteistä , eivät ole kovalentteja.
Mineralogisti tarkastelee enimmäkseen yhdisteitä, jotka eivät ole erillisiä molekyylejä, mutta jotka on valmistettu ionisista ristikoista tai kovalentteista verkot (tai molemmat).Timanttimolekyylejä ei ole, kide on kiinteä verkko, jota (lähes) ääretön joukko C-C-kovalenttisia sidoksia pitää yhdessä, koska piidioksidia pitää yhdessä ääretön joukko O-Si-O-sidoksia. Muut mineraalit ovat sekoitus näistä kahdesta monista silikaateista, jotka sisältävät esimerkiksi O-Si-O-rakenteiden arkkeja, joissa on erilaisia ioneja. Joten mineralogistille kovalenttiset sidokset näyttävät vahvilta verrattuna muihin sidostyyppeihin. Ionisidokset ovat vahvoja, mutta eivät yhtä vahvoja kuin puhtaasti kovalenttiset kiinteät verkot.
Ja ongelmaa vaikeuttavat edelleen liian kapeat vahvuusmääritelmät. Ovatko metallit vahvempia tai heikompia kuin timantin kaltaiset rakenteet? Se riippuu siitä, mitä tarkoitat voimalla. Timantti on kovempaa kuin mikään metalli, mutta se on myös hauraampi. Jos sietokyky iskuun terävällä esineellä on merkitystä, valitse pallografiittinen metalliesine timantin sijasta joka päivä. Tämä tapahtuu, koska joidenkin metallien kiderakenne voi absorboida energiaa järjestelemällä uudelleen kristallivikoja eikä murtamalla sidoksia (melkein ainoa vaihtoehto piidioksidissa tai timantissa). Joten yhdessä mielessä metallit ovat vahvempia kuin kovalenttiset kiinteät aineet.
Yleinen oppitunti on olla varovainen määritelmien suhteen. Sidostyyppeihin perustuvaa kiteiden vahvuutta ei ole yleistetty. Ole varovainen puhuessasi sidoksista kiteiden (molekyylien) sisällä tai sidoksissa, jotka pitävät näitä komponentteja yhdessä (monet ”kovalenttiset” yhdisteet koostuvat kiteistä, joissa molekyylejä pidetään yhdessä paljon heikompien voimien avulla). Älä unohda, että monilla mineraaleilla on sekä ioninen että kovalenttinen sitoutuminen. Ja tarkoita, mitä tarkoitat ”voimalla” (esim. Valjaat ovat sietokyky iskuille eivät ole sama asia).
Vastaus
Ioniset ja metalliset sidokset ovat heikompia kuin kovalenttiset sidokset. Tämä on oikein, ja siksi kovalenttinen kide on paljon kovempi kuin ioninen ja metallinen kide / polykristalli.
Toinen väite on väärä, koska ensinnäkin sulamispiste ei ole verrannollinen kemiallisen sidoksen lujuuteen. On olemassa enemmän tekijöitä, kuten molekyylien joustavuus. Kiehumispiste on sen sijaan suhteellisempi.
Tärkeämpää on, että orgaanisten yhdisteiden välillä verratut hiukkasten väliset voimat vs. ioniset vs metalliyhdisteet ovat EI kovalenttinen sidos vs ionisidos vs metallisidos. Se kuuluu molekyylien välinen voima (dipoli-dipoli, H-sidos, Van der waals) vs ionisidos vs metallisidos. Ja ensimmäinen on varmasti paljon heikompi kuin toinen ja kolmas. Joten orgaanisten yhdisteiden kiehumispiste on paljon matalampi.
Vastaus
En ole varma, mikä on saavutettu yksimielisyys kemistit ympäri maailmaa, mutta haluaisin vain tarjota kahdelle sentilleni ”arvoisen aiheen. Tämä kysymys on aina ollut kysymys, johon opettajani tarttuivat aina opettaessaan kemiallista sidontaa, ja heidän vastauksensa on aina ollut sama:
Ei ole oikeudenmukaista tehdä vertailua, koska nämä joukkovelkakirjat ovat viime kädessä voimakkaasti vaihtelevia.
Olen samaa mieltä siitä, mutta annan minun esittää näkökulmani tähän asiaan.
Kovalenttisten sidosten vahvuus yksinkertaisissa molekyyliaineissa (samoin kuin jättiläisissä verkkorakenteissa) voi Siten useimpien kovalenttisten sidosten sidosenergiat tunnetaan hyvin ja niitä voidaan helposti käyttää tällaisiin sidosenergian vertailuihin. Ionisidosten ja metallisidosten vahvuus ei kuitenkaan ole t niin selvä.
Määritelmän mukaan ionisidos on positiivinen ja negatiivisesti varautuneiden ionien sähköstaattinen vetovoima ioniverkossa, kun taas metallinen sidos on positiivisesti varautuneiden metalli-ionien ja ympäröivien elektronien välinen vetovoima.
Ionisessa ristikossa on niin monia ioneja, jotka ovat vuorovaikutuksessa sähköstaattisesti keskenään. Kuinka sitten ionisidoksen vahvuus voidaan määrittää? Hilaenergian ideaa voitaisiin käyttää, mutta ristikkoenergialla tehdyillä vertailuilla olisi vain merkitystä, kun verrataan ionihilaa. Sitä ei voida käyttää vertailuun kovalenttisiin sidoksiin!
Harkitse sidoksen dissosiaatioenergiaa $ \ ce {H-H} $ ja natriumkloridin ristikkoenergiaa. $ \ Ce {H-H} $: n BDE on $ \ ce {+ 436 kJ / mol} $, kun taas $ \ ce {NaCl} $ ristikkoenergia on $ \ ce {+ 786 kJ / mol} $. Molemmat ovat ”jotain moolia kohti”. Mutta tuo ”jotain” on erilainen kussakin tapauksessa. Vedyn tapauksessa tuo ”jotain” olisi $ \ ce {HH} $ -sidos, mutta ioniyhdisteen $ \ ce {NaCl} $ tapauksessa tuo ”jotain” on $ \ ce {NaCl} $ kaavan yksikkö. Ja se ei ole sama kuin ”moolia ionisidoksia dollarin $ \ ce {Na ^ +} $ ja $ \ ce {Cl ^ -} $ välillä”.Ionisidoksen voimakkuutta ei voida määrittää niin helposti, koska kukin ioni on sähköstaattisessa ympäristössä, johon kaikki muut ympäröivät ionit vaikuttavat. Samaa ajatusta voidaan soveltaa metallisidoksiin. Pohjimmiltaan katson, että metallisten, ionisten ja kovalenttisten sidosten välillä ei ole perusteellista vertailua niiden sidoslujuuksien suhteen.