Kemia kombinaĵo

 

Ajna substanco kiu konsistas en du aŭ pliaj diferencaj tipoj de atomoj (kemiaj elementoj) en fiksa proporcio stekiometria povas esti nomita Kemia kombinaĵo. La koncepto estas pli bone komprenita kiam oni konsideras purajn kemiaĵojn.^[4][5][6] ​ El la kombino de fiksaj proporcioj de du aŭ pliaj tipoj de atomoj oni deduktas, ke la kemiaj kombinaĵoj povas esti konvertitaj, pere de kemia reakcio, en aliaj kombinaĵoj aŭ kemiaĵoj, ĉiu kun malpli da atomoj.

La kemiaj kombinaĵoj havas unikan kaj difinitan kemian strukturon kiu restas unuigita en spaca dispono difinita de kemiaj ligoj. La kemiaj kombinaĵoj povas esti molekulaj kombinaĵoj, retenitaj kunaj per kovalentaj ligoj, saloj retenitaj inter si per jonaj ligoj, intermetalaj kombinaĵoj retenitaj kunaj per metalaj ligoj, aŭ la subaro de kemiaj kompleksoj kiuj restas kunigitaj per kunordigaj ligoj.^[7]​ La puraj kemiaj elementoj ĝenerale ne estas konsiderataj kemiaj kombinaĵoj, ĉar ili ne plenumas la postulon de du aŭ pliaj atomoj, kvankam ofte ili konsistas en molekuloj komponitaj de multaj atomoj (kiel en la duatoma molekulo H₂, aŭ la pluratoma molekulo S₈, ktp.)^[7] Multaj kemiaj kombinaĵoj havas unikan ciferan identigilon atribuita de la Chemical Abstracts Service (CAS): nome ties CAS-numero.^[8]

Estas varia nomenklaturo kaj foje nekonsistanta por diferencigi substancojn, kiuj inkludas ekzemplojn vere nestekiometriajn de la kemiaj kombinaĵoj, kiuj postulas, ke la proporcioj estu fiksaj. Multaj solidaj kemiaj substancoj, por ekzemplo multaj mineraloj de siliciato, ne havas simplajn formulojn kiuj montras la kemian ligon de la elementoj inter si en fiksaj proporcioj; eĉ tiel, tiuj substancoj kristalaj ofte estas nomitaj "nestekiometriaj kombinaĵoj". Oni povas argumenti, ke ili estas rilataj kun tiuj produktoj, anstataŭ esti kemiaj kombinaĵoj propre diritaj, konsiderinte, ke la varieblo en ties kombinaĵoj ofte estas okazigitaj per fremdaj elementoj kaptitaj ene de la kristala strukturo de kemia kombinaĵo vera, aŭ okazigitaj per perturboj en ties strukturo rilate al la kombinaĵo konata kiu aperas el troo aŭ manko de la elementoj konstituantaj en lokoj de ties strukturo; tiaj nestekiometriaj kombinaĵoj formas la plej parton de la krusto kaj la mantelo de la Tero. Aliaj kombinaĵoj konsiderataj kemie identaj povas havi variajn kvantojn de pezaj aŭ malpezaj izotoposj de la elementoj konstituantaj, kio iomete ŝanĝas la proporcion de maso de la elementoj.

  Pli detalaj informoj troveblas en artikolo Kemia ligo.

 

La atomojn en la molekulo kuntenas ligoj, aŭ kovalentaj ligoj aŭ jonaj ligoj (vidu je Kemia ligo). Ekzemple, H₂O estas kuntenata de kovalentaj ligoj. Natria klorido estas kuntenita de jonaj ligoj.

Kemia ligo estas la nomo de la kunigaj fortoj, kiuj respondecas por tio, ke atomoj restas kune (atomoj malofte troviĝas nekunligitaj en nature okazantaj kondiĉoj; anstataŭe ili troviĝas ligitaj al aliaj atomoj). Se atomo estas ligita kun aliaj de sama speco, rezultas homoatoma (sam-atoma) molekulo: ekzemple, O₂ kaj N₂, kiuj estas duatomaj molekuloj de la gasoj oksigeno kaj nitrogeno. Tamen plej ofte atomo de ĥemia elemento troviĝas ligita kun alispecaj elementatomoj, tiel formante heteroatomajn molekulojn de kombinaĵoj. La emon kaj la kapablon de atomo ligiĝi kun aliaj atomoj determinas elektronaj konfiguracioj.

Kemiaj ligoj estas la fortoj aŭ interagoj kiuj ligas atomojn kune en la formo de kompleksaj agregaĵoj. La procezo mem de la formiĝo de kemiaj ligoj nomiĝas ligiĝo. Laŭ nuntempa teorio, kemiaj ligoj rezultas el la interago de specifaj elektronoj entenitaj en la kombiniĝantaj atomoj. La specifaj elektronoj partoprenantaj en ligiĝo nomiĝas valentaj elektronoj.

Por ĉefgrupaj elementoj, valentaj elektronoj estas tiuj en la plej ekstera ŝelo, t.e. la ŝelo de la plej alta ŝelnumero (n). Ĉi tiuj elektronoj ĉiam estos en subŝeloj aŭ s aŭ p.

Ekz-e:

Kiom da valentaj elektronoj enhavas atomoj de ĉiu en la sekvaj elementoj:

a) ₁₁Na, (b) ₃₃As?

Solvo:

a) La elektrona konfiguracio de natrio (Na) estas 1s²2s²2p⁶3s¹.

 

Ekzistas esceptoj al la supra difino. Specifaj kristalaj kombinaĵoj estas konsiderataj kemiaj kombinaĵoj malgraŭ ke ilia konsisto varias laŭ la kunesto aŭ ne de elementoj kaptitaj en la kristala strukturo. Iuj kombinaĵoj konsiderataj kemie identaj povas havi diversajn kvantojn de pezaj aŭ malpezaj izotopoj de la konsistaj elementoj, kiuj iomete variigas la proporcion de elementoj laŭ maso. Tial kombinaĵo povas esti ne tute homogena, sed por plejaj celoj en kemio, oni povas konsideri ĝin tia.

Ne ĉiuj molekuloj estas kombinaĵoj. La duatoma molekulo de hidrogeno, reprezentata per H₂, estas homonuklea (konsistas el atomoj de nur unu elemento), do oni ne konsideras ĝin kombinaĵo. Kombinaĵoj estas puraj substancoj kiuj enhavas almenaŭ du elementojn kombinitajn laŭ specifa fiksita proporcio.

Kombinaĵoj havas malsamajn fizikajn kaj kemiajn atributojn al iliaj konsistigaj elementoj. Ĉi tiu estas la ĉefa kriterio por distingi inter kombinaĵo kaj miksaĵo de elementoj aŭ substancoj: la atributoj de miksaĵo ĝenerale estas similaj aŭ rilataj al la atributoj de ĝiaj konsistigaĵoj. Alia kriterio estas ke la konsistigaĵoj de miksaĵo ofte estas apartigeblaj per simpla fizika procedo, ekzemple filtrado; tiuj de kombinaĵo ofte estas nur malfacile apartigeblaj. Plue, kiam kombinaĵo formiĝas el ĝiaj konsistigaĵoj, kemia ŝanĝo okazas, per kemiaj reakcioj. Miksaĵoj estas fareblaj per nura mekanika miksado.

Ekzemplo de miksaĵo, kiun oni ofte erare konsideras kombinaĵo, estas alojo. Oni faras ĝin mekanike, plej ofte varmigante ĉiujn konsistigaĵojn kaj rapide malvarmigante por ke la konsistigaĵoj estu "kaptitaj" en la baza metalo.

  Pli detalaj informoj troveblas en artikolo Kemia formulo.

 

Kemiistoj priskribas kombinaĵojn per formuloj en diversaj formoj. Por molekuloj, oni uzas la formulon de la molekula unuo. Por polimeraj materialoj, ekzemple mineraloj kaj multaj metalaj oksidoj, oni uzas la empirian formulon, ekzemple NaCl por kuirsalo. La ordo de elementoj en molekula kaj empiria formuloj estas : C (karbono), poste H (hidrogeno), kaj poste la aliaj elementoj alfabete. Tiel trifluoridaceta acido havas la formulon C₂HF₃O₂. Pli detalaj formuloj donas strukturan informon: trifluoridaceta acido havas alian formulon CF₃CO₂H. Aliflanke, formuloj de neorganikaj kombinaĵoj ofte ne enhavas strukturan informon, ekzemple H₂SO₄, kiu ne havas ligojn H-S. Pri informa formulo estas O₂S(OH)₂.

Elementoj formas kombinaĵojn por fariĝi pli stabilaj. Ili fariĝas pli stabilaj kiam ili enhavas kiel eble plej da elektronoj en sia ekstera energinivelo: kutime aŭ du aŭ ok valentaj elektronoj. Pro tio noblaj gasoj tre malofte reakcias: ili jam enhavas ok valentajn elektronojn en sia ekstera energinivelo (du elektronoj por heliumo). (Ligo al pliaj detaloj???)

Oni povas klasigi la kemiajn kombinaĵojn kongrue kun la tipo de kemia ligilo aŭ ties kompono. Laŭ la tipo de kemia ligilo, oni povas dividi ilin en jenaj klasoj:

• Molekuloj
• Jonaj kombinaĵoj
• Intermetalaj kombinaĵoj
• Kompleksoj

Laŭ la kompono, oni povas dividi ilin en du grandajn grupojn:^[9]

1. Neorganikaj kombinaĵoj:^[10]

 

1. • Bazaj oksidoj, nomitaj ankaŭ metalaj oksidoj, kiuj estas formitaj per metalo kaj oksigeno. Ekzemploj: la plumba oksido, la litia oksido.
   • Acidaj oksidoj aŭ anhidridoj. Nomitaj ankaŭ nemetalaj oksidoj, formitaj per nemetalo kaj oksigeno. Ekzemploj: hipoklora oksido, selenia oksido.
   • Hidridoj, kiuj povas esti ĉu metalaj ĉu nemetalaj. Ili estas komponitaj per unu elemento kaj hidrogeno. Ekzemploj: aluminia hidrido, natria hidrido.
   • Hidracidoj, estas nemetalaj hidridoj kiuj solvitaj en akvo akiras acidan karakteron. Ekzemplo, la iodhidra acido.
   • Hidroksidoj, kombinaĵoj formitaj per la reakcio inter baza oksido kaj akvo, karakterizata per prezentado de la oksidrila grupo (OH). Ekzemplo, la natria hidroksido, aŭ sodo.
   • Oksacidoj, kombinaĵoj formitaj per la reakcio inter acida oksido kaj akvo. Ties molekuloj estas formitaj per hidrogeno, unu nemetalo kaj oksigeno. Ekzemplo, klorata acido.
   • Binaraj saloj, kombinaĵoj formitaj per unu hidracido plus unu hidroksido. Ekzemplo, la natria klorido (ankaŭ konata kiel tabla salo aŭ kuirsalo).
   • Oksisaloj, formitaj per la reakcio de unu oksacido kaj unu hidroksido, por ekzemplo la Natria hipoklorito.
2. Organikaj kombinaĵoj:^[11]
   • Alifataj kombinaĵoj, estas kemiaj kombinaĵoj formitaj per karbono kaj hidrogeno kies karaktero ne estas tiu propra de aromatoj.
   • Aromataj kombinaĵoj, estas ciklaj organikaj kombinaĵoj kombinitaj kiuj posedas plej grandan stabilecon pro la elektrona delokalizado laŭ ligiloj π.
   • heterociklaj kombinaĵoj, estas ciklaj organikaj kombinaĵoj en kiuj almenaŭ unu de la komponantoj de la ciklo estas de elemento diferenca disde la karbono.^[12]
   • Organikmetalaj kombinaĵoj, estas kombinaĵoj en kiuj la atomoj de karbono formas kovalentajn ligojn, tio estas, ili kunhavas elektronojn, kun unu metala atomo.
   • Polimeroj, stas makromolekuloj formitaj per la kunigo de pli malgrandaj molekuloj nomitaj monomeroj.

 

  Pli detalaj informoj troveblas en artikolo Molekulo.

Molekulo estas grupo elektrone neŭtra de du aŭ pliaj atomoj kunigitaj per kemiaj ligiloj.^{[13][14][15][16][17]} Molekulo povas esti homonuklea, tio estas, esti formita per atomoj de ununura kemia elemento, kiel okazas ĉe du atomoj en la molekulo de oksigeno (O₂); aŭ povas esti heteronuklea, tio estas, kemia kombinaĵo komponita de pli ol unu elemento, kiel ĉe akvo (du atomoj de hidrogeno kaj unu atomo de oksigeno; H₂O).^[18] La atomoj kaj kompleksoj kunigitaj per nekovalentaj ligoj kiel la hidrogenaj ligoj aŭ la jonaj ligoj kutime ne estas konsiderataj kiel unuopaj molekuloj.

Jona kombinaĵo estas kemia kombinaĵo komponita de anjonoj kiuj eltenas sin kunigitaj per elektrostataj fortoj nomitaj jonaj ligoj. La kombinaĵo estas neŭtra ĝenerale, sed ĝi konsistas de jonoj ŝarĝitaj pozitive nomitaj katjonoj kaj jonoj ŝarĝitaj negative nomitaj anjonoj. Tiuj povas esti simplaj jonoj kiel la natrio (Na⁺) kaj la klorido (Cl⁻) en la natria klorido, aŭ pluratomaj specoj kiel la amonio (NH₄) kaj karbonato (CO₃) en la amonia karbonato.^[19] La unuopaj jonoj ene de jona kombinaĵo ĝenerale havas multajn pli proksimajn najbarojn, pro kio ili ne estas konsiderataj parto de molekuloj, sed parto de kontinua tridimensia reto, ĝenerale en kristala strukturo.^[20]

La jonaj kombinaĵoj kiuj enhavas bazajn jonojn hidroksido (OH⁻) aŭ oksido (O²⁻) estas klasigitaj kiel bazoj. La jonaj kombinaĵoj al kiuj mankas tiuj jonoj estas konataj ankaŭ kiel saloj kaj povas formiĝi pere de reakcioj acid-bazoj.^[21] La jonaj kombinaĵoj estas produkteblaj ankaŭ el ties konstituaj jonoj per vaporado de ties solvanto, precipitado, frostigado, reakcio en solida stato aŭ la reakcio de transigo de elektronoj de reakciaj metaloj kun reakciaj nemetaloj, kiel ĉe la halogenaj gasoj.

La jonaj kombinaĵoj kutime havas altajn punktojn de fandiĝo kaj de boliĝo, kaj estas malmolaj kaj rompiĝemaj. Estante silidaj, ili preskaŭ ĉiam estas elektraj izolaĵoj, sed kiam ili fandiĝas aŭ solviĝas ili iĝas tre forte konduktantaj, ĉar ekmoviĝas la jonoj.^[22]

Intermetala kombinaĵo estas tipo de metala alojo formita de kombinaĵo de solida stato ordigita inter du aŭ pliaj metalaj elementoj. La intermetaloj estas ĝenerale malmolaj kaj rompiĝemaj, kun bonaj mekanikaj proprecoj je altaj temperaturoj.^[23][24][25] Oni povas klasigi ilin kiel intermetalaj steĥiometraj aŭ ne steĥiometraj kombinaĵoj.^[23]

Komplekso de kunordigo konsistas de atomo aŭ centra jono, kiu ĝenerale estas metala kaj kiu nomiĝas centro de kunordigo, kaj ĉirkaŭa matrico de molekuloj aŭ kunigitaj jonoj, kiuj siavice estas konataj kiel "ligantoj" aŭ kompleksaj agentoj.^[26][27][28] Multaj kombinaĵoj kiuj enhavas metalojn, speciale tiuj transirmetaloj, estas kompleksoj de kunordigo.^[29] Komplekso de kunordigo kies centro estas metala atomo estas nomita "metala komplekso" aŭ elemento de bloko d.^[30]

La kombinaĵoj tenas sin kunigitaj pere de diversaj tipoj de ligoj kaj fortoj. La diferencoj inter la tipoj de ligoj de la kombinaĵoj dependas de la tipo de elemento ĉeestanta en la kombinaĵo.

La fortoj de disiĝo de London estas la plej malfortaj fortoj inter la intermolekulaj fortoj. Temas pri provizoraj fortoj de altirado kiuj formiĝas kiam la elektronoj en du apudaj atomoj metiĝas tiel ke ili kreas provizoran elektraj dupoluson. Krome, tiuj fortoj estas responsaj pri la kondensado de nepolusaj substancoj en likvoj kaj posta frostigado al solida stato dependante de la media temperaturo.^[31]

Kovalenta ligo, konata ankaŭ kiel molekula ligo, okazigas interŝanĝo de elektronoj inter du atomoj. Precipe, tiu tipo de ligo produktiĝas inter elementoj kiuj aperas unu proksime de la alia en la perioda tabelo de kemiaj elementoj, kvankam oni observas tion inter kelkaj metaloj kaj inter nemetaloj. Tio rilatas al la mekanismo de tiu tipo de ligo. La elementoj proksimaj en la perioda tabelo tendencas teni similajn elektronegativecojn, kio signifas, ke ili havas similan afinecon por la elektronoj. Ĉar neniu de la elementoj havas pli fortan afinecon por doni aŭ akiri elektronojn, tio faras ke la elementoj kunhavas elektronojn tiel ke ambaŭ elementoj havas pli stabilan okopon.

La jona ligo okazas kiam la valentelektronoj tute transferenciĝas inter la elementoj. Male al la kovalenta ligo, tiu kemia ligo kreas du jonojn de mala ŝarĝo. La metaloj en jonaj ligoj ĝenerale perdas siajn valentajn elektronojn, iĝante katjonoj, pozitive sarĝitaj. La nemetalo akiros la elektronojn de la metalo, farante ke la nemetalo estu anjono, tio estas, negative ŝarĝita. Tio estas, la jonaj ligoj okazas inter unu donanto de elektronoj, ĝenerale metalo, kaj unu ricevanto de elektronoj, kiuj tendencas esti nemetalo.^[32]

La hidrogena ligo okazas kiam unu atomo de hidrogeno kunigita al unu elektronegativo formas elektrostatikan konekton kun alia elektronegativa atomo pere de dipoluso aŭ ŝarĝoj kiuj interagadas.^[33][34][35]

Kemia kombinaĵo povas iĝi diferenca kemia kombinaĵo (reakcia produkto) pere de la interagado kun dua kemia kombinaĵo (reakciiloj) pere de kemia reakcio. En tiu procezo, la ligoj inter la atomoj rompiĝas en ambaŭ kombinaĵoj kiuj interagadas, kaj poste la ligoj reformiĝas por akiri novajn asociojn inter la samaj atomoj. Skeme, tiu reakcio estus priskribebla kiel AB + CD → AD + CB, kie A, B, C kaj D estas ĉiu unika atomo; kaj AB, AD, CD kaj CB estas ĉiu unika kombinaĵo.^[36][37]

Iuj kombinaĵoj povas havi plurajn fazojn. Ĉiuj kombinaĵoj povas ekzisti kiel solido, ĉe sufiĉe malaltaj temperaturoj. Kombinaĵoj eble ankaŭ ekzistas kiel likvo, gaso kaj en maloftaj kazoj, eĉ plasmo. Ĉiuj kombinaĵoj malkombinas kiam sufiĉe varmigitaj. La temperaturo je kiu tiu okazas nomiĝas la malkombina temperaturo. Malkombinaj temperaturoj ne estas precizaj kaj dependas de la rapido de varmigado/ŝanĝo de temperaturo. Je sufiĉe altaj temperaturoj, ĉiuj kombinaĵoj, aŭ post malkombinado aŭ dum ili malkombinas, fragmentiĝas en pli malgrandajn kombinaĵojn aŭ individuajn atomojn.

Iuj kristalaj kombinaĵoj povas ekzisti en diversaj formoj, ekzemple CaCO₃ kiu povas esti kalcito, aŭ aragonito aŭ vaterito.

Ĉiu kemia kombinaĵo priskribita en la kemia literaturo posedas unikan numeran identigilon, ĝian CAS-numeron.

•  
  Akvo: Molekula inorganika kovalenta kombinaĵo de du atomoj de hidrogeno kaj unu de oksigeno.
•  
  Pirito (kombinaĵo el jonoj de fero kaj sulfuroj.
•  
  Salkristalo.
•  
  La nitrato de Ĉilio (natria nitrato, NaNO₃), estas natura sterko.
•  
  La pneŭoj estas fabrikitaj el kaŭĉuko ĉu natura ĉu sinteza.
•  
  Gantoj fabrikitaj el neopreno, nome sinteza polimero
•  
  Paracetamolo, kuracilo.
•  
  Tipoj de kemiaj reakcioj.
•  
  Kovalenta ligo formanta H₂ (dekstre) kie du hidrogenaj atomoj kunhavas la du elektronojn.
•  
  Jonaj ligoj en natria klorido.
•  
  Hidrogena ligo.

• Kemia procezo
• Ksenobiotiko
• Petrokemiaĵo

• Allinger, N.L [et al.]. Química orgánica. I. Barcelona: Reverté, 1984. ISBN 84-291-7016-2.
• Babor, J.A.; Ibarz, J. Química General Moderna. 8a eld.. Barcelona: Marín, 1979. ISBN 84-7102-997-9.
• G. Chabot, J.-L. Riendeau (Zumdahl, S. S. kaj S. A.), Chimie générale, 3a eld. Éd. CEC Quebecor Media (Houghton Mifflin Company), 2007
• Cotton, A.; Wilkinson,G. Química inorgánica avanzada. 2a eldono. México: McGrLimusa, 1978.
• Gutiérrez, E. Química inorgànica. Reverté, 1985. ISBN 84-291-7215-7.
• Otto-Albrecht Neumüller (Herausgeber): Römpps Chemie Lexikon, 8. Auflage, Frank’sche Verlagshandlung, Stuttgart 1983, ISBN 3-440-04513-7, pp. 215–216, ISBN 3-440-04513-7.
• Robert Siegfried (2002), From elements to atoms: a history of chemical composition, American Philosophical Society, ISBN 978-0-87169-924-4
• Silberberg, M.S. Química general. México: McGraw-Hill, 2002. ISBN 970-10-3528-3.
• The Cambridge Dictionary of Scientists - "Boyle, Robert (1627 - 1691)", Cambridge, Cambridge University Press, 2002.

• En tiu ĉi artikolo estas uzita traduko de teksto el la artikolo Compuesto químico en la hispana Vikipedio.