Kaikenlaisia sidoksia yhdisteissä: ioni-, kovalenttiset ja metallisidokset

Fysiikan ja kemian perusteet ja pedagogiikka

Kari SormunenKevät 2012

Kertausta IONIEN MUODOSTUMISESTA Jos atomi luovuttaa tai vastaanottaa elektroneja,

sen sanotaan ionisoituvanIonisoitumisessa 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-)

Ionien nimeäminenMetalliatomista muodostuvilla ioneilla ei ole

erityistä 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, SO4

2- on sulfaatti-ioni...

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...

• Piirrä ja selitä miten kalsiumkloridi (CaCl2)

muodostuu:

Miten muodostuu ioniyhdiste natriumfluoridi?

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.

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.

Molekyyleissä on kovalenttinen sidosKovalenttinen 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)

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

Esimerkiksi vetymolekyyli H

2

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.

Pohdituttaa... Millainen sidos on typpimolekyylin N

2 typpiatomien välillä?

Entä vedessä H2O? Entä vetykloridissa HCl vedyn ja kloorin välillä?

Millaisia sidoksia on metaanimolekyylillä CH4?

Mitä tarkoittaa molekyylin poolisuus? Tarkastellaan esimerkiksi vesimolekyyliä:

Molekyylien merkitseminen ja nimeäminenMolekyylissä atomien lukumäärät merkitään

atomin kemiallisen merkin perään alaindeksillä. Esimerkiksi vedessä H

2O on kaksi vetyä ja yksi

happiNimeämisessä käytetään kreikkalaisperäisiä

etuliitteitä ilmaisemaan atomien lukumääriä molekyyliyhdisteissä. Lukusana laitetaan sen atomin eteen, jonka lukumäärää tarkoitetaan. Esimerkiksi CO

2 on hiilidioksidi ja CO on

hiilimonoksidi Yleisimmät etuliitteet ovat mono-, di-, tri-,

tetra-, penta-, heksa-

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 (NH

4Cl)

Nimeä seuraavat yhdisteet: a) SO

3

b) N2O

c) ClF3

Kirjoita seuraavien yhdisteiden molekyylikaavat: a) divetyoksidi b) hiilitetrakloridi c) alumiintrikloridi

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

Sidostyyppi vaikuttaa aineen kemiallisiin ominaisuuksiin Miksi ruokasuolaliuos johtaa sähköä, mutta sokeriliuos ei? [vrt.

sähköopin harjoitukset viikko V, työ 2]

Miksi vesinoro ”taipuu” sekä kohti positiivisesti varautunutta sauvaa että kohti negatiivisesti varautunutta sauvaa? [vrt. sähköopin harjoitukset viikko V, työ 1]

Miksi kiinteä jää on ”harvempaa” kuin nestemäinen vesi? [Jää siis kelluu veden päällä]