Ionska vez. Metoda nastajanja in lastnosti

V kemijske reakcije elektroni iz enega atoma se lahko popolnoma premaknejo v drugo. Takšna prerazporeditev dajatev vodi do tvorbe pozitivno in negativno nabitih ionov (kationov in anionov). Med njimi se pojavi posebna vrsta interakcije - ionska vez. Oglejmo podrobneje metodo njegovega nastanka, strukturo in lastnosti snovi.

Elektronegativnost

Atomi se razlikujejo v elektronegativnosti (EO) - sposobnost privabljanja elektronov iz valentnih lupin drugih delcev. Za kvantitativno določitev se uporablja lestvica relativne elektronegativnosti, ki jo predlaga L. Polling (brezrazsežna količina). Močnejši od drugih elementov je izražena sposobnost privabljanja elektronov iz atomov fluora, njegov EO je 4. V merilni lestvici kisik, dušik in klor takoj sledijo fluoru. Vrednosti EO za vodik in druge značilne nekovine so enake ali blizu 2. Od kovin ima večina elektronegativnost od 0,7 (Fr) do 1,7. Obstaja odvisnost ionske vezi vezi od razlike med EO kemijskih elementov. Večje kot je, večja je verjetnost, da se bo pojavila ionska vez. Ta vrsta interakcije je pogostejša, če je razlika EO = 1,7 in več. Če je vrednost manjša, so spojine polarno kovalentne.

Ionizacijska energija

Za ločitev zunanjih elektronov, ki so slabo vezani na jedro, je potrebna ionizacijska energija (EI). Enota za spremembo te fizikalne količine je 1 elektron volt. Obstajajo pravilnosti pri spremembi EI v vrsticah in stolpcih periodičnega sistema, odvisno od povečanja jedrskega naboja. V obdobjih od leve proti desni se ionizacijska energija poveča in pridobi najvišje vrednosti za nekovine. V skupinah se zmanjšuje od zgoraj navzdol. Glavni razlog je povečanje polmera atoma in oddaljenost od jedra do zunanjih elektronov, ki se zlahka ločijo. Nastane pozitivno nabite delec - ustrezni kation. Velikost EI se lahko oceni glede na to, ali pride do ionske vezi. Lastnosti so odvisne tudi od ionizacijske energije. Na primer alkalijske kovine in zemeljsko alkalijske kovine imajo majhne vrednosti EI. Imajo izrazite obnovitvene (kovinske) lastnosti. Inertni plini so kemijsko neaktivni zaradi visoke ionizacijske energije.

Elektronska afiniteta

Pri kemičnih interakcijah lahko atomi vežejo elektrone, da tvorijo negativni delec, anion, proces pa spremlja sproščanje energije. Ustrezna fizikalna količina je afiniteta za elektron. Merska enota je enaka energiji ionizacije (1 elektro volt). Toda njegove natančne vrednosti niso znane za vse elemente. Halogeni imajo največjo afiniteto za elektrone. Na zunanji ravni atomov elementov - 7 elektronov, ki nimajo samo enega na oktet. Elektronska afiniteta za halogene je visoka, imajo močne oksidativne (nekovinske) lastnosti.

Interakcija atomov pri nastajanju ionskih vezi

Atomi z nepopolno zunanjo ravnjo so v nestabilnem stanju energije. Želja po doseganju stabilne elektronske konfiguracije je glavni razlog za nastanek kemičnih spojin. Proces običajno spremlja sproščanje energije in lahko vodi do molekul in kristalov, ki se razlikujejo po zgradbi in lastnostih. Močne kovine in nekovine se med seboj precej razlikujejo po številnih kazalnikih (EO, EI in afiniteta za elektrone). Za njih je bolj primerna vrsta interakcije, kot je ionska kemijska vez, v kateri se giblje vezna molekularna orbitalna (skupni elektronski par). Menijo, da pri tvorjenju ionov kovine popolnoma prenašajo elektrone v nekovine. Moč vezave, ki je nastala, je odvisna od dela, ki je potrebna za uničenje molekul, ki sestavljajo 1 mol preučevane snovi. Ta fizikalna količina je znana kot vezna energija. Za ionske spojine so njegove vrednosti v razponu od nekaj deset do sto kJ / mol.

Nastajanje ionov

Atom, ki daruje svoje elektrone med kemičnimi interakcijami, postane kation (+). Gostiteljski delec je anion (-). Da bi ugotovili, kako se bodo obnašali atomi, ali se bodo pojavili ioni, je treba ugotoviti razliko med njihovim EO. Najlažji način za izvedbo takšnih izračunov je sestavljen iz dveh elementov, na primer, natrijev klorid.

• EO (Cl) = 3,16;
• EO (Na) = 0,99;
• 3,16 - 0,99 = 2,17.
• 2.17 več kot 1.7, pride do ionske vezi.

Natrij ima skupaj 11 elektronov, konfiguracija zunanje plasti je 3s ¹ . Da bi ga dokončali, je atom lažje oddati 1 elektronov kot pripeti 7. Struktura valentnega sloja klora je opisana s formulo 3s ² 3p ⁵ . Atom ima skupaj 17 elektronov, 7 - zunanji. Ena ni dovolj za dosego okteta in stabilne strukture. Kemijske lastnosti potrjujejo predpostavko, da daje natrijev atom, in klor sprejema elektrone. Obstajajo ioni: pozitivni (natrijev kation) in negativni (klor anion).

Jonska vez

Izguba elektrona, natrij pridobi pozitivni naboj in stabilno lupino inertnega plinskega atoma neona (1s ² 2s ² 2p ⁶ ). Klor kot rezultat interakcije z natrijem prejme dodaten negativen naboj, ion pa ponavlja strukturo atomske lupine plemenitega plina argona (1s ² 2s ² 2p ⁶ 3s ² 3p ⁶ ). Pridobljeni električni naboj se imenuje ionski naboj. Na primer Na ⁺ , Ca ²⁺ , Cl ^- , F ^- . Ioni lahko vsebujejo atome več elementov: NH4 ⁺ , SO4 ^2- . V takih kompleksnih ionih so delci vezani na donorsko-akceptorski ali kovalentni mehanizem. Elektrostatična privlačnost se pojavi med nasprotno nabitimi delci. Njegova vrednost v primeru ionske vezi je sorazmerna z nabojem in s povečanjem razdalje med atomi oslabi. Značilne lastnosti ionske vezi: t

• močne kovine reagirajo z aktivnimi nekovinskimi elementi;
• elektroni se premikajo iz enega atoma v drugega;
• Nastali ioni imajo stabilno konfiguracijo zunanjih lupin;
• elektrostatična privlačnost se pojavi med nasprotno nabitimi delci.

Kristalne rešetke ionske spojine

Pri kemijskih reakcijah kovine prve, druge in tretje skupine periodičnega sistema običajno izgubijo elektrone. Oblikovanje enojnih, dvojnih in trojnih pozitivnih ionov. Nekovine 6. in 7. skupine navadno pritrdijo elektrone (razen reakcije s fluorom). Pojavijo se enojni in dvakrat nabiti negativni ioni. Stroški energije za te procese se praviloma kompenzirajo, ko nastane kristal. Ionske spojine so običajno v trdnem stanju, tvorijo strukture, ki so sestavljene iz nasprotno nabitih kationov in anionov. Ti delci privabljajo in tvorijo ogromne kristalne mreže, v katerih so pozitivni ioni obdani z negativnimi delci (in obratno). Skupni naboj snovi je nič, saj je skupno število protonov uravnoteženo s številom elektronov vseh atomov.

Lastnosti snovi z ionskim vezanjem

Za ionske kristalne snovi so značilna visoka vrelišča in tališča. Običajno so te spojine odporne na toploto. Z raztapljanjem takšnih snovi v polarnem topilu (vodi) lahko odkrijemo naslednjo značilnost. Kristali se enostavno uničijo in ioni gredo v raztopino, ki ima električno prevodnost. Ionske spojine uničimo tudi s taljenjem. Pojavijo se prosti nabiti delci, tako da talina vodi električni tok. Snovi z ionsko vezjo so elektroliti - prevodniki druge vrste.

Oksidi in halogenidi alkalijskih in zemeljskoalkalijskih kovin spadajo v skupino ionskih spojin. Skoraj vsi izmed njih se pogosto uporabljajo v znanosti, tehnologiji, kemični proizvodnji, metalurgiji.