Παραδείγματα Χημικών Ενώσεων στην Επιστήμη
Μια χημική ένωση είναι, για παράδειγμα, μια χημική ουσία που σχηματίζεται από τη σύνδεση δύο ή περισσότερων διαφορετικών χημικών στοιχείων. Κάθε χημική ένωση έχει έναν χημικό τύπο, μια σημείωση που περιγράφει τις σχετικές αναλογίες των στοιχείων που αποτελούν μια δεδομένη ένωση. Οι ενώσεις αλληλεπιδρούν μέσω χημικών αντιδράσεων, κατά τις οποίες οι ατομικοί δεσμοί σπάνε και μεταμορφώνονται σε διαφορετικές ενώσεις.
Ο κύριος μηχανισμός που οδηγεί τη σύνδεση των χημικών ενώσεων είναι το μερίδιο ή η μεταφορά ηλεκτρονίων σθένους. Υπάρχουν τρεις κύριοι τύποι χημικών ενώσεων, καθένας από τους οποίους ορίζεται από τον τρόπο με τον οποίο τα άτομά τους συνδέονται μεταξύ τους:ομοιοπολικές ενώσεις, ιοντικές ενώσεις και μεταλλικές ενώσεις.
Σύνθετο vs. Μείγμα:Παραδείγματα χημικών ουσιών
Μια χημική ένωση είναι διαφορετική από ένα μείγμα. Ένα μείγμα μπορεί να περιλαμβάνει έναν αριθμό διαφορετικών στοιχείων, αλλά σε ένα μείγμα, κανένα από τα στοιχεία δεν μοιράζεται χημικούς δεσμούς μεταξύ τους. Ο χάλυβας, για παράδειγμα, είναι ένα μείγμα. Ο χάλυβας αποτελείται από ποσότητες σιδήρου (Fe) και άνθρακα (C), αλλά αυτά τα στοιχεία δεν συνδέονται χημικά. Επιπλέον, η αναλογία των συστατικών του χάλυβα μπορεί να διαφέρει. Ένα δείγμα χάλυβα θα μπορούσε να έχει περισσότερο άνθρακα ή λιγότερο σίδηρο.
Οι χημικές ενώσεις, από την άλλη πλευρά, αποτελούνται από ουσίες που μοιράζονται χημικούς δεσμούς μεταξύ τους. Το επιτραπέζιο αλάτι (NaCl) είναι μια ένωση επειδή αποτελείται από ένα άτομο νατρίου (Na) και ένα άτομο χλωρίου (Cl) που συνδέονται μεταξύ τους. Οι χημικές ενώσεις έχουν πάντα τις ίδιες αναλογίες συστατικών. Κάθε μόριο άλατος αποτελείται από ένα άτομο νατρίου και ένα άτομο χλωρίου (NaCl).
Τύποι χημικών ενώσεων με παραδείγματα
Υπάρχουν 3 κύρια είδη χημικών ενώσεων, καθένα από τα οποία διαφοροποιείται από τον τρόπο συγκράτησης των συστατικών ατόμων. ομοιοπολική, ιοντική και μεταλλική. Τι είδους δεσμούς συνάπτουν δύο στοιχεία καθορίζεται από τις ηλεκτραρνητικότητες αυτών των στοιχείων — ένα μέτρο του πόσο πολύ αυτά τα στοιχεία προσελκύουν ηλεκτρόνια.
Ομοπολικές ενώσεις
Οι ομοιοπολικές ενώσεις είναι χημικές ενώσεις που σχηματίζονται από την κοινή χρήση ζευγών ηλεκτρονίων μεταξύ των στοιχείων. Τα στοιχεία θα μοιράζονται ένα ζεύγος ηλεκτρονίων για να αποκτήσουν ένα πλήρες εξωτερικό περίβλημα και μια σταθερή διαμόρφωση ηλεκτρονίων. Για παράδειγμα, το νερό αποτελείται από ένα άτομο οξυγόνου ομοιοπολικά συνδεδεμένο με δύο άτομα υδρογόνου (H2 Ο). Ένα άτομο οξυγόνου από μόνο του έχει μόνο έξι ηλεκτρόνια σθένους. μια πολύ ασταθής διαμόρφωση. Για να γίνει σταθερό, ένα άτομο οξυγόνου θα πάρει δύο άτομα υδρογόνου με ένα ηλεκτρόνιο το καθένα, δίνοντας έτσι στο άτομο οξυγόνου ένα πλήρες κέλυφος 8 ηλεκτρονίων.
Υπάρχει μια μεγάλη ποικιλία ομοιοπολικών δεσμών που κυμαίνονται από απλές ενώσεις που αποτελούνται από μόνο δύο άτομα έως εξαιρετικά πολύπλοκα οργανικά μακρομόρια. Κάθε ένωση με ομοιοπολικούς δεσμούς έχει μια συγκεκριμένη γεωμετρική δομή, που καθορίζεται από τις διαμοριακές δυνάμεις που παίζουν. Αν και οι περισσότεροι ομοιοπολικοί δεσμοί αποτελούνται από την κοινή χρήση 2 ηλεκτρονίων, υπάρχουν ορισμένες ενώσεις όπου μοιράζονται 1, 3, 4 ή 6 ηλεκτρόνια.
Στοιχεία που έχουν παρόμοια ηλεκτραρνητικότητα τείνουν να δημιουργούν ομοιοπολικούς δεσμούς. Κατά συνέπεια, οι ομοιοπολικοί δεσμοί τείνουν να είναι σχετικά πιο αδύναμοι από τα άλλα είδη δεσμών. Πολλές κοινές ενώσεις με ομοιοπολικούς δεσμούς, όπως το διοξείδιο του άνθρακα (CO2 ) ή μεθάνιο (CH4 ), υπάρχουν ως αέρια σε θερμοκρασία δωματίου και οι χημικοί τους δεσμοί είναι σχετικά εύκολο να σπάσουν. Τούτου λεχθέντος, ορισμένες ενώσεις με ομοιοπολικό δεσμό, όπως ο χαλαζίας ή το διαμάντι, είναι εξαιρετικά ισχυρές και έχουν υψηλά σημεία τήξης και βρασμού.
Υπάρχει ένας ειδικός τύπος ομοιοπολικού δεσμού που ονομάζεται ομοιοπολικός δεσμός συντεταγμένων. Οι συντεταγμένες ομοιοπολικοί δεσμοί έχουν ουσιαστικά τον ίδιο χαρακτήρα με τους κανονικούς ομοιοπολικούς δεσμούς, με τη διαφορά ότι το κοινό ζεύγος ηλεκτρονίων δίδεται από το ίδιο στοιχείο ή μόριο.
Ιονικές ενώσεις
Μια ιοντική ένωση αποτελείται από δύο ή περισσότερα ιόντα που συγκρατούνται μεταξύ τους από ηλεκτροστατικές δυνάμεις. Ένα ιόν σχηματίζεται όταν ένα άτομο είτε χάνει είτε αποκτά ένα ηλεκτρόνιο, αποκτώντας έτσι ένα καθαρό ηλεκτρικό φορτίο. Τα θετικά φορτισμένα ιόντα ονομάζονται κατιόντα και τα αρνητικά φορτισμένα ιόντα ονομάζονται ανιόντα. Η ελκτική δύναμη μεταξύ των αντίθετα φορτισμένων ιόντων τα έλκει μεταξύ τους και σχηματίζει έναν σφιχτό χημικό δεσμό. Τα μεμονωμένα ιόντα σε ιοντικές ενώσεις τείνουν να βρίσκονται σε στενή επαφή με έναν αριθμό γειτονικών ιόντων, οργανωμένων σε συνεχή και περιοδική κρυσταλλική δομή. Το επιτραπέζιο αλάτι, για παράδειγμα, είναι μια ιοντική ένωση, που σχηματίζεται από τη σύνδεση ενός κατιόντος νατρίου (Na) και ενός ανιόντος χλωρίου (Cl).
Οι ιοντικές ενώσεις σχηματίζονται γενικά μεταξύ στοιχείων που διαφέρουν πολύ ως προς την ηλεκτραρνητικότητά τους. Για παράδειγμα, τα αλογόνα, μια από τις οικογένειες στοιχείων του περιοδικού πίνακα, είναι πολύ ηλεκτραρνητικά καθώς έχουν ένα εξωτερικό κέλυφος ηλεκτρονίων 7 ηλεκτρονίων. Τα αλογόνα, όπως το χλώριο (Cl), σχηματίζουν εύκολα ιοντικούς δεσμούς με στοιχεία που δεν είναι πολύ ηλεκτραρνητικά, όπως αλκαλικά μέταλλα όπως το νάτριο (Na). Τα εξαιρετικά ηλεκτραρνητικά στοιχεία όπως τα αλογόνα θα κλέψουν ηλεκτρόνια από λιγότερο ηλεκτραρνητικά στοιχεία, σχηματίζοντας κατιόντα και ανιόντα. Αυτά τα κατιόντα και τα ανιόντα στη συνέχεια έλκονται μεταξύ τους λόγω των αντίθετων ηλεκτρικών τους φορτίων.
Οι ιοντικοί δεσμοί τείνουν να σχηματίζουν ισχυρές, εύθραυστες ενώσεις που είναι στερεές σε θερμοκρασία δωματίου, έχουν υψηλά σημεία τήξης και βρασμού και είναι καλοί ηλεκτρικοί μονωτές. Όταν διαλύονται, οι ιοντικές ενώσεις γίνονται πολύ αγώγιμες καθώς τα συστατικά ιόντα κινούνται ελεύθερα.
Μεταλλικές ενώσεις
Οι μεταλλικές ενώσεις μπορούν να περιγραφούν ως ενώσεις που αποτελούνται από μια ελεύθερα κοινόχρηστη δεξαμενή ηλεκτρονίων που βρίσκεται σε ένα πλέγμα μεταλλικών κατιόντων. Όπως οι ιοντικές ενώσεις, οι μεταλλικές ενώσεις έχουν μια διατεταγμένη δομή πλέγματος. Ωστόσο, σε αντίθεση με τις ιοντικές ενώσεις, τα ηλεκτρόνια μιας μεταλλικής ένωσης είναι μετατοπισμένα, πράγμα που σημαίνει ότι μπορούν να κινούνται ελεύθερα. Η κινητικότητα των ηλεκτρονίων σθένους σε μεταλλικές ενώσεις εξηγεί πολλές από τις φυσικές ιδιότητες των μετάλλων, όπως αντοχή, αγωγιμότητα, πλαστιμότητα, στιλπνότητα και αδιαφάνεια.
Ο μεταλλικός δεσμός σχηματίζεται μεταξύ ατόμων μετάλλου που έχουν πολλά κελύφη ανοιχτού σθένους. Ο υψηλός αριθμός πιθανών ενεργειακών καταστάσεων για να καταλάβουν τα ηλεκτρόνια σημαίνει ότι τα ηλεκτρόνια μπορούν να κινούνται ελεύθερα γύρω από την ουσία. Δεδομένου ότι τα ηλεκτρόνια είναι πολύ κινητά, επηρεάζονται εύκολα από ένα ηλεκτρικό πεδίο, το οποίο κάνει τις μεταλλικές ενώσεις πολύ αγώγιμες. Επιπλέον, αυτή η ελεύθερη κατανομή ηλεκτρονίων σημαίνει ότι το πλέγμα κατιόντων μπορεί να σπάσει και να αναμορφώσει εύκολα τους τοπικούς δεσμούς. Αυτή η ιδιότητα είναι ο λόγος για τον οποίο τα μέταλλα είναι ελατά και έχουν όλκιμη αντοχή. Τα μετατοπισμένα ηλεκτρόνια εξηγούν επίσης γιατί τα μέταλλα έχουν τη χαρακτηριστική τους λάμψη. Τα φωτόνια από τα κύματα φωτός αναπηδούν και διασκορπίζονται από τα ηλεκτρόνια. Κατά κάποιο τρόπο, θα μπορούσε κανείς να θεωρήσει ένα δείγμα καθαρού μετάλλου ένα μοναδικό τεράστιο μόριο που μοιράζεται ελεύθερα ηλεκτρόνια σε όλη τη δομή του.
Είναι σημαντικό να συνειδητοποιήσουμε ότι οι παραπάνω τρεις κατηγορίες περιγράφουν μόνο τα τρία πιο κοινά είδη χημικών δεσμών και ενώσεων. Υπάρχουν και άλλες χημικές ενώσεις που σχηματίζονται μέσω πραγμάτων όπως οι δεσμοί υδρογόνου, οι δυνάμεις van der Waals και οι αλληλεπιδράσεις διπόλου-διπόλου. Θεωρείται μάλιστα ότι τα τεράστια αστέρια θα μπορούσαν να δημιουργήσουν έναν ειδικό τύπο χημικού δεσμού που προκαλείται από τα μαγνητικά τους πεδία. Ο πραγματικός αριθμός των πιθανών χημικών τύπων δεσμών είναι άγνωστος, αλλά αυτές οι τρεις κατηγορίες περιλαμβάνουν την πλειοψηφία των χημικών δεσμών που θα συναντούσε κανείς στην καθημερινή ζωή.
