Ionska veza. Metoda formiranja i svojstva

химических реакциях kemijske reakcije elektroni iz jednog atoma mogu u potpunosti ići u drugi. Takva preraspodjela naboja dovodi do stvaranja pozitivno i negativno nabijenih iona (kationa i aniona). Između njih se javlja posebna vrsta interakcije - ionska veza. Razmotrimo detaljnije metodu njenog formiranja, strukturu i svojstva tvari.

Elektronegativnost

Atomi se razlikuju u elektronegativnosti (EO) - sposobnost privlačenja elektrona iz valentnih ljuski drugih čestica. Za kvantitativno određivanje korištena je skala relativne elektronegativnosti koju je predložio L. Polling (bezdimenzijska veličina). Snažniji od drugih elemenata izražena je sposobnost privlačenja elektrona iz atoma fluora, njegov EO je 4. U mjernoj ljestvici, kisik, dušik i klor odmah slijede fluor. EO vrijednosti vodika i drugih tipičnih nemetala jednake su ili blizu 2. Od metala većina ima elektronegativnost od 0.7 (Fr) do 1.7. Postoji zavisnost ionske povezanosti veze od razlike između EO kemijskih elemenata. Što je veća, veća je vjerojatnost da će nastati ionska veza. Ova vrsta interakcije češća je kada je razlika EO = 1,7 i više. Ako je vrijednost manja, onda su spojevi polarni kovalentni.

Ionizacijska energija

Za odvajanje vanjskih elektrona slabo vezanih za jezgru, potrebna je ionizacijska energija (EI). Jedinica promjene te fizikalne veličine je 1 elektron volt. Postoje zakonitosti u promjeni EI u redovima i stupcima periodičkog sustava, ovisno o povećanju nuklearnog naboja. U razdobljima s lijeva na desno, energija ionizacije se povećava i dobiva najviše vrijednosti za nemetale. U skupinama se smanjuje od vrha do dna. Glavni razlog je povećanje radijusa atoma i udaljenost od jezgre do vanjskih elektrona, koji se lako odvajaju. Nastaje pozitivno nabijena čestica - odgovarajući kation. Veličina EI može se procijeniti o tome pojavljuje li se ionska veza. Svojstva također ovise o energiji ionizacije. Na primjer alkalijskih metala i zemnoalkalijski metali imaju male EI vrijednosti. Imaju izražene restorativne (metalne) osobine. Inertni plinovi su kemijski neaktivni zbog svoje visoke ionizacijske energije.

Elektronski afinitet

U kemijskim interakcijama, atomi mogu spojiti elektrone kako bi formirali negativnu česticu, anion, proces je popraćen oslobađanjem energije. Odgovarajuća fizička veličina je afinitet za elektron. Jedinica mjerenja jednaka je energiji ionizacije (1 elektro volt). Ali njegove točne vrijednosti nisu poznate za sve elemente. Halogeni imaju najveći afinitet elektrona. Na vanjskoj razini atoma elemenata - 7 elektrona, kojima nedostaje samo jedan oktet. Afinitet elektrona za halogene je visok, oni imaju jaka oksidativna (nemetalna) svojstva.

Interakcija atoma u nastanku ionskih veza

Atomi s nepotpunom vanjskom razinom su u nestabilnom energetskom stanju. Želja da se postigne stabilna elektronička konfiguracija glavni je razlog koji dovodi do stvaranja kemijskih spojeva. Proces je obično popraćen oslobađanjem energije i može dovesti do molekula i kristala koji se razlikuju po strukturi i svojstvima. Snažni metali i nemetali značajno se međusobno razlikuju u nizu pokazatelja (EO, EI i afinitet elektrona). Za njih je prikladnija vrsta interakcije, kao što je ionska kemijska veza, u kojoj se pomiče ujedinjena molekularna orbitalna (uobičajeni elektronski par). Smatra se da kada se formiraju ioni, metali potpuno prenose elektrone u nemetale. Snaga veze koja je nastala ovisi o radu potrebnom za uništenje molekula koje čine 1 mol ispitivane tvari. Ta fizička količina je poznata kao energija vezanja. Za ionske spojeve njegove se vrijednosti kreću od nekoliko desetaka do stotina kJ / mol.

Ionsko stvaranje

Atom koji daruje svoje elektrone tijekom kemijskih interakcija pretvara se u kation (+). Čestica domaćina je anion (-). Da bi se utvrdilo kako će se atomi ponašati, hoće li se pojaviti ioni, potrebno je utvrditi razliku između njihovog EO. Najjednostavniji način je izvesti takve izračune za spoj dva elementa, na primjer, natrijev klorid.

• EO (Cl) = 3,16;
• EO (Na) = 0,99;
• 3,16 - 0,99 = 2,17.
• 2.17 više od 1.7 nastaje ionska veza.

Natrij ima ukupno 11 elektrona, konfiguracija vanjskog sloja je 3s ¹ . Da bi ga dovršio, atomu je lakše dati 1 elektron nego spojiti 7. Struktura valentnog sloja klora opisana je formulom 3s ² 3p ⁵ . Atom ima ukupno 17 elektrona, 7 - vanjski. Jedan nije dovoljan za postizanje okteta i stabilne strukture. Kemijska svojstva potvrđuju pretpostavku da natrijev atom daje, a klor prihvaća elektrone. Postoje ioni: pozitivni (natrijev kation) i negativni (klor anion).

Jonska veza

Izgubivši elektron, natrij dobiva pozitivan naboj i stabilnu ljusku atoma inertnog plina neona (1s ² 2s ² 2p ⁶ ). Klor kao rezultat interakcije s natrijem dobiva dodatni negativni naboj, a ion ponavlja strukturu atomske ljuske plemenitog plina argona (1s ² 2s ² 2p ⁶ 3s ² 3p ⁶ ). Dobiveni električni naboj naziva se ionski naboj. Na primjer, Na ⁺ , Ca2 ⁺ , Cl-, F-. Ioni mogu sadržavati atome više elemenata: NH4 ⁺ , SO4 ^2- . Unutar takvih kompleksnih iona, čestice su vezane donatorskim akceptorom ili kovalentnim mehanizmom. Elektrostatička privlačnost se javlja između suprotno nabijenih čestica. Njegova vrijednost u slučaju ionske veze proporcionalna je naboju, a sa povećanjem udaljenosti između atoma slabi. Karakteristične značajke ionske veze:

• snažni metali reagiraju s aktivnim nemetalnim elementima;
• elektroni se kreću od jednog atoma do drugog;
• Nastali ioni imaju stabilnu konfiguraciju vanjskih ljuski;
• elektrostatička privlačnost dolazi između suprotno nabijenih čestica.

Kristalne rešetke ionski spojevi

U kemijskim reakcijama metali 1., 2. i 3. skupine periodičkog sustava obično gube elektrone. Formiranje pojedinačnih, dvostrukih i trostrukih pozitivnih iona. Ne-metali 6. i 7. skupine obično povezuju elektrone (osim reakcije s fluorom). Pojavljuju se pojedinačni i dvostruko nabijeni negativni ioni. Troškovi energije za te procese, u pravilu, kompenziraju se kada se stvara kristal. Jonski spojevi su obično u čvrstom stanju, tvore strukture koje se sastoje od suprotno nabijenih kationa i aniona. Te čestice privlače i oblikuju ogromne kristalne rešetke u kojima su pozitivni ioni okruženi negativnim česticama (i obrnuto). Ukupni naboj materije je nula, jer je ukupan broj protona uravnotežen brojem elektrona svih atoma.

Svojstva tvari s ionskim vezanjem

Ionske kristalne tvari karakteriziraju visoke točke vrenja i točke taljenja. Obično su ovi spojevi otporni na toplinu. Sljedeće obilježje može se otkriti otapanjem takvih tvari u polarnom otapalu (vodi). Kristali se lako uništavaju, a ioni ulaze u otopinu koja ima električnu vodljivost. Ionski spojevi se također uništavaju topljenjem. Pojavljuju se slobodne nabijene čestice, tako da se talina provodi električna struja. Tvari s ionskom vezom su elektroliti - vodiči druge vrste.

Oksidi i halogenidi alkalnih i zemnoalkalijskih metala pripadaju skupini ionskih spojeva. Gotovo svi od njih su široko korišteni u znanosti, tehnologiji, kemijskoj proizvodnji, metalurgiji.