Structuur en bindingen in elementen en verbindingen deel 2
In deel 1 van deze video hebben we een driehoekige ruimte gecreëerd met de elementen bovenaan
Van het meest reactieve metaal cesium links tot het meest reactieve niet-metaal fluor rechts
Alle mogelijke verbindingen vallen nu in deze driehoekige ruimte
De structuur driehoek
Wanneer niet-metalen onderling verbindingen vormen krijgen we kleine, op zich zelf staande moleculen
Deze moleculaire stoffen hebben lage kookpunten. Het zijn gassen op kamertemperatuur, of verdampen snel
Moleculaire stoffen zijn vluchtig (volatile)
Neem nu chloor, zijn zeven buitenste elektronen worden aangetrokken door een effectieve lading van +7
Zoals we gezien hebben in deel 1 van deze video          (17-10 = 7)
Wanneer twee chloor atomen bij elkaar in de buurt komen, trekken ze elkaar aan.
En hun twee eenzame elektronen vormen samen een paar, waardoor beide atomen hun buitenste schil vullen
We hebben nu een covalente binding, of atoombinding door de aantrekking tussen de elektronen en de kernen
Als een derde chloor atoom nadert, is er geen plek voor zijn elektron in de buitenste schil van deze beide atomen
Daarom kan het geen binding vormen
Daarom bestaat het element chloor uit di-atomige moleculen (Cl2)
Deze covalente bindingen komen voor bij elke combinatie van niet-metaal elementen
omdat de buitenste elektronenschil al snel vol is
Daarom zijn de meeste moleculaire stoffen gasvormig of verdampen makkelijk
Hier zijn er een paar getekend in onze driehoek
Moleculaire stoffen met atoombindingen
Kijken we nu naar twee metaalatomen die elkaar naderen
Als de atomen elkaar naderen, overlappen de elektronen en er ontstaat een molecuul
omdat er ruimte genoeg is in hun buitenste schil
Zulke moleculen bestaan daadwerkelijk, zoals in de oranje natriumlampen op de snelweg
Maar als er extra atomen verschijnen dan worden die ook aangetrokken, want er is ruimte in de buitenste schil
Dus natrium als element vormt een dicht opeengepakt driedimensionale structuur; een metaalrooster
Waar de atomen aan elkaar gebonden zijn door een zee van vrije elektronen: de metaalbinding
in de gedeeltelijk gevulde buitenste schillen
Deze vrije elektronen zorgen ervoor dat metalen erg goed warmte en stroom geleiden
Doordat de binding niet op een vaste plaats zit, kunnen de atomen makkelijk langs elkaar heen schuiven
Dus kunnen metalen makkelijk buigen en smelten
maar verdampen gaat moeilijk
Deze vorm van binding kan ontstaan tussen alle metaal-atomen want ze hebben allen plek in de buitenste schil
Hier is messing, een legering van koper en zink. Het behoudt de metaaleigenschappen van zijn componenten
En zo kunnen we het deel van onze driehoek invullen waar de metaalbindingen zitten
Met de elementen uit groep 4, koolstof en silicium, zijn er vier elektronen in de buitenste schil
en er is ruimte voor nog vier elektronen
Dus vier bindingen kunnen gevormd worden
In deze gevallen is het mogelijk drie-dimensionale structuren te bouwen met bindingen die steeds doorgaan
Dit is de 3-D structuur van diamant en silicium
waar de atoombindingen de atomen vast houden in een atoomrooster
Hierdoor ontstaan gigantische structuren die rots-achtige stoffen vorm
vast bij kamertemperatuur en moeilijk te smelten of te verdampen
Met koolstof krijgen we ook enorme flexibele ketens die polymeren heten, vooral samen met waterstof
dus moeten we ook de polymeren des levens toevoegen aan deze middelste driehoek
Tot zover kunnen de stoffen elementen of verbindingen zijn, waarbij de verbindingen
vergelijkbare eigenschappen hebben als de elementen waaruit ze gevormd zijn
We gaan nu verbindingen bekijken die erg verschillen van hun elementen
Neem chloor samen met een metaal zoals natrium
De effectieve kernlading die het natrium electron vasthoudt is slechts plus één
vergelijk dat met plus zeven van het chloor atoom
zoals we gezien hebben in deel 1 van deze video
Dus het molecuul is sterk gepolariseerd met het elektron van natrium sterk naar chloor getrokken
natrium raakt zijn elektron volledig kwijt
en chloor wint er één
Deze ionen (Na+ en Cl-) worden gestapeld in een 3-D structuur: een ionrooster
dit rooster is erg stabiel door de ionbinding
Omdat de ionen vaste posities hebben, zijn zoutkristallen breekbaar met hoge kook- en smeltpunten
Als zouten opgelost worden in water of smelten, kunne de ionen bewegen en dan geleiden zouten elektriciteit
Deze eigenschappen zijn onvergelijkbaar met die van het metaal en het niet-metaal waar we mee begonnen
Samenvattend, als atomen elkaar naderen kan er een binding ontstaan, als er ruimte is in de buitenste schil
Niet-metalen vormen onderling moleculaire stoffen met een laag kook- en smeltpunt, hieronder alle gassen
In deze moleculen vinden we de atoombinding
Verbindingen met koolstof en silicium vormen breekbare rotsachtige of polymeerstructuren: giant covalent bonding
Metaalatomen vormen onderling metaalroosters met daarin vrije elektronen: de metaalbinding
En als een metaal een verbinding aangaat met een niet-metaal, dan krijgen we zouten
met eigenschappen die totaal verschillen van de elementen waaruit ze gevormd zijn: ionbinding
