Näidisküsimused keemiliste sidemete kohta
Selles artiklis käsitleme keemilisi sidemeid – üht keemia kõige olulisemat põhimõistet. Keemilised sidemed on aatomite vastasmõjud, mis võimaldavad neil moodustada ühendeid või molekule. Keemilisi sidemeid on mitut tüüpi: ioonsed, kovalentsed ja metallilised. Uurime iga sideme tüüpi näidisülesannete ja arutelude abil.
Ioonne sidumine
Ioonsed sidemed tekivad elektronide üleminekul ühelt aatomilt teisele, mille tulemuseks on positiivselt laetud ioonid (katioonid) ja negatiivselt laetud ioonid (anioonid). Need katioonid ja anioonid tõmbuvad seejärel elektrostaatiliste jõudude abil üksteise poole.
Näidisküsimus 1
Küsimus:
Tooge näide ja selgitage, kuidas naatriumi (Na) ja kloori (Cl) vahel tekib ioonne side.
Arutelu:
Naatrium (Na) on leelismetallide rühma element aatomnumbriga 11, seega on selle konfiguratsioon 2, 8, 1. Naatrium kipub stabiilsema oktetkonfiguratsiooni saavutamiseks kaotama ühe elektroni, muutudes Na+ iooniks.
Kloor (Cl) on halogeenelement aatomnumbriga 17, seega on selle konfiguratsioon 2, 8, 7. Kloor kipub stabiilse okteti konfiguratsiooni saavutamiseks vastu võtma ühe elektroni, muutudes Cl--ks.
Naatriumi ja kloori reageerimisel kaotab naatrium ühe elektroni:
\[ \text{Na} \rightarrow \text{Na}^+ + \text{e}^- \]
Kuigi kloor võtab vastu ühe elektroni:
\[ \text{Cl} + \text{e}^- \rightarrow \text{Cl}^- \]
Tulemuseks on see, et Na+ ja Cl- ioonid tõmbuvad elektrostaatiliste jõudude abil üksteise poole, moodustades ühendi naatriumkloriidi (NaCl). Saadud struktuur on tugev kristallvõre.
Kovalentsed sidemed
Kovalentne side tekib siis, kui kahel aatomil on ühine või mitu elektronpaari, et saavutada stabiilne oktetkonfiguratsioon. Kovalentsed sidemed võivad olla mittepolaarsed (elektronid on jagatud võrdselt) või polaarsed (elektronid ei ole jagatud võrdselt).
Näidisküsimus 2
Küsimus:
Kirjeldage ja selgitage, kuidas veemolekulides (H2O) tekivad kovalentsed sidemed.
Arutelu:
Veemolekul koosneb kahest vesinikuaatomist (H) ja ühest hapnikuaatomist (O). Hapniku aatomnumber on 8 ja elektronkonfiguratsioon 2, 6. Okteti moodustamiseks vajab hapnik veel kahte elektroni.
Vesinikul on aatomnumber 1 ja elektronkonfiguratsioon 1. Vesinik vajab stabiilse konfiguratsiooni saavutamiseks ühte elektroni nagu heelium.
Veemolekulis jagab iga vesinikuaatom ühte elektroni hapnikuga. Hapnik jagab kahte elektroni (üks iga vesinikuga), samas kui iga vesinikuaatom jagab ühte elektroni hapnikuga. Veemolekuli Lewise struktuur on:
\[ \text{O} \left( \text{H} \right)_2 \]
See side tekitab kaks polaarset kovalentset sidet, kuna hapnik on elektronegatiivsem kui vesinik, seega tõmbab see elektronpaari tugevamalt enda poole.
Metallist võlakirjad
Metalliline side tekib metalli aatomite vahel, kus valentselektronid saavad vabalt liikuda läbi metalli struktuuri, moodustades "elektronide mere". See nähtus annab metallidele ainulaadsed omadused, nagu kõrge elektri- ja soojusjuhtivus ning läige ja vormitavus.
Näidisküsimus 3
Küsimus:
Selgitage, kuidas vases (Cu) tekivad metallilised sidemed.
Arutelu:
Vask (Cu) on siirdeelement aatomnumbriga 29 ja elektronkonfiguratsiooniga [Ar] 3d10 4s1. Metallilises sidemes interakteeruvad välimise kesta elektronid (valentselektronid) kollektiivselt paljude aatomitega, moodustades metalliiooni positiivse tuuma ümber „elektronide mere“.
Vase kristallstruktuuris annab iga Cu aatom oma valentselektroni elektronide merre. Metalliline side ei piirdu ainult lähimate naabritega, vaid tõmbab kogu metallvõre kokku, mille tulemuseks on selle iseloomulikud omadused.
Näide kombineeritud küsimustest
Vaatame mõningaid näiteid probleemidest, mis hõlmavad erinevat tüüpi keemiliste sidemete kombinatsioone.
Näidisküsimus 4
Küsimus:
Kirjeldage magneesiumoksiidi (MgO) ja süsinikdioksiidi (CO2) ühendite ioonset ja kovalentset moodustumist ning selgitage seda.
Arutelu:
Magneesiumoksiid (MgO)
Magneesium (Mg) on leelismuldmetall aatomnumbriga 12 ja elektronkonfiguratsiooniga 2, 8, 2. Mg kipub stabiilse väärisgaasi konfiguratsiooni saavutamiseks kaotama kaks elektroni, muutudes Mg2+ iooniks.
Hapnik (O) aatomnumbriga 8, elektronkonfiguratsiooniga 2, 6, kipub stabiilse väärisgaasi konfiguratsiooni saavutamiseks vastu võtma kaks elektroni, muutudes O2--ks.
Ionisatsioonireaktsioon:
\[ \text{Mg} \rightarrow \text{Mg}^{2+} + 2\ \text{e}^- \]
\[ \text{O} + 2 \text{e}^- \rightarrow \text{O}^{2-} \]
Selle tulemusel tõmbuvad Mg2+ ja O2- ioonid elektrostaatiliste jõudude abil üksteise poole, moodustades ioonse ühendi magneesiumoksiidi (MgO).
Süsinikdioksiid (CO2)
Süsinik (C) aatomnumbriga 6, elektronkonfiguratsiooniga 2, 4, vajab oktetkonfiguratsiooni saavutamiseks nelja elektroni.
Hapnik (O) aatomnumbriga 8, elektronkonfiguratsiooniga 2, 6, vajab okteti jaoks kahte elektroni.
Okteti moodustamiseks peab süsinik jagama iga hapnikuaatomiga kahte elektronipaari:
\[ \tekst{O} = \tekst{C} = \tekst{O} \]
CO2 Lewise struktuur näitab ühte kaksiksidet süsiniku ja iga hapniku aatomi vahel. See on kaksikkovalentne side, mis stabiliseerib CO2 molekuli. Kuna hapnik on elektronegatiivsem kui süsinik, on see ka polaarne kovalentne side.
Järeldus
Keemiline side on erinevate molekulaarstruktuuride ja keemiliste ühendite loomisel ja mõistmisel ülioluline. Ioonsete, kovalentsete ja metalliliste sidemete näidete ja arutelude kaudu oleme näinud, kuidas erinevat tüüpi sidemed tekivad ja kuidas need mõjutavad ainete füüsikalisi omadusi. See arusaam on ülioluline keemiliste kontseptsioonide rakendamiseks erinevates distsipliinides, sealhulgas bioloogias, füüsikas ja muudes tehnikavaldkondades. Loodame, et see artikkel on aidanud teil süvendada arusaamist keemilisest sidemest!
