Solido kobalente

Solido kobalenteen partikula osagaiak atomo elektronegatiboak dira, ez-metalak, eta lotura kobalenteen bitartez lotzen dira. Lotura horiek kristal osoan zehar hedatzen dira, ez dago molekula isolaturik, eta kristal osoa molekulatzat har dezakegu. Lotura kobalentea lotura zuzendua da, hau da, atomoen posizioak lotura kobalenteak mugatzen ditu (lotura metalikoak eta ionikoak ez dute norabide nagusirik), eta horri esker solido kobalenteen propietateak oso bereziak dira.

Ez daude solido kobalenteen kasu asko; batez ere, sistema periodikoaren karbono taldeko elementuetan, eta elementu horien konposatu batzuetan aurkitzen dira. Taula honetan solido kobalenteak eratzen dituzten elementuak eta forma alotropikoak daude.

Solido kobalenteak eratzen dituzten elementuak eta forma alotropikoak

Propietate orokorrak

Solido kobalenteetan atomoak lotuta mantentzen dituzten indarrak oso sendoak eta zuzenduak direnez, hauek dira solido kobalenteen ezaugarririk nagusiak:

• Solidoa atomoetan banatzeko energia handia beharrezkoa da, hau da, sare-energiaren balioa oso handia da, eta halaber fusio-puntuak, irakite-tenperaturak eta hainbat propietate fisiko.

Grafitoaren sare-energia diamantearena baino handiagoa da. Horrek esan nahi du baldintza estandarretan grafitoa karbonoaren egitura egonkorrena dela. Diamantea espontaneoki grafito bihurtzen da, baina prozesu hori hain astiro gertatzen da, ezen baztertu baitezakegu.

Silizioaren sare-energia edo fusio-puntua karbonoarena baino baxuagoa da. Silizioa handiagoa denez, solido kobalentean atomoen arteko distantzia luzeagoa da, eta, ondorioz, lotura ez da hain sendoa.

Konposatua	∆H°sare (kJ/mol)	T°fus (°C)
C (diamantea)	709	3600
C (grafitoa)	711	-
Si	451	1414
SiO2	1851	1600
SiC	1225	2600 (subli)

• Lotura zuzendua denez, solido horiek gogorrenak eta konprimaezinenak dira; izan ere, diamantea ezagutzen den material gogorrena da.

• Solido kobalenteak isolatzaileak dira, bai tenperatura baxuan bai urtuta daudenean, solido kobalenteetan elektroi askerik edo ioi mugikorrik ez dagoelako. Dena den, solido batzuk ez dira kobalente puruak, adibidez germanioa edo eztainua, eta metal-izaera ez da baztergarria. Kasu horiek erdieroale intrintsekotzat hartzen dira.

• Solido horiek zailak dira disolbatzen bai disolbatzaile polarretan bai eta apolarretan ere.

Egiturak

Solido kobalenteen egitura lotura kobalenteen norabideek mugatzen dute, eta horregatik ez da erraza solido guztien egiturak era sistematiko batean biltzea. Atomo baten inguruan lotura kobalenteen geometria, askotan, tetraedrikoa da (zortzikotearen araua), eta sortzen den solidoaren egitura, batzuetan, tetraedroen paketatze moduan uler daiteke (batez ere, karbono taldeko atomoekin lau balentzia-elektroi dituztelako). Baina, askotan, geometria oktaedrikotik sortzen diren egiturak ere badaude.

Diamantea

Diamantearen egitura

Diamantea karbonoaren forma alotropiko bat da, eta solido kobalenteen adibide adierazgarriena da. Diamantearen egitura ulertzeko, karbonoaren lau sp³ orbital hibridoak erabiliko dira, eta bakoitzean elektroi bat sartzen da, 2(sp³)⁴ . Orbital horien geometria tetraedrikoa da; ondorioz, diamantean karbono bakoitzaren inguruan, tetraedro baten erpinetan lau karbono aurkitzen dira. Lau karbono horiek ere beste lau karbonori lotzen zaizkie banaketa berdinari jarraituz eta abar. Horrela, esan daiteke diamantearen egitura erpinaren bidez lotzen diren tetraedroak direla.

Diamantearen egituraren gelaxka unitatea zinkaren blendarena bezalakoa da, baina atomo guztiak berdinak dira: aurpegietan zentraturiko kuboa, eta hutsune tetraedrikoen erdiak txandakaturik atomoz beteta.

Diamanteaz gainera, silizioak, germanioak eta eztainu grisak ere egitura hori dute, eta halaber elementu horien konposatu batzuek, hala nola karborundo -SiC (Si paketatze kubiko trinkoa eta C hutsune tetraedrikoetan)-, BN eta BPak.

Grafitoa

Grafitoaren egitura

Grafitoa, arkatza, karbonoaren beste forma polimorfikoa da, eta, diamantearekin alderatuz, propietateak guztiz desberdinak dira: solido gris distiratsua, biguna eta itsaskorra da. Hau da, fisikoki ez du zer ikusirik diamantearekin, eta hori atomoak beste era batean ordenaturik daudelako bakarrik gertatzen da.

Grafitoa simetria hexagonaleko karbonozko xaflaz osatuta dago. Xafla batean karbono atomo bakoitza, sp² hiru orbital hibridoren bidez, hiru karbono atomori lotzen zaie; geometria trigonal laua da. Karbono bakoitzari xaflarekiko perpendikularra den beste p orbital bat geratzen zaio, elektroi bakarrekoa. Orbital horien guztien artean alboko interakzio bat gertatzen da, bentzenoan gertatzen denaren antzekoa. Xafla osatzen duten atomo guztien artean π lotura deslokalizatu bat sortzen da. Izatez, karbonoen arteko distantziak bentzenoan eta grafitoan oso antzekoak dira (1,35 Å eta 1,42 Å, hurrenez hurren).

Xaflak bata bestearen gainean jartzen dira, eta Van der Waalsen interakzio ahularen bidez lotzen dira. Xaflen arteko distantzia nahiko handia da —3,35 Å— haien arteko interakzioen ahultasuna dela eta. Ondorioz, grafito xaflatan erraz apur daiteke, xaflakorra da, eta propietate horretaz baliatzen gara arkatzez idazteko edo lubrifikatzaile moduan erabiltzeko.

Grafitoak beste propietate berezi bat dauka: eroankortasuna. Grafitoaren egituran, π sisteman dauden elektroiak deslokalizaturik daude xaflako atomo guztien artean, eta xaflan zehar oso mugikorrak dira. Hori dela eta, xafletako norabidean grafitoa eroalea da, baina ez xaflen norabide perpendikularrean. Eroankortasun horri esker, grafitoa elektrodo geldo gisa erabiltzen da.

Silizea, SiO₂

Silizean, alde batetik, silizio atomo bakoitza, tetraedroari jarraituz, lau oxigeno atomori lotuta dago; beste aldetik, oxigeno bakoitza bi siliziori lotuta dago. Beraz, ez dago Si-Si loturarik. Tetraedro horiek era desberdinak ordena daitezke forma alotropiko desberdinak osatuz. Silizearen hiru egitura polimorfiko ezagutzen dira: kuartzoa, tridimita eta kristobalita.

Silizearen hiru egitura polimorfiko

Kuartzoa inguruneko tenperaturan forma egonkorrena da; kristobalitan, Si atomoak diamantearen posizioetan kokatzen dira, eta oxigeno atomoak bi silizioen arteko zubi gisa; tridimitan, tetraedroen ordenamendua desberdina da.

kristobalita eta α-kuartzoa

Silikatoak silizioaren konposatuak dira, non SiO4 tetraedroak ere aurkitzen baititugu. Konposatu horiek harkaitzetan oso hedatuak dira. Silizioaz eta oxigenoaz gainera, aluminioa eta beste metal batzuk izan ohi dituzte, askotariko konposizioak osatuz. Gainera, tetraedroen ordenamendua ere aldatzen da, konposatu desberdinak osatuz:

Silikatoak

Solidoen arteko konparaketa

Solido mota guztiak aztertuta eta haien propietate garrantzitsuak eta haien arteko desberdintasuna ulerturik, solidoak bi taldetan bana daitezke:

• Solido molekularrak: molekula banakoak (gas nobleak izan ezik), molekula arteko interakzioen bidez lotuta.
• Sare-formako solidoak: atomo edo ioien sare bat. Partikula horien arteko interakzio motaren arabera, solido metaliko, ioniko edo kobalente izan daitezke. Erretikuluen ordenamenduaren arabera, solidoak hiru dimentsiokoak (lotura hiru dimentsioetan zabaltzen da), bi dimentsiokoak (erretikuluak gainazal batean lotzen dira eta gainazalak molekula arteko indarren bidez lotzen dira) edo dimentsio bakarrekoak (kateak osatu eta, kateen artean, van der Waalsen interakzioak).

Solido mota ezberdinen konparaketa

Solidoak konparatzeko, propietate garrantzitsuen gainean eragina duten faktoreak kontuan hartzekoak dira, hala nola:

• Partikulen izaera (egitura, tamaina, forma)
• Partikulak lotzen dituen indar mota
• Lotura zuzendua den ala ez
• Kristalaren egitura

Egindako sailkapena eta solido guztien deskribapena ideala izan da. Oso gutxi dira solido kobalente (ioniko, metaliko edo molekular) puruak direnak; solido errealak solido mota guztien nahastea izaten dira.

Bibliografia

• Steven S. Zumdahl; Susan A. Zumdahl (2000), Chemistry (5 ed.), Houghton Mifflin, pp. 470–6, ISBN 0-618-03591-5
• Zarzycki, J. Glasses and the vitreous state, Cambridge University Press, New York, 1982.
• Ebbing, Darrell D., and R.A.D. Wentworth. Introductory Chemistry. 2nd ed. Boston: Houghton Mifflin, 1998. Print.
• Brown, Theodore L.; LeMay, H. Eugene, Jr.; Bursten, Bruce E.; Murphy, Catherine J. (2009). Chemistry: The Central Science (11th ed.). Upper Saddle River, NJ: Prentice Hall. pp. 466–7. ISBN 978-0-13-600617-6.

Kanpo estekak

• Datuak: Q65216763