Quarz und Diamant sind stärkere Substanzen, da ihre Moleküle kovalente Netzwerkstrukturen bilden. Diese Strukturen bilden eine gitterartige Struktur, ähnlich wie ionische Verbindungen.

Dieses molekulare Netzwerk ist auch der Grund dafür, dass Diamant und Quarz kristalline Strukturen bilden, wie Sie es bei ionischen Substanzen wie z NaCl. Einige andere Strukturen, die Sie untersuchen möchten, sind Graphit und Graphen, die beide Allotrope von Kohlenstoff sind (Allotrope sind einfach unterschiedliche molekulare Anordnungen eines Elements).

Die Netzwerkstruktur macht die Substanz stärker als normale kovalent gebundene Substanzen.

Um Ihre Frage zu beantworten, scheinen Substanzen mit kovalenten Standardbindungen schwächer zu sein als solche mit Ionenbindungen, da die Ionenbindungen dazu neigen, eine Gitterstruktur zu bilden, die sie viel stärker macht. Sie sehen dies daran, dass die Siedepunkte von ionischen Salzen viel höher sind als die einer kovalenten Substanz wie Wasser. Wenn kovalente Bindungen jedoch kovalente Netzwerkstrukturen bilden, bilden Atome zusammen ein singuläres Makromolekül, das viel stärker ist als singuläre kovalente Bindungen.

Was Sie in Ihrem Mineralogiekurs gelernt haben, war korrekt. Die Bindungsstärke nimmt in der folgenden Reihenfolge ab: kovalent> ionisch> metallisch. Der Grund dafür ist wie folgt. In kovalenten Bindungen wie denen in Methan und Sauerstoff werden die Valenzelektronen zwischen den an der Bindung beteiligten Atomen geteilt und sie (die Elektronen) verbringen den größten Teil ihrer Zeit im Bereich zwischen den an der Bindung beteiligten Kernen; Dies führt zu einer starken Bindung. In ionischen Materialien wie Natriumchlorid werden die Elektronen von einem (elektropositiven) Atom an das andere (elektronegative) Atom abgegeben, damit die Atome eine gefüllte Hüllenstruktur erreichen. Die Ionenatome werden durch elektrostatische Anziehung und die gebildeten Kristallgitter voneinander angezogen. Die durch elektrostatische Anziehung gebildeten Bindungen sind nicht so stark wie diejenigen, die durch kovalentes Teilen von Elektronen gebildet werden. Schließlich werden in Metallen die äußersten Elektronen in der in Metallen vorhandenen Bandstruktur abgegeben oder "gepoolt". Die Elektronen können große Entfernungen zurücklegen (daher die Leitfähigkeit von Metallen) und dienen als Klebstoff, um alle positiv geladenen Metallkerne zusammenzuhalten. Bei Metallen gibt es also keine signifikanten Metall-Metall-Bindungen, und diese Bindungen sind daher die schwächsten.

Es kommt darauf an, denn für kovalent gibt es zwei Arten von Bindungen, Netzwerk oder Molekül, oder wie ich auch gehört habe, polare kovalente und unpolare kovalente. Das kovalente Netzwerk besteht jedoch aus einem riesigen Netzwerk zwischen den Atomen, die jeweils miteinander verbunden sind und meist aus einem Element bestehen.

Nehmen wir zum Beispiel einen Diamanten, er besteht nur aus Kohlenstoff, aber da die Atome miteinander verbunden sind und keine Bindung zwischen Molekülen haben, wie etwas wie Salz, das eine Ionenbindung ist, ist es ist schwerer zu brechen. Wenn es sich jedoch um eine molekulare kovalente Bindung handelt, ist die ganze Geschichte anders, da es sich in der Regel um sehr schwache Bindungen handelt, die leicht wie Zucker oder sonst als Glucose bekannt sind. Saccharose spielt keine Rolle, es handelt sich immer noch um eine kovalente molekulare Bindung, da Sie haben Moleküle, während ein Diamant technisch gesehen ein großes Molekül ist.

Da Zucker jedoch mehrere hat, ist die Bindung zwischen den Molekülen schwächer als die Bindungen zwischen den Elementen selbst, dann ist sie wirklich schwach.

Dies stellt sich als Unsinnsfrage heraus. Chemische Bindungen erstrecken sich über die gesamte Bandbreite von sehr stark bis sehr schwach, was sich in der Menge an Energie zeigt, die erforderlich ist, um sie zu brechen. Der Versuch zu sagen, dass Bindungen, die entweder ionisch oder kovalent sind, stärker sind, ist ein großer Fehler, beginnend mit der Tatsache, dass "ionisch" und "kovalent" lediglich die hypothetischen Extreme des Bindungskontinuums sind und als "ideale" Bindungen angesehen werden können. Reale Bindungen liegen entlang des Kontinuums und weisen Eigenschaften der beiden idealen Bindungstypen auf. Daher hat Ihre ursprüngliche Frage keinen Platz im Studium der Chemie.

Ionen- und Metallbindungen sind schwächer als kovalente Bindungen. Dies ist richtig, deshalb ist kovalenter Kristall viel härter als ionischer und metallischer Kristall / Polykristall.

Die zweite Aussage ist falsch, da der Schmelzpunkt erstens nicht proportional zur Stärke der chemischen Bindung ist. Es gibt mehr Faktoren wie die Flexibilität von Molekülen. Der Siedepunkt ist stattdessen proportionaler.

Wichtiger ist, dass die Kräfte zwischen den Partikeln, die zwischen der organischen Verbindung und der ionischen gegenüber der metallischen Verbindung verglichen werden sollen, NICHT unter sind kovalente Bindung gegen Ionenbindung gegen Metallbindung. Es gehört zu intermolekularer Kraft (Dipol-Dipol, H-Bindung, Van der Waals) gegen Ionenbindung gegen Metallbindung. Und der erste ist mit Sicherheit viel schwächer als der zweite und dritte. Der Siedepunkt organischer Verbindungen ist also viel niedriger

Ich bin mir nicht sicher, welchen Konsens Chemiker auf der ganzen Welt erzielt haben, aber ich möchte nur meinen Wert von zwei Cent zu diesem Thema anbieten. Diese Frage war schon immer eine Frage, mit der sich meine Lehrer immer befassten, wenn sie chemische Bindungen unterrichteten, und ihre Antwort war immer dieselbe:

Es ist nicht fair, einen Vergleich anzustellen, da diese Bindungen letztendlich bestehen sehr variabel in Bezug auf die Stärke.

Ich stimme dem zu, erlaube mir jedoch, meine Perspektive zu diesem Problem darzulegen.

Die Stärke kovalenter Bindungen in einfachen molekularen Substanzen (sowie in riesigen Netzwerkstrukturen) kann leicht bestimmt werden. Daher sind die Bindungsenergien der meisten kovalenten Bindungen gut bekannt und können leicht für solche Vergleiche der Bindungsenergie verwendet werden. Die Stärke von Ionenbindungen und Metallbindungen ist jedoch nicht so eindeutig.

Per Definition ist die Ionenbindung die elektrostatische Anziehungskraft zwischen positiv und negativ geladenen Ionen in einem Ionengitter, während die Metallbindung die elektrostatische Anziehungskraft zwischen den positiv geladenen Metallionen und den umgebenden Elektronen ist.

In einem Ionengitter interagieren so viele Ionen elektrostatisch miteinander. Wie kann dann die Stärke der Ionenbindung bestimmt werden? Die Idee der Gitterenergie könnte verwendet werden, aber Vergleiche mit Gitterenergie wären nur dann sinnvoll, wenn wir zwischen Ionengittern vergleichen. Es kann nicht zum Vergleich mit kovalenten Bindungen verwendet werden!

Betrachten Sie die Bindungsdissoziationsenergie von $ \ ce {H-H} $ und die Gitterenergie von Natriumchlorid. Die BDE von $ \ ce {H-H} $ beträgt $ \ ce {+ 436 kJ / mol} $, während die Gitterenergie von $ \ ce {NaCl} $ $ \ ce {+ 786 kJ / mol} $ beträgt. Beide sind in "pro Mol von etwas". Aber dieses "Etwas" ist in jedem Fall anders. Im Fall von Wasserstoff wäre dieses "Etwas" die $ \ ce {HH} $ -Bindung, aber im Fall der ionischen Verbindung $ \ ce {NaCl} $ ist dieses "Etwas" das $ \ ce {NaCl} $ Formeleinheit. Und das ist nicht dasselbe wie "pro Mol Ionenbindungen zwischen $ \ ce {Na ^ +} $ und $ \ ce {Cl ^ -} $". Die Ionenbindungsstärke ist nicht so einfach zu bestimmen, da sich jedes Ion in einer elektrostatischen Umgebung befindet, die von allen anderen Ionen um es herum beeinflusst wird. Die gleiche Idee kann auf metallische Bindungen angewendet werden.

Im Wesentlichen gehe ich davon aus, dass es keine Grundlage für einen fairen Vergleich zwischen metallischen, ionischen und kovalenten Bindungen hinsichtlich ihrer Bindungsstärken gibt.

Verwechseln Sie die Stärke von Bindungen nicht mit der Stärke der Kräfte, die kristalline Feststoffe zusammenhalten.

Es gibt einen Grund, warum sich die Lehren, die Sie aus der Chemie gezogen haben, von denen unterscheiden Die Lehren aus der Mineralogie: Sie sprechen nicht über die gleichen Dinge.

Das Problem ist, dass die Mineralogie die Bindungen sind, über die sie sprechen, die Bindungen, die Kristalle zusammenhalten, aber in der Chemie wird oft über die Bindungen gesprochen Bindungen, die die Moleküle zusammenhalten, nicht die aus den Molekülen hergestellten Kristalle.

Diese Unterscheidung ist wichtig. Die überwiegende Mehrheit der Kristalle in der Chemie besteht aus diskreten Molekülen, die durch schwächere intermolekulare Kräfte (manchmal als Van-der-Waals-Bindungen bezeichnet) zusammengehalten werden. Diese sind im Vergleich zu kovalenten Bindungen ziemlich schwach und führen zu Kristallen, die schwach sind und niedrige Schmelzpunkte haben. Ein Chemiker könnte sich also Verbindungen ansehen, bei denen die Bindung in den Molekülen kovalent ist, und die Verallgemeinerung, dass sie typischerweise Kristalle bilden, viel schwächer machen als Metalle oder ionische Verbindungen. Dies liegt jedoch daran, dass die Bindungen, aus denen die Kristalle bestehen, nicht kovalent sind.

Ein Mineralogist befasst sich hauptsächlich mit Verbindungen, die nicht aus diskreten Molekülen bestehen, sondern aus Ionengittern oder kovalent bestehen Netzwerke (oder beides). Es gibt keine Diamantmoleküle, der Kristall ist ein Netzwerkfeststoff, der durch eine (fast) unendliche Anordnung von kovalenten C-C-Bindungen zusammengehalten wird, während Siliciumdioxid durch eine unendliche Anordnung von O-Si-O-Bindungen zusammengehalten wird. Andere Mineralien sind eine Mischung aus beiden mit vielen Silikaten, die beispielsweise Schichten von O-Si-O-Strukturen mit einer Vielzahl von Ionen dazwischen enthalten. Für einen Mineralogisten sehen kovalente Bindungen im Vergleich zu anderen Bindungsarten stark aus. Ionenbindungen sind stark, aber nicht so stark wie rein kovalente Netzwerkfeststoffe.

Und das Problem wird durch zu enge Definitionen der Stärke noch komplizierter. Sind Metalle stärker oder schwächer als diamantähnliche Strukturen? Es kommt darauf an, was du mit Stärke meinst. Diamant ist härter als jedes Metall, aber auch spröder. Wenn es darauf ankommt, mit einem scharfen Gegenstand getroffen zu werden, wählen Sie jeden Tag einen duktilen Metallgegenstand anstelle eines Diamanten. Dies geschieht, weil die Kristallstruktur in einigen Metallen Energie absorbieren kann, indem sie Kristalldefekte reorganisiert und nicht durch Zerbrechen von Bindungen (so ziemlich die einzige Option in Siliciumdioxid oder Diamant). In gewisser Hinsicht sind Metalle also stärker als kovalente Feststoffe.

Die allgemeine Lektion besteht darin, bei Definitionen vorsichtig zu sein. Es gibt keine gute Verallgemeinerung der Kristallfestigkeit basierend auf den Bindungstypen. Seien Sie vorsichtig, ob Sie über die Bindungen innerhalb der Komponenten des Kristalls (Moleküle) oder die Bindungen sprechen, die diese Komponenten zusammenhalten (viele "kovalente" Verbindungen bestehen aus Kristallen, in denen Moleküle durch viel schwächere Kräfte zusammengehalten werden). Vergessen Sie nicht, dass viele Mineralien sowohl ionische als auch kovalente Bindungen aufweisen. Und seien Sie genau darüber, was Sie unter "Stärke" verstehen (z. B. Gurtzeug sind Schlagfestigkeit nicht dasselbe).