KEEMILINE SIDE JA AINE EHITUS

1. KEEMILINE SIDE JA AINE EHITUS Martin Saar 2007

2. Keemiline side • “Keemilise sideme probleem on kesksel kohal kogu keemias.” L. Pauling • Üksikud aatomid on ebapüsivad  neil on kõrge energia... • 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...

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

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

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

6. Keemilise sideme liigid:KOVALENTNE SIDE • Peamiselt mittemetalliliste elementide korral: • Kaks sama mittemetalli (nt H-H ehk H2) – 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 (Al2S3), kus elektronide üleminekut ei toimu, sest kumbki pole piisavalt vägev.)

7. fluori molekul 2 fluori aatomit süsinikdioksiidi molekul 2 hapniku aatomit süsiniku aatom süsiniku aatom 4 fluori aatomit süsiniktetra-fluoriid molekul

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

9. Keemilise sideme liigid:IOONILINE SIDE • Aktiivne metall + aktiivne mittemetall (nt NaCl, KF) • Elektronegatiivsus on elemendi aatomite võime tõmmata enda poole ühist elektronpaari. • Kui on tegemist nõrga metall ja/või nõrga mittemetalliga (nt CaC2, Al2S3), siis elektronide üleminekut ei toimu, sest kumbki pole piisavalt vägev. Vaadeldav side on ikkagi valdavalt kovalentne.

10. Na aatom Cl aatom Cl- ioon Na+ ioon

11. Na+ Cl- katioon anioon Na aatom Cl aatom NaCl - naatriumkloriid

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

13. Keemiline side:VESINIKSIDE • Esineb vesinikku sisaldavate molekulide vahel, kus vesinik on ühendis fluori, hapniku või lämmastikuga (nt HF, H2O, NH3) ning tal on seetõttu positiivne osalaeng. • Positiivse osalaenguga vesiniku aatom seotakse elektrostaatiliselt järgmise molekuli elektronegatiivsema (F, O, N) aatomiga, millel on negatiivne osalaeng ja põhimõtteliselt vaba elektronpaar

14. vesinikside

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

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

17. POSITIIV-SED IOONID ELEKTRON-GAAS METALLIVÕRE

18. Kristallivõre tüübid: ioonvõre • Kristallivõre sõlmpunktides on laenguga osakesed ioonid, nende vahel mõjub iooniline side. • Ainetel suhteliselt kõrge sulamistemperatuur, ained haprad, lahustuvad sageli vees ja teistes polaarsetes lahustes • Liitained metallist ja mittemetalli(de)st: CsCl, KF, BaO, NaOH

19. IOONVÕRE

20. Kristallivõre tüübid: aatomvõre • Kristallivõre sõlmpunktides aatomid, mida seob kovalentne side(molekule pole!) • Kõrge sulamistemperatuur, suur kõvadus, vees praktiliselt lahustumatud ja elektrit ei juhi. • Lihtained: C (teemant), Si, B – indeksita mittemetallid! • Mõningad kovalentse sidemega liitained mittemetallidest: SiO2, SiC, BC + Kovalentse sidemega liitained metall + mittemetall: ZnS, MgO)

21. AATOMVÕRE

22. Kristallivõre tüübid: molekulvõre • Kristallivõre sõlmpunktides molekulid, mille vahel mõjuvad suhteliselt nõrgad molekulidevahelised tõmbejõud. (Molekulide sees aatomite vahel on kovalentsed sidemed.) • Madal või mõõdukas sulamistemperatuur, aurustuvad kergest (iseloomulik lõhn), pehmed. Vees lahustuvad vähe või praktiliselt mitte. • Lihtained: H2, O2, N2, VIIA, S8 - indeksiga mittemetallid • Enamik liitaineid kovalentsete sidemetega seotud mittemetallide aatomitest: CO2, NH3, H2O, enamik orgaanilisi ühendeid

23. MOLEKULVÕRE

24. KOKKUVÕTE metall metall + mittemetall + (lihtaine) mittemetall mittemetall ... metalliline side iooniline side kovalentne side metallivõre ioonvõre aatomvõre molekulvõre Na, Fe, Zn NaCl, CaF2 Si,C,B H2, O2, N2, S8, VIIA SiO2, SiC, BC HCl, CO2, NH3, C12H22O11 ~aatomid ioonid aatomid molekulid MITTEMOLEKULAARSED MOLEKULAARSED

25. KORDAVALT LIHTAINED • metallid (Fe...) – metalliline side – metallvõre - mittemolekulaarne • mittemetallid – kovalentne mittepolaarne side • Molekulaarsed (H2...) – molekulvõre • Mittemolekulaarsed (Si...) – aatomvõre

26. KORDAVALT LIITAINED • aktiivne metall + aktiivne mittemetall (NaCl) – iooniline side – ioonvõre - mittemolekulaarne • (vähemaktiivne) metall + mittemetall (Al2O3) – kovalentne side – aatomvõre - mittemolekulaarne • mitu mittemetalli – kovalentne side • tavaliselt molekulaarsed ained (CO2, suhkur) – molekulvõre • mõnel puhul ka aatomvõre, näiteks SiC, BC, SiO2 (mittemolekulaarne)

27. Õige variant! Reaktsioon 2H2 + O2 2H2O 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.

28. HARJUTAMISEKS Täida tabel!

29. Ülesanne • 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, S8, Fe, C (teemant), CCl4, Ca, C12H22O11, BaCl2, SiO2 (kvarts)

30. Ainete omadused...

31. Sulamistemperatuur • Kummal on madalam sulamistemperatuur... • NaCl või PCl5? • H2O või CaO? • Cl2 või I2?

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

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

34. Vesinikside • Kas vesinikside saab tekkida: • Vesinikfluoriidhappes HF? • Kaaliumkloriidis KCl? • Metaanhappes HCOOH? • Ammoniaagis NH3? • Etaanis C2H6