Sidoksista ja hilarakenteesta

Mitä eroa on atomi- ja molekyylihilalla? Miksi kiinteän SiO2 (piioksidin) hilarakenne on atomihila, mutta esimerkiksi kiinteän veden hilarakenne on taas molekyylihila? Tiedän siis, että atomihilassa hilarakenne koostuu yksittäisistä atomeista, jotka ovat liittyneenä toisiinsa kovalenttisilla sidoksilla ja molekyylihila kuvaa molekyylien pakkautumista kiinteässä olomuodossa. Ongelmana on, etten tiedä, milloin hila rakentuu atomeista ja milloin molekyyleistä. Miksi piioksidin hilarakenne ei ole molekyylihila, jossa piioksidimolekyylit ovat pakkautuneet kiinni toisiinsa? Miksi piioksidin hilarakenne rakentuu siis Si- ja O-atomeiden verkostosta eikä yksinkertaisemmin vain piioksidimolekyyleistä?

Atomihila on harhaanjohtava nimitys ja johtaa juuri tämän kaltaisiin ongelmiin.

Hilatyypit ovat ioni-, kovalenttinen, metalli- ja molekyylihila. Kun kirjoitimme Neon-oppikirjaa (osa 2) vaadin, että atomihila-nimeä ei käytettäisi juuri sen harhaanjohtavuutensa vuoksi.

Hilatyypin määrää siis sidos, jonka avulla hila (kiinteä aine) pysyy koossa eli (heikoin) ioni-, kovalentti-, metalli- ja ”molekyyli-” sidoksin.

Piisioksidissa jokainen pii- ja happiatomi on kovalenttisesti sitoutunut muihin atomeihin. Rakenne on joka suuntaan jatkuva, eikä erillisiä SiO2-molekyylejä voi erottaa – kaikki sidospituudet (Si–O) ovat samoja. Molekyylihilassa kovalenttinen sidos on molekyylin sisällä mutta hila (kiinteä aine) pysyy koossa heikkojen sidosten avulla. Vedessä (jäässä) se heikko sidos on vetysidos.

Molekyylit H2O voidaan rakenteessa erottaa sidosten avulla (lyhyet O–H sidokset) ja molekyylien väliset sidokset ovat pitkiä. Sitoutumisesta sitten johtuvat hilojen (kiinteiden aineiden) fysikaaliset erot – kovalenttihilan omaavat materiaalit ovat kovia ja sulamispiste korkea, kun taas molekyylihilaiset ovat pehmeitä ja niiden sulamispiste on matala.

Ainoa selitys, jonka olen keksinyt, miksi kovalenttihilaa Suomessa halutaan kutsua atomihilaksi, on hiilen allotroopit. Timantilla on kovalenttihila ja grafiitilla molekyylihila. Hiilessä on vain yhtä atomilajia ja siitä kai timantin ”atomihila” nimi on tullut.

Markku Leskelä, professori
Kemian laitos, Helsingin yliopisto


Jaa:Facebooktwitterpinterestlinkedinmail