Αλυσοποίηση

Στη χημεία, ο όρος αλυσοποίηση (αγγλικά: catenation, από τη λατινική λέξη catena) αναφέρεται στο φαινόμενο σχηματισμό «αλυσίδων», δηλαδή ομάδων ατόμων στη σριρά του ίδιου χημικού στοιχείου, με το σχηματισμό χημικών δεσμών μεταξύ τους. Μια τέτοια αλυσίδα μπορεί να είναι «ανοικτή», δηλαδή με αρχικό και τελικό άτομο, ή «κλειστή», οπότε σε αυτήν την περίπτωση έχουμε το σχηματισμό «δακτυλίου». Η αλυσοποίηση είναι φανινόμενο που παρατηρείται εντονότερα στον άνθρακα, του οποίου τα άτομα σχηματίζουν έχουν ιδιαίτερη τάση να σχηματίζουν ομοιοπολικούς δεσμούς με άλλα άτομα του ίδιου στοιχείου. Ο άνθρακας τείνει να σχηματίζει μακρύτερες και πολυπλοκότερες αλυσίδες σε σύγκριση με τα υπόλοιπα στοιχεία. Αυτό αποδεικνύεται από την ύπαρξη του τεράστιου πλήθους των οργανικών ενώσεων, μεγάλο μέρος των οποίων υπάρχουν και στη φύση. Ουσιαστικά η διάκριση της οργανικής χημείας από την ανόργανη χημεία σε μεγάλο βαθμό βασίζεται σε αυτήν την έντονη ιδιότητα του άνθρακα για αλυσοποίηση. Μάλιστα, στη βιοχημεία (και όχι μόνο), οι ανθρακικές αλυσίδες συχνά συνδυάζονται και με διάφορα άλλα χημικά στοιχεία, όπως υδρογόνο, οξυγόνο, άζωτο, φωσφόρο, θείο και διάφορα βιομέταλλα, για παράδειγμα στις πρωτεΐνες, όπου σχηματίζονται εξαιρετικά πολύπλοκες αλυσίδες, που σχηματίζονται με βάση τις οδηγίες γονιδίων. Ωστόσο, ο άνθρακας κατά κανένα τρόπο δεν είναι το μοναδικό χημικό στοιχείο που εμφανίζει το φαινόμενο της αλυσοποίησης. Αρκετά άλλα χημικά στοιχεία των κύριων ομάδων του πειοδικού συστήματος επίσης είναι ικανά να σχηματίζουν αλυσίδες ατόμων τους. Τα πιο ικανά από αυτά συμπεριλβάνουν το πυρίτιο, το θείο και το βόριο.

Η ικανότητα αλυσοποίησης ενός χημικού στοιχείου βασίζεται πρωτίστως στη δεσμική ενέργεια των δεσμών μεταξύ ατόμων του ίδιου χημικού στοιχείου, οπότε μειώνεται με την αύξηση του βαθμού εκφυλισμού των τροχιακών του, δηλαδή με την αύξηση (του κύριου) και του αζιμουθιακού κβαντικού αριθμού, γιατί έτσι μειώνεται η επικάλυψη των τροχιακών αυτών. Έτσι, ο άνθρακας, με τα λιγότερο εκφυλισμένα 2p τροχιακά σθένους είναι περισσότερο ικανός για αλυσοποίηση σε σύγκριση με τα βαρύτερα χημικά στοιχεία, που σχηματίζουν χημικούς δεσμούς με υψηλότερου κύριου κβαντικού αριθμού τροχιακά σθένους. Η ικανότητα αλυσοποίησης επηρεάζεται, επίσης, από ένα εύρος στερεοχημικών και ηλεκτρονιακών παραγόντων, που συμπεριλαμβάνουν της ηλεκτραρνητικότητα των χημικών στοιχείων. Για τον άνθρακα, ιδιαίτερα η επικάλυψη στους σ-δεσμούς διπλανών ατόμων είναι αποτελεσματικά ισχυρή, δίνοντας έτσι τη δυνατότητα να σχηματιστούν τέλεια σταθερές αλυσίδες.

Το πυρίτιο μπορεί (επίσης) να σχηματίζει σ-δεσμούς μεταξύ των ατόμων του. Ωστόσο, είναι δύσκολο κανείς να παρασκευάσει και να απομονώσει σιλάνια (π.χ. γενικού τύπου Si_νΗ_2ν+2) με ν μεγαλύτερο του 8, καθώς η θερμική σταθερότητα μειώνεται με την αύξηση του αριθμού των ατόμων πυριτίου. Τα σιλάνια με μεγαλύτερη μοριακή μάζα από το δισιλάνιο (Si₂H₆) τείνουν να διασπούνται σχηματίζοντας πολυμερικά πολυπυριτιούχα υδρίδια και υδρογόνο. Αλλά με ένα κατάλληλο ζευγάρι οργανικών υποκαταστατών στη θέση ενός ζεύγους ατόμων υδρογόνου σε κάθε άτομο πυριτίου, είναι δυνατό να παρασκευαστούν (μεγαλύτερα) πολυσιλάνια. Αυτές οι μακράς αλυσίδας ενώσεις παρουσιάζουν ορισμένες ηλεκτρονιακές ιδιότητες που αιφνιδιάζουν (τους λιγότερο μυημένους) , όπως η δημιουργία σ- απεντοπισμένων ηλεκτρονίων στην αλυσίδα.

Ακόμη και δεσμοί π μεταξύ ατόμων πυριτίου είναι δυνατό να παρασκευαστούν. Ωστόσο, αυτοί οι δεσμοί είναι λιγότερο σταθεροί από τους ανάλογους ανθρακούχους. Το δισιλένιο (SiH₂=SiH₂) είναι αρκετά δραστικότερο σε σύγκριση με το ανθρακούχο ανάλογό του, το αιθένιο (CH₂=CH₂). Τα δισιλίνια είναι αρκετά σπάνια, σε αντίθεση με τα ανθρακούχα ανάλογά τους, αλκίνια. Παραδείγματα δισιλινίων, αν και για πολύ χρονικό διάστημα θεωρούνταν ότι είναι πολύ ασταθή για να απομονωθούν, αναφέρθηκε ότι υπάρχουν από το 2004.

Η ευέλικτη χημεία του στοιχειακού θείου είναι (σχετικά) μεγάλη, εξαιτίας της αλυσοποίησης. Στη φυσική του κατάσταση, το στοιχειακό θείο βρίσκεται (συνήθως) σε αλλομορφή με μόρια (κυκλο)οκταθείου (S₈). Με θέρμανση αυτής της αλλομορφής, οι δακτύλιοι κυκλοοκταθείου ανοίγουν και συνδέονται μεταξύ τους, σχηματίζοντας αυξανόμενα μακρύτερες αλυσίδες, όπως δείχνει και η προοδευτική αύξηση του ιξώδους του υλικού, καθώς επιμηκύνονται οι αλυσίδες αυτές. Το σελήνιο και το τελλούριο δείχνουν επίσης ποικιίες τέτοιων δομικών μοτίβων.

Αλυσίδες αζώτου υπάρχουν, επίσης.

Αλυσίδες φωσφόρου (ιδιαίτερα με οργανικούς υποκαταστάτες) έχουν παρασκευαστεί, παρόλο που τείνουν να είναι αρκετά εύθραυστες. Μικροί δακτύλιοι ή συγκροτήματα ατόμων φωσφόρου είναι (αρκετά) συνηθισμένα.

Τα πρόσφατα χρόνια έχει αναφερθεί μια ποικιλία διπλών ή και τριπλών δεσμών μεταξύ ατόμων μεταλλοειδών΄, που συμπεριλαμβάνουν το πυρίτιο, το γερμάνιο, το αρσενικό και το βισμούθιο. Η ικανότητα αλυσοποίησης αρκετών χημικών στοιχείων κύριας σειράς αποτελεί τρέχον θέμα έρευνας για ανόργανα πολυμερή.