Kaikenlaisia sidoksia: ioni-, kovalenttiset ja metallisidokset

1. Fysiikan ja kemian perusteet ja pedagogiikka Kari Sormunen Kevät 2014 Kaikenlaisia sidoksia: ioni-, kovalenttiset ja metallisidokset

2. Kertausta IONIEN MUODOSTUMISESTA Jos atomi luovuttaa tai vastaanottaa elektroneja, sen sanotaan ionisoituvan Ionisoitumisessa atomilla on pyrkimys oktettiin Ionit voivat olla myös kahdesta tai useammasta atomista koostuvia kokonaisuuksia, joilla on sähkövaraus (esim. NH4-, OH-) Metallit muodostavat yleensä positiivisia kationeja eli luovuttavat elektroneja (esim Na+, Al3+). Epämetallit pyrkivät (jalokaasuja lukuunottamatta) vastaanottamaan elektroneja jolloin ne muodostavat negatiivisia anioneja (esim Cl-, O2-)

3. Ionien nimeäminen • Metalliatomista muodostuvilla ioneilla ei oleerityistä ioninimeä. Esimerkiksi Na+ on natriumioni, K+ on kaliumioni jne • Epämetalliatomeista muodostuvien ionien nimen loppuun lisätään yleensä -di—pääte. Esimerkiksi Cl- on kloridi-ioni, F- on fluoridi-ioni. Poikkeuksia: O2- on oksidi-ioni, S2- on sulfidi-ioni. Huomaa, että tässä yhteydessä –di-päätteellä ei ole lukua 2 tarkoittavaa merkitystä. • Useammasta aineesta muodostuneilla ioneilla on omat nimitykset. Esimerkiksi OH- on hydroksidi-ioni, NH4- on ammoniumioni, SO42- on sulfaatti-ioni...

4. Ioniyhdisteessä on ionisidos • Ioniyhdisteen muodostumiseen tarvitaan vähintään kaksi erilaista ja sopivaa atomia, jotka joutuvat vuorovaikutukseen keskenään. • Toinen atomi luovuttaa ja toinen vastaanottaa elektroneja niin, että molemmat saavat oktettirakenteen. • Ioneille jää erimerkkinen sähkövaraus ja niiden välille tulee sähköinen vetovuorovaikutus, joka “sitoo” ionit yhteen. • Esim. natriumkloridin syntyminen...

6. Piirrä ja selitä miten kalsiumkloridi (CaCl2) muodostuu: • Huomaa, että tässä yhteydessä, jos tarkkoja ollaan, syntyvän ioniyhdisteen nimi on kalsiumdikloridi, jolloin kalsiumin edessä oleva –di kertoo sen, että yhdisteessä on kaksi kloridi-ionia. • Huomaa vielä, että ioniyhdisteen kaavassa (ja siten nimessäkin) metalli-ioni ilmaistaan ensin ja sitten epämetalli-ioni: CaCl2, NaCl, jne. • Miten muodostuu ioniyhdiste natriumfluoridi?

7. Ioniyhdisteet muodostavat suuria ionirakenteita eli kiteitä. Kiteissä positiiviset ja negatiiviset ionit vuorottelevat. • Esim ruokasuolan eli natriumkloridin kiderakenne: • Arkikielessä ioniyhdisteitä kutsutaan suoloiksi. Veteen liuoittaessa ionit irtoavat toisistaan ja voivat kuljettaa sähkövirtaa liuoksessa.

8. Molekyyleissä onkovalenttinen sidos • Kovalenttinen sidos on sidostyyppi, jossa atomit jakavat elektroneja keskenään pyrkiessään oktettiin. Molekyylin muodostavien atomien välillä on aina kovalenttinen sidos. • Kovalenttinen sidos merkitsee yhteisen elektroniparin muodostumista. Atomien välillä voi olla yksi, kaksi tai kolme yhteistä elektroniparia. • Yhdistetyypin nimi juontuu siitä, että ulko- eli ns. valenssielektronit muodostavat yhteisen elektroniparin (engl. covalent)

9. Esimerkiksi vetymolekyyli H2 • Vetyatomilla on yksi ulkoelektroni ja saadakseen oktetin se tarvitsee yhden elektronin lisää. Kaksi vetyatomia käyttävät yhteisesti ulkoeletronejaan muodostaen yksinkertaisen sidoksen. Yksinkertaisessa sidoksessa on käytössä yksi yhteinen elektronipari

10. Happimolekyyli O2: Happiatomi tarvitsee kaksi elektronia lisää saadakseen oktetin. Nämä kaksi se saa ollessaan vuorovaikutuksessa toisen happiatomin kanssa, jolloin atomit käyttävät yhteisenä molemmilta kaksi elektronia eli ne käyttävät kahta elektroniparia yhteisenä. Happiatomien välillä on kaksoissidos.

11. Pohdituttaa... • Millainen sidos on typpimolekyylin N2 typpiatomien välillä? • Entä vedessä H2O? Entä vetykloridissa HCl vedyn ja kloorin välillä? • Millaisia sidoksia on metaanimolekyylillä CH4? • Mitä tarkoittaa molekyylin poolisuus? Tarkastellaan esimerkiksi vesimolekyyliä:

12. Molekyylien merkitseminen ja nimeäminen Molekyylissä atomien lukumäärät merkitään atomin kemiallisen merkin perään alaindeksillä. Esimerkiksi vedessä H2O on kaksi vetyä ja yksi happi Nimeämisessä käytetään kreikkalaisperäisiä etuliitteitä ilmaisemaan atomien lukumääriä molekyyliyhdisteissä. Lukusana laitetaan sen atomin eteen, jonka lukumäärää tarkoitetaan. Esimerkiksi CO2 on hiilidioksidi ja CO on hiilimonoksidi Yleisimmät etuliitteet ovat mono-, di-, tri-, tetra-, penta-, heksa-

13. Joillekin yhdisteillä (sekä ioni- että molekyyli-yhdisteillä) on myös kansanomainen nimitys, joka ei kerro mitään varsinaisesta rakenteesta. Esimerkiksi veden ”oikea” nimitys on divetymonoksidi. Salmiakki tunnetaan kemistipiireissä ammoniumkloridina (NH4Cl) Nimeä seuraavat yhdisteet: a) SO3 b) N2O c) ClF3 Kirjoita seuraavien yhdisteiden molekyylikaavat: a) divetyoksidi b) hiilitetrakloridi c) alumiintrikloridi

14. Metallisidos on metalliatomien välillä vallitseva kemiallinen sidos. Metallissa on irrallisia ”valenssielektroneja”. Metallien ominaisuudet (hyvä sähkönjohtavuus, hyvä lämmönjohtavuus, hyvä muokattavuus, korkea sulamis- ja kiehumispiste, kiiltävä pinta) voidaan selittää metallisidosten avulla. Vapaat elektronit selittävät hyvät sähkön- ja lämmönjohtavuusominaisuudet. Metallisidos on hyvin luja ja atomit ovat lähellä toisiaan. Tämän takia metallit ovat sitkeitä ja täten hyvin muokattavissa... Metalleissa atomien välillä on metallisidos

15. Sidostyyppi vaikuttaa aineen kemiallisiin ominaisuuksiin • Miksi ruokasuolaliuos johtaa sähköä, mutta sokeriliuos ei? • Miksi vesinoro ”taipuu” sekä kohti positiivisesti varautunutta sauvaa että kohti negatiivisesti varautunutta sauvaa? [vrt. sähköopin harjoitukset] • Miksi kiinteä jää on ”harvempaa” kuin nestemäinen vesi? [Jää siis kelluu veden päällä.]