Jonske spojine in molekule: primeri, vrste, vezi, aranžmaji, razlike
V tem smislu je molekula agregatna "zbirka", sestavljena iz vsaj dveh atomov v določeni ureditvi, povezani skupaj s kemičnimi vezmi.
Definicija molekularne spojine
Molekularne spojine so atomi, povezani skupaj z različnimi elektroni, v osnovi pa se vežejo na električno nevtralne delce, imenovane molekule.
Struktura molekularne spojine
Molekule so sestavljene iz 2 (dveh) ali več atomov. Molekule lahko opredelimo kot skupine atomov, ki so močno povezane skupaj, s sorazmerno šibkimi vezmi med skupinami atomov iste vrste. Molekula je lahko sestavljena iz atomov istega elementa (npr. Kisika O2) ali pa je sestavljena iz različnih elementov (npr. Vode H2O). Atomi in kompleksi, ki so nekovalentno povezani (npr. Povezani z vodikovimi vezmi in ionskimi vezmi), se na splošno ne štejejo za eno samo molekulo.
Preberite tudi: Molekularna biologija - opredelitev, inženirstvo, znanost, zgodovina, ukrepi, formule, geometrija
V vsaki molekuli atome držijo skupaj močne privlačne sile, običajno v obliki primarnih vezi. Po drugi strani pa so medmolekularne vezi šibke, tako da se lahko v določenih mejah vsaka molekula prosto giblje. Molekula je opredeljena kot skupina atomov (vsaj dva), ki sta zelo močno (kovalentno) vezana v določeni razporeditvi in sta nevtralno nabita in precej stabilna. Po tej definiciji se molekula razlikuje od večatomskega iona. V organski kemiji in biokemiji se izraz molekula uporablja manj togo, tako da se celo nabite organske molekule in biomolekule štejejo za molekule.
V kinetični teoriji plinov se izraz molekula pogosto uporablja za označevanje katerega koli plinastega delca, ne glede na njegovo sestavo. Po tej definiciji se atomi žlahtnih plinov štejejo za molekule, čeprav so sestavljeni iz enojnih, nevezanih atomov.
Iz ugotovitve je razvidno, da
- Vsaka molekulska spojina ima nižje tališče in vrelišče kot trdna snov.
- Molekularne trdne snovi so mehkejše, ker lahko vsaka molekula zdrsne ena čez drugo le z majhnimi napetostmi.
- Molekule ostanejo nedotaknjene v tekočem ali plinskem stanju
Če se dva atoma (ali molekula) približata drug drugemu, bosta na vsakega od teh atomov (ali molekul) delovala privlačno ali odbojno silo. Najpreprostejši model je prikazan spodaj:
V ravnotežnem položaju so atomi na določeni razdalji, ki je znana kot atomska razdalja ali dolžina vezi. Atom naj bi bil v ravnovesju, če je v zelo minimalnem (najbolj stabilnem) stanju proste energije (E).
Elementi, ki sestavljajo spojino. Na primer, voda ima vedno razmerje med vodikom in kisikom 2: 1. Tudi etanol ima vedno razmerje med ogljikom, vodikom in kisikom 2: 6: 1. Vendar ta formula ne kaže oblike ali razporeditve atomov v molekuli. Na primer, dimetil eter ima enako razmerje kot etanol. Molekule z enakim številom sestavnih atomov, vendar drugačne ureditve, imenujemo izomeri.
Upoštevati je treba, da empirična formula daje samo vrednost razmerja med atomi, ki tvorijo molekulo, in ne daje vrednosti dejanskega števila atomov. Molekulska formula opisuje natančno število atomov, ki tvorijo molekulo. Na primer, acetilen ima molekulsko formulo C2H2, vendar je empirična formula CH. Maso molekule lahko izračunamo iz njene kemijske formule. Pogosto je molekularna masa izražena v atomskih masnih enotah, ki so enake 1/12 masi ogljikovih 12 atomov.
Primeri molekularnih spojin
Molekule ogljikovega dioksida so molekule spojin, ker so sestavljene iz atomov različnih elementov, in sicer enega atoma ogljika in dveh atomov kisika (formula CO2).
Primer snovi, katere najmanjši delček je molekula spojine, je voda. Voda, ki jo običajno pijemo, vsebuje drobne delce, imenovane molekule vode. Ta molekula vode je sestavljena iz dveh atomov elementa vodika in enega atoma elementa kisika (formula H2O).
Preberite tudi: Polarne in nepolarne spojine - opredelitev, značilnosti, kovalentnost, razlika, lastnosti, vrelišče, primeri
Ker je molekula vode sestavljena iz atomov različnih elementov, je molekula vode sestavljena molekula. Molekule vode lahko nastanejo iz reakcije med molekulami elementarnega vodika in molekulami elementarnega kisika.
Na zgornji sliki je razvidno, da molekula elementarnega vodika reagira z molekulo elementarnega kisika in tvori molekulo vodne spojine. Vsaka molekula elementarnega kisika bo reagirala z dvema molekulama elementarnega vodika in tvorila 2 molekuli vodne spojine.
Če ena molekula kisika zahteva, da dve molekuli elementarnega vodika popolnoma reagirata in tvorijo 2 molekuli spojine voda, nato 2 molekuli elementarnega kisika zahtevata 4 molekule elementarnega vodika, da popolnoma reagirajo in tvorijo 4 molekule vode.
V tej reakciji je razvidno, da v kemijski reakciji ni izgube atomov. Število atomov H in O na desni je enako številu atomov H in O na levi.
Razlika je v tem, da je vsak atom na levi vezan na atom istega elementa enako, medtem ko se je na desni vezi z atomi drugih elementov, da tvori molekule spojina.
Število atomov v reakciji bo ostalo nespremenjeno, da bomo lahko razumeli pojav zakona o ohranjanju mase (masa reakcijskih snovi je enaka skupni masi reakcijskih produktov).
Poleg zgoraj omenjenih snovi je okoli nas še vedno veliko snovi, katerih najmanjši delci so molekula spojine.
Primer je beli sladkor (C12H22O11), ki je snov, ki se običajno uporablja kot mešanica za pripravo kave. Drugi primer sta ogljikov monoksid (CO) in etanol (C2H5OH).
Ogljikov monoksid je plin, ki lahko zastrupi našo kri in povzroči smrt. Etanol je snov, ki jo lahko uporabimo za različne namene, kot so sterilizacija, mešanice tekočin in goriva. Vse te snovi so sestavljene iz najmanjših delcev snovi, imenovanih molekule.
Opredelitev ionske spojine
Ioni so atomi ali skupine atomov, ki so električno nabiti. Negativno nabit ion, ki pridobi enega ali več elektronov, imenujemo anion, ker ga privlači proti anodi. Pozitivno nabit ion, ki je izgubil enega ali več elektronov, imenujemo kation, ker ga privlači katoda. Proces tvorbe ionov imenujemo ionizacija. Ionizirani atom ali skupina atomov je označena z ravni n + ali n, kjer je n število izgubljenih ali pridobljenih elektronov.
Preberite tudi: Definicija ionizacije, disociacije in vzbujanja ter primeri
Zgodovina ionov
Ione je v teoretični obliki prvi opisal Michael Faraday okoli leta 1830, da jih opiše na delu molekule, ki se v vakuumski cevi giblje proti anodi ali katodi (vakuumska cev, CRT). Vendar pa je mehanizem tega dogodka leta 1884 opisal Svante August Arrhenius v svoji doktorski disertaciji na Univerzi v Uppsali. Sprva ta teorija ni bila sprejeta (diplomiral je z minimalnimi ocenami), kasneje pa je njegova disertacija leta 1903 prejela Nobelovo nagrado za kemijo.
Vrste ionov
Vrste ionov so naslednje:
- Pozitivni ioni (kationi)
Pozitivni ioni so atomi, ki so izgubili elektrone, ti ioni večinoma prihajajo iz kovin ali elementov z manj kot 4 valenčnimi elektroni, vendar obstajajo vodikovi ioni H+ ki je pozitiven ion, pridobljen iz nekovin. Nagnjenost atomov k tvorbi pozitivnih ionov je v skupini IA zelo močna. Atom francija (Fr) je najlažji atom, ki tvori pozitiven ion in se nahaja v skupini IA.
Primeri tvorbe pozitivnih ionov so naslednji:
11Na ima konfiguracije 2, 8, 1. Z najbolj oddaljenim elektronom 1 je manj stabilen, zato bo atom Na, če gre v stabilen položaj (konfiguracija 2.8, tako da je enak plemenitemu plinu), sprostil elektron, da bo ustvaril ion Na+.
Na 1e + Na+
- Negativni ioni (anioni)
V nasprotju s pozitivnimi ioni so negativni ioni atomi, ki so pridobili elektrone. Ti ioni prihajajo iz nekovin ali atomov z več kot 4 valenčnimi elektroni. Nagnjenost k tvorbi negativnih ionov je v skupini VIIA zelo močna. Element Fluor (F), ki se nahaja v VIIA, je atom, ki najlažje zajame elektrone, tako da je najlažje oblikovati negativne ione.
Primeri tvorbe negativnih ionov so naslednji:
17Cl ima konfiguracije 2, 8, 7. Najbolj oddaljeni elektron je 7, zaradi česar je manj stabilen, zato bo atom Cl za stabilnost zajel 1 elektron (konfiguracija 2,8,8, torej bo enak plemenitemu plinu), da bo ustvaril ion Cl− .
Cl + 1e Cl−
Ionske vezi ionskih spojin
Jonska vez (elektrokovalentna vez): vrsta kemične vezi, ki se lahko tvori med kovinskimi ioni in nekovinami (ali poligatnimi ioni, kot je amonijev) z elektrostatično privlačnostjo. Z drugimi besedami, ionsko vez tvori privlačna sila med dvema ionoma z različnimi naboji.
Preberite tudi: Jonske vezi: opredelitev, značilnosti in pogoji njihovega nastanka ter popolni primeri
Na primer v kuhinjski soli (natrijev klorid). Ko se natrij (Na) in klor (Cl) združita, atomi natrija izgubijo elektrone in tvorijo katione (Na+), medtem ko atomi klora sprejemajo elektrone, da tvorijo anione (Cl–). Ti ioni se nato v razmerju 1: 1 privlačijo in tvorijo natrijev klorid.
Na + Cl → Na+ + Kl– → NaCl
Razporeditev ionskih spojin
Pravilo okteta pojasnjuje, da bo natrij pri tvorbi natrijevega klorida izgubil en elektron, klor pa en elektron. Tako je razvidno, da en atom klora zahteva en atom natrija. V strukturi ionske spojine natrijevega klorida je pozitiven natrijev ion (Na+) se ne veže samo na en negativni klorov ion (Cl–) ampak en Na. ion+ obkrožen s 6 Cl ioni– obratno. Tridimenzionalno strukturo natrijevega klorida lahko uporabimo za opis razporeditve ionskih spojin.
Jonske lastnosti
- polarni
- njegova raztopina v vodi prevaja elektriko
- visoko tališče
- talina prevaja elektriko
- topen v polarnih topilih
Razlika med ionsko in molekularno spojino
Entalpija fuzije "toplotna energija, ki se absorbira, ko se trdna snov stopi", in entalpija uparjanja "toplotna energija, absorbirana, ko tekočina zavre", sta v ionskih spojinah večja. Molekularne spojine so bolj vnetljive od ionskih spojin.
Molekularne spojine so mehkejše in prožnejše od ionskih spojin. Jonske spojine imajo višje tališče in vrelišče kot molekularne spojine. Ionske spojine so napolnjene z ioni, molekularne spojine pa so sestavljene iz molekul.
Preberite tudi: Elektroliti in ne-elektroliti - opredelitev, zgodovina, procesi, močni, šibki, spojine, primeri
Ionska spojina nastane z reakcijo kovine z nekovino, medtem ko molekularna spojina običajno nastane z reakcijo dveh ali več nekovin. V ionskih spojinah se ioni držijo skupaj zaradi električne privlačnosti, medtem ko v molekularnih spojinah atome drži skupna privlačnost med atomi zaradi skupnih elektronov.
Molekularne spojine ne morejo prevajati električne energije v vseh državah, medtem ko lahko ionske spojine, raztopljene v vodnih raztopinah, delujejo kot dobri prevodniki električne energije. Ionske spojine so bolj reaktivne kot molekularne spojine.
Zgornje razlikovanje pomaga tudi pri razločevanju in ugotavljanju, ali je določena neznana spojina ionska ali molekule z izvedbo ustreznih testov v laboratoriju in ugotavljanjem razlike med kemijskimi in fizikalnimi lastnostmi spojina.
Bibliografija:
- Kimbal, John W. 1994. Biologija. 1. in 3. zvezek. Peta izdaja. Erlangga. Džakarta.
- Pearce, Evelyne.1997. Anatomija in fiziologija za reševalce. PT Gramedia Pustaka Utama. Džakarta
- Poedjiadi, Anna. Osnove biokemije. Džakarta: UI-Press, 1994.
- Winarno, F. O. Prehrambena kemija in prehrana. Džakarta: Gramedia Pustaka Utama, 2004.