Materiaren Propietateak eta Lotura Kimikoak: Gida Osoa

Materiaren Propietateak

Materiaren propietateak bi motatan sailka daitezke:

• Intentsiboak: Substantzia kantitatearen independenteak dira (adibidez, tenperatura, dentsitatea).
• Estentsiboak: Substantzia kantitatearen menpe daude (adibidez, bolumena, pisua).

Nahasteek espektro jarraia dute. Substantzia puruek, berriz, ez-jarraia (kuantizazioa).

Propietate Atomikoak eta Periodikoak

• Erradio atomikoa atomo baten nukleotik urrunen dagoen elektroira dagoen distantzia da. Taula periodikoan, ezkerretik eskuinera gutxitu eta goitik behera handitu egiten da. Ezaugarri metalikoa ere joera hori du.
• Ionizazio-potentziala, afinitate elektronikoa eta elektronegatibitatea alderantzizko joera dute (hau da, ezkerretik eskuinera handitu eta goitik behera gutxitu).
• Metaloideen artean erdieroaleak daude: Si, Ge, etab. (diodoak egiteko erabiltzen dira). Erdieroaleak ez dira oso onak korronte elektrikoa eroaten. Tenperatura igotzean, erdieroaleen eroankortasuna handitu egiten da.

Lotura Ionikoa

Lotura ionikoa osatzeko, ezaugarri metaliko handia duen elementu bat (katioia osatuko duena) eta ezaugarri ez-metaliko handia duen elementu bat (anioia osatuko duena) behar dira.

Konposatu hauek zeinu desberdineko espezie ionikoek osatzen dituzte (katioiak eta anioiak) eta elkartuta mantentzen dira indar elektrostatikoen bidez.

Espezie ioniko hauek ordena bati jarraiki banatzen dira eta egitura geometriko tridimentsionalak osatzen dituzte: kristal-sareak.

Lotura Ionikoaren Propietateak

1. Energia erretikularraren balio handia dela eta, konposatu ionikoak egoera solidoan egoten dira giro-tenperaturan.
2. Solido ionikoek fusio- eta irakite-puntu altuak dituzte.
3. Gogortasun handiko substantziak dira, hots, marratuak izateko erresistentzia handia dute.
4. Konposatu ionikoek ez dute korronterik eroaten egoera solidoan. Hala eta guztiz ere, lotura apurtzen bada (fusioaren bidez edo disolbatzaile polarretan disolbaturik daudelako), sareko ioiak libreki mugituko dira korrontea eramanez.
5. Konposatu ionikoak hauskorrak dira; dislokazio bat gertatzen denean, zeinu bereko ioiak aurrez aurre kokatzen dira eta, aldarapen-indarrak sortzen direnez, sarea hautsi egiten da.

Lotura Kobalentea

Lotura kobalentea duten zenbait substantziaren propietateak ez daude lotura kobalentearen menpe, baizik eta molekulen arteko indarren menpe (dipolo-dipolo, H-zubia, London).

Lotura Kobalentearen Propietateak

1. Giro-tenperaturan substantzia asko gas-egoeran daude.
2. Fusio- eta irakite-tenperatura baxuak dituzte.
3. Egoera solidoan bigunak eta argizari-itxurakoak dira.
4. Dentsitate txikia dute.
5. Normalean, apolarrak disolbatzaile apolarretan disolbatzen dira eta polarrak edo/eta hidrogeno-lotura osatzen dutenak disolbatzaile polarretan (ura).
6. Ez dute eroaten ez beroa, ez elektrizitatea.

Sare Kobalenteen Propietateak

Batzuetan, lotura kobalenteak ezartzen direnean ez dira molekulak osatzen, sareak baizik. Kasu ezagunenak hauexek ditugu: SiO₂ (kuartzoa), C (diamantea), BN (borazioa), SiC (karborundoa), Ge (germanioa) eta Si (silizioa). Kasu horietan, substantziaren propietateak lotura kobalentearekin erlazionaturik daude:

1. Giro-tenperaturan solidoak dira.
2. Oso gogorrak dira (diamantea: substantzia gogorrena).
3. Fusio- eta irakite-tenperatura oso altuak dituzte.
4. Ez dira eroaleak.

Lotura Metalikoa

Lotura metalikoa egoera solidoan eta likidoan (merkurioa) baino ez da gauzatzen.

Azaltzeko bi teoria daude: teoria klasikoa eta banden teoria (teoria kuantiko ondulatorioa).

Substantzia metalikoen ia propietate guztiak ondo azal daitezke elektroi-gasaren teoriaren (teoria klasikoa) bidez:

• Konduktibitate termiko eta eroankortasun elektriko altuak. Teoria klasikoa erabiliz, libre dauden elektroiak nahiz korronte elektrikoa nahiz beroa eroateko gai dira.
• Fusio- eta irakite-tenperatura altuak. Karga positiboen eta negatiboen artean dagoen erakarpen-indarra elektrikoa dela eta, indar mota hori oso sendoa da. Normalean, balentzia-elektroi gehien dituzten atomoek dituzte irakite-puntu altuenak. Era berean, metal horiek besteak baino dentsoagoak eta gogorragoak dira.
• Xaflakortasun eta harikortasun handia. Oro har, metalak trinkoak dira; baina indar mekanikoa aplikatzen zaienean, orduan katioiek elektroien gainean irristatu daitezke. Prozesu horretan ez da loturarik hausten eta ez da aldarapen-indar gehiago sortzen. Katioien eta elektroien arteko indarrek bere horretan diraute.
• Itxura distiratsua. Metalen elektroi askeak ez daude maila energetiko zehatzetan eta energia-maila desberdin asko izan ditzakete. Hori dela eta, argia, uhin-luzera guztietan, xurgatu eta igor dezakete.
• Dentsitate altua. Katioiak oso metatuak egoten direnez, masaren erlazioa bolumenarekiko oso altua izaten da.
• Efektu fotoelektriko eta termoionikoa. Argiaz irradiatuz gero edo berotuz gero, metalak elektroiak igortzen ditu.

Ondo eroaten dute korrontea, eta tenperatura igotzean eroankortasuna jaitsi egiten da. Erdieroaleak alderantziz.

Molekulen Polaritatea

Molekulak hiru atomo edo gehiago baditu, lotura bat baino gehiago egongo da, eta lotura bakoitzari momentu dipolar bat dagokio. Molekula polarra edo apolarra den jakiteko, lotura guztien momentu dipolar guztiak batu behar dira.

Metalak eta Tenperatura

Metal puruen erresistibitate elektrikoa handitu egiten da tenperatura igotzean, eta eroankortasuna jaitsi. Tenperatura jaistean, erresistibitatea jaitsi egiten da, 0 K-ra iristean minimoa izanik. Supereroaleak direla esaten da, puntu batera helduta bat-batean tenperatura jaisten bada.

Erdieroaleen Dopatzea

• Erdieroaleari gehitutako ezpurutasuna pentabalentea bada (P, As, Sb), sartutako atomo berriak 5 balentzia-elektroi izango ditu; baina, bere ondoan dauden atomoentzat 4 elektroirekin nahikoa du.
• Tribalentea bada (B, Ga, In, Al), elektroi bat falta da, hutsune bat sortuz.

Molekulen Arteko Indarrak

Dipolo-Dipolo Indarrak

Dipolo-dipolo indarrak ahulak dira, molekula polarretan agertzen dira. Molekula baten alde batean dagoen karga partzial negatiboaren eta beste molekularen alde batean dagoen karga partzial positiboaren arteko erakarpen indar elektrostatikoa da. Indar mota hau direkzionala edo norabidekoa dela esaten da, zeren eta, erakarpen-indarra dela eta, molekulek solidoa osatzen dutenean kokapen egokia izan behar baitute. Propietateak: substantzia horiek fusio- eta irakite-tenperatura baxuak dituzte eta disolbagarriak dira likido polarretan.

London Dispertsio Indarrak

London dispertsio indarrak atomo edo molekula apolarren artean ezartzen den lotura mota da. Molekulen arteko loturarik ahulena da. Bolumen molekularra edota pisu molekularra handitu ahala, indar horien eragina (sendotasuna) ere handitu egiten da. Hodei elektronikoa zenbat eta handiagoa izan, orduan eta errazagoa izango da alde batera edo bestera mugitzea eta dipoloa sortzea. Propietateak: substantzia horiek fusio- eta irakite-tenperatura baxuak dituzte eta disolbagarriak dira likido apolarretan.

Hidrogeno Lotura

Hidrogeno lotura molekulen arteko loturetatik sendoena da. Berez, dipolo-dipolo indar mota bat da. Molekulen momentu dipolarrak oso handiak direnean, hots, lotura osatzen duten elementuen elektronegatibitate-balioak oso desberdinak direnean, ezartzen da hidrogeno lotura. Hidrogeno atomoa beti atomoetako bat da (ez-metalen artean oso elektropositiboa delako), eta beste atomoa fluorra, oxigenoa edo nitrogenoa (ez-metal elektronegatiboenak). Lotura mota hau ere direkzionala edo norabidekoa da. Hau da, solidoa osatzerakoan, molekulak kokapen eta orientazio espazial jakin bat hartzera behartuta daude. Propietateak: Beren fusio- eta irakite-tenperaturak baxuak badira ere, molekulen arteko beste loturek ematen dituztenak baino altuagoak dira. Gainera, disolbagarriak dira substantzia polarretan.

Fase-Aldaketak eta Propietateak

Irakite- eta Fusio-tenperaturak

Irakite-tenperatura: likidoaren lurrin-presioak kanpoko presioarekin bat egiten dueneko tenperatura. Fusio-tenperatura: Zenbat eta sendoagoak izan loturak, orduan eta energia gehiago beharko dugu sarea desegiten hasteko eta, ondorioz, gero eta tenperatura altuagora jo beharko dugu. Irakite-tenperaturan ere antzeko joera gertatzen da.

Efusioa eta Grahamen Legea

Efusioa: presiopean dagoen gas batek ihes egiten du ontzitik kanpora zulo txikiak zeharkatuz. Grahamen Legea: Gas baten efusioaren abiadura molekulen masa molarraren alderantzizko proportzionala da. Grahamen legea gasak bereizteko eta masa molekularrak determinatzeko erabiltzen da.

Likidoen Propietateak: Gainazal-tentsioa

Gainazal-tentsioa dela eta, likido guztiek azalera minimoa edukitzeko joera dute: tantak biribilak dira. Molekulen arteko lotura zenbat eta sendoago izan, orduan eta gainazal-tentsioa handiagoa izango da. Tenperatura igotzen denean, likido baten gainazal-tentsioa gutxitu egiten da (tenperatura igotakoan molekulen mugimendua azkarragoa da eta, ondorioz, molekulen arteko erakarpenaren eragina ahuldu egingo da).

Solidoen Propietateak eta Motak

Giro-baldintzetan solidoak izan daitezke: molekula oso handiak, kobalente atomikoak, konposatu ionikoak eta konposatu metalikoak.

Solido Kristalinoak

Solido kristalinoen unitate estrukturalak edo nodoak (atomoak, molekulak edo ioiak) errepikatzen den banaketa tridimentsional erregular batean ordenatzen dira. Sistema horiek bereizteko, unitate-gela edo erretikulu kristalinoa definitzen da, non unitate-gela erretikulu espazialean errepikatzen den zati txikiena den. Solido kristalinoetan, tenperatura nahiko altua denean, solidoen partikulak beren lekutik askatzen dira eta ordena bat-batean desegiten da; horrenbestez, solidoa urtu egiten da.

Solido Amorfoak

Solido amorfoetan atomoek, molekulek edo ioiek ausaz banatutako egitura tridimentsional bat osatzen dute. Beren propietate fisikoak berdinak dira norabide guztietan. Tenperatura igo ahala leuntzen dira eta ez dute fusio-tenperatura zehatzik.

Kristal Motak

• Kristal Ionikoak: Na⁺Cl^-; Li⁺F^-; Mg⁺⁺O⁼; Ca⁺⁺CO₃.
• Kristal Molekularrak: I₂, S₈, H₂O, C₁₂H₂₂O₁₁ (sakarosa). Talde honetan gas nobleak sartzen dira (gas nobleek molekularik osatzen ez duten arren, kristal molekularren taldean kokatuko ditugu).
• Kristal Kobalenteak: C (diamantea), SiO₂ (kuartzoa), BN, SiC, Si, Ge.
• Kristal Metalikoak: Mg, Fe, Cu...