מבני קוולנטיות ענקיים: החיבורים ממשיכים דרך המוצק
הוצג| English | משמעות |
|---|---|
| silicon dioxide/ˈsɪlɪkən daɪˈɒksaɪd/ | דיאוקסיד סיליקון |
| giant covalent structure/ˈdʒaɪənt ˈkəʊvələnt ˈstrʌktʃə/ | מבנה קוולנטי ענק |
מה יכול להסביר תצפית זו?
- איור המראה אטום סיליקון אחד קשור לארבעת חמצנים הוא רק חלק מקומי של סיליקה. גשרי החמצן ממשיכים לתוך רשת, ולכן הפרגמנט המוצג אינו מולקולה נפרדת של SiO₄.
- התחל בחזית. ציין את הכמותות או התכונות שת срав, ואז החלט איזה עדות יכולה להבדיל בין שתי הסברות.
בניית המודל
- יהלום, גרפיט וסיליקה דו-חמצנית הם בעלי מבנים קוולנטיים ענקיים. קשרים קוולנטיים חזכים מחברים אטומים דרך מבנים חזורים גדולים, ולא חומר המורכב ממולקולות קטנות ועצמאיות. יש להתגבר על הרבה קשרים קוולנטיים חזכים כדי להמיס מבנים אלו, דבר הדורש אנרגיה רבה ומוביל לנקודות התכה גבוהות מאוד. הם מוצקים בתנאים רגילים.
- מבנה קוולנטי ענק: רשת מורחבת של אטומים מחוברים על ידי קשרים קוולנטיים חזכים; סיליקה דו-חמצנית: חומר בעל מבנה קוולנטי ענק עם יחס כללי של סיליקה לחמצן 1:2.
מדוע לסיליקה יש נקודת התכה גבוהה מאוד?
Difficulty 1/5 · 100 coins + a small bonus on first completion today
בסיליקה, התמזגות דורשת שבירת הקשרים הקוולנטים החזקים העוברים בכל המבנה הענק - אין מולקules SiO2 נפרדות לקרוב ביניהן. הרשת הזו של קשרים חזקים היא הסיבה לנקודת ההתמזגות הגבוהה מאוד.
התאמו כל מונח טכני למשמעותו המדויקת.
Difficulty 2/5 · 140 coins + a small bonus on first completion today
השתמשו בהגדרות כדי להבדיל בין כמותיות ותהליכים הקשורים זה לזה.
בחר עדים שיכולים לבדוק אותו
- בסיליקה דו-חמצנית, כל סיליקה קשורה לארבעת חמצנים וחמצן אחד משמש לגשר בין שתי סיליקות, ויוצר את היחס הכללי Si:O של 1:2. ציור מקומי עשוי להראות ארבעת חמצנים סביב, מכיוון שכל אחד משותף לסיליקה אחרת בחלק אחר של הרשת. לגרפיט יש שכבות בעלות קשרים חזקים אך כוחות משיכה חלשים בין השכבות; ההתנהגות שלו בטמפרטורות גבוהות והחלקת השכבות נוגעת בקישורים שונים.
- עקבו אחר קשרים מאטום אחד לשכנים שלו ואז הלאה מעבר לקטע. הבדילו בין רשת ללא הפסקה לבין קבוצות נפרדות עם רווחים ביניהן. השוו בין ציור קואורדינציה מקומי לנוסחה המונית. דגמים עשויים למחוק קשרים רחוקים, לעוות זוויות או להגדיל מרווחים; הסבירו מה ההצגה קובעת ומה לא.
אילו שני הרגלים הופכים את החקירה או הדגם במקרה זה לקבלנים יותר?
Difficulty 2/5 · 140 coins + a small bonus on first completion today
ניסוח התנאים וההנחות מאפשר לאחרים לחזור על העבודה בדיוק, ורישום הראיות התומכות מאפשר להם לבדוק את המסקנה. הסתרת תוצאות המולכות מסירה את הראיות שיכולות לערער מסקנה שגויה, ומדידה אחת לעולם לא יכולה להוכיח טענה רחבה יותר.
עבודה על בסיס גודלים ידועים
- ציין את הערכים הידועים ואת יחידות המידה שלהם. בחר בקשר מכיוון שההנחות שלו מתאימות למקרה זה, ולאחר מכן סדר מחדש לפני ההצבה.
- ידוע: אזור נציגתית של סיליקה מכיל שנים עשר אטומי סיליקון וארבעים וארבעה אטומי חמצן. היחס 12:24 מצטמצם ל-1:2, ומניב את הנוסחה SiO₂. מדובר ביחס במבנה רצף, ולא בהוכחה לשנים עשר מולקולות SiO₂ בלתי תלויות. מערכת קואורדינציה מקומית בעלת ארבעה חמצנים לא יכולה להיות ספורה ללא מידע על השיתוף כדי להסיק את הנוסחה הכללית.
אזור נציגתית של סיליקה מכיל 18 אטומי סיליקון. ביחס Si:O 1:2, כמה אטומי חמצן הוא מכיל? השתמש באותו סדר: כמות ידועה → דגם → קשר → הצבה → יחידה ופרשנות.
אזור נציג של סיליקה מכיל 18 אטומי סיליקון. ביחס Si:O 1:2, כמה אטומי חמצן הוא מכיל?
Difficulty 2/5 · 140 coins + a small bonus on first completion today
התוצאה היא 36 אטומים. נתונים: 18 אטומי סיליקון; יחס Si:O 1:2. אטומי חמצן = 18 x 2 = 36 אטומים. היחס מתאר את המבנה המתמשך, ולא מולקules נפרדות.
בדוק את המסקנה ואת הגבולות שלה
- מבנה ענק אינו פירושו אטומים בודדים ענקיים. התמסת רשת קוולנטית שונה מהרתיחה של חומר מולקולרי קטן משום שהקישורים הרלוונטיים שונים. לא כל החומרים הקוולנטיים הענקיים הם מבודדים חשמליים: גרפיט הוא יוצא דופן מרכזי עם אלקטרונים לא ממוקמים.
- חזור לתצפית המקורית. הסבר מה התוצאה תומכת, אילו תנאים היא מניחה, ודרך אחת לבדוק הסבר מתחרה.
הארבעת האטומים של חמצן סביב אטום סיליקון אחד מעידים כי הנוסחה הכללית של הסיליקה היא SiO₄. טענה זו שגויה: כל אטום חמצן ברשת משותף בין שני אטומי סיליקון, ולכן הארבעה סביב אטום סיליקון תורמים רק חצי כל אחד: 4 × 1/2 = 2, מה שמניב SiO2. ספירה ללא התחשבות בשיתוף גורמת לספירה כפולה של אטומי החמצן.
מבנים קוולנטיים ענקיים: הקשרים נמשכים דרך המוצק: בסיליקה דו-חמצנית, כל סיליקון קשור לארבעת חמצנים וכל חמצן משמש כגשר בין שני סיליקונים, מה שמוביל ליחס כולל של Si:O 1:2. תרשים מקומי עשוי להציג ארבעת חמצנים סביב אטום, מכיוון שכל אחד משותף לסיליקון אחר בשאר הרשת. לגרפיט יש שכבות בעלות קשר חזק אך משיכות חלשות יותר בין השכבות; ההתנהגות בטמפרטורות גבוהות והחלקת השכבות עוסקות בקשרים שונים.
ארבעת האטומים של חמצן סביב סיליקם אחד מעידים שהנוסחה הכללית של הסיליקה חייבת להיות SiO₄.
Difficulty 1/5 · 100 coins + a small bonus on first completion today
כל חמצן ברשת משותף בין שני אטומי סיליקון, ארבעה סביב אטום סיליקון תורמים רק חצי מכל אחד: 4 x 1/2 = 2, לתוצאה SiO2. ספירה ללא שיתוף תספור כפול את החמצנים.
רשת מורחבת של אטומים מחוברים באמצעות קשרים קovalenti חזקים: כתוב את המונח הטכני.
Difficulty 1/5 · 100 coins + a small bonus on first completion today
מבנה קovalenti ענק פירושו רשת מורחבת של אטומים מחוברים באמצעות קשרים קovalenti חזכים.