Domanda:
I legami metallici / ionici sono più deboli dei legami covalenti?
Tamás
2014-05-24 23:52:53 UTC
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Nel corso di mineralogia, mi è stato insegnato che i legami metallici e ionici sono più deboli dei legami covalenti ed è per questo che il quarzo e il diamante hanno un valore di durezza così alto. Tuttavia, nel corso di chimica organica, ho imparato che i legami covalenti sono più deboli dei legami metallici e ionici, quindi le sostanze organiche hanno un punto di fusione molto più basso di quello dei metalli e dei composti ionici.

Cosa sto sbagliando? I legami ionici e metallici sono più deboli dei legami covalenti o no?

In pratica stai confrontando una forza intermolecolare con una forza intramolecolare.
Il problema con questa "forza" non è ben definito e i tuoi insegnanti lo stanno usando in un senso diverso. Quando si confrontano le energie di dissociazione dei legami, i legami ionici possono essere piuttosto forti, to0: https://opentextbc.ca/chemistry/chapter/7-5-strengths-of-ionic-and-covalent-bonds/
C'è un'ulteriore confusione qui poiché i composti costituiti da molecole covalenti non creano cristalli basati sul legame di alleanza: i cristalli sono formati da forze di dispersione più deboli (forze di van der Waals) tra le molecole discrete. Questi sono decisamente più deboli dei legami ionici o dei legami covalenti nei solidi di rete come il diamante in cui ogni atomo ha un legame covalente con altri atomi.
Sette risposte:
#1
+18
Shafter
2014-05-25 00:29:06 UTC
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Il quarzo e il diamante sono sostanze più forti perché le loro molecole formano strutture covalenti a rete. Queste strutture formano una struttura simile a un reticolo, molto simile ai composti ionici.

Questa rete molecolare è anche la ragione per cui diamante e quarzo formano strutture cristalline, proprio come vedresti nelle sostanze ioniche come NaCl. Alcune altre strutture che potresti voler esaminare sono la grafite e il grafene, che sono entrambi allotropi del carbonio (gli allotropi sono, in poche parole, diverse disposizioni molecolari di un elemento).

La struttura della rete si combina per rendere la sostanza più forte delle normali sostanze legate covalenti.

Quindi, per rispondere alla tua domanda, le sostanze con legami covalenti standard sembrano essere più deboli di quelle con legami ionici perché i legami ionici tendono a formare una struttura reticolare, che le rende molto più forti. Lo si può vedere dal fatto che i punti di ebollizione dei sali ionici sono molto più alti di quelli di una sostanza covalente come l'acqua. Tuttavia, quando i legami covalenti formano strutture covalenti di rete, gli atomi si combinano per formare una macromolecola singolare che è molto più forte dei legami covalenti singolari.

La tua spiegazione non sembra spiegare quello che stai dicendo. Spieghi usando il fatto che i composti ionici formano strutture reticolari allo stato solido, ma poi scrivi che i punti di ebollizione dei sali ionici sono più alti. Allo stato liquido, i legami ionici sono già stati rotti. Quindi, quando si parla del punto di ebollizione dei sali ionici, non c'è relazione con la forza del legame ionico.
@TanYongBoon, Ho usato i punti di ebollizione perché li sentivo più paragonabili alla vera energia richiesta per rompere i singoli legami ionici (rispetto ai punti di fusione, almeno). Tendiamo a misurare la forza delle interazioni ioniche mediante l'energia del reticolo, che è definita come l'energia richiesta per mole di sostanza ionica per convertire il solido in ioni gassosi costituenti. Questo numero, tuttavia, spiega sia l'energia di sublimazione che l'entalpia del legame individuale. L'uso dei punti di ebollizione, quindi, ci consente almeno di evitare di confrontare le entalpie di fusione e di confrontare più direttamente le entalpie di legame.
@TanYongBoon ovviamente la natura reticolare dei composti ionici complica necessariamente il confronto, però.
#2
+7
ron
2014-05-25 00:28:36 UTC
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Quello che hai imparato nella tua lezione di mineralogia era corretto; la forza del legame diminuisce nel seguente ordine covalente> ionico> metallico. Il ragionamento per questo è il seguente. Nei legami covalenti come quelli nel metano e nell'ossigeno, gli elettroni di valenza sono condivisi tra gli atomi coinvolti nel legame e loro (gli elettroni) trascorrono la maggior parte del loro tempo nella regione tra i nuclei coinvolti nel legame; questo crea un forte legame. In materiali ionici come il cloruro di sodio, gli elettroni vengono donati da un atomo (l'elettropositivo) all'altro atomo (l'elettronegativo) affinché gli atomi raggiungano una struttura a guscio pieno. Gli atomi ionici vengono attratti l'un l'altro attraverso l'attrazione elettrostatica e i reticoli cristallini che si formano. I legami formati attraverso l'attrazione elettrostatica non sono così forti come quelli formati dalla condivisione covalente di elettroni. Infine, nei metalli gli elettroni più esterni vengono donati o "raggruppati" nella struttura a bande che esiste nei metalli. Gli elettroni sono liberi di percorrere grandi distanze (da qui la conduttività dei metalli) e fungono da collante per tenere insieme tutti i nuclei metallici caricati positivamente. Quindi, nel caso dei metalli, non ci sono legami metallo-metallo significativi e questi legami sono quindi i più deboli.

Come discusso in una [domanda diversa] (http://chemistry.stackexchange.com/questions/21774/why-is-covalent-bonding-stronger-than-electrostatic-attraction), sono rispettosamente in disaccordo sul fatto che i legami ionici non siano così forti come covalenti.
Nella domanda sopra citata si nota che la forza di legame covalente più grande è 945 kJ / mol in $ \ ce {N2} $. Mentre la forza del legame ionico in $ \ ce {LiF} $, che dovrebbe rappresentare uno dei legami ionici più forti ([vedi qui] (http://chemistry.stackexchange.com/questions/19568/what-happens-if-the -elettronegatività-differenza-è-esattamente-2-1 / 19573 # 19573)) è solo 577 kJ / mol. Quindi, almeno quando si confrontano i legami covalenti e ionici più forti, i legami covalenti sono più forti. Forse potresti fornire dati BDE anche per legami covalenti e ionici più medi e possiamo vedere quali sono più forti in quel regno.
Ho anche incluso alcuni commenti su altri legami covalenti. Ma penso che questa sia una commissione da pazzi. La grande intuizione di Pauling era che * qualsiasi * legame con atomi diversi avrà almeno * qualche * componente ionica / elettrostatica. In effetti un articolo a cui ho fatto riferimento nella mia risposta suggerisce che molti legami sono fortemente covalenti * e * fortemente ionici.
#3
+4
Johnathan Martinez
2014-12-11 11:04:10 UTC
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Dipende, perché per covalente esistono due tipi di legami, di rete o molecolari, o come ho sentito anche chiamarlo, covalente polare e covalente non polare. Ma la rete covalente è costituita da una vasta rete tra gli atomi e ognuno è connesso, e per lo più sono costituiti da un elemento.

Prendiamo ad esempio un diamante, è costituito solo da carbonio, ma poiché gli atomi sono collegati tra loro e non hanno legami tra le molecole, come qualcosa come il sale, che è un legame ionico, è più difficile da rompere. Tuttavia, se fosse un legame covalente molecolare, allora l'intera storia è diversa, perché tendono ad essere legami molto deboli e facilmente rotti come lo zucchero o altrimenti noti come glucosio, il saccarosio non ha importanza, è ancora un legame molecolare covalente perché hanno molecole mentre come un diamante è tecnicamente una grande molecola.

Ma, poiché lo zucchero ha molteplici, il legame tra loro molecole è più debole dei legami tra gli elementi stessi, allora è davvero debole.

#4
+3
Pisgahchemist
2017-09-17 09:52:33 UTC
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Questa si rivela una domanda senza senso. I legami chimici coprono l'intera gamma da molto forte a molto debole, come evidenziato dalla quantità di energia richiesta per romperli. Cercare di dire che i legami ionici o covalenti sono più forti è un grosso errore, a cominciare dal fatto che "ionico" e "covalente" sono semplicemente gli estremi ipotetici del continuum di legame e possono essere considerati legami "ideali". I legami reali si trovano lungo il continuum e hanno caratteristiche di entrambi i tipi di legame ideali. Pertanto, la tua domanda originale non ha posto nello studio della chimica.

È un problema di ritorno perché i corsi di base (e gli insegnanti di questo) pretendono di ordinare semplicemente i legami in termini di forza. Aggiungete a questo il fatto che i legami ionici perdono la loro forza in acqua (un caso di cavallo da lavoro per la maggior parte se non tutti i chimici) e poi incappate nel fatto che anche qui molti sostengono che un legame covalente è di per sé più forte di uno ionico.
#5
+2
Ian Fang
2014-05-25 00:16:30 UTC
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I legami ionici e metallici sono più deboli dei legami covalenti. Questo è corretto, è per questo che il cristallo covalente è molto più duro del cristallo / policristallo ionico e metallico.

La seconda affermazione è sbagliata perché in primo luogo il punto di fusione non è proporzionale alla forza del legame chimico. Ci sono più fattori come la flessibilità delle molecole. Il punto di ebollizione è invece più proporzionale.

Più importante, le forze interparticellari da confrontare tra composto organico vs composto ionico vs composto metallico sono NON tra legame covalente vs legame ionico vs legame metallico. È tra forza intermolecolare (dipolo-dipolo, legame H, Van der waals) vs legame ionico vs legame metallico. E il primo è sicuramente molto più debole del secondo e del terzo. Quindi il punto di ebollizione dei composti organici è molto più basso.

#6
+2
Tan Yong Boon
2018-05-29 08:55:04 UTC
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Non sono sicuro di quale sia il consenso raggiunto dai chimici di tutto il mondo, ma vorrei solo offrire i miei due centesimi sulla questione. Questa domanda è sempre stata una domanda che i miei insegnanti affronterebbero sempre quando insegnano i legami chimici e la loro risposta è sempre stata la stessa:

Non è giusto fare un confronto poiché questi legami sono in definitiva molto variabile in termini di forza.

Sono d'accordo con questo, ma permettimi di fornire la mia prospettiva su questo problema.

La forza dei legami covalenti in sostanze molecolari semplici (così come quelle in strutture di rete giganti) può essere facilmente determinata. Pertanto, le energie di legame della maggior parte dei legami covalenti sono ben note e possono essere facilmente utilizzate per tali confronti di energia di legame. Tuttavia, la forza dei legami ionici e dei legami metallici non è così netta.

Per definizione, il legame ionico è la forza di attrazione elettrostatica tra ioni caricati positivamente e negativamente in un reticolo ionico mentre il legame metallico è la forza di attrazione elettrostatica tra gli ioni metallici caricati positivamente e gli elettroni circostanti.

In un reticolo ionico, ci sono così tanti ioni che interagiscono elettrostaticamente tra loro. Come si può allora determinare la forza del legame ionico? L'idea di energia del reticolo potrebbe essere utilizzata, ma i confronti effettuati utilizzando l'energia del reticolo avrebbero senso solo quando si confrontano i reticoli ionici. Non può essere utilizzato per confrontare i legami covalenti!

Considera l'energia di dissociazione del legame di $ \ ce {H-H} $ e l'energia del reticolo del cloruro di sodio. Il BDE di $ \ ce {H-H} $ è $ \ ce {+ 436 kJ / mol} $ mentre l'energia reticolare di $ \ ce {NaCl} $ è $ \ ce {+ 786 kJ / mol} $. Entrambi sono in termini di "per mole di qualcosa". Ma quel "qualcosa" è diverso in ogni caso. Nel caso dell'idrogeno, quel "qualcosa" sarebbe il legame $ \ ce {HH} $ ma nel caso del composto ionico $ \ ce {NaCl} $, quel "qualcosa" è $ \ ce {NaCl} $ unità formula. E questo non è lo stesso di "per mole di legami ionici tra $ \ ce {Na ^ +} $ e $ \ ce {Cl ^ -} $". La forza del legame ionico non è così facilmente determinata perché ogni ione si trova in un ambiente elettrostatico che è influenzato da tutti gli altri ioni intorno ad esso. La stessa idea può essere applicata ai legami metallici.

In sostanza, la mia opinione è che non esiste una base per un confronto equo tra legami metallici, ionici e covalenti in termini di forza di legame.

#7
+2
matt_black
2018-05-30 01:38:09 UTC
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Non confondere la forza dei legami con la forza delle forze che tengono insieme i solidi cristallini

C'è un motivo per cui le lezioni che hai imparato dalla chimica sono diverse dalle le lezioni apprese in mineralogia: non si parla delle stesse cose.

Il problema è che nella mineralogia i legami di cui parlano sono i legami che tengono insieme i cristalli ma in chimica ciò di cui si parla spesso sono i legami che tengono insieme le molecole , non i cristalli costituiti dalle molecole.

Questa distinzione è importante. La stragrande maggioranza dei cristalli in chimica è costituita da molecole discrete tenute insieme da forze intermolecolari più deboli (a volte chiamate legami di van Der Waals). Questi sono abbastanza deboli rispetto ai legami covalenti e danno come risultato cristalli deboli e con punti di fusione bassi. Quindi un chimico potrebbe esaminare i composti in cui il legame nelle molecole è covalente e rendere la generalizzazione che tipicamente formano cristalli molto più deboli dei metalli o dei composti ionici. Ma questo perché i legami che formano i cristalli non sono covalenti.

Un mineralogista guarderà principalmente ai composti che non sono fatti di molecole discrete ma sono fatti da reticoli ionici o covalenti reti (o entrambi). Non ci sono molecole di diamante, il cristallo è una rete solida tenuta insieme da una serie (quasi) infinita di legami covalenti C-C, poiché la silice è tenuta insieme da una serie infinita di legami O-Si-O. Altri minerali sono un mix dei due con molti silicati contenenti, ad esempio, fogli di strutture O-Si-O con una varietà di ioni in mezzo. Quindi, per un mineralogista, i legami covalenti sembrano forti rispetto ad altri tipi di legame. I legami ionici sono forti ma non così forti come i solidi di rete puramente covalenti.

E il problema è ulteriormente complicato da definizioni di forza troppo limitate. I metalli sono più forti o più deboli delle strutture simili al diamante? Dipende da cosa intendi per forza. Il diamante è più duro di qualsiasi metallo ma è anche più fragile. Se la resistenza all'essere colpiti da un oggetto appuntito è importante, scegli un oggetto di metallo duttile invece di un diamante in qualsiasi momento. Ciò accade perché la struttura cristallina in alcuni metalli può assorbire energia riorganizzando i difetti dei cristalli piuttosto che rompendo i legami (praticamente l'unica opzione in silice o diamante). Quindi, in un certo senso, i metalli sono più forti dei solidi covalenti.

La lezione generale è stare attenti alle definizioni. Non esiste una buona generalizzazione della forza dei cristalli basata sui tipi di legame. Fai attenzione se stai parlando dei legami all'interno dei componenti del cristallo (molecole) o dei legami che tengono insieme quei componenti (molti composti "covalenti" sono costituiti da cristalli in cui le molecole sono tenute insieme da forze molto più deboli). Non dimenticare che molti minerali hanno legami sia ionici che covalenti. E sii specifico su cosa intendi per "forza" (ad esempio, le imbracature sono resilienza all'impatto non sono la stessa cosa).



Questa domanda e risposta è stata tradotta automaticamente dalla lingua inglese. Il contenuto originale è disponibile su stackexchange, che ringraziamo per la licenza cc by-sa 3.0 con cui è distribuito.
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