KEEMILINE SIDE JA AINE EHITUS Martin Saar 2007

KEEMILINE SIDE JA AINE EHITUS Martin Saar 2007

Keemiline side l “Keemilise sideme probleem on kesksel kohal kogu keemias. ” L. Pauling l Üksikud aatomid on ebapüsivad neil on kõrge energia. . . l Seepärast liituvad nad teiste aineosakestega, minnes üle püsivamasse olekusse ehk madalama energiaga olekusse. . . Üksikute aatomite moodustumisel sideme katkemisel aga minnakse üle ebapüsivamasse kõrgema energiaga olekusse. . .

Keemiline side l Sideme moodustumisel vabaneb energiat. Ühinemisreaktsioonid: pigem eksotermilised ΔH<0 l Sideme lõhkumiseks kulub energiat. Lagunemisreaktsioonid: pigem endotermilised ΔH>0 A+B AB A+B ΔH>0 ΔH<0 AB

Keemilise sideme süsteemsus l Aatomite või ioonide vahel molekulis või kristallis Kovalentne – üldiselt 2 või enam mittemetalli l Iooniline – ühendis metall ja mittemetall(id) l Metalliline – metallides l l Molekulide vahel - vesinikside

Keemilise sideme liigid: KOVALENTNE SIDE l Levinuim side. l Moodustub ühise elektronpaari abil. l kumbki aatom annab ühe elektroni elektronpaari, mis jääb tiirlema mõlema aatomi tuuma ümber.

Keemilise sideme liigid: KOVALENTNE SIDE l Peamiselt mittemetalliliste elementide korral: l l Kaks sama mittemetalli (nt H-H ehk H 2) – kovalentne mittepolaarne side. Kaks erineva elektronegatiivsusega mittemetalli (nt H-Cl ehk HCl) – polaarne side. Üks aatom tõmbab ühist elektronpaari tugevamini enda poole. Kokkuleppeliselt on C-H side sisuliselt mittepol. (. . . või ka nõrk metall + nõrk mittemetall (Al 2 S 3), kus elektronide üleminekut ei toimu, sest kumbki pole piisavalt vägev. )

fluori molekul 2 fluori aatomit süsinikdioksiidi molekul 2 hapniku aatomit süsiniku aatom 4 fluori aatomit süsiniku aatom süsiniktetrafluoriid molekul

Keemilise sideme liigid: IOONILINE SIDE Justkui kovalentse sideme piirjuht – puhast ioonilist sidet tegelikult pole. . . l Kui aatomite elektronegatiivsused on väga erinevad (tegemist on tugeva metalli ja tugeva mittemetalliga), l toimub elektronide üleminek ja tekivad ioonid. l Nende ioonide vahel mõjuvad elektrilised tõmbejõud, mis ongi ioonilise sideme alus.

Keemilise sideme liigid: IOONILINE SIDE l Aktiivne metall + aktiivne mittemetall (nt Na. Cl, KF) l l Elektronegatiivsus on elemendi aatomite võime tõmmata enda poole ühist elektronpaari. Kui on tegemist nõrga metall ja/või nõrga mittemetalliga (nt Ca. C 2, Al 2 S 3), siis elektronide üleminekut ei toimu, sest kumbki pole piisavalt vägev. Vaadeldav side on ikkagi valdavalt kovalentne.

Na aatom Cl aatom Na+ ioon Clioon

Na aatom Cl aatom Na+ katioon Clanioon Na. Cl - naatriumkloriid

Keemiline side: METALLILINE SIDE l Metalli aatomid paiknevad üksteisele nii lähedal, et väliskihtide orbitaalid osaliselt kattuvad. l Seega hakkavad väliskihi elektronid liikuma kiiresti ühe tuuma mõjualast teise juurde ja nii üle kogu kristalli – elektrongaas.

Keemiline side: VESINIKSIDE Esineb vesinikku sisaldavate molekulide vahel, kus vesinik on ühendis fluori, hapniku või lämmastikuga (nt HF, H 2 O, NH 3) ning tal on seetõttu positiivne osalaeng. l Positiivse osalaenguga vesiniku aatom seotakse elektrostaatiliselt järgmise molekuli elektronegatiivsema (F, O, N) aatomiga, millel on negatiivne osalaeng ja põhimõtteliselt vaba elektronpaar l

vesinikside

KEEMILINE SIDE JA AINE EHITUS l metall (lihtaine) metalliline side metallivõre l akt. metall + akt. mittemetall iooniline side ioonvõre l peamiselt üks või enam mittemetalli kovalentne side aatomvõre (hiigelstruktuur) või molekulvõre (molekulaarsed ained)

Kristallivõre tüübid: metallvõre l Sõlmpunktides asuvad metalli katioonid, mida hoiavad koos vabalt ja korrapäratult liikuvad elektronid ehk elektrongaas metalliline side. l Sideme iseloomu (elektrongaas) tõttu juhivad elektrit ja soojust, on plastilised ja läikivad. l Lihtained: Na, Zn, Fe, Al

POSITIIVSED IOONID ELEKTRONGAAS METALLIVÕRE

Kristallivõre tüübid: ioonvõre l Kristallivõre sõlmpunktides on laenguga osakesed ioonid, nende vahel mõjub iooniline side. l Ainetel suhteliselt kõrge sulamistemperatuur, ained haprad, lahustuvad sageli vees ja teistes polaarsetes lahustes l Liitained metallist ja mittemetalli(de)st: Cs. Cl, KF, Ba. O, Na. OH

IOONVÕRE

Kristallivõre tüübid: aatomvõre Kristallivõre sõlmpunktides aatomid, mida seob kovalentne side (molekule pole!) l Kõrge sulamistemperatuur, suur kõvadus, vees praktiliselt lahustumatud ja elektrit ei juhi. l l l Lihtained: C (teemant), Si, B – indeksita mittemetallid! Mõningad kovalentse sidemega liitained mittemetallidest: Si. O 2, Si. C, BC + Kovalentse sidemega liitained metall + mittemetall: Zn. S, Mg. O)

AATOMVÕRE

Kristallivõre tüübid: molekulvõre l Kristallivõre sõlmpunktides molekulid, mille vahel mõjuvad suhteliselt nõrgad molekulidevahelised tõmbejõud. (Molekulide sees aatomite vahel on kovalentsed sidemed. ) l Madal või mõõdukas sulamistemperatuur, aurustuvad kergest (iseloomulik lõhn), pehmed. Vees lahustuvad vähe või praktiliselt mitte. l l Lihtained: H 2, O 2, N 2, VIIA, S 8 - indeksiga mittemetallid Enamik liitaineid kovalentsete sidemetega seotud mittemetallide aatomitest: CO 2, NH 3, H 2 O, enamik orgaanilisi ühendeid

MOLEKULVÕRE

KOKKUVÕTE metall (lihtaine) metall + mittemetall. . . metalliline side iooniline side kovalentne side metallivõre ioonvõre aatomvõre molekulvõre Na, Fe, Zn Na. Cl, Ca. F 2 ~aatomid ioonid Si, C, B H 2, O 2, N 2, S 8, VIIA Si. O 2, Si. C, BC HCl, CO 2, NH 3, C 12 H 22 O 11 MITTEMOLEKULAARSED aatomid molekulid MOLEKULAARSED

KORDAVALT LIHTAINED l metallid (Fe. . . ) – metalliline side – metallvõre - mittemolekulaarne l mittemetallid – kovalentne mittepolaarne side Molekulaarsed (H 2. . . ) – molekulvõre l Mittemolekulaarsed (Si. . . ) – aatomvõre l

KORDAVALT LIITAINED l aktiivne metall + aktiivne mittemetall (Na. Cl) – iooniline side – ioonvõre - mittemolekulaarne l l (vähemaktiivne) metall + mittemetall (Al 2 O 3) – kovalentne side – aatomvõre - mittemolekulaarne mitu mittemetalli – kovalentne side l l tavaliselt molekulaarsed ained (CO 2, suhkur) – molekulvõre mõnel puhul ka aatomvõre, näiteks Si. C, BC, Si. O 2 (mittemolekulaarne)

Õige variant! Reaktsioon 2 H 2 + O 2 2 H 2 O on eksotermiline/endotermiline. Järelikult on sideme H-H ja O=O lõhkumisel eralduv/neelduv energiahulk suurem/väiksem kui sidemete H-O tekkel eralduv/neelduv energiahulk. ΔH on seega >0/<0. Ioonvõrega ained on kõrge/madala sulamistemperatuuriga, mistõttu nad on tavatingimustes gaasilises/vedelas/tahkes olekus.

HARJUTAMISEKS Täida tabel! Aine Keemilise sideme liik Kovalentne Polaarne Mittepolaarne KBr P 4 SO 3 Si Si. O 2 Fe CCl 4 Iooniline Aine ehituse tüüp Metalliline Molekulaarne Mittemolekulaarne

Ülesanne l Valige alltoodud ainete hulgas. . . a) kolm ainet, milles esineb polaarne kovalentne side b) kolm ainet, milles (tahkes või vedelas olekus) on osakeste vahel molekulidevahelised tõmbejõud KBr, S 8, Fe, C (teemant), CCl 4, Ca, C 12 H 22 O 11, Ba. Cl 2, Si. O 2 (kvarts)

Ainete omadused. . . Aine H 2 O Si. O 2 Na. Cl C (teemant) H 2 Sideme tüüp Võre tüüp Sul-temp Kõva

Sulamistemperatuur l Kummal on madalam sulamistemperatuur. . . Na. Cl või PCl 5? l H 2 O või Ca. O? l Cl 2 või I 2? l

Aine ehitusest veel. . . l Võtame elemendid Na, C, Si, N, S, Cl l Kirjutage nende kõrgeima o. -a. -ga oksiidide valemid. l Milline on sideme tüüp ja kristallivõre tüüp (ning aine ehitus: molekulaarne või mittemolekulaarne) neis ainetes?

MÕTLEMISEKS l Millised keemilised sidemed katkevad. . . Vee elektrolüüsil? l Vee destilleerimisel? l Lume sulamisel? l Naatriumitüki lõikamisel? l Tahke joodi aurustamisel? l Suhkru peenestamisel? l Keedusoola sulatamisel? l

Vesinikside l Kas vesinikside saab tekkida: l Vesinikfluoriidhappes HF? l Kaaliumkloriidis KCl? l Metaanhappes HCOOH? l Ammoniaagis NH 3? l Etaanis C 2 H 6