22 votos

¿Por qué los silicatos son sólidos mientras que el dióxido de carbono es un gas?

Tenía la impresión de que en la química intervienen casi exclusivamente los electrones de valencia porque no hay suficiente energía para eliminar los electrones situados más cerca del núcleo.

Si esto es cierto, y los elementos del mismo período tienen propiedades similares porque tienen el mismo número de electrones de valencia, entonces por qué $\ce{SiO2}$ un sólido y $\ce{CO2}$ ¿un gas? Seguramente una diferencia de masa de 2,5 veces no puede ser tan grande.

¿Se debe a una diferencia de fuerzas de Van der Waals, porque el silicio tiene electrones adicionales que hacen que los compuestos que se forman a partir de él sean más simétricos que los que se forman a partir del carbono?

23voto

MattH Puntos 746

La razón por la que el dióxido de carbono es un gas y el dióxido de silicio es un sólido es porque su química estructuras son diferentes.

El dióxido de carbono es una estructura lineal con dos dobles enlaces entre el carbono y el oxígeno. Es una molécula pequeña y no polar con sólo enlaces débiles entre las moléculas. Por lo tanto, es un gas.

El dióxido de silicio no está formado por pequeñas moléculas. Está formado por una serie infinita de siliconas en las que cada silicio está unido a cuatro oxígenos distintos (y cada oxígeno se comparte entre dos siliconas). Esto crea un sólido muy refractario (el vidrio y la arena son en su mayoría dióxido de silicio, también conocido como sílice). Por lo tanto, la misma fórmula general aparente no describe el verdadero estructura de los compuestos en absoluto. Pero el estructuras explicar la diferencia de comportamiento.

Por supuesto, esto no explica pourquoi El silicio prefiere enlazar con cuatro oxígenos cuando el carbono prefiere sólo dos. Esto no es del todo sencillo y resulta de las fuerzas de enlace relativas de los enlaces carbono-oxígeno, de los dobles enlaces carbono-oxígeno y de los enlaces equivalentes para el silicio y el oxígeno. La versión simple es que los enlaces silicio-oxígeno son fuertes en relación con sus equivalentes de doble enlace, mientras que los dobles enlaces carbono-oxígeno son fuertes en relación con sus equivalentes de enlace simple. O, más exactamente, si pudiéramos hacer un sólido de red de carbono-oxígeno con una estructura equivalente a la del sílice, tendería a deshacerse en dióxido de carbono. Si pudiéramos hacer moléculas de dióxido de silicio, reaccionarían con la liberación de energía para dar sílice.

Las explicaciones más profundas tendrían que analizar por qué las fuerzas relativas de los enlaces dobles y simples resultan así, pero eso entraría en la mecánica cuántica molecular y no sería mucho más útil como explicación.

La explicación más sencilla es el hecho de que las estructuras son diferentes.

7voto

Si se observa la estructura cristalina del dióxido de silicio ( $\ce{SiO2}$ ), verás que está compuesto por tetraedros (un silicio rodeado por 4 átomos de oxígeno) y que estos tetraedros están a su vez conectados entre sí, y que posteriormente forman una red bidimensional lo suficientemente grande como para que esta sustancia sea un sólido.

Además, el factor de 2,5 en la masa supone una gran diferencia, pero no es relevante para esta discusión. Recomendaría la lectura de cualquier libro de química inorgánica donde se traten estos temas en profundidad. Las fuerzas de Van der Vaals sólo desempeñan un papel importante en los hidratos de carbono de cadena larga, como las grasas, y no se observan realmente en las moléculas "inorgánicas".

$\ce{CO_2}$ las moléculas no pueden formar un cristal de la manera $\ce{SiO2}$ unidades sí, y no creo que tenga que explicar por qué. Además, no tiene momento dipolar ni fuerzas de Van der Waals entre las moléculas.

3voto

Alexander Puntos 4298

Algunos elementos de la respuesta también están contenidos en otras respuestas aquí, pero esto necesita algo más de detalle. Tiene que ver con las energías de enlace de C-O, Si-O, C=O y Si=O. No tengo los números a mano, pero si los calculas, te indicará que el carbono es el más estable en forma de $\ce{CO2}$ y el silicio el más estable como red tetraédrica (similar al diamante).

La razón por la que $\ce{CO2}$ es un gas se puede explicar fácilmente utilizando los principios de enlace intermolecular, que puedes buscar fácilmente.

i-Ciencias.com

I-Ciencias es una comunidad de estudiantes y amantes de la ciencia en la que puedes resolver tus problemas y dudas.
Puedes consultar las preguntas de otros usuarios, hacer tus propias preguntas o resolver las de los demás.

Powered by:

X