¿Qué hace la diferencia entre enlaces iónicos y covalentes?

Question

Historia: Cuando yo aprendí acerca de las reacciones químicas, existen dos tipos de enlaces moleculares: Iónico, donde un átomo o una molécula de compuesto con una baja de valencia número pierde los electrones de valencia(s) a uno o más compuestos con un alto de valencia número, que luego de los bonos; y Covalentes, donde los electrones de valencia son "compartidas" entre dos o más átomos, que en realidad no queremos "renunciar" a sus electrones a otro átomo.

En primer lugar, que trabajó. Pero entonces, como yo casualmente hurgó Wikipedia y otros sitios en busca ampliar mis conocimientos, he encontrado evidencia que refuta esta clara división. Por ejemplo, la explicación del pH en la Wikipedia dice que pura agua líquida, una sustancia que es un ejemplo de libro de texto covalente de los enlaces atómicos, no es en realidad covalente, pero una mezcla a partes iguales de hidronio (H₃O⁺) e hidróxido (OH^-) iones. La explicación es que el agua líquida, como un disolvente polar, en realidad se disuelve en sí mismo, y los iones de hidrógeno (desnudo de protones) de viaje relativamente libremente entre los átomos de agua en su estado líquido e incluso gaseosa, formando hidronio donde el átomo de hidrógeno es obtenido, y el hidróxido de donde se perdió.

Otro ejemplo, el benceno. Se compone de 6 átomos de carbono y 6 átomos de hidrógeno. De carbono quiere conseguir cuatro electrones para llenar su exterior valencia shell. El hidrógeno se llena uno, aparentemente por compartir. Consigue los otros tres por compartición de electrones con sus dos vecinos. Ahora, tres electrones no dividir por dos; clásicamente, se nos ha enseñado que el doble y bonos simples alternas, pero en realidad, el comportamiento de este constructo indica que el último electrón de valencia de cada átomo de carbono en sí es compartida entre sus dos vecinos, dando a cada carbono "uno y medio" de los bonos, ya sea con la de sus vecinos. Que suena como "compartir", pero no en la forma en que normalmente se describe.

Ahora, hay otros bastante ejemplos concretos de covalence; el gas diatómico de moléculas como la de O₂ y N₂ cada uno tiene una mayoría lleno de valencia shell y solo quiero un par de electrones de valencia, y así, en su diatómicas de los bonos de cada átomo se "tira" de los otros electrones de valencia en su propio valencia shell sin perder su propia. Pero, "muy covalente" bonos como este parecen ser más una excepción a la regla de que una regla en sí misma.

Así que, tal vez desde un nivel más profundo, me estoy preguntando: ¿dónde está la "línea divisoria" entre los bonos llamados "iónica" y los bonos de los llamados "enlaces covalentes"? Hay una propiedad principal de los bonos o la sustancia resultante, que puede ser dado como evidencia para decir definitivamente "esta es una(n) ______ bond? O es que hay, de hecho, algunos "zona gris" donde el comportamiento de los electrones entre los átomos, podría ser descrito en ambos sentidos al mismo tiempo?

Answer 1

La brecha es en realidad no entre covalente y iónico, sino más bien un espectro entre localizados y deslocalizados electrones. La historia de todo esto es realmente fascinante, y Phil Anderson en su libro "Más y Diferentes" tiene un buen capítulo. Esencialmente, todo el tiempo que la gente empezó a hacer la mecánica cuántica en las moléculas en serio, había dos escuelas de pensamiento que dominó.

Por un lado estaba Mott y más popularmente, Hund y Pauli que el pensamiento de electrones que principalmente se adjunta a los átomos y a través de las interacciones electromagnéticas de sus movimientos/orbitales sería deformado y se obtiene de las moléculas. Esta es la versión en la que se enseña en la química como en las clases, con algunas reglas de oro que es posible cualitativamente cuenta para una amplia gama de comportamientos.

En el otro lado estaba Slater con un sueño de una máquina que podría simplemente calcular la estructura electrónica dotándolas de los átomos y los electrones. En esta imagen, los electrones son principalmente el pensamiento de como deslocalizados sobre todos los átomos, y a través de un procedimiento riguroso de la teoría de la perturbación se añade el efecto de las interacciones entre los electrones y puede lograr de manera arbitraria una buena precisión.

El último tiene el problema de que los resultados no son intuitivos --- no hay reglas de oro disponible y uno se reduce simplemente a la informática. El problema con la anterior es que para lograr alta precisión, las "reglas de oro" vuelto sumamente complejo y no son realmente muy fáciles de usar, ni a calcular con --- carece de la simple regularidad de la Slater sueño de la máquina. Es revelador que, en esencia, el último ha ganado, y hoy en día es de rutina para el cálculo de la estructura electrónica de moléculas de gran tamaño (~1000 átomos de carbono) a través de la fuerza bruta (la técnica es conocida como teoría funcional de la densidad, y hay software comercial disponible para hacerlo).

En lo finito de las moléculas que realmente se puede mostrar que, en principio, tanto de los enfoques de trabajo --- técnicamente hablamos de que hay adiabático conexión entre los localizados y deslocalizados estados. La única diferencia práctica es sólo lo difícil que es llevar a cabo los cálculos. Sin embargo, en infinidad de moléculas (por ejemplo, cristales sólidos) esto no es cierto, y no puede ser una adecuada transición de fase entre los dos puntos de partida. En ese caso, el enfoque local corresponde a lo que se caprichosamente llamaron a estos días "fuertemente correlacionada sistemas" como Mott aisladores y magnéticamente ordenado de los materiales, y la deslocalización enfoque son esencialmente los metales (lenguaje técnico: renormalises a ser un líquido de Fermi).

Hoy en día hay un deseo (teóricos físicos de la materia condensada) para desarrollar el enfoque local de nuevo, como puede ser posible encontrar algunas reglas de oro sobre materiales magnéticos, un ejemplo destacado de lo que son los superconductores de alta temperatura.

Answer 2

Buena pregunta. Los bonos son sin duda un espectro entre covalente (donde los electrones son compartidos aproximadamente igual) y iónico (donde una especie domina el control de los electrones). A veces, el término 'covalente polar' es lanzado en algún lugar en el medio. No hay una clara línea divisoria, pero en general la cantidad de interés es la polaridad de la molécula resultante. Altamente polar es característico de un enlace iónico, mientras que poco (o no) la polaridad es característica de los enlaces covalentes.

Lo que determina la polaridad es la diferencia en electronegatividad entre los átomos que forman el enlace.

Consulte esta página web para un montón de buena información sobre el tema: http://www.chemistry.mcmaster.ca/esam/Chapter_7/section_1.html

Answer 3

Tienes toda la razón, no hay ninguna línea divisoria.

La electronegatividad

Para los enlaces covalentes, tenemos algo que se conoce como la electronegatividad.

En este (pura en estado gaseoso) HCl molécula, hay un H-Cl enlace covalente. Recuerde que un bono es básicamente una nube de electrones. Ahora, el Cloro tiene una elevada electronegatividad (lea:afinidad por los electrones), y la forma de la nube de electrones es distorsionada hacia el Cloro. Por lo tanto, HCl, un compuesto covalente (en estado gaseoso), se convierte, en parte, un compuesto iónico. Si la pones en agua, intramolecular fuerzas son lo suficientemente grandes (y $\rm Cl^-$ es lo suficientemente estable) que se rompe en iones.

Así, asimétrica enlaces covalentes tienen un poco de los iones de la naturaleza. Los electrones no están perfectamente compartida, una de las moléculas de los cerdos.

La polarización

Por otro lado, para predominanlty compuestos iónicos, tenemos algo que se llama polarización. En iónica de celosías de cristal, idealmente, los iones positivos y negativos han agradable ronda de nubes. Pero, debido a su tamaño y las diferencias de carga, estas nubes también puede ser alterado, lo que lleva a una pequeña superposición. Superposición=enlace covalente, por lo que ahora contamos con parciales de carácter covalente de un enlace iónico.

Idea aproximada

Una manera de aproximadamente distinguirlos se Fajan los principios(IIRC pronunciada sin la 'J')

Usted puede haber notado que la polarización y la electronegatividad son casi la misma cosa, sólo en los extremos opuestos.

OK, ahora un par de cosas en tus ejemplos:

Agua

El agua pura no es sólo $\rm H^+/OH^-$ iones. Sólo se trata de $10^{-7}$ moles de cada por cada litro de agua. El resto es simple, la servidumbre $\rm H_2O$.

El benceno

El benceno carbones no compartir los electrones solo con sus vecinos cercanos. Todas las $\pi$ los electrones son compartidos.

Aquí todos los electrones de los enlaces dobles (seis de ellos) son objeto de dumping en los dos lóbulos de la nube se ve en el diagrama. Nubes de electrones cuántica son objetos mecánicos, y por lo tanto todo lo que dicen es "xyz probabilidad de encontrar un electrón aquí". Y el electrón podría ser de cualquiera de los carbonos, si mal no recuerdo no hay ninguna característica distintiva (número cuántico) que indica que el carbono procedentes de-debe de haber algunos otros números cuánticos, pero no sé ... pero probablemente sea aleatorio y no relacionados con el átomo de carbono.