Kemialliset sidokset pitävät kaikkea ympärilläsi. Kehosi muodostavista molekyyleistä ja ruoallesi asettamastasi suolasta tuoliin, johon olet istuessaan kovalenttiset ja ionisidokset pitävät ainetta yhdessä muodoissa, joiden kanssa olemme vuorovaikutuksessa päivittäin perusta. Ionisista ja kovalenttisista sidoksista oppiminen on tärkeä osa mitä tahansa kemian johdantokurssia ja löytämistä selvittämällä sidosten väliset erot antaa sinulle käsityksen siitä, miksi eri materiaalit käyttäytyvät ja reagoivat erillisinä tavoilla. Aihe on yksinkertainen, mutta se avaa oven paljon syvemmälle ymmärrykselle ympäröivästä maailmasta.
Määritetyt ionisidokset ja kovalenttiset joukkovelkakirjat
Ionisen ja kovalenttisen sidoksen perusmäärittelyt auttavat sinua ymmärtämään, miksi ne ovat niin erilaisia. Ionisidos muodostuu kahden ionin välille, joilla on vastakkaiset varaukset. Ioni on atomi, joka on kadottanut tai saanut elektronin, joten se ei ole enää sähköisesti neutraali. Elektronin menetys tarkoittaa, että ionilla on enemmän protoneja kuin elektroneja ja sillä on positiivinen nettovaraus. Elektronin saaminen tarkoittaa, että elektroneja on enemmän kuin protoneja. Tällä ionilla on negatiivinen varaus.
Kovalenttiset sidokset toimivat eri tavalla. Elementin valenssi kertoo kuinka monta “välilyöntiä” elektronien ulkokuoressa on muiden elementtien kanssa sitoutumista varten. Kovalenttisessa sidoksessa molekyylit muodostuvat muodostavien atomien kesken jakamalla elektroneja, joten molemmilla on täyden valenssin (ulommat) kuoret, mutta jotkut elektronit miehittävät molempien elementtien ulkokuoret samalla tavalla aika.
Ionisten ja kovalenttisten sidosten yhtäläisyydet
Sidosten väliset erot ovat selvästi tärkeitä, koska ioniset ja kovalenttiset yhdisteet toimivat niin eri tavoin, mutta yhtäläisyyksiä on yllättävän paljon. Ilmeisin samankaltaisuus on, että tulos on sama: Sekä ioninen että kovalenttinen sitoutuminen johtavat stabiilien molekyylien muodostumiseen.
Reaktiot, jotka luovat ionisia ja kovalenttisia sidoksia, ovat eksotermisiä, koska elementit sitoutuvat yhteen alentaakseen potentiaalista energiaansa. Luonnostaan tämä prosessi vapauttaa energiaa lämmön muodossa.
Vaikka yksityiskohdat poikkeavat toisistaan, valenssielektronit ovat mukana molemmissa sitoutumisprosesseissa. Ionisitoutumista varten valenssielektronit saadaan tai menetetään varautuneen ionin muodostamiseksi, ja kovalenttisessa sidoksessa valenssielektronit jaetaan suoraan.
Sekä ionisen että kovalenttisen sidoksen avulla syntyneet molekyylit ovat sähköisesti neutraaleja. Kovalenttisessa sitoutumisessa tämä johtuu siitä, että kaksi sähköisesti neutraalia komponenttia tulee yhteen, mutta ionisidoksessa se johtuu siitä, että nämä kaksi varausta yhdistyvät ja peruuttavat toisensa.
Sekä ioniset että kovalenttiset sidokset muodostuvat kiinteinä määrinä. Ionisidoksille kiinteät määrät ioneja yhdistyvät muodostaen sähköisesti neutraalin kokonaisuuden määrien mukaan riippuen kyseisten ionien ylimääräisistä varauksista. Kovalenttisessa sidoksessa ne sitoutuvat niiden elektronien lukumäärän mukaan, jotka heidän on jaettava valenssikuoriensa täyttämiseksi.
Erot ionisten ja kovalenttisten sidosten välillä
Sidosten välisiä eroja on helpompi havaita, mutta ne ovat yhtä tärkeitä, jos yrität ymmärtää kemiallista sidosta. Ilmeisin ero on sidosten muodostumistapa. On kuitenkin olemassa useita muita yhtä tärkeitä eroja.
Kovalenttisesti sitoutuneen molekyylin yksittäiset komponentit ovat sähköisesti neutraaleja, kun taas ionisidoksessa ne molemmat ovat varautuneita. Tällä on merkittäviä seurauksia, kun ne liuotetaan liuottimeen. Ioninen yhdiste, kuten natriumkloridi (pöytäsuola), johtaa sähköä liuenneena, koska komponentit ovat varautuneita, mutta yksittäiset molekyylit, jotka muodostuvat kovalenttisella sidoksella, eivät johda sähköä, elleivät ne ole ionisoituneita toisen kautta reaktio.
Toinen seuraus erilaisista sidontatyyleistä on helppous, jolla syntyneet materiaalit hajoavat ja sulavat. Kovalenttinen sidos pitää atomit yhdessä molekyyleissä, mutta itse molekyylit ovat vain heikosti sitoutuneita toisiinsa. Tämän seurauksena kovalenttisesti sitoutuneet molekyylit muodostavat rakenteita, jotka on helpompi sulaa. Esimerkiksi vesi sitoutuu kovalenttisesti ja jää sulaa alhaisessa lämpötilassa. Ionisella materiaalilla, kuten suolalla, on alempi sulamispiste, koska sen koko rakenne koostuu vahvista ionisidoksista.
Joukkovelkakirjalainojen välillä on monia muita eroja. Eläviä olentoja muodostavat molekyylit ovat sitoutuneet esimerkiksi kovalenttisesti, ja kovalenttiset sidokset ovat luonteeltaan yleisempiä kuin yleisesti ionisidokset. Sidontatyyppien eroista johtuen kovalenttisia sidoksia voi muodostua saman elementin atomien (kuten vetykaasun, jolla on kaava H2), mutta ionisidokset eivät voi.