I mineralogiklassen lärde jag mig att metalliska och joniska bindningar är svagare än kovalenta bindningar och det är därför som kvarts och diamant har ett så högt hårdhetsvärde. Men i klass för organisk kemi lärde jag mig att kovalenta bindningar är svagare än metalliska och jonbindningar, så att organiska ämnen har en mycket lägre smältpunkt än för metaller och jonföreningar.
Vad får jag fel? Är joniska och metalliska bindningar svagare än kovalenta bindningar eller inte?
Kommentarer
- Du ’ är i princip jämföra en intermolekylär kraft med en intramolekylär kraft.
- Problemet med denna ” styrka ” är inte väldefinierad, och dina lärare använder det på olika sätt. När bindningsdissociationsenergier jämförs kan jonbindningar vara ganska starka, till0: opentextbc.ca/chemistry/chapter/…
- Det finns en ytterligare förvirring här eftersom föreningar som består av kovalenta molekyler inte ’ t gör kristaller baserat på förbundsbindning: kristallerna bildas av svagare dispersionskrafter (van der Waals-krafter ) mellan de diskreta molekylerna. Detta är definitivt svagare än jonbindningar eller de kovalenta bindningarna i fasta nätverk som diamanter där varje atom har en kovalent bindning till andra atomer.
Svar
Kvarts och diamant är starkare ämnen eftersom deras molekyler bildar nätverk kovalenta strukturer. Dessa strukturer bildar en gitterliknande struktur, ungefär samma som jonföreningar.
Detta molekylära nätverk är också anledningen till att diamant och kvarts bildar en kristallstruktur, precis som du skulle se i joniska ämnen som Några andra strukturer som du kanske vill titta på är grafit och grafen, som båda är allotroper av kol (allotroper är, enkelt uttryckt, olika molekylarrangemang av ett element).
Nätverksstrukturen kombineras för att göra ämnet starkare än normala kovalenta bundna ämnen.
Så för att svara på din fråga verkar ämnen med standard kovalenta bindningar vara svagare än de med jonbindningar eftersom jonbindningarna tenderar att bilda en gitterstruktur, vilket gör dem mycket starkare. Du kan se detta i det faktum att kokpunkterna för joniska salter är mycket högre än för en kovalent substans som vatten. Men när kovalenta bindningar bildar nätverk kovalenta strukturer, kombineras atomer för att bilda en singular makromolekyl som är mycket starkare än singulära kovalenta bindningar.
Kommentarer
- Din förklaring verkar inte ’ t förklara vad du säger. Du förklarar med hjälp av det faktum att jonföreningar bildar gitterstrukturer i fast tillstånd men du skriver sedan att kokpunkterna för joniska salter är högre. I flytande tillstånd har jonbindningar redan brutits. Så när du nämner om joniska salters kokpunkt, finns det ingen relation till jonbindningens styrka.
- @TanYongBoon, jag använde kokpunkter eftersom jag kände att de är mest jämförbara med den verkliga energin som krävs för att bryta de enskilda jonbindningarna (mot smältpunkter, åtminstone). Vi tenderar att mäta styrkan hos joninteraktioner med gitterenergi, vilket definieras som den energi som krävs per mol jonämne för att omvandla det fasta ämnet till ingående gasjoner. Detta nummer står dock för både sublimeringsenergi OCH individuell bindningsentalpi. Med hjälp av kokpunkter kan vi åtminstone undvika att jämföra smältande entalpier och mer direkt jämföra bindningsentalpier.
- @TanYongBoon naturligtvis komplicerar gitterkaraktären hos jonföreningar jämförelsen, dock.
Svar
Det du lärde dig i din mineralogiklass var korrekt; bindningsstyrka minskar i följande ordning kovalent> joniskt> metalliskt. Resonemanget för detta är som följer. I kovalenta bindningar såsom de i metan och syre delas valenselektronerna mellan de atomer som är involverade i bindningen och de (elektronerna) tillbringar större delen av sin tid i regionen mellan kärnorna som är involverade i bindningen; detta ger ett starkt band. I joniska material som natriumklorid doneras elektronerna från en (den elektropositiva) atomen till den andra (den elektronegativa) atomen för att atomerna ska uppnå en fylld skalstruktur. De joniska atomerna lockas till varandra genom elektrostatisk attraktion och de kristallgaller som bildas. Bindningarna som bildas genom elektrostatisk attraktion är inte lika starka som de som bildas genom kovalent delning av elektroner. Slutligen doneras eller ”samlas” de yttersta elektronerna i metaller i bandstrukturen som finns i metaller.Elektronerna är fria att färdas långa avstånd (därav metallernas ledningsförmåga) och fungerar som ett lim för att hålla ihop alla de positivt laddade metallkärnorna. Så när det gäller metaller finns det inga signifikanta metall-metallbindningar och dessa bindningar är därför de svagaste.
Kommentarer
- Som diskuterat i en annan fråga , håller jag med respekt inte med om att jonbindningar är inte lika starka som kovalenta.
- I den ovannämnda frågan noterar du att den största kovalenta bindningsstyrkan är 945 kJ / mol i $ \ ce {N2} $. Medan den joniska bindningsstyrkan i $ \ ce {LiF} $, som bör representera en av de starkare jonbindningarna ( se här ) är endast 577 kJ / mol. Så åtminstone när man jämför de starkare kovalenta och joniska bindningarna är kovalenta bindningar starkare. Kanske kan du också tillhandahålla BDE-data för mer genomsnittliga kovalenta och joniska bindningar och vi kan se vilka som är starkare på det området.
- Jag inkluderade också några kommentarer om andra kovalenta bindningar. Men jag tror att det här är ett dåraktigt ’ ärende. Paulings stora insikt var att vilken som helst bindning med olika atomer kommer att ha åtminstone någon jonisk / elektrostatisk komponent. En artikel som jag hänvisade till i mitt svar antyder att många bindningar är starkt kovalenta och starkt joniska.
Svar
Det beror, för för kovalent finns det två typer av bindningar, nätverk eller molekylär, eller som jag också har hört det kallas, polär kovalent och icke-polär kovalent. Men nätverk kovalent består av ett stort nätverk bland atomerna och var och en är ansluten, och de består mestadels av ett element.
Ta en diamant till exempel, den består endast av kol, men eftersom atomerna är anslutna till varandra och inte har bindning mellan molekyler, som något som salt, som är en jonbindning, är svårare att bryta. Men om det var en molekylär kovalent bindning, är hela historien annorlunda, eftersom de tenderar att vara mycket svaga bindningar och lätt bryts som socker eller på annat sätt kallas glukos, sackaros spelar ingen roll, det är fortfarande en kovalent molekylär bindning eftersom de har molekyler medan diamant tekniskt sett är en stor molekyl.
Men eftersom socker har flera gånger är bindningen mellan varandra molekylen svagare än bindningarna mellan elementen själva, då är den riktigt svag.
Svar
Detta visar sig vara en nonsensfråga. Kemiska bindningar driver hela spektret från mycket stark till mycket svag, vilket framgår av mängden energi som krävs för att bryta dem. Att försöka säga att bindningar som är antingen joniska eller kovalenta är starkare är ett stort misstag, som börjar med det faktum att ”joniska” och ”kovalenta” bara är de hypotetiska ytterligheterna i bindningskontinuet och kan vara betraktas som ”ideala” obligationer. Verkliga obligationer ligger längs kontinuiteten och har karaktäristik s av båda de ideala bondtyperna. Därför har din ursprungliga fråga ingen plats i kemistudiet.
Kommentarer
- Det är en återkommande fråga på grund av att grundkurser ( och lärarna till det) låtsas helt enkelt beställa obligationer i termer av deras styrka. Lägg till detta det faktum att jonbindningar förlorar sin styrka i vatten (ett arbetshästfall för de flesta om inte alla kemister) och då stöter du på det faktum att även här många hävdar att en kovalent bindning i sig är starkare än en jonisk.
Svar
Förvirra inte styrkan i binder med styrkan hos de krafter som håller kristallina fasta ämnen ihop
Det finns en anledning till varför lektionerna du lärde dig från kemi skiljer sig från lektionerna i mineralogi : de talar inte om samma saker.
Problemet är att mineralogin de bindningar de talar om är bindningarna som håller kristaller tillsammans men inom kemi är det som ofta talas om bindningarna som håller molekyler tillsammans inte kristallerna från molekylerna.
Denna skillnad är viktig. De allra flesta kristaller inom kemi består av diskreta molekyler som hålls samman b y svagare intermolekylära krafter (kallas ibland van Der Waals-obligationer). Dessa är ganska svaga jämfört med kovalenta bindningar och resulterar i kristaller som är svaga och har låga smältpunkter. Så en kemist kan titta på föreningar där bindningen i molekylerna är kovalent och göra generaliseringen att de vanligtvis bildar kristaller mycket svagare än metaller eller jonföreningar. Men det beror på att bindningarna som gör kristallerna inte är kovalenta.
En mineralog kommer mestadels att titta på föreningar som inte är gjorda av diskreta molekyler men är gjorda av joniska gitter eller kovalenta nätverk (eller båda).Det finns inga diamantmolekyler, kristallen är ett fast nätverk som hålls samman av en (nästan) oändlig grupp av C-C kovalenta bindningar, eftersom kiseldioxid hålls samman av en oändlig uppsättning O-Si-O-bindningar. Andra mineraler är en blandning av de två med många silikater innehållande exempelvis ark med O-Si-O-strukturer med en mängd joner däremellan. Så för en mineralog ser kovalenta bindningar starka ut jämfört med andra typer av bindningar. Joniska bindningar är starka men inte lika starka som rent kovalenta fasta nätverk.
Och problemet är ytterligare komplicerat av definitioner av styrka som är för smala. Är metaller starkare eller svagare än diamantliknande strukturer? Det beror på vad du menar med styrka. Diamant är hårdare än någon metall men det är också spröttare. Om motståndskraften mot att bli träffad med ett vass föremål spelar roll, välj ett duktilt metallföremål framför en diamant varje dag. Detta händer eftersom kristallstrukturen i vissa metaller kan absorbera energi genom att omorganisera kristallfel snarare än genom att krossa bindningar (i stort sett det enda alternativet i kiseldioxid eller diamant). Så i en mening är metaller starkare än kovalenta fasta ämnen.
Den övergripande lektionen är att vara försiktig med definitioner. Det finns ingen god generalisering av kristallstyrka baserat på bindningstyper. Var försiktig om du pratar om bindningarna i kristallkomponenterna (molekyler) eller bindningarna som håller komponenterna ihop (många ”kovalenta” föreningar består av kristaller där molekyler hålls samman av mycket svagare krafter). Glöm inte att många mineraler har både jonisk och kovalent bindning. Och var specifik om vad du menar med ”styrka” (t.ex. sele är motståndskraft mot påverkan är inte samma sak).
Svar
Joniska och metalliska bindningar är svagare än kovalenta bindningar. Det är korrekt, det är därför kovalent kristall är mycket hårdare än jonisk och metallisk kristall / polykristall.
Det andra påståendet är fel eftersom smältpunkten för det första inte är proportionell mot styrkan hos kemisk bindning. Det finns fler faktorer som molekylers flexibilitet. Kokpunkten är mer proportionell istället.
Viktigare är att mellanpartikelkrafter som ska jämföras mellan den organiska föreningen mot jonisk vs metallförening är INTE bland kovalent bindning vs jonbindning vs metallbindning. Det är bland intermolekylär kraft (dipol-dipol, H-bindning, Van der waals) vs jonbindning mot metallbindning. Och den första är säkerligen mycket svagare än den andra och tredje. Så kokpunkten för organiska föreningar är mycket lägre.
Svar
Jag är inte säker på vilken konsensus som har kommit av kemister runt om i världen men jag vill bara erbjuda mina två cent ”värdet i frågan. Denna fråga har alltid varit en fråga som mina lärare alltid skulle ta itu med när de undervisar i kemisk bindning och deras svar har alltid varit detsamma:
Det är inte rättvist att göra en jämförelse eftersom dessa obligationer i slutändan är mycket varierande när det gäller styrka.
Jag håller med om det men tillåter mig att ge mitt perspektiv på denna fråga.
Styrkan hos kovalenta bindningar i enkla molekylära ämnen (liksom i gigantiska nätverksstrukturer) kan Således är bindningsenergierna för de flesta kovalenta bindningar väl kända och de kan lätt användas för sådana jämförelser av bindningsenergi. Styrkan hos jonbindningar och metallbindningar är emellertid ingen t så tydlig.
Enligt definition är jonbindningen den elektrostatiska attraktionskraften mellan positivt och negativt laddade joner i ett joniskt galler medan metallbindningen är den elektrostatiska attraktionskraften mellan de positivt laddade metalljonerna och de omgivande elektronerna.
I ett joniskt galler är det så många joner som interagerar elektrostatiskt med varandra. Hur kan då styrkan av jonbindningen bestämmas? Idén med gitterenergi skulle kunna användas men jämförelser som gjordes med gitterenergi skulle bara vara av någon mening när vi jämför mellan joniskt gitter. Det kan inte användas för att jämföra med kovalenta bindningar!
Tänk på bindningsdissociationsenergin på $ \ ce {H-H} $ och gitterenergin hos natriumklorid. BDE på $ \ ce {H-H} $ är $ \ ce {+ 436 kJ / mol} $ medan gitterenergin på $ \ ce {NaCl} $ är $ \ ce {+ 786 kJ / mol} $. Båda är i termer av ”per mol av något”. Men det ”något” är annorlunda i varje fall. När det gäller väte skulle det ”något” vara $ \ ce {HH} $ -bindningen men när det gäller den joniska föreningen $ \ ce {NaCl} $, är ”något” $ \ ce {NaCl} $ formelenhet. Och det är inte detsamma som ”per mol jonbindningar mellan $ \ ce {Na ^ +} $ och $ \ ce {Cl ^ -} $”.Den joniska bindningsstyrkan bestäms inte så lätt eftersom varje jon befinner sig i en elektrostatisk miljö som påverkas av alla andra joner runt den. Samma idé kan tillämpas på metallbindningar.
I grund och botten är min uppfattning att det inte finns någon grund för en rättvis jämförelse mellan metalliska, joniska och kovalenta bindningar när det gäller deras bindningsstyrkor.