Kwarc i diament to silniejsze substancje, ponieważ ich cząsteczki tworzą sieciowe struktury kowalencyjne. Struktury te tworzą strukturę podobną do sieci, podobnie jak związki jonowe.

Ta sieć molekularna jest również powodem, dla którego diament i kwarc tworzą struktury krystaliczne, tak jak w przypadku substancji jonowych, takich jak NaCl. Niektóre inne struktury, którym możesz chcieć przyjrzeć się, to grafit i grafen, które są alotropami węgla (alotropy to po prostu różne układy cząsteczkowe pierwiastka).

Połączenie struktury sieci sprawia, że ​​substancja jest silniejsza niż zwykłe substancje związane kowalencyjnie.

A więc odpowiadając na twoje pytanie, substancje ze standardowymi wiązaniami kowalencyjnymi wydają się być słabsze niż te z wiązaniami jonowymi, ponieważ wiązania jonowe mają tendencję do tworzenia struktury sieciowej, co czyni je znacznie silniejszymi. Widać to po fakcie, że temperatura wrzenia soli jonowych jest znacznie wyższa niż w przypadku substancji kowalencyjnej, takiej jak woda. Jednak gdy wiązania kowalencyjne tworzą sieciowe struktury kowalencyjne, atomy łączą się, tworząc pojedynczą makrocząsteczkę, która jest znacznie silniejsza niż pojedyncze wiązania kowalencyjne.

To, czego nauczyłeś się na zajęciach z mineralogii, było poprawne; spadek siły wiązania w następującej kolejności kowalencyjne> jonowe> metaliczne. Przyczyna tego jest następująca. W wiązaniach kowalencyjnych, takich jak w metanie i tlenie, elektrony walencyjne są wspólne dla atomów zaangażowanych w wiązanie i one (elektrony) spędzają większość czasu w obszarze między jądrami zaangażowanymi w wiązanie; to tworzy silną więź. W materiałach jonowych, takich jak chlorek sodu, elektrony są przekazywane z jednego (elektrododatniego) atomu do drugiego (elektroujemnego) atomu, aby atomy uzyskały wypełnioną strukturę powłoki. Atomy jonowe są przyciągane do siebie przez przyciąganie elektrostatyczne i powstające sieci krystaliczne. Wiązania utworzone przez przyciąganie elektrostatyczne nie są tak silne, jak te powstałe w wyniku kowalencyjnego współdzielenia elektronów. Wreszcie, w metalach najbardziej zewnętrzne elektrony są przekazywane lub „gromadzone” w strukturze pasmowej, która istnieje w metalach. Elektrony mogą swobodnie podróżować na duże odległości (stąd przewodnictwo metali) i służą jako klej do utrzymywania razem wszystkich dodatnio naładowanych jąder metali. Tak więc w przypadku metali nie ma znaczących wiązań metal-metal i dlatego te wiązania są najsłabsze.

To zależy, ponieważ w przypadku wiązań kowalencyjnych istnieją dwa rodzaje wiązań, sieciowe lub molekularne, lub, jak to również się nazywa, polarne kowalencyjne i niepolarne kowalencyjne. Ale sieć kowalencyjna składa się z rozległej sieci między atomami, z których każdy jest połączony, a większość składa się z jednego elementu.

Weźmy na przykład diament, który składa się tylko z węgla, ale ponieważ atomy są połączone ze sobą i nie mają wiązań między cząsteczkami, jak na przykład sól, która jest wiązaniem jonowym, trudniej jest złamać. Jeśli jednak było to molekularne wiązanie kowalencyjne, cała historia jest inna, ponieważ są one zwykle bardzo słabymi wiązaniami i łatwo się je zrywają, jak cukier lub inaczej znane jako glukoza, sacharoza nie ma znaczenia, nadal jest kowalencyjnym wiązaniem molekularnym, ponieważ mają cząsteczki, podczas gdy diament jest technicznie jedną dużą cząsteczką.

Ale ponieważ cukier ma wiele wiązań między sobą, cząsteczki są słabsze niż wiązania między samymi elementami, to jest naprawdę słabe.

Okazuje się, że to bezsensowne pytanie. Wiązania chemiczne obejmują całą gamę od bardzo silnych do bardzo słabych, o czym świadczy ilość energii potrzebnej do ich rozerwania. Próba stwierdzenia, że ​​wiązania, które są jonowe lub kowalencyjne są silniejsze, jest dużym błędem, zaczynając od faktu, że „jonowe” i „kowalencyjne” są jedynie hipotetycznymi skrajnościami kontinuum wiązania i można je uznać za wiązania „idealne”. Prawdziwe wiązania leżą wzdłuż kontinuum i mają cechy obu idealnych typów wiązań. Dlatego twoje pierwotne pytanie nie ma miejsca w nauce chemii.

Wiązania jonowe i metaliczne są słabsze niż wiązania kowalencyjne. To prawda, dlatego kryształ kowalencyjny jest znacznie twardszy niż kryształ / polikrystal jonowy i metaliczny.

Drugie stwierdzenie jest błędne, ponieważ po pierwsze temperatura topnienia nie jest proporcjonalna do siły wiązania chemicznego. Jest więcej czynników, takich jak elastyczność cząsteczek. Zamiast tego temperatura wrzenia jest bardziej proporcjonalna.

Co ważniejsze, siły między cząstkami, które mają być porównane między związkiem organicznym a związkiem jonowym i metalicznym, to NIE wśród wiązanie kowalencyjne vs wiązanie jonowe vs wiązanie metaliczne. Należy do siły międzycząsteczkowej (dipol-dipol, wiązanie H, van der waalsa) vs wiązanie jonowe vs wiązanie metaliczne. I na pewno pierwszy jest znacznie słabszy od drugiego i trzeciego. Zatem temperatura wrzenia związków organicznych jest znacznie niższa.

Nie jestem pewien, jaki jest konsensus, który osiągnęli chemicy na całym świecie, ale chciałbym tylko zaoferować w tej sprawie wartość moich dwóch centów. To pytanie zawsze było pytaniem, którym moi nauczyciele zawsze się zajmowali, gdy uczą wiązania chemicznego, a ich odpowiedź zawsze była taka sama:

Porównanie nie jest sprawiedliwe, ponieważ te wiązania są ostatecznie bardzo zmienne pod względem siły.

Zgadzam się z tym, ale pozwolę sobie przedstawić mój punkt widzenia na ten problem.

Siłę wiązań kowalencyjnych w prostych substancjach molekularnych (a także w gigantycznych strukturach sieciowych) można łatwo określić. Tak więc energie większości wiązań kowalencyjnych są dobrze znane i można je łatwo wykorzystać do takich porównań energii wiązania. Jednak siła wiązań jonowych i wiązań metalicznych nie jest tak jednoznaczna.

Z definicji, wiązanie jonowe jest elektrostatyczną siłą przyciągania pomiędzy dodatnio i ujemnie naładowanymi jonami w sieci jonowej, podczas gdy wiązanie metaliczne jest elektrostatyczną siłą przyciągania pomiędzy dodatnio naładowanymi jonami metalu i otaczającymi elektronami.

W sieci jonowej jest tak wiele jonów oddziałujących ze sobą elektrostatycznie. Jak więc można określić siłę wiązania jonowego? Można by wykorzystać ideę energii sieci, ale porównania dokonywane przy użyciu energii sieci miałyby sens tylko wtedy, gdy porównujemy sieci jonowe. Nie można go porównać z wiązaniami kowalencyjnymi!

Rozważ energię dysocjacji wiązania $ \ ce {H-H} $ i energię sieci krystalicznej chlorku sodu. BDE $ \ ce {H-H} $ wynosi $ \ ce {+ 436 kJ / mol} $, podczas gdy energia sieci $ \ ce {NaCl} $ wynosi $ \ ce {+ 786 kJ / mol} $. Obydwa odnoszą się do „na mol czegoś”. Ale to „coś” jest w każdym przypadku inne. W przypadku wodoru tym „czymś” byłoby wiązanie $ \ ce {HH} $, ale w przypadku związku jonowego $ \ ce {NaCl} $ tym „czymś” jest $ \ ce {NaCl} $ jednostka formuły. I to nie to samo, co "na mol wiązań jonowych między $ \ ce {Na ^ +} $ a $ \ ce {Cl ^ -} $". Siła wiązania jonowego nie jest tak łatwa do określenia, ponieważ każdy jon znajduje się w środowisku elektrostatycznym, na które wpływają wszystkie inne jony wokół niego. Ten sam pomysł można zastosować do wiązań metalicznych.

Zasadniczo uważam, że nie ma podstaw do rzetelnego porównania między wiązaniami metalicznymi, jonowymi i kowalencyjnymi pod względem ich siły wiązania.

Nie myl siły wiązań z siłą sił, które utrzymują razem krystaliczne ciała stałe

Jest powód, dla którego lekcje, których nauczyłeś się z chemii, różnią się od wnioski wyciągnięte z mineralogii: nie mówią o tych samych rzeczach.

Problem polega na tym, że mineralogia, o których mówią, to wiązania, które trzymają kryształy razem, ale w chemii często się mówi o wiązania, które utrzymują razem cząsteczki , a nie kryształy utworzone z cząsteczek.

To rozróżnienie jest ważne. Ogromna większość kryształów w chemii składa się z dyskretnych cząsteczek utrzymywanych razem przez słabsze siły międzycząsteczkowe (czasami nazywane wiązaniami van Der Waalsa). Są one dość słabe w porównaniu z wiązaniami kowalencyjnymi i powodują kryształy, które są słabe i mają niskie temperatury topnienia. Więc chemik może przyjrzeć się związkom, w których wiązanie w cząsteczkach jest kowalencyjne i uogólnić, że zazwyczaj tworzą one kryształy znacznie słabsze niż metale lub związki jonowe. Dzieje się tak dlatego, że wiązania tworzące kryształy nie są kowalencyjne.

Mineralog będzie głównie przyglądał się związkom, które nie są zbudowane z oddzielnych cząsteczek, ale są zbudowane z sieci jonowych lub kowalencyjnych. sieci (lub obie). Nie ma cząsteczek diamentu, kryształ jest siecią ciał stałych utrzymywanych razem przez (prawie) nieskończony układ wiązań kowalencyjnych C-C, ponieważ krzemionka jest utrzymywana razem przez nieskończony układ wiązań O-Si-O. Inne minerały są mieszaniną tych dwóch z wieloma krzemianami zawierającymi na przykład warstwy struktur O-Si-O z różnymi jonami pomiędzy nimi. Tak więc dla mineraloga wiązania kowalencyjne wyglądają na mocne w porównaniu z innymi typami wiązań. Wiązania jonowe są silne, ale nie tak silne, jak czysto kowalencyjne ciała stałe w sieci.

Problem dodatkowo komplikują definicje siły, które są zbyt wąskie. Czy metale są mocniejsze czy słabsze niż struktury diamentowe? Zależy, co masz na myśli mówiąc o sile. Diament jest twardszy niż jakikolwiek metal, ale jest też bardziej kruchy. Jeśli liczy się odporność na uderzenie ostrym przedmiotem, każdego dnia wybierz przedmiot z plastycznego metalu zamiast diamentu. Dzieje się tak, ponieważ struktura krystaliczna niektórych metali może pochłaniać energię poprzez reorganizację defektów kryształów, a nie przez rozrywanie wiązań (prawie jedyna opcja w przypadku krzemionki lub diamentu). Tak więc w pewnym sensie metale są silniejsze niż kowalencyjne ciała stałe.

Ogólna lekcja polega na tym, aby uważać na definicje. Nie ma dobrego uogólnienia wytrzymałości kryształów na podstawie typów wiązań. Bądź ostrożny, czy mówisz o wiązaniach wewnątrz składników kryształu (molekułach), czy o wiązaniach, które utrzymują te składniki razem (wiele związków „kowalencyjnych” składa się z kryształów, w których cząsteczki są utrzymywane razem przez znacznie słabsze siły). Nie zapominaj, że wiele minerałów ma wiązanie jonowe i kowalencyjne. I bądź konkretny, co masz na myśli przez „siłę” (np. Uprząż to odporność na uderzenia to nie to samo).