Ioniset yhdisteet ja molekyylit: esimerkit, tyypit, sidokset, järjestelyt, erot
Tässä mielessä molekyyli on aggregaatti "kokoelma", joka koostuu vähintään kahdesta atomista tietyssä järjestelyssä, jotka on yhdistetty toisiinsa kemiallisilla sidoksilla.
Molekyyliyhdisteen määritelmä
Molekyyliyhdisteet ovat atomeja, jotka on kytketty yhteen erilaisten elektronien kanssa, periaatteessa ne sitoutuvat yhteen sähköisesti neutraaleihin hiukkasiin, joita kutsutaan molekyyleiksi.
Molekyyliseoksen rakenne
Molekyylit koostuvat kahdesta (kahdesta) tai useammasta atomista. Molekyylit voidaan määritellä voimakkaasti sitoutuneina atomiryhminä, joilla on suhteellisen heikot siteet samanlaisten atomiryhmien välillä. Molekyyli voi koostua saman alkuaineen atomeista (esim. Happi O2) tai koostua eri alkuaineista (esim. Vesi H2O). Atomeja ja komplekseja, jotka eivät ole kovalenttisesti sukulaisia (esim. Sitoutuneet vety- ja ionisidoksilla), ei yleensä pidetä yhtenä molekyylinä.
Lue myös: Molekyylibiologia - määritelmä, tekniikka, tiede, historia, mitat, kaavat, geometria
Jokaisessa molekyylissä atomit pidetään yhdessä voimakkaiden vetovoimien avulla, yleensä primaaristen sidosten muodossa. Toisaalta molekyylien väliset sidokset ovat heikkoja, joten tietyissä rajoissa kukin molekyyli voi liikkua vapaasti. Molekyyli määritellään atomien ryhmäksi (vähintään kaksi), jotka ovat erittäin voimakkaasti sitoutuneita (kovalenttisesti) tietyssä järjestelyssä ja jotka ovat neutraalisti varautuneita ja melko stabiileja. Tämän määritelmän mukaan molekyyli eroaa polyatomisesta ionista. Orgaanisessa kemiassa ja biokemiassa termiä molekyyli käytetään vähemmän jäykästi, joten jopa varautuneita orgaanisia molekyylejä ja biomolekyylejä pidetään molekyyleinä.
Kaasujen kineettisessä teoriassa termiä molekyyli käytetään usein viittaamaan mihin tahansa kaasumaiseen partikkeliin sen koostumuksesta riippumatta. Tämän määritelmän mukaan jalokaasujen atomeja pidetään molekyyleinä, vaikka ne koostuvat yksittäisistä, sitoutumattomista atomeista.
Havainnosta päätellään, että
- Jokaisella molekyyliyhdisteellä on matalampi sulamis- ja kiehumispiste kuin kiinteällä materiaalilla.
- Molekyylikiintoaineet ovat pehmeämpiä, koska kukin molekyyli voi liukua toistensa yli vain pienillä jännityksillä.
- Molekyylit pysyvät ehjinä neste- tai kaasutilassa
Jos 2 atomia (tai molekyyliä) lähestyy toisiaan, ne vaikuttavat kuhunkin näistä atomeista (tai molekyyleistä), nimittäin houkuttelevaan tai hylkivään voimaan. Yksinkertaisin malli on esitetty alla:
Tasapainotilassa atomit ovat tietyllä etäisyydellä toisistaan, mikä tunnetaan atomietäisyydellä tai sidoksen pituudella. Atomin sanotaan olevan tasapainossa, jos se on hyvin vähäisimmässä (vakaimmassa) vapaassa energiatilassa (E).
Yhdisteet muodostavat elementit. Esimerkiksi vedessä vety-happisuhde on aina 2: 1. Etanolilla on myös aina hiilin, vedyn ja hapen suhde 2: 6: 1. Tämä kaava ei kuitenkaan osoita molekyylin atomien muotoa tai järjestelyä. Esimerkiksi dimetyylieetterillä on myös sama suhdeluku kuin etanolilla. Molekyylejä, joissa on sama määrä alkuaineita, mutta erilaiset järjestelyt, kutsutaan isomeereiksi.
On huomattava, että empiirinen kaava antaa vain molekyylin muodostavien atomien suhteen arvon eikä anna todellisen atomien lukumäärää. Molekyylikaava kuvaa molekyylin muodostavien atomien tarkan lukumäärän. Esimerkiksi asetyleenillä on molekyylikaava C2H2, mutta empiirinen kaava on CH. Molekyylin massa voidaan laskea sen kemiallisesta kaavasta. Molekyylimassa ilmaistaan usein atomimassayksikköinä, jotka vastaavat 1/12 hiilen 12 atomin massaa.
Esimerkkejä molekyyliyhdisteistä
hiilidioksidikaasumolekyylit ovat yhdistemolekyylejä, koska ne koostuvat eri alkuaineiden atomeista, nimittäin yhdestä hiiliatomista ja kahdesta happiatomista (kaava CO2).
Esimerkki aineesta, jonka pienin hiukkanen on yhdistemolekyyli, on vesi. Tavallisesti juomamme vesi sisältää pieniä hiukkasia, joita kutsutaan vesimolekyyleiksi. Tämä vesimolekyyli koostuu kahdesta alkuaineen vetyatomista ja yhdestä alkuaineen hapen atomista (kaava H2O).
Lue myös: Polaariset ja ei-polaariset yhdisteet - määritelmä, ominaisuudet, kovalenttinen, ero, ominaisuudet, kiehumispiste, esimerkkejä
Koska vesimolekyylit koostuvat eri alkuaineiden atomeista, vesimolekyylit ovat yhdistemolekyylejä. Vesimolekyylejä voidaan tuottaa alkyylivedyn ja alkuainehappimolekyylien välisestä reaktiosta.
Yllä olevasta kuvasta voidaan nähdä, että alkuainevetymolekyyli reagoi alkuainehappimolekyylin kanssa muodostaen vesiyhdistemolekyylin. Jokainen alkuainehapen molekyyli reagoi kahden alkuaineen vedyn molekyylin kanssa muodostaen 2 molekyyliä vesiyhdistettä.
Jos yksi happimolekyyli vaatii kahta alkuaineen vetymolekyyliä reagoimaan täydellisesti muodostaen kaksi yhdistemolekyyliä vettä, sitten 2 alkuainehappimolekyyliä tarvitsevat 4 alkuainivedyn molekyyliä reagoimaan täydellisesti 4 molekyylin muodostamiseksi vettä.
Tässä reaktiossa nähdään, että kemiallisessa reaktiossa ei ole atomien menetystä. Oikealla olevien H- ja O-atomien määrä on yhtä suuri kuin vasemmalla olevien H- ja O-atomien lukumäärä.
Erona on, että kukin vasemmalla oleva atomi on sitoutunut saman elementin atomiin sama, kun taas oikealla puolella on sitoutunut muiden alkuaineiden atomeihin molekyylien muodostamiseksi yhdiste.
Reaktiossa olevien atomien lukumäärä pysyy vakiona, jotta massan säilyvyyslain ilmiö (reagoivien aineiden massa on yhtä suuri kuin reaktiotuotteiden kokonaismassa) voidaan ymmärtää.
Yllä mainittujen aineiden lisäksi ympärillämme on edelleen monia aineita, joiden pienimmät hiukkaset ovat yhdistemolekyyli.
Esimerkki on valkoinen sokeri (C12H22O11), joka on aine, jota käytetään yleensä seoksena kahvin valmistamiseen. Toinen esimerkki ovat hiilimonoksidi (CO) ja etanoli (C2H5OH).
Hiilimonoksidi on kaasu, joka voi myrkyttää veremme ja aiheuttaa kuoleman. Etanoli on aine, jota voidaan käyttää useisiin tarkoituksiin, kuten sterilointi, nesteseokset ja polttoaine. Kaikki nämä aineet koostuvat pienimmistä ainehiukkasista, joita kutsutaan molekyyleiksi.
Määritelmä ioniyhdiste
Ionit ovat sähköisesti varautuneita atomeja tai atomiryhmiä. Negatiivisesti varautunutta ionia, joka saa yhden tai useamman elektronin, kutsutaan anioniksi, koska se vetää puoleensa anodia. Positiivisesti varautunutta ionia, joka on menettänyt yhden tai useamman elektronin, kutsutaan kationiksi, koska se kiinnittyy katodiin. Ionin muodostumisprosessia kutsutaan ionisaatioksi. Ionisoitu atomi tai atomiryhmä ilmaistaan n + tai n- tasolla, jossa n on menetettyjen tai saavutettujen elektronien lukumäärä.
Lue myös: Ionisoinnin, dissosiaation ja virityksen määritelmä ja esimerkit
Ionihistoria
Michael Faraday esitteli ionit ensimmäisen kerran teoreettisessa muodossa noin vuonna 1830 kuvaamaan molekyylin osasta, joka liikkuu kohti anodia tai katodia tyhjiöputkessa (tyhjiöputki, CRT). Tämän tapahtuman mekanismia kuvasi kuitenkin vasta vuonna 1884 Svante August Arrhenius väitöskirjassaan Uppsalan yliopistossa. Aluksi tätä teoriaa ei hyväksytty (hän ansaitsi tutkintonsa minimipisteillä), mutta myöhemmin hänen väitöskirjansa voitti Nobelin kemian palkinnon vuonna 1903.
Ionityypit
Seuraavat ovat ionityyppejä seuraavasti:
- Positiiviset ionit (kationit)
Positiiviset ionit ovat atomia, jotka ovat menettäneet elektroneja, nämä ionit tulevat enimmäkseen metalleista tai elementeistä, joissa on vähemmän kuin 4 valenssielektronia, mutta on vetyioneja+ joka on positiivinen ioni, joka on johdettu ei-metallista. Atomien taipumus muodostaa positiivisia ioneja on erittäin vahva ryhmässä IA. Francium-atomi (Fr) on helpoin atomi muodostamaan positiivinen ioni, ja se sijaitsee ryhmässä IA.
Esimerkkejä positiivisten ionien muodostumisesta ovat seuraavat:
11Na: lla on kokoonpanot 2, 8, 1. Uloin elektroni 1 tekee siitä vähemmän vakaan, joten siirtyäkseen vakaaseen asentoon (konfiguraatio 2.8, joten se on sama kuin jalokaasu) Na-atomi vapauttaa elektronin Na-ionin muodostamiseksi+.
Na 1e + Na+
- Negatiiviset ionit (anionit)
Toisin kuin positiiviset ionit, negatiiviset ionit ovat atomeja, jotka ovat saaneet elektroneja. Nämä ionit tulevat ei-metalleista tai atomista, joissa on enemmän kuin 4 valenssielektronia. Taipumus negatiivisten ionien muodostumiseen on erittäin voimakas ryhmässä VIIA. Elementti Fluori (F), joka sijaitsee VIIA: ssa, on atomi, joka on helpoin siepata elektroneja niin, että se on helpoin muodostaa negatiivisia ioneja.
Esimerkkejä negatiivisten ionien muodostumisesta ovat seuraavat:
17Cl: llä on kokoonpanot 2, 8, 7. Uloin uloin elektroni on 7, mikä tekee siitä vähemmän vakaan, joten saadakseen vakaan Cl-atomi sieppaa yhden elektronin (konfiguraatio 2,8,8, joten se on sama kuin jalokaasu) Cl-ionien muodostamiseksi− .
Cl + 1e Cl−
Ioniyhdisteiden ionisidokset
Ionisidos (sähkökovalenttinen sidos): kemiallisen sidoksen tyyppi, joka voi muodostua metalli-ionien ja ei-metallien (tai polyatomisten ionien, kuten ammoniumin) väliin sähköstaattisen vetovoiman kautta. Toisin sanoen ionisidoksen muodostaa kahden eri varauksen sisältävän ionin välinen vetovoima.
Lue myös: Ionisidokset: Määritelmä, ominaisuudet ja niiden esiintymisen ehdot sekä täydelliset esimerkit
Esimerkiksi pöytäsuolassa (natriumkloridi). Kun natrium (Na) ja kloori (Cl) yhdistyvät, natriumatomit menettävät elektroneja muodostaen kationeja (Na+), kun taas klooriatomit hyväksyvät elektronit muodostamaan anioneja (Cl–). Nämä ionit houkuttelevat sitten toisiaan suhteessa 1: 1 natriumkloridin muodostamiseksi.
Na + Cl → Na+ + Cl– → NaCl
Ionisen yhdisteen järjestely
Oktetisääntö selittää, että natriumkloridin muodostumisessa natrium menettää yhden elektronin, kun taas kloori saa yhden elektronin. Joten voidaan nähdä, että yksi klooriatomi vaatii yhden natriumatomin. Natriumkloridi-ioniyhdisteen rakenteessa positiivinen natriumioni (Na+) sitoutuu paitsi yhteen negatiiviseen kloori-ioniin (Cl–), mutta yksi Na.-ioni+ ympäröi 6 Cl. -ionia– päinvastoin. Natriumkloridin kolmiulotteista rakennetta voidaan käyttää kuvaamaan ioniyhdisteiden järjestelyjä.
Ioniset ominaisuudet
- polaarinen
- sen vesiliuos johtaa sähköä
- korkea sulamispiste
- sula johtaa sähköä
- liukenee polaarisiin liuottimiin
Ero ionisen yhdisteen ja molekyyliyhdisteen välillä
Fuusion entalpia "kiinteän aineen sulamisen aikana absorboitu lämpöenergia" ja höyrystymisen entalpia "nesteen kiehumisessa absorboitunut lämpöenergia" on korkeampi ioniyhdisteissä. Molekyyliyhdisteet ovat palavampia kuin ioniset yhdisteet.
Molekyyliyhdisteet ovat pehmeämpiä ja joustavampia kuin ioniset yhdisteet. Ionisten yhdisteiden sulamis- ja kiehumispisteet ovat korkeammat kuin molekyyliyhdisteillä. Ioniyhdisteet ladataan ioneilla, kun taas molekyyliyhdisteet muodostuvat molekyyleistä.
Lue myös: Elektrolyytit ja muut kuin elektrolyytit - määritelmä, historia, prosessit, vahvat, heikot, yhdisteet, esimerkit
Ioniyhdiste muodostuu metallin reaktiolla ei-metallin kanssa, kun taas molekyyliyhdiste muodostuu yleensä kahden tai useamman ei-metallin reaktiolla. Ioniyhdisteissä ionit pidetään yhdessä sähköisen vetovoiman vuoksi, kun taas molekyyliyhdisteissä atomeja pidetään yhdessä atomien välisen vetovoiman avulla yhteisistä elektroneista.
Molekyyliyhdisteet eivät voi johtaa sähköä kaikissa tiloissa, kun taas ioniset yhdisteet vesiliuoksiin liuotettuna voivat toimia hyvinä sähkönjohtimina. Ioniyhdisteet ovat reaktiivisempia kuin molekyyliyhdisteet.
Edellä mainittu ero auttaa myös erottamaan ja tunnistamaan, onko tietty tuntematon yhdiste ioninen tai molekyylejä suorittamalla asianmukaiset testit laboratoriossa ja selvittämällä kemiallisten ja fysikaalisten ominaisuuksien ero yhdiste.
Bibliografia:
- Kimbal, John W. 1994. Biologia. Volyymit 1,2 ja 3. Viides painos. Erlangga. Jakarta.
- Pearce, Evelyne.1997. Ensihoitajien anatomia ja fysiologia. PT Gramedia Pustaka Utama. Jakarta
- Poedjiadi, Anna. Biokemian perusteet. Jakarta: UI-Press, 1994.
- Winarno, F. O. Elintarvikekemia ja ravitsemus. Jakarta: Gramedia Pustaka Utama, 2004.