Αλυσοποίηση

Από τη Βικιπαίδεια, την ελεύθερη εγκυκλοπαίδεια
Πήδηση στην πλοήγηση Πήδηση στην αναζήτηση

Στη χημεία, ο όρος αλυσοποίηση (αγγλικά: catenation, από τη λατινική λέξη catena) αναφέρεται στο φαινόμενο σχηματισμού «αλυσίδων», δηλαδή ομάδων ατόμων του ίδιου χημικού στοιχείου[1] στη σειρά, με το σχηματισμό χημικών δεσμών μεταξύ τους.[2] Μια τέτοια αλυσίδα μπορεί να είναι «ανοικτή», δηλαδή με αρχικό και τελικό άτομο, ή «κλειστή», οπότε σε αυτήν την περίπτωση έχουμε το σχηματισμό ενός τουλάχιστο «δακτυλίου», ενώ φυσικά δεν αποκλείονται οι συνδυασμοί δακτυλίων και ανοικτων αλυσίδων.

Η αλυσοποίηση είναι φαινόμενο που παρατηρείται εντονότερα στον άνθρακα, του οποίου τα άτομα 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 περιέχονται εξαιρετικά πολύπλοκες αλυσίδες, που σχηματίζονται με βάση τις οδηγίες γονιδίων.

Ωστόσο, ο άνθρακας δεν είναι το μοναδικό χημικό στοιχείο που εμφανίζει το φαινόμενο της αλυσοποίησης. Αρκετά άλλα χημικά στοιχεία των κύριων ομάδων του περιοδικού 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 SiνΗ2ν+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.[3][4] 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.[5]

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[6], αναφέρθηκε ότι υπάρχουν από το 2004.[7]

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.

Υπάρχουν επίσης αλυσίδες αζώτου.[8]

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.

Χρήσιμοι πίνακες[9][10][Επεξεργασία | επεξεργασία κώδικα]

Δεσμός Μήκος δεσμού Ενέργεια δεσμού
C-C 154 pm 346 kJ
B-B 120 pm 293 kJ
N-N 145 pm 167 kJ
O-O 148 pm 142 kJ
Al-Al 186 kJ
Si-Si 233 pm 222 kJ
P-P 221 pm 201 kJ
S-S 205 pm 226 kJ
Sc-Sc 163 kJ
Ti-Ti 141 kJ
V-V 242 kJ
Cr-Cr 155 kJ
Mn-Mn 42 kJ
Fe-Fe 100 kJ
Ga-Ga 138 kJ
Ge-Ge 241 pm 188 kJ
As-As 243 pm 146 kJ
Se-Se 172 kJ
In-In 100 kJ
Sn-Sn 195 kJ
Sb-Sb 121 kJ
Xe-Xe 6,53 kJ
Au-Au 203 kJ
Hg-Hg 17,2 kJ
Tl-Tl 63 kJ
Pb-Pb 339 kJ
Bi-Bi 197 kJ

Δείτε επίσης[Επεξεργασία | επεξεργασία κώδικα]

  1. Κύρια αλυσίδα
  2. Πολυμερισμός αύξησης αλυσίδας
  3. Μακρομόριο

Παρατηρήσεις, υποσημειώσεις και αναφορές[Επεξεργασία | επεξεργασία κώδικα]

  1. Σημείωση: Ορισμένοι συγγραφείς του κλάδου συμπεριλαμβάνουν στο φαινόμενο της αλυσοποίησης και περιπτώσεις στις οποίες στις αλυσίδες ατόμων του ιδίου στοιχείου παρεμβάλλονται και ορισμένα άτομα άλλων χημικών στοιχείων. Π.χ. θεωρούν αλυσοποίηση και περιπτώσεις αλυσίδων της μορφής ...-C-O-C-....
  2. Oxford English Dictionary, 1st edition (1889) s.v. 'chain', definition 4g
  3. W. W. Porterfield, Inorganic Chemistry: A Unified Approach, 2nd Ed.", Academic Press (1993), p. 219.
  4. Inorganic Chemistry, Holleman-Wiberg, John Wiley & Sons (2001) p. 844.
  5. Miller, R. D.; Michl, J. (1989). «Polysilane high polymers». Chemical Reviews 89 (6): 1359. doi:10.1021/cr00096a006. 
  6. Karni, M.; Apeloig, Y. (January 2002). «The quest for a stable silyne, RSi≡CR′. The effect of bulky substituents». Silicon Chemistry 1 (1): 59–65. doi:10.1023/A:1016091614005. 
  7. Akira Sekiguchi; Rei Kinjo; Masaaki Ichinohe (September 2004). «A Stable Compound Containing a Silicon-Silicon Triple Bond». Science 305 (5691): 1755–1757. doi:10.1126/science.1102209. PMID 15375262. Bibcode2004Sci...305.1755S. [1][νεκρός σύνδεσμος]
  8. (Αγγλικά) Encyclopædia Britannica, catenation[νεκρός σύνδεσμος]
  9. (PDF) https://www.chem.tamu.edu/rgroup/connell/linkfiles/bonds.pdf.  Missing or empty |title= (βοήθεια)
  10. (PDF) https://labs.chem.ucsb.edu/zakarian/armen/11---bonddissociationenergy.pdf.  Missing or empty |title= (βοήθεια)
Στο λήμμα αυτό έχει ενσωματωθεί κείμενο από το λήμμα Catenation της Αγγλικής Βικιπαίδειας, η οποία διανέμεται υπό την GNU FDL και την CC-BY-SA 3.0. (ιστορικό/συντάκτες).
Στο λήμμα αυτό έχει ενσωματωθεί κείμενο από το λήμμα Caténation της Γαλλικής Βικιπαίδειας, η οποία διανέμεται υπό την GNU FDL και την CC-BY-SA 3.0. (ιστορικό/συντάκτες).