În clasa de mineralogie, am fost învățat că legăturile metalice și ionice sunt mai slabe decât legăturile covalente și că de ce cuarțul și diamantul au o valoare de duritate atât de mare. Cu toate acestea, la clasa de chimie organică, am aflat că legăturile covalente sunt mai slabe decât legăturile metalice și ionice, astfel substanțele organice au un punct de topire mult mai scăzut decât cel al metalelor și al compușilor ionici.
Ce greșesc? Legăturile ionice și metalice sunt sau nu mai slabe decât legăturile covalente?
Comentarii
- Sunteți ‘ practic comparând o forță intermoleculară cu o forță intramoleculară.
- Problema cu această ” forță ” nu este bine definită, iar profesorii dvs. îl folosesc în sens diferit. Când se compară energiile de disociere a legăturilor, legăturile ionice pot fi destul de puternice, până la: opentextbc.ca/chemistry/chapter/
- Există o confuzie suplimentară aici, deoarece compușii constând din molecule covalente nu fac ‘ cristale pe baza legăturii legământului: cristalele sunt formate din forțe de dispersie mai slabe (forțele van der Waals ) între moleculele discrete. Acestea sunt cu siguranță mai slabe decât legăturile ionice sau legăturile covalente din solidele din rețea, cum ar fi diamantul, în care fiecare atom are o legătură covalentă cu alți atomi.
Răspuns
Cuarțul și diamantul sunt substanțe mai puternice, deoarece moleculele lor formează structuri covalente de rețea. Aceste structuri formează o structură asemănătoare rețelei, la fel ca și compușii ionici.
Această rețea moleculară este și motivul pentru care diamantul și cuarțul formează o structură cristalină, la fel cum ați vedea în substanțe ionice, cum ar fi NaCl. Unele alte structuri pe care ați putea dori să le examinați sunt Grafit și Grafen, ambele alotrope de carbon (alotropii sunt, pur și simplu, aranjamente moleculare diferite ale unui element).
Structura rețelei se combină pentru a face substanța mai puternică decât substanțele legate covalent normale.
Deci, pentru a răspunde la întrebarea dvs., substanțele cu legături covalente standard par a fi mai slabe decât cele cu legături ionice, deoarece legăturile ionice tind să formeze o structură de rețea, ceea ce le face Puteți vedea acest lucru prin faptul că punctele de fierbere ale sărurilor ionice sunt mult mai mari decât cele ale unei substanțe covalente precum apa. Cu toate acestea, atunci când legăturile covalente formează structuri covalente de rețea, atomii se combină pentru a forma o macromoleculă singulară mult mai puternic decât legăturile covalente singulare.
Comentarii
- Explicația dvs. nu ‘ pare să explice ceea ce spuneți. Explicați folosind faptul că compușii ionici formează structuri de rețea în stare solidă, dar apoi scrieți că punctele de fierbere ale sărurilor ionice sunt mai mari. În stare lichidă, legăturile ionice au fost deja rupte. Deci, când menționați despre punctul de fierbere al sărurilor ionice, nu există nicio legătură cu puterea legăturii ionice.
- @TanYongBoon, am folosit puncte de fierbere pentru că am simțit că sunt cele mai comparabile cu energia reală necesară pentru rupe legăturile ionice individuale (față de punctele de topire, cel puțin). Avem tendința de a măsura puterea interacțiunilor ionice prin energie de rețea, care este definită ca energia necesară per mol de substanță ionică pentru a converti solidul în ioni gazoși constituenți. Totuși, acest număr reprezintă atât energia de sublimare, cât și entalpia legăturii individuale. Folosind puncte de fierbere, atunci, cel puțin ne permite să evităm să comparăm entalpii de topire și să comparăm mai direct entalpiile de legătură.
- @TanYongBoon, desigur, natura rețelei compușilor ionici complică în mod necesar comparația.
Răspuns
Ceea ce ați învățat în clasa dvs. de mineralogie a fost corect; rezistența legăturii scade în ordinea următoare covalentă> ionică> metalică. Raționamentul pentru aceasta este următorul. În legăturile covalente, cum ar fi cele din metan și oxigen, electronii de valență sunt împărțiți între atomii implicați în legătură și aceștia (electronii) își petrec cea mai mare parte a timpului în regiunea dintre nucleii implicați în legătură; acest lucru creează o legătură puternică. În materialele ionice, cum ar fi clorura de sodiu, electronii sunt donați de la un atom (electropozitiv) la celălalt atom (electronegativ) pentru ca atomii să obțină o structură plină. Atomii ionici sunt atrași unii de alții prin atracția electrostatică și prin rețelele de cristal care se formează. Legăturile formate prin atracția electrostatică nu sunt la fel de puternice ca cele formate din partajarea covalentă a electronilor. În cele din urmă, în metale, electronii cei mai exteriori sunt donați sau „grupați” în structura de bandă care există în metale.Electronii sunt liberi să parcurgă distanțe mari (de unde și conductivitatea metalelor) și servesc drept lipici pentru a menține împreună toți nucleii metalici încărcați pozitiv. Deci, în cazul metalelor, nu există legături metal-metal semnificative, iar aceste legături sunt cele mai slabe.
Comentarii
- După cum sa discutat într-o întrebare diferită , nu sunt de acord cu respectul că legăturile ionice nu sunt la fel de puternice ca cele covalente.
- În întrebarea menționată mai sus, observați că puterea cea mai mare a legăturii covalente este de 945 kJ / mol în $ \ ce {N2} $. În timp ce puterea legăturii ionice în $ \ ce {LiF} $, care ar trebui să reprezinte una dintre legăturile ionice mai puternice ( vezi aici ) este de numai 577 kJ / mol. Deci, cel puțin atunci când se compară legăturile covalente și ionice mai puternice, legăturile covalente sunt mai puternice. Poate ați putea furniza date BDE pentru legături covalente și ionice mai medii, de asemenea, și putem vedea care sunt mai puternice în acest domeniu.
- Am inclus și câteva comentarii despre alte legături covalente. Dar cred că aceasta este o comisie nebună ‘. Marea perspectivă a lui Pauling a fost că orice legătură cu atomi diferiți va avea cel puțin o parte componentă ionică / electrostatică. Într-adevăr, un articol la care am făcut referire în răspunsul meu sugerează că multe legături sunt puternic covalente și puternic ionice.
Răspuns
Depinde, pentru că pentru covalente există două tipuri de legături, de rețea sau moleculare, sau așa cum am auzit că se numește, covalentă polară și covalentă nepolară. Dar, rețeaua covalentă este formată dintr-o vastă rețea între atomi și fiecare este conectat, iar acestea sunt alcătuite mai ales dintr-un singur element.
Luați un diamant, de exemplu, este format doar din carbon, dar din moment ce atomii sunt conectați între ei și nu au legături între molecule, cum ar fi ceva precum sarea, care este o legătură ionică, este mai greu de rupt. Cu toate acestea, dacă ar fi o legătură covalentă moleculară, atunci întreaga poveste este diferită, deoarece acestea tind să fie legături foarte slabe și ușor de rupt ca zahărul sau altfel cunoscut sub numele de glucoză, zaharoza nu contează, este încă o legătură moleculară covalentă, deoarece au molecule, în timp ce diamantul este din punct de vedere tehnic o moleculă mare.
Dar, deoarece zahărul are multiple, legătura dintre molecule este mai slabă decât legăturile dintre elementele în sine, atunci este cu adevărat slabă.
Răspuns
Aceasta se dovedește a fi o întrebare fără sens. Legăturile chimice rulează întreaga gamă de la foarte puternică la foarte slabă, așa cum demonstrează Încercarea de a spune că legăturile care sunt fie ionice, fie covalente sunt mai puternice este o mare greșeală, începând cu faptul că „ionice” și „covalente” sunt doar extremele ipotetice ale continuumului de legătură și considerate legături „ideale”. Legăturile reale se întind de-a lungul continuumului și au caracteristici s ale ambelor tipuri de legături ideale. Prin urmare, întrebarea dvs. inițială nu are loc în studiul chimiei.
Comentarii
- Este o problemă care revine din cauza faptului că cursurile de bază ( iar profesorii aceleia) pretind că ordonează pur și simplu legături în ceea ce privește puterea lor. Adăugați la faptul că legăturile ionice își pierd puterea în apă (un caz de lucru pentru majoritatea, dacă nu chiar toți chimiștii), apoi vă dați seama că chiar și aici mulți susțin că o legătură covalentă este în sine mai puternică decât una ionică.
Răspuns
Nu confunda puterea legături cu forța forțelor care țin solidele cristaline împreună
Există un motiv pentru care lecțiile pe care le-ai învățat din chimie sunt diferite de lecțiile învățate în mineralogie : nu vorbesc despre aceleași lucruri.
Problema este că mineralogia legăturile despre care vorbesc sunt legăturile care țin cristalele laolaltă, dar în chimie ceea ce se vorbește adesea sunt legăturile care țin molecule împreună nu cristalele obținute din molecule.
Această distincție este importantă. Marea majoritate a cristalelor din chimie constau din molecule discrete ținute împreună b y forțe intermoleculare mai slabe (uneori numite legături van Der Waals). Acestea sunt destul de slabe în comparație cu legăturile covalente și au ca rezultat cristale slabe și cu puncte de topire scăzute. Deci, un chimist ar putea analiza compușii în care legătura dintre molecule este covalentă și ar face generalizarea că acestea formează cristale de obicei mult mai slabe decât metalele sau compușii ionici. Dar acest lucru se datorează faptului că legăturile care fac cristalele nu sunt covalente.
Un mineralog se va uita în principal la compuși care nu sunt compuși din molecule discrete, ci sunt fabricate din rețele ionice sau covalente. rețele (sau ambele).Nu există molecule de diamant, cristalul este un solid de rețea ținut împreună de o matrice (aproape) infinită de legături covalente C-C, deoarece silica este ținută împreună de o matrice infinită de legături O-Si-O. Alte minerale sunt un amestec al celor două cu mulți silicați care conțin, de exemplu, foi de structuri O-Si-O cu o varietate de ioni între ele. Deci, pentru un mineralog, legăturile covalente arată puternic în comparație cu alte tipuri de legături. Legăturile ionice sunt puternice, dar nu la fel de puternice ca solidele de rețea pur covalente.
Și problema se complică și mai mult prin definiții de rezistență care sunt prea înguste. Sunt metalele mai puternice sau mai slabe decât structurile asemănătoare diamantului? Depinde ce vrei să spui prin putere. Diamantul este mai dur decât orice metal, dar este și mai fragil. Dacă rezistența la lovirea cu un obiect ascuțit contează, alegeți un obiect metalic ductil peste un diamant în orice zi. Acest lucru se întâmplă deoarece structura cristalină din unele metale poate absorbi energia prin reorganizarea defectelor cristaline, mai degrabă decât prin spargerea legăturilor (aproape singura opțiune în siliciu sau diamant). Deci, într-un sens, metalele sunt mai puternice decât solidele covalente.
Lecția generală este să fii atent la definiții. Nu există o generalizare bună a rezistenței cristalelor pe baza tipurilor de legături. Aveți grijă dacă vorbiți despre legăturile din componentele cristalului (molecule) sau legăturile care țin aceste componente împreună (mulți compuși „covalenți” constau din cristale în care moleculele sunt ținute împreună de forțe mult mai slabe). Nu uitați că multe minerale au legături atât ionice, cât și covalente. Și fiți specific cu privire la ceea ce înțelegeți prin „putere” (de exemplu, hamurile sunt rezistența la impact nu sunt același lucru).
Răspuns
Legăturile ionice și metalice sunt mai slabe decât legăturile covalente. Acest lucru este corect, de aceea cristalul covalent este mult mai greu decât cristalul / policristalul ionic și metalic.
A doua afirmație este greșită deoarece în primul rând punctul de topire nu este proporțional cu puterea legăturii chimice. Există mai mulți factori, cum ar fi flexibilitatea moleculelor. Punctul de fierbere este mai proporțional.
Mai important, forțele inter-particule care trebuie comparate între compusul organic vs ionic vs compusul metalic este NU printre legătură covalentă vs legătură ionică vs legătură metalică. Este printre forța intermoleculară (dipol-dipol, legătură H, Van der waals) vs legătură ionică vs legătură metalică. Iar primul este mult mai slab decât al doilea și al treilea cu siguranță. Așadar, punctul de fierbere al compușilor organici este mult mai mic.
Răspuns
Nu sunt sigur care este consensul care a fost ajuns de către chimiștii din întreaga lume, dar aș vrea doar să ofer cei doi cenți ai mei în această problemă. Această întrebare a fost întotdeauna o întrebare pe care profesorii mei o vor aborda întotdeauna atunci când predau legătura chimică, iar răspunsul lor a fost întotdeauna același:
Nu este corect să se facă o comparație, deoarece aceste legături sunt în cele din urmă foarte variabile în termeni de rezistență.
Sunt de acord cu asta, dar permiteți-mi să ofer perspectiva mea asupra acestei probleme.
Puterea legăturilor covalente din substanțele moleculare simple (precum și cele din structurile de rețea gigantice) poate Astfel, energiile de legătură ale celor mai multe legături covalente sunt bine cunoscute și pot fi ușor utilizate pentru astfel de comparații ale energiei de legătură. Cu toate acestea, puterea legăturilor ionice și a legăturilor metalice nu este atât de clar.
Prin definiție, legătura ionică este forța de atracție electrostatică între ionii încărcați pozitiv și negativ într-o rețea ionică, în timp ce legătura metalică este forța de atracție electrostatică între ionii metalici încărcați pozitiv și electronii din jur.
Într-o rețea ionică, există atât de mulți ioni care interacționează electrostatic între ei. Cum se poate determina atunci puterea legăturii ionice? Ideea energiei rețelei ar putea fi utilizată, dar comparațiile făcute folosind energia rețelei ar avea un sens numai atunci când comparăm între rețeaua ionică. Nu poate fi folosit pentru a compara cu legăturile covalente!
Luați în considerare energia de disociere a legăturii de $ \ ce {H-H} $ și energia de rețea a clorurii de sodiu. BDE de $ \ ce {H-H} $ este $ \ ce {+ 436 kJ / mol} $ în timp ce energia de rețea de $ \ ce {NaCl} $ este $ \ ce {+ 786 kJ / mol} $. Ambele sunt în termeni de „pe mol de ceva”. Dar acel „ceva” este diferit în fiecare caz. În cazul hidrogenului, acel „ceva” ar fi legătura $ \ ce {HH} $, dar în cazul compusului ionic $ \ ce {NaCl} $, „ceva” este $ \ ce {NaCl} $ unitate de formulă. Și asta nu este același lucru cu „pe mol de legături ionice între $ \ ce {Na ^ +} $ și $ \ ce {Cl ^ -} $”.Puterea legăturii ionice nu este atât de ușor de determinat deoarece fiecare ion se află într-un mediu electrostatic influențat de toți ceilalți ioni din jurul său. Aceeași idee poate fi aplicată legăturilor metalice.
În esență, părerea mea este că nu există o bază de comparație echitabilă între legăturile metalice, ionice și covalente în ceea ce privește puterea lor de legătură.