Іонна зв'язок. Спосіб освіти і властивості

В хімічних реакціях електрони від одного атома можуть повністю перейти до іншого. Такий перерозподіл зарядів веде до утворення позитивно і негативно заряджених іонів (катіонів та аніонів). Між ними виникає особливий тип взаємодії - іонний зв'язок. Розглянемо докладніше спосіб її утворення, будова і властивості речовин.

Електронегативність

Атоми відрізняються за електрооотріцательності (ЕО) - здатності притягувати до себе електрони з валентних оболонок інших частинок. Для кількісного визначення використовується запропонована Л. Поллинг шкала відносної електронегативності (безрозмірна величина). Сильніше, ніж у інших елементів, виражена здатність притягувати до себе електрони в атомів фтору, його ЕО - 4. В шкалою Поллінга відразу ж за фтором слідують кисень, азот, хлор. Значення ЕО водню та інших типових неметалів дорівнюють або близькі до 2. З металів більшість володіє електронегативні від 0,7 (Fr) до 1,7. Існує залежність ионности зв'язку від різниці ЕО хімічних елементів. Чим вона більша, тим вища ймовірність того, що виникне іонний зв'язок. Цей тип взаємодії частіше зустрічається при різниці ЕО = 1,7 і вище. Якщо значення менше, то сполуки відносяться до полярних нековалентним.

іонний зв'язок

Енергія іонізації

Для відриву слабо пов'язаних з ядром зовнішніх електронів необхідна енергія іонізації (ЕІ). Одиниця зміни цієї фізичної величини - 1 електрон-вольт. Існують закономірності зміни ЕІ в рядах і стовпцях періодичної системи, залежні від зростання заряду ядра. У періодах зліва направо енергія іонізації збільшується і набуває найбільші значення у неметалів. У групах вона зменшується зверху вниз. Основна причина - збільшення радіусу атома і відстані від ядра до зовнішніх електронів, які легко відриваються. Виникає позитивно заряджена частинка - відповідний катіон. За величиною ЕІ можна судити про те, чи виникає іонна зв'язок. Властивості також залежать від енергії іонізації. Наприклад, метали лужні і лужноземельні володіють невеликими значеннями ЕІ. У них яскраво виражені відновні (металеві) властивості. Інертні гази в хімічному відношенні малоактивні, що зумовлено їх високою енергією іонізації.

іонна хімічний зв'язок

Спорідненість до електрона

У хімічних взаємодіях атоми можуть приєднувати електрони з утворенням негативної частки - аніону, процес супроводжується виділенням енергії. Відповідна фізична величина - це спорідненість до електрона. Одиниця виміру така ж, як енергії іонізації (1 електрон-вольт). Але її точні значення відомі не для всіх елементів. Галогени володіють найбільшим спорідненістю до електрона. На зовнішньому рівні атомів елементів - 7 електронів, не вистачає тільки одного до октету. Спорідненість до електрона у галогенів високе, вони володіють сильними окисними (неметалевими) властивостями.

Взаємодії атомів при утворенні іонного зв'язку

Атоми, що мають незавершений зовнішній рівень, знаходяться в нестійкому енергетичному стані. Прагнення до досягнення стабільної електронної конфігурації - основна причина, яка призводить до утворення хімічних сполук. Процес зазвичай супроводжується виділенням енергії і може призвести до молекул і кристалів, що відрізняється за будовою і властивостями. Сильні метали і неметали значно різняться між собою за низкою показників (ЕО, ЕІ і спорідненості до електрону). Для них більше підходить такий тип взаємодії, як іонна хімічний зв'язок, при якій переміщається об'єднує молекулярна орбіталь (загальна електронна пара). Вважається, що при утворенні іонів метали повністю передають електрони неметаллам. Міцність виниклої зв'язку залежить від роботи, необхідної для руйнування молекул, складових 1 моль досліджуваної речовини. Ця фізична величина відома як енергія зв'язку. Для іонних сполук її значення становлять від декількох десятків до сотень кДж / моль.

іонний зв'язок властивості

Освіта іонів

Атом, що віддає свої електрони при хімічних взаємодіях, перетворюється на катіон (+). Приймаюча частинка - це аніон (-). Щоб з'ясувати, як будуть вести себе атоми, чи виникнуть іони, потрібно встановити різниця їх ЕО. Найпростіше провести такі розрахунки для з'єднання з двох елементів, наприклад, хлориду натрію.

ЕО (Cl) = 3,16;
ЕО (Na) = 0,99;
3,16 - 0,99 = 2,17.
2,17 більше, ніж 1,7, - виникає іонна зв'язок.

Натрій має всього 11 електронів, конфігурація зовнішнього шару - 3s¹. Для його завершення атому легше віддати 1 електрон, ніж приєднати 7. Будова валентного шару хлору описує формула 3s²3p⁵. Всього у атома 17 електронів, 7 - зовнішніх. Не вистачає одного для досягнення октету і стабільної структури. Хімічні властивості підтверджують припущення про те, що атом натрію віддає, а хлор приймає електрони. Виникають іони: позитивний (катіон натрію) і негативний (аніон хлору).

Іонна зв'язок

Втрачаючи електрон, натрій здобуває позитивний заряд і стійку оболонку атома інертного газу неону (1s²2s²2p⁶). Хлор в результаті взаємодії з натрієм отримує додатковий негативний заряд, а іон повторює будову атомної оболонки благородного газу аргону (1s²2s²2p⁶3s²3p⁶). Набутий електричний заряд називається зарядом іона. Наприклад, Na⁺, Ca²⁺, Cl^-, F^-. У складі іонів можуть перебувати атоми кількох елементів: NH₄⁺, SO₄^2-. Усередині таких складних іонів частинки пов'язані з донорно-акцепторного або ковалентному механізму. Між різнойменно зарядженими частинками виникає електростатичне тяжіння. Його величина в разі іонного зв'язку пропорційна зарядам, а зі збільшенням відстані між атомами воно слабшає. Характерні ознаки іонної зв'язку:

сильні метали реагують з активними неметаллическими елементами;
електрони переходять від одного атома до іншого;
виникли іони мають стабільної конфігурацією зовнішніх оболонок;
між протилежно зарядженими частинками виникає електростатичне тяжіння.

Кристалічні решітки іонних сполук

У хімічних реакціях метали 1-й, 2-й і 3-ї груп періодичної системи зазвичай втрачають електрони. Утворюються одно-, дво- і трехзарядние позитивні іони. Неметали 6-й і 7-й груп зазвичай приєднують електрони (виключення - реакції з фтором). Виникають одно- і двозарядні негативні іони. Витрати енергії на ці процеси, як правило, компенсуються, при створенні кристала речовини. Іонні сполуки зазвичай знаходяться в твердому стані, утворюють структури, які з протилежно заряджених катіонів та аніонів. Ці частинки притягуються і утворюють гігантські кристалічні решітки, в яких позитивні іони оточені негативними частками (і навпаки). Сумарний заряд речовини дорівнює нулю, адже загальна кількість протонів врівноважується кількістю електронів всіх атомів.

кристалічна решітка

Властивості речовин з іонним зв'язком

Для іонних кристалічних речовин характерні високі температури кипіння і плавлення. Зазвичай ці сполуки є термостійкими. Таку особливість можна виявити при розчиненні таких речовин в полярному розчиннику (воді). Кристали легко руйнуються, а іони переходять в розчин, який має електричну провідність. Іонні з'єднання також руйнуються при розплавлюванні. З'являються вільні заряджені частинки, значить, розплав проводить електричний струм. Речовини з іонним зв'язком є електролітами - провідниками другого роду.

електроліти

Відносяться до групи іонних сполук оксиди і галогеніди лужних і лужноземельних металів. Практично всі вони знаходять широке застосування в науці, техніці, хімічному виробництві, металургії.

Особистість