Czy na podstawie właściwości substancji można określić typ wiązania w cząsteczce?
Właściwości fizyczne widoczne gołym okiem
Podstawowymi cechami, które należy rozpatrywać podczas określania rodzaju wiązania w substancji są jej właściwości fizyczne, na przykład kolor, wytrzymałość mechaniczna, charakterystyczny połysk lub jego brak.
Substancje o wiązaniach metalicznychwiązaniach metalicznych (metale i stopy) mają barwę srebrzystą (z wyjątkiem złota i miedzi) i charakterystyczny metaliczny połysk. Posiadają jednak zróżnicowaną twardość. O ile sód jest metalem miękkim, to już żelazo, czy tytan charakteryzują się dużą twardością. Należy być ostrożnym przy jednoznacznym określaniu rodzaju wiązania na podstawie wyglądu zewnętrznego, ponieważ metaliczny połysk charakterystyczny dla metali i stopów jest również charakterystyczny dla grafitu. W graficie w przeciwieństwie do metali występują jednak wiązania kowalencyjne, a nie metaliczne.
Z kolei substancje o wiązaniach jonowychwiązaniach jonowych mają zróżnicowaną barwę. Związki te posiadają tendencję do tworzenia kryształów o dość dużej wytrzymałości mechanicznej. Stąd też, aby odróżnić je od pozostałych substancji należy brać pod uwagę również inne właściwości. Wśród interesujących substancji o wiązaniu jonowym, który wyglądem może przypominać metale jest piryt, czyli disiarczek żelaza ().

Rozpuszczalność w wodzie
Do rozpuszczalnych substancji w rozpuszczalnikach polarnych (na przykład w wodzie) zalicza się związki zawierające wiązania jonowe. Związki o wiązaniach kowalencyjnych niespolaryzowanych nie rozpuszczają się zazwyczaj w rozpuszczalnikach polarnych, są natomiast rozpuszczalne w cieczach niepolarnych (organicznych), takich jak benzen i czterochlorek węgla.
Niektóre substancje o wiązaniach kowalencyjnych niespolaryzowanychwiązaniach kowalencyjnych niespolaryzowanych, na przykład diament lub nie rozpuszczają się w żadnym z rozpuszczalników. Ta sama cecha dotyczy substancji o wiązaniach metalicznych. Istnieją również substancje o wiązaniach kowalencyjnych niespolaryzowanych, które dobrze się rozpuszczają. Przykładem jest cząsteczka , która rozpuszczona w wodzie tworzy roztwór wody bromowej.
Przewodnictwo elektryczne
Dobre przewodniki prądu elektrycznego
Jeżeli substancja przewodzi prąd elektryczny w stanie stopionym lub w roztworze wodnym to oznacza to, że jest to związek jonowy. Wynika to z faktu, że za przepływ prądu odpowiedzialne są jony mające swobodę ruchu. Jeżeli natomiast substancja przewodzi prąd elektryczny w postaci stałej, to występują w niej wiązania metaliczne. Obecne w wiązaniu wolne elektrony przenoszą ładunek elektryczny. Mechanizm przewodzenia prądu jest jednak odmienny do przewodników jonowych.
Złe przewodniki prądu elektrycznego
Substancje o wiązaniach kowalencyjnych są izolatorami – nie przewodzą prądu elektrycznego. Wynika to z faktu, że w żadnym ze stanów skupienia (stałym, ciekłym i gazowym) substancja nie zawiera ładunków elektrycznych. Wśród substancji o wiązaniu kowalencyjnym, która przewodzi prąd wyjątek stanowi grafit oraz fosfor czarny.
Temperatura topnienia
Niskie temperatury topnienia
Temperatura topnienia określa kiedy substancja przechodzi ze stanu stałego w stan ciekły. Niskie temperatury topnienia są charakterystyczne dla substancji, które posiadają wiązania kowalencyjne i tworzą kryształy cząsteczkowe. Wśród takich substancji można wymienić m.in. helowce w stałym stanie skupienia, węglowodory (np. etan), cząsteczki związków chemicznych (np. ).
Wzór/nazwa | Temperatura topnienia |
(lód) | |
(etan) |
Wysokie temperatury topnienia
Aby stopić substancję jonową należy dostarczyć znacznej energii, która zniszczy jej sieć krystaliczną. Z tego względu substancje jonowej posiadają wysokie temperatury topnienia i wrzenia. Większymi temperaturami topnienia i wrzenia charakteryzują się substancje o wiązaniach kowalencyjnych, które tworzą kryształy kowalencyjne np. diament, krzem.
Wysoka temperatura topnienia to również cecha niektórych substancji o wiązaniu metalicznym. Chociaż wśród metali temperatury topnienia są zróżnicowane to istnieją metale o szczególnie wysokich wartościach temperaturach topnienia i wrzenia. Przykładem może być wolfram – metal, którego temperatura topnienia jest wyższa niż wielu substancji kowalencyjnych.
- 1. zestaw danych:
- Nazwa substancji: Bor
- Temperatura topnienia [[°C]]: 2100
- 2. zestaw danych:
- Nazwa substancji: Fosfor czarny
- Temperatura topnienia [[°C]]: 610
- 3. zestaw danych:
- Nazwa substancji: Diament
- Temperatura topnienia [[°C]]: 3500
- 4. zestaw danych:
- Nazwa substancji: Azotek boru
- Temperatura topnienia [[°C]]: 2900
- 5. zestaw danych:
- Nazwa substancji: Wolfram
- Temperatura topnienia [[°C]]: 3400
Podsumowanie
Należy pamiętać, że poznanie charakterystycznych cech substancji wymaga wykonania wielu doświadczeń i niekiedy długotrwałej obserwacji. Dlatego należy być ostrożnym przy dokonywaniu charakterystyki badanych substancji i określeniu rodzaju wiązań, jakie w nich występują tylko na podstawie jednej właściwości. Ponadto należy pamiętać, że wiązania nie muszą być w kowalencyjne lub w jonowe. Istnieją również wiązania o charakterze pośrednim.
Wypisz te właściwości, które Twoim zdaniem są charakterystyczne dla srebra, które znajduje zastosowanie w jubilerstwie. Na tej podstawie spróbuj określić rodzaj wiązania jakie występuje w srebrze.
Przeanalizuj poniższą symulację i sprawdź, czy na podstawie takich właściwości fizycznych jak rozpuszczalność w wodzie, przewodność cieplna i temperatura topnienia jesteś w stanie przewidzieć typ wiązania chemicznego występującego w badanej substancji. Następnie rozwiąż poniższe ćwiczenia i sprawdź ile zapamiętałeś.
Przeanalizuj opis symulacji i sprawdź, czy na podstawie takich właściwości fizycznych jak rozpuszczalność w wodzie, przewodność cieplna i temperatura topnienia jesteś w stanie przewidzieć typ wiązania chemicznego występującego w badanej substancji. Następnie rozwiąż poniższe ćwiczenia i sprawdź ile zapamiętałeś.

Zasób interaktywny dostępny pod adresem https://zpe.gov.pl/a/D2CUMELS2