Ionová vazba. Způsob tvorby a vlastnosti

25. 3. 2019

In chemické reakce elektrony z jednoho atomu mohou úplně jít do druhého. Takové přerozdělení poplatků vede k tvorbě pozitivně a negativně nabitých iontů (kationtů a aniontů). Mezi nimi vzniká zvláštní typ interakce - iontová vazba. Podívejme se podrobněji na způsob její tvorby, strukturu a vlastnosti látek.

Elektronegativita

Atomy se liší v elektroegativitě (EO) - schopnost přitahovat elektrony z valenčních skořepin jiných částic. Pro kvantitativní stanovení je použito měřítko relativní elektronegativity navržené L. Pollingem (bezrozměrné množství). Silnější než jiné prvky, vyjádří se schopnost přitahovat elektrony z atomů fluoru, jeho hodnota EO je 4. V pollingové stupnici kyslík, dusík a chlor bezprostředně následují fluor. Hodnoty EO vodíku a jiných typických nekovů jsou stejné nebo blízké 2. Z kovů má většina elektřinu od 0,7 (Fr) do 1,7. Existuje závislost ionogenity vazby na rozdílu mezi chemickými prvky EO. Čím větší je, tím je pravděpodobnost vzniku iontové vazby vyšší. Tento typ interakce je častější, když je rozdíl EO = 1.7 a vyšší. Pokud je hodnota menší, pak jsou sloučeniny polární kovalentní.

iontová vazba

Ionizační energie

Pro oddělení vnějších elektronů slabě vázaných na jádro je nezbytná ionizační energie (EI). Jednotka změny této fyzikální veličiny je 1 elektronový volt. V řadě a sloupcích periodického systému dochází k pravidelnosti změny EI v závislosti na zvýšení jaderného náboje. V období od levého na pravý se ionizační energie zvyšuje a získává nejvyšší hodnoty pro nekovy. Ve skupinách se snižuje shora dolů. Hlavním důvodem je zvýšení poloměru atomu a vzdálenosti od jádra k vnějším elektronům, které se snadno oddělí. Vyvolá se kladně nabitá částic - odpovídající kation. Velikost EI může být posouzena na základě toho, zda dojde k iontové vazbě. Vlastnosti také závisí na ionizační energii. Například alkalických kovů a kovy alkalických zemin mají malé hodnoty EI. Mají výrazné obnovitelné (kovové) vlastnosti. Inertní plyny jsou chemicky neaktivní díky své vysoké ionizační energii.

iontová chemická vazba

Elektronová afinita

Při chemických interakcích mohou atomy připojovat elektrony k vytvoření negativní částice, anionu, proces je doprovázen uvolněním energie. Odpovídající fyzikální veličina je afinita k elektronu. Jednotka měření je stejná jako ionizační energie (1 elektronový volt). Ale jeho přesné hodnoty nejsou známy pro všechny prvky. Halogeny mají nejvyšší afinitu k elektronům. Na vnější úrovni atomů prvků - 7 elektronů, chybí pouze jeden k oktetu. Elektronová afinita pro halogeny je vysoká, mají silné oxidační (nekovové) vlastnosti.

Interakce atomů při tvorbě iontových vazeb

Atomy s neúplnou vnější úrovní jsou v nestabilním energetickém stavu. Touha po dosažení stabilní elektronické konfigurace je hlavním důvodem, který vede k tvorbě chemických sloučenin. Tento proces obvykle doprovází uvolňování energie a může vést k molekulám a krystalům, které se liší strukturou a vlastnostmi. Silné kovy a nekovy se mezi sebou výrazně liší v řadě ukazatelů (EO, EI a afinita elektronů). Pro ně je vhodnější druh interakce, jako je iontová chemická vazba, ve které se pohybuje sjednocující molekulární orbitální (společný elektronový pár). Předpokládá se, že když se tvoří ionty, kovy zcela přenášejí elektrony na nekovy. Síla vazby, která vznikla, závisí na práci potřebné ke zničení molekul, které tvoří 1 mol zkoušené látky. Toto fyzikální množství je známé jako vazebná energie. U iontových sloučenin se jejich hodnoty pohybují od několika desítek do stovek kJ / mol.

vlastnosti iontových vazeb

Tvorba iontů

Atom, který daruje své elektrony během chemických interakcí, se změní na kation (+). Hostitelská částice je anion (-). Chcete-li zjistit, jak se chovají atomy, zda vzniknou ionty, je nutné stanovit rozdíl mezi jejich EO. Nejjednodušší způsob, jak tyto výpočty provádět, je například složení dvou prvků, chlorid sodný.

  • EO (Cl) = 3,16;
  • EO (Na) = 0,99;
  • 3,16 - 0,99 = 2,17.
  • 2,17 více než 1,7, dochází k iontové vazbě. ionových příkladů

Sodík má celkem 11 elektronů, konfigurace vnější vrstvy je 3s 1 . Pro jeho dokončení je atom jednodušší vzdát 1 elektronu než připojit 7. Struktura valenční vrstvy chlóru je popsána vzorcem 3s 2 3p 5 . Atom má celkem 17 elektronů, 7 je vnější. Jeden nestačí k dosažení oktetu a stabilní struktury. Chemické vlastnosti potvrzují předpoklad, že atom sodíku dává a chlor přijímá elektrony. Existují ionty: pozitivní (kation sodný) a negativní (chlorový anion).

Ionic bond

Ztráta elektronu, sodík získá kladný náboj a stabilní skořápku neonového inertního plynu (1s 2 2s 2 2p 6 ). Chlor jako výsledek interakce s sodíkem obdrží další negativní náboj a ion opakuje strukturu atomového skořápku vzácného plynného argonu (1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 ). Získaný elektrický náboj se nazývá iontový náboj. Například Na + , Ca 2+ , Cl - , F - . Ióny mohou obsahovat atomy několika prvků: NH4 + , SO4 2- . Uvnitř takových komplexních iontů jsou částice vázány donor-akceptorem nebo kovalentním mechanismem. Elektrostatické přitahování nastává mezi protilehle nabitými částicemi. Jeho hodnota v případě iontové vazby je úměrná nábojům a s rostoucí vzdáleností mezi atomy oslabuje. Charakteristické znaky iontové vazby:

  • silné kovy reagují s aktivními nekovovými prvky;
  • elektrony se pohybují z jednoho atomu do druhého;
  • Výsledné ionty mají stabilní uspořádání vnějších plášťů;
  • dochází k elektrostatickému přitahování mezi protilehle nabitými částicemi.

Křišťálové mřížky iontové sloučeniny

Při chemických reakcích kovy 1., 2. a 3. skupiny periodického systému obvykle ztrácejí elektrony. Tvorba jednoduchých, dvojitých a trojitých pozitivních iontů. Nekovy 6. a 7. skupiny obvykle přivádějí elektrony (s výjimkou reakce s fluorem). Zobrazují se jednostranné a dvojnásobně nabité negativní ionty. Energetické náklady na tyto procesy jsou zpravidla kompenzovány při vytváření krystalu. Iontové sloučeniny jsou obvykle v pevném stavu, tvoří struktury sestávající z proti sobě nabitých kationtů a aniontů. Tyto částice přitahují a tvoří obří krystalové mřížky, v nichž jsou pozitivní ionty obklopeny negativními částicemi (a naopak). Celkový náboj hmoty je nulový, protože celkový počet protonů je vyvážen počtem elektronů všech atomů.

krystalová mřížka

Vlastnosti látek s iontovou vazbou

Iontové krystalické látky se vyznačují vysokou teplotou varu a bodem tání. Obvykle jsou tyto sloučeniny tepelně odolné. Následující vlastnost může být detekována rozpuštěním těchto látek v polárním rozpouštědle (vodě). Krystaly se snadno zničí a ionty se dostanou do roztoku, který má elektrickou vodivost. Iontové sloučeniny jsou také zničeny tavením. Objeví se volně nabité částice, takže tavenina vede elektrického proudu. Látky s iontovou vazbou jsou elektrolyty - vodiče druhého druhu.

elektrolytů

Oxidy a halidy alkalických kovů a kovů alkalických zemin patří do skupiny iontových sloučenin. Téměř všechny jsou široce používány ve vědě, technologii, chemické výrobě, hutnictví.