Ionska vez med atomi. Kako nastane ionska vez: primeri. Značilnosti ionske vezi

7.1. Kaj so kemične vezi

V prejšnjih poglavjih ste se seznanili s sestavo in zgradbo izoliranih atomov različnih elementov ter preučevali njihove energijske značilnosti. Toda v naravi okoli nas so izolirani atomi izjemno redki. Atomi skoraj vseh elementov se »nagibajo« k združevanju v molekule ali druge bolj zapletene kemične delce. Običajno pravijo, da v tem primeru nastanejo kemične vezi med atomi.

Elektroni sodelujejo pri tvorbi kemičnih vezi. S preučevanjem tega poglavja boste izvedeli, kako se to zgodi. Toda najprej moramo odgovoriti na vprašanje, zakaj atomi tvorijo kemične vezi. Na to vprašanje lahko odgovorimo, tudi če ne vemo ničesar o naravi teh povezav: "Ker je energijsko koristno!" Toda z odgovorom na vprašanje, od kod izvira dobiček energije pri nastajanju vezi, bomo poskušali razumeti, kako in zakaj nastanejo kemične vezi.

Tako kot elektronsko zgradbo atomov tudi kvantna kemija podrobno in strogo znanstveno preučuje kemijske vezi in ti in jaz lahko izkoristimo le nekatere najpomembnejše zaključke znanstvenikov. V tem primeru bomo za opis kemijskih vezi uporabili enega najpreprostejših modelov, ki predvideva obstoj treh vrst kemijskih vezi (ionske, kovalentne in kovinske).

Ne pozabite - kateri koli model lahko kompetentno uporabljate le, če poznate meje uporabnosti tega modela. Tudi model, ki ga bomo uporabili, ima svoje meje uporabnosti. Na primer, v okviru tega modela je nemogoče opisati kemične vezi v molekulah kisika, večine borohidridov in nekaterih drugih snovi. Za opis kemičnih vezi v teh snoveh se uporabljajo kompleksnejši modeli.

1. Če so atomi, ki se povezujejo, zelo različni po velikosti, bodo majhni atomi (nagnjeni k sprejemanju elektronov) odvzeli elektrone velikim atomom (nagnjeni k oddajanju elektronov) in ionska vez. Energija ionskega kristala je manjša od energije izoliranih atomov, zato do ionske vezi pride tudi takrat, ko atomu z oddajanjem elektronov ne uspe popolnoma dokončati svoje elektronske ovojnice (lahko ostane nepopolna d- ali f- podnivoj). Poglejmo si primere.

2. Če so vezani atomi majhni ( r o<1), то все они склонны принимать электроны, а отдавать их не склонны; поэтому отобрать друг у друга электроны такие атомы не могут. В этом случае связь между ними возникает за счет попарного обобществления неспаренных валентных электронов: один электрон одного атома и один электрон другого атома с разными спинами образуют пару электронов, принадлежащую обоим атомам и связывающую их. Так образуется kovalentna vez.
Nastanek kovalentne vezi v prostoru si lahko predstavljamo kot prekrivanje elektronski oblaki neparni valenčni elektroni različnih atomov. V tem primeru par elektronov tvori skupni elektronski oblak, ki veže atome. Večja kot je gostota elektronov v območju prekrivanja, več energije se sprosti, ko nastane taka vez.
Preden obravnavamo najpreprostejše primere tvorbe kovalentne vezi, se strinjamo, da valenčne elektrone atoma označimo s pikami okoli simbola tega atoma, pri čemer par pik predstavlja osamljene elektronske pare in pare elektronov kovalentne vezi, in posamezne pike, ki predstavljajo neparne elektrone. S to oznako bo valenčna elektronska konfiguracija atoma, na primer fluora, predstavljena s simbolom, atoma kisika pa - . Formule, sestavljene iz takih simbolov, se imenujejo elektronske formule ali Lewisove formule (ameriški kemik Gilbert Newton Lewis jih je predlagal leta 1916). Po količini posredovanih informacij spadajo elektronske formule v skupino strukturnih formul. Primeri tvorbe kovalentnih vezi z atomi:

3. Če so vezani atomi veliki ( r o > 1A), potem so vsi bolj ali manj nagnjeni k temu, da se odpovejo svojim elektronom, njihova težnja po sprejemanju elektronov drugih ljudi pa je nepomembna. Zato tudi ti veliki atomi med seboj ne morejo tvoriti ionske vezi. Tudi kovalentna vez med njima se izkaže za neugodno, saj je elektronska gostota v velikih zunanjih elektronskih oblakih nepomembna. V tem primeru, ko kemična snov nastane iz takih atomov, se valenčni elektroni vseh vezanih atomov delijo (valentni elektroni postanejo skupni vsem atomom) in nastane kovinski kristal (ali tekočina), v katerem so atomi povezani z kovinska vez.

Kako ugotoviti, kakšne vezi tvorijo atome elementov v določeni snovi?
Glede na položaj elementov v naravnem sistemu kemičnih elementov, npr.
1. Cezijev klorid CsCl. Atom cezija (skupina IA) je velik in zlahka odda elektron, atom klora (skupina VIIA) pa je majhen in ga zlahka sprejme, zato je vez v cezijevem kloridu ionska.
2. Ogljikov dioksid CO 2 . Atomi ogljika (skupina IVA) in atomi kisika (skupina VI) se po velikosti ne razlikujejo zelo – oba sta majhna. Nekoliko se razlikujejo po nagnjenosti k sprejemanju elektronov, zato je vez v molekuli CO 2 kovalentna.
3. Dušik N 2. Preprosta snov. Vezani atomi so enaki in majhni, zato je vez v molekuli dušika kovalentna.
4. Kalcij Ca. Preprosta snov. Vezani atomi so enaki in precej veliki, zato je vez v kalcijevem kristalu kovinska.
5. Barij-tetraaluminij BaAl 4 . Atomi obeh elementov so precej veliki, zlasti atomi barija, zato oba elementa ponavadi oddata samo elektrone, zato je vez v tej spojini kovinska.

IONSKA VEZ, KOVALENTNA VEZ, KOVINSKA VEZ, POGOJI NJIHOVEGA NASTANKA.
1.Kaj je razlog za povezovanje atomov in nastanek kemičnih vezi med njimi?
2. Zakaj žlahtni plini niso sestavljeni iz molekul, ampak iz atomov?
3. Določite vrsto kemijske vezi v binarnih spojinah: a) KF, K 2 S, SF 4 ; b) MgO, Mg 2 Ba, OF 2; c) Cu 2 O, CaSe, SeO 2. 4. Določite vrsto kemijske vezi v preproste snovi: a) Na, P, Fe; b) S 8, F 2, P 4; c) Mg, Pb, Ar.

7.Z. Ioni. Ionska vez

V prejšnjem odstavku ste se seznanili z ioni, ki nastanejo, ko posamezni atomi sprejmejo ali oddajo elektrone. V tem primeru število protonov v atomskem jedru preneha biti enako številu elektroni v elektronski ovojnici, kemični delec pa dobi električni naboj.
Toda ion lahko vsebuje tudi več kot eno jedro, kot v molekuli. Tak ion je enoten sistem, sestavljen iz več atomskih jeder in elektronske lupine. Za razliko od molekule skupno število protonov v jedrih ni enako skupnemu številu elektronov v elektronski lupini, torej električni naboj iona.

Katere vrste ionov obstajajo? Se pravi, kako se lahko razlikujejo?
Glede na število atomskih jeder delimo ione na preprosto(oz enoatomsko), to je, ki vsebuje eno jedro (na primer: K, O 2) in kompleksen(oz poliatomski), to je, ki vsebuje več jeder (na primer: CO 3 2, 3). Enostavni ioni so nabiti analogi atomov, kompleksni ioni pa so nabiti analogi molekul.
Glede na predznak naboja ione delimo na katione in anioni.

Primeri kationov: K (kalijev ion), Fe 2 (železov ion), NH 4 (amonijev ion), 2 (tetraamin bakrov ion). Primeri anionov: Cl (kloridni ion), N 3 (nitridni ion), PO 4 3 (fosfatni ion), 4 (heksacianoferatni ion).

Glede na vrednost naboja delimo ione na enojni strel(K, Cl, NH 4, NO 3 itd.), dvojno napolnjena(Ca 2, O 2, SO 4 2 itd.) tri-polnilec(Al 3, PO 4 3 itd.) in tako naprej.

Tako bomo ion PO 4 3 imenovali trikrat nabit kompleksni anion, ion Ca 2 pa dvojno nabit preprost kation.

Poleg tega se ioni razlikujejo tudi po velikosti. Velikost enostavnega iona je določena s polmerom tega iona oz ionski polmer. Velikost kompleksnih ionov je težje opredeliti. Polmera iona, tako kot polmera atoma, ni mogoče neposredno izmeriti (kot razumete, ion nima jasnih meja). Zato za karakterizacijo izoliranih ionov uporabljajo orbitalni ionski polmeri(primeri so v tabeli 17).

Tabela 17. Orbitalni radiji nekaterih enostavnih ionov

		Orbitalno polmer, A			Orbitalno polmer, A
Li			F		0,400
Na			Cl		0,742
K			Br		0,869
Rb			jaz		1,065
Cs			O2		0,46
Bodi 2			S 2		0,83
Mg 2

Ionska vez

(uporabljeni so bili materiali s spletnega mesta http://www.hemi.nsu.ru/ucheb138.htm)

Ionska vez nastane zaradi elektrostatične privlačnosti med nasprotno nabitimi ioni. Ti ioni nastanejo kot posledica prenosa elektronov iz enega atoma v drugega. Ionska vez nastane med atomi, ki imajo velike razlike v elektronegativnosti (običajno večjo od 1,7 po Paulingovi lestvici), na primer med atomi alkalijskih kovin in halogenov.

Razmislimo o pojavu ionske vezi na primeru nastanka NaCl.

Iz elektronskih formul atomov

Na 1s 2 2s 2 2p 6 3s 1 in

Cl 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 5

jasno je, da za dokončanje zunanji nivo Atom natrija je lažje oddati en elektron kot pridobiti sedem, atom klora pa lažje pridobi en elektron kot pridobiti sedem. Pri kemijskih reakcijah atom natrija odda en elektron, atom klora pa ga prevzame. Kot rezultat elektronske lupine atomi natrija in klora se pretvorijo v stabilne elektronske lupine žlahtnih plinov (elektronska konfiguracija natrijevega kationa

Na + 1s 2 2s 2 2p 6,

in elektronska konfiguracija klorovega aniona je

Cl – - 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6).

Elektrostatična interakcija ionov povzroči nastanek molekule NaCl.

Narava kemične vezi se pogosto odraža v agregatno stanje in fizikalne lastnosti snovi. Ionske spojine, kot je natrijev klorid NaCl, so trde in ognjevzdržne, ker obstajajo močne sile elektrostatične privlačnosti med naboji njihovih "+" in "–" ionov.

Negativno nabit klorov ion ne pritegne samo »svojega« Na+ iona, ampak tudi druge natrijeve ione okoli sebe. To vodi do dejstva, da v bližini katerega koli od ionov ni enega iona z nasprotnim znakom, ampak več.

Struktura kristala natrijevega klorida NaCl.

Dejansko je okoli vsakega klorovega iona 6 natrijevih ionov in okoli vsakega natrijevega iona 6 klorovih ionov. To urejeno pakiranje ionov imenujemo ionski kristal. Če je v kristalu izoliran en sam atom klora, potem med atomi natrija, ki ga obkrožajo, ni več mogoče najti tistega, s katerim je klor reagiral.

Ioni, ki jih medsebojno privlačijo elektrostatične sile, zelo neradi spremenijo svojo lokacijo pod vplivom zunanje sile ali povečanja temperature. Če pa natrijev klorid stopimo in ga še naprej segrevamo v vakuumu, izhlapi in tvori dvoatomske molekule NaCl. To nakazuje, da se kovalentne vezne sile nikoli popolnoma ne izklopijo.

Osnovne značilnosti ionskih vezi in lastnosti ionskih spojin

1. Ionska vez je močna kemična vez. Energija te vezi je reda 300 – 700 kJ/mol.

2. Za razliko od kovalentne vezi je ionska vez neusmerjena, ker lahko ion k sebi pritegne ione nasprotnega predznaka v kateri koli smeri.

3. Za razliko od kovalentne vezi je ionska vez nenasičena, saj interakcija ionov nasprotnega znaka ne vodi do popolne medsebojne kompenzacije njihovih silnih polj.

4. Pri tvorbi molekul z ionsko vezjo ne pride do popolnega prenosa elektronov, zato stoodstotne ionske vezi v naravi ne obstajajo. V molekuli NaCl je kemična vez le 80 % ionska.

5. Spojine z ionskimi vezmi so trdne kristalne snovi, ki ima visoka tališča in vrelišča.

6. Večina ionskih spojin je topnih v vodi. Izvajajo se raztopine in taline ionskih spojin električni tok.

Kovinska povezava

Kovinski kristali so različno strukturirani. Če pregledate kos kovinskega natrija, boste ugotovili, da se njegov videz zelo razlikuje od kuhinjske soli. Natrij je mehka kovina, zlahka se reže z nožem, splošči s kladivom, zlahka se stopi v skodelici na alkoholni svetilki (tališče 97,8 o C). V natrijevem kristalu je vsak atom obdan z osmimi drugimi podobnimi atomi.

Kristalna struktura kovinskega Na.

Slika prikazuje, da ima atom Na v središču kocke 8 najbližjih sosedov. Toda enako lahko rečemo za kateri koli drug atom v kristalu, saj so vsi enaki. Kristal je sestavljen iz "neskončno" ponavljajočih se fragmentov, prikazanih na tej sliki.

Kovinski atomi na zunanji energijski ravni vsebujejo majhno število valenčnih elektronov. Ker je ionizacijska energija kovinskih atomov nizka, se valenčni elektroni v teh atomih slabo zadržujejo. Posledično se v kristalni mreži kovin pojavijo pozitivno nabiti ioni in prosti elektroni. V tem primeru se kovinski kationi nahajajo v vozliščih kristalne mreže, elektroni pa se prosto gibljejo v polju pozitivnih centrov, ki tvorijo tako imenovani "elektronski plin".

Prisotnost negativno nabitega elektrona med dvema kationoma povzroči interakcijo vsakega kationa s tem elektronom.

torej Kovinska vez je vez med pozitivnimi ioni v kovinskih kristalih, ki nastane zaradi privlačenja elektronov, ki se prosto gibljejo po kristalu.

Ker so valenčni elektroni v kovini enakomerno porazdeljeni po kristalu, je kovinska vez, tako kot ionska vez, neusmerjena vez. Za razliko od kovalentne vezi je kovinska vez nenasičena vez. Kovinska vez se od kovalentne razlikuje tudi po svoji trdnosti. energija kovinska povezava približno tri- do štirikrat manjša od energije kovalentne vezi.

Zaradi visoke mobilnosti elektronskega plina je za kovine značilna visoka električna in toplotna prevodnost.

Kovinski kristal je videti precej preprost, v resnici pa je njegova elektronska struktura bolj zapletena kot pri kristalih ionske soli. V zunanji elektronski lupini kovinskih elementov ni dovolj elektronov, da bi tvorili polnopravno "oktetno" kovalentno ali ionsko vez. Zato je večina kovin v plinastem stanju sestavljena iz enoatomskih molekul (tj. posameznih atomov, ki med seboj niso povezani). Tipičen primer so hlapi živega srebra. Tako se kovinska vez med kovinskimi atomi pojavlja le v tekočem in trdnem agregatnem stanju.

Kovinsko vez lahko opišemo na naslednji način: nekateri kovinski atomi v nastalem kristalu oddajo svoje valenčne elektrone v prostor med atomi (za natrij je to ... 3s1) in se spremenijo v ione. Ker so vsi kovinski atomi v kristalu enaki, ima vsak enako možnost, da izgubi valenčni elektron.

Z drugimi besedami, prenos elektronov med nevtralnimi in ioniziranimi kovinskimi atomi poteka brez porabe energije. V tem primeru nekaj elektronov vedno konča v prostoru med atomi v obliki "elektronskega plina".

Ti prosti elektroni najprej držijo kovinske atome na določeni ravnotežni razdalji drug od drugega.

Drugič, dajejo kovinam značilen "kovinski sijaj" (prosti elektroni lahko interagirajo s svetlobnimi kvanti).

Tretjič, prosti elektroni zagotavljajo kovinam dobro električno prevodnost. Visoka toplotna prevodnost kovin je razložena tudi s prisotnostjo prostih elektronov v medatomskem prostoru - zlahka se "odzovejo" na spremembe energije in prispevajo k njenemu hitremu prenosu v kristalu.

Poenostavljen model elektronske strukture kovinskega kristala.

******** Na primeru kovinskega natrija razmislimo o naravi kovinske vezi z vidika idej o atomskih orbitalah. Atom natrija, tako kot mnoge druge kovine, nima valenčnih elektronov, vendar obstajajo proste valenčne orbitale. Posamezen 3s elektron natrija se lahko premakne v katero koli od prostih in energijsko blizu sosednjih orbital. Ko se atomi v kristalu približajo, se zunanje orbitale sosednjih atomov prekrivajo, kar omogoča, da se oddani elektroni prosto gibljejo po kristalu.

Vendar "elektronski plin" ni tako neurejen, kot se morda zdi. Prosti elektroni v kovinskem kristalu so v prekrivajočih se orbitalah in so do neke mere skupni ter tvorijo nekaj podobnega kot kovalentne vezi. Natrij, kalij, rubidij in drugi kovinski s-elementi imajo preprosto malo skupnih elektronov, zato so njihovi kristali krhki in taljivi. Ko se število valenčnih elektronov poveča, se trdnost kovin na splošno poveča.

Tako kovinske vezi običajno tvorijo elementi, katerih atomi imajo malo valenčnih elektronov v svojih zunanjih lupinah. Ti valenčni elektroni, ki izvajajo kovinsko vez, so tako razdeljeni, da se lahko premikajo po kovinskem kristalu in zagotavljajo visoko električno prevodnost kovine.

Kristal NaCl ne prevaja elektrike, ker v prostoru med ioni ni prostih elektronov. Vse elektrone, ki jih darujejo natrijevi atomi, trdno zadržijo klorovi ioni. To je ena od pomembnih razlik med ionskimi kristali in kovinskimi.

To, kar zdaj veste o kovinski vezi, pomaga razložiti visoko kovnost (duktilnost) večine kovin. Kovino lahko sploščimo v tanko ploščo in vlečemo v žico. Dejstvo je, da lahko posamezne plasti atomov v kovinskem kristalu sorazmerno enostavno drsijo druga z drugo: mobilni »elektronski plin« nenehno mehča gibanje posameznih pozitivnih ionov in jih ščiti drug pred drugim.

Česa takega seveda ni mogoče storiti s kuhinjsko soljo, čeprav je tudi sol kristalna snov. V ionskih kristalih so valenčni elektroni tesno vezani na jedro atoma. Premik ene plasti ionov glede na drugo zbliža ione z enakim nabojem in povzroči močno odbijanje med njimi, kar povzroči uničenje kristala (NaCl je krhka snov).

Premik plasti ionskega kristala povzroči pojav velikih odbojnih sil med podobnimi ioni in uničenje kristala.

Navigacija

• Reševanje kombiniranih nalog na podlagi kvantitativnih značilnosti snovi
• Reševanje problemov. Zakon o konstantnosti sestave snovi. Izračuni z uporabo pojmov "molska masa" in "kemična količina" snovi

Ioni so atomi, ki so izgubili ali pridobili elektrone in posledično nekaj naboja. Za začetek bi vas rad spomnil, da obstajata dve vrsti ionov: kationi(pozitivni naboj jedra je večji od števila elektronov z negativnim nabojem) in anioni(naboj jedra je manjši od števila elektronov). Ionska vez nastane kot posledica interakcije dveh ionov z nasprotnimi naboji.

Ionska in kovalentna vez

Ta vrsta vezi je poseben primer kovalentne vezi. Razlika v elektronegativnosti je v tem primeru tako velika (več kot 1,7 po Paulingu), da skupni par elektronov ni delno izpodrinjen, ampak se v celoti prenese na atom z večjo elektronegativnostjo. Zato je nastanek ionske vezi posledica pojava močnih elektrostatičnih interakcij med ioni. Pomembno je razumeti, da 100-odstotna ionska vez ne obstaja. Ta izraz se uporablja, če so "ionske lastnosti" bolj izrazite (tj. elektronski par je močno nagnjen k bolj elektronegativnemu atomu).

Ionski vezni mehanizem

Najlažje vstopijo atomi, ki imajo skoraj polno ali skoraj prazno valenčno (zunanjo) lupino kemične reakcije. Manj kot je praznih orbital v valenčni lupini, večja je možnost, da bo atom prejel elektrone od zunaj. In obratno – manj kot je elektronov na zunanji lupini, večja je verjetnost, da bo atom oddal elektron.

Elektronegativnost

To je sposobnost atoma, da k sebi pritegne elektrone, zato so atomi z najbolj zapolnjenimi valenčnimi lupinami bolj elektronegativni.

Tipična kovina je bolj pripravljena oddati elektrone, medtem ko jih je tipična nekovina bolj pripravljena odvzeti. Zato ionske vezi največkrat tvorijo kovine in nekovine. Ločeno je treba omeniti še eno vrsto ionske vezi - molekularni. Njegova posebnost je, da vloga ionov ni posamezni atomi, temveč celotne molekule.

Diagram ionske vezi

Slika shematično prikazuje nastanek natrijevega fluorida. Natrij ima nizko elektronegativnost in samo en elektron v svoji valenčni lupini (VO). Fluor ima znatno večjo elektronegativnost in potrebuje samo en elektron, da zapolni BO. Elektron iz natrija BO gre v fluor BO in zapolni orbitalo, zaradi česar oba atoma pridobita nasprotne naboje in se privlačita drug drugega.

Lastnosti ionske vezi

Ionska vez je precej močna - zelo težko jo je uničiti s pomočjo toplotne energije, zato imajo snovi z ionskimi vezmi visoka temperatura taljenje. Hkrati je radij interakcije ionov precej nizek, kar določa krhkost podobne povezave. Njegove najpomembnejše lastnosti so pomanjkanje smeri in nenasičenost. Nesmernost izvira iz oblike električno polje ion, ki je krogla in je sposoben interakcije s kationi ali anioni v vseh smereh. V tem primeru polja obeh ionov niso popolnoma kompenzirana, zaradi česar sta prisiljena k sebi pritegniti dodatne ione, ki tvorijo kristal - to je pojav, imenovan nenasičenost. V ionskih kristalih ni molekul, posamezne katione in anione pa obdajajo številni ioni nasprotnega predznaka, katerih število je odvisno predvsem od položaja atomov v prostoru.

Kristali kuhinjske soli (NaCl) so tipičen primer ionske vezi.

Teorija kemijske vezi zavzema zelo pomembno mesto v sodobni kemiji. Pojasnjuje, zakaj se atomi združujejo v kemične delce, in omogoča primerjavo stabilnosti teh delcev. S pomočjo teorije kemijske vezi je mogoče predvideti sestavo in strukturo različnih spojin. Koncept prekinitve nekaterih kemičnih vezi in tvorjenje drugih je osnova sodobnih idej o transformacijah snovi med kemičnimi reakcijami.

Kemična vez- to je interakcija atomov, ki določa stabilnost kemičnega delca ali kristala kot celote. Kemična vez nastane zaradi elektrostatične interakcije med nabitimi delci: kationi in anioni, jedri in elektroni. Ko se atomi združijo, začnejo med jedrom enega atoma in elektroni drugega delovati privlačne sile, med jedri in med elektroni pa tudi odbojne sile. Na določeni razdalji se te sile uravnotežijo in nastane stabilen kemični delec.

Ko nastane kemijska vez, lahko pride do pomembne prerazporeditve elektronske gostote atomov v spojini v primerjavi s prostimi atomi. V skrajnem primeru to vodi v nastanek nabitih delcev - ionov (iz grškega "ion" - gredo).

Ionska interakcija

Če atom izgubi enega ali več elektronov, se spremeni v pozitiven ion - kation (v prevodu iz grščine - "grede navzdol"). Tako nastanejo kationi vodika H +, litija Li +, barija Ba 2+ S pridobivanjem elektronov se atomi spremenijo v negativne ione - anione (iz grškega "anion" - gredo navzgor).

Kationi in anioni se lahko privlačijo. V tem primeru pride do kemične vezi in nastanejo kemične spojine. Ta vrsta kemične vezi se imenuje ionska vez:

Ionska vez je kemična vez, ki nastane zaradi elektrostatične privlačnosti med kationi in anioni.

Mehanizem nastanka ionske vezi lahko obravnavamo na primeru reakcije med natrijem in klorom. Atom alkalijske kovine zlahka izgubi elektron, medtem ko ga atom halogena pridobi. Posledično nastaneta natrijev kation in kloridni ion. Tvorijo povezavo zaradi elektrostatične privlačnosti med njimi.

Interakcija med kationi in anioni ni odvisna od smeri, zato pravimo, da je ionska vez neusmerjena. Vsak kation lahko pritegne poljubno število anionov in obratno. Zato je ionska vez nenasičena. Število interakcij med ioni v trdnem stanju je omejeno le z velikostjo kristala. Zato je treba celoten kristal obravnavati kot "molekulo" ionske spojine.

Za nastanek ionske vezi je potrebna vsota vrednosti ionizacijske energije E i(za tvorbo kationov) in elektronska afiniteta A e(za tvorbo anionov) mora biti energijsko ugoden. To omejuje tvorbo ionskih vezi med atomi aktivne kovine(elementi skupin IA in IIA, nekateri elementi skupine IIIA in nekateri prehodni elementi) in aktivne nekovine (halogeni, halkogeni, dušik).

Idealne ionske vezi praktično ni. Tudi v tistih spojinah, ki jih običajno uvrščamo med ionske, ni popolnega prenosa elektronov z enega atoma na drugega; elektroni ostajajo delno v splošni rabi. Tako je vez v litijevem fluoridu 80 % ionska in 20 % kovalentna. Zato je bolj pravilno govoriti o stopnja ioniziranosti(polarnost) kovalentne kemijske vezi. Menijo, da je z razliko v elektronegativnosti elementov 2,1 vez 50% ionska. Če je razlika večja, lahko spojino štejemo za ionsko.

Ionski model kemijske vezi se pogosto uporablja za opisovanje lastnosti številnih snovi, predvsem spojin alkalijskih in zemeljskoalkalijskih kovin z nekovinami. To je posledica preprostosti opisovanja takšnih spojin: domneva se, da so zgrajene iz nestisljivih nabitih krogel, ki ustrezajo kationom in anionom. V tem primeru se ioni težijo k temu, da se razporedijo tako, da so privlačne sile med njimi največje, odbojne pa minimalne.

Ionski polmeri

Ta koncept uporablja preprost elektrostatični model ionske vezi ionski polmeri. Vsota polmerov sosednjih kationov in anionov mora biti enaka ustrezni medjedrni razdalji:

r 0 = r + + r −

Vendar pa ostaja nejasno, kje naj poteka meja med kationom in anionom. Danes je znano, da čisto ionska vez ne obstaja, saj vedno obstaja nekaj prekrivanja elektronskih oblakov. Za izračun polmerov ionov se uporabljajo raziskovalne metode, ki omogočajo določitev elektronske gostote med dvema atomoma. Medjedrna razdalja je razdeljena na točki, kjer je elektronska gostota minimalna.

Velikost iona je odvisna od številnih dejavnikov. Pri konstantnem naboju iona se z naraščanjem atomskega števila (in posledično naboja jedra) ionski polmer zmanjšuje. To je še posebej opazno v seriji lantanidov, kjer se ionski polmeri monotono spreminjajo od 117 pm za (La 3+) do 100 pm (Lu 3+) pri koordinacijskem številu 6. Ta učinek imenujemo stiskanje lantanida.

V skupinah elementov se ionski polmeri na splošno povečujejo z naraščanjem atomskega števila. Vendar za d-elementi četrte in pete periode lahko zaradi kompresije lantanida pride celo do zmanjšanja ionskega polmera (npr. od 73 pm za Zr 4+ na 72 pm za Hf 4+ s koordinacijskim številom 4).

V obdobju je opazno zmanjšanje ionskega polmera, povezano s povečanjem privlačnosti elektronov k jedru s hkratnim povečanjem naboja jedra in naboja samega iona: 116 pm za Na +, 86 pm za Mg 2+, 68 pm za Al 3+ (koordinacijsko število 6). Iz istega razloga povečanje naboja iona vodi do zmanjšanja ionskega polmera za en element: Fe 2+ 77 pm, Fe 3+ 63 pm, Fe 6+ 39 pm (koordinacijsko število 4).

Primerjave ionskih polmerov lahko naredimo le, če je koordinacijsko število enako, saj vpliva na velikost iona zaradi odbojnih sil med protiioni. To je jasno vidno na primeru iona Ag +; njegov ionski polmer je 81, 114 in 129 pm za koordinacijska števila 2, 4 oziroma 6.

Struktura idealne ionske spojine, ki jo določa največja privlačnost med neenakimi ioni in minimalno odbojnost podobnih ionov, je v veliki meri določena z razmerjem ionskih polmerov kationov in anionov. To lahko pokažemo s preprostimi geometrijskimi konstrukcijami.

Odnos r + : r −	Koordinacijsko število kationa	okolje	Primer
0,225−0,414	4	Tetraedrski	ZnS
0,414−0,732	6	Octahedral	NaCl
0,732−1,000	8	Kubični	CsCl
>1,000	12	Dodekaedral	Ni ga mogoče najti v ionskih kristalih

Energija ionske vezi

Energija vezave ionske spojine je energija, ki se med njenim nastajanjem sprosti iz plinastih protiionov, ki so neskončno oddaljeni drug od drugega. Upoštevanje samo elektrostatičnih sil ustreza približno 90 % celotne interakcijske energije, ki vključuje tudi prispevek neelektrostatičnih sil (na primer odbijanje elektronskih lupin).

Ko pride do ionske vezi med dvema prostima ionoma, se določi energija njune privlačnosti Coulombov zakon:

E(adv.) = q + q− / (4π r ε),

kje q+ in q− - naboji medsebojno delujočih ionov, r je razdalja med njima, ε je dielektrična konstanta medija.

Ker je eden od nabojev negativen, bo tudi energijska vrednost negativna.

Po Coulombovem zakonu mora privlačna energija na neskončno majhnih razdaljah postati neskončno velika. Vendar se to ne zgodi, saj ioni niso točkasti naboji. Ko se ioni približujejo drug drugemu, med njimi nastanejo odbojne sile zaradi interakcije elektronskih oblakov. Energijo odbijanja ionov opisuje Bornova enačba:

E(ott.) = IN / r n,

kje IN- nekaj konstante, n lahko zavzame vrednosti od 5 do 12 (odvisno od velikosti ionov). Skupna energija je določena z vsoto energij privlačnosti in odboja:

E = E(adv.) + E(ot.)

Njegova vrednost gre skozi minimum. Koordinate najmanjše točke ustrezajo ravnotežni razdalji r 0 in ravnotežna energija interakcije med ioni E 0:

E 0 = q + q − (1 - 1 / n) / (4π r 0 ε)

V kristalni mreži je vedno večje število interakcij kot med parom ionov. To število je odvisno predvsem od vrste kristalne mreže. Da bi upoštevali vse interakcije (slabi z naraščajočo razdaljo), je v izraz za energijo ionske kristalne mreže uvedena tako imenovana Madelungova konstanta A:

E(adv.) = A q + q− / (4π r ε)

Vrednost Madelungove konstante je določena samo z geometrijo mreže in ni odvisna od polmera in naboja ionov. Na primer, za natrijev klorid je 1,74756.

Vse kemične spojine nastanejo s tvorbo kemične vezi. In glede na vrsto povezovalnih delcev ločimo več vrst. Najbolj osnovno– to so kovalentni polarni, kovalentni nepolarni, kovinski in ionski. Danes se bomo pogovorili o ionskih.

Kaj so ioni

Nastane med dvema atomoma - praviloma pod pogojem, da je razlika v elektronegativnosti med njima zelo velika. Elektronegativnost atomov in ionov ocenjujemo s Paullingovo lestvico.

Zato je bil za pravilno upoštevanje značilnosti spojin uveden koncept ionnosti. Ta lastnost vam omogoča, da določite, kolikšen odstotek določene vezi je ionske.

Spojina z največjo ionskostjo je cezijev fluorid, v katerem ga je približno 97 %. Značilna je ionska vez za snovi, ki jih tvorijo kovinski atomi, ki se nahajajo v prvi in ​​drugi skupini tabele D.I. Mendelejev in atomi nekovin, ki se nahajajo v šesti in sedmi skupini iste tabele.

Pozor! Omeniti velja, da ni spojine, v kateri bi bilo razmerje izključno ionsko. Za odprto na v tem trenutku elementov je nemogoče doseči tako veliko razliko v elektronegativnosti, da bi dobili 100% ionsko spojino. Zato definicija ionske vezi ni povsem pravilna, saj gre dejansko za spojine z delno ionsko interakcijo.

Zakaj je bil uveden ta izraz, če tak pojav v resnici ne obstaja? Dejstvo je, da je ta pristop pomagal razložiti številne nianse v lastnostih soli, oksidov in drugih snovi. Na primer, zakaj so zelo topni v vodi in zakaj so raztopine lahko prevajajo električni tok. Tega ni mogoče razložiti z nobene druge perspektive.

Izobraževalni mehanizem

Tvorba ionske vezi je možna le, če sta izpolnjena dva pogoja: če je atom kovine, ki sodeluje v reakciji, sposoben zlahka oddati elektrone, ki se nahajajo na zadnji energijski ravni, in atom nekovine lahko te elektrone sprejme. Kovinski atomi so po svoji naravi reducenti, torej so sposobni darovanje elektronov.

To je posledica dejstva, da lahko zadnja energijska raven v kovini vsebuje od enega do treh elektronov, sam polmer delca pa je precej velik. Zato je sila interakcije med jedrom in elektroni na zadnjem nivoju tako majhna, da jo zlahka zapustijo. Pri nekovinah je situacija popolnoma drugačna. Imajo majhen radij, število lastnih elektronov na zadnjem nivoju pa je lahko od tri do sedem.

In interakcija med njimi in pozitivnim jedrom je precej močna, vendar si vsak atom prizadeva dokončati energijsko raven, zato si atomi nekovin prizadevajo pridobiti manjkajoče elektrone.

In ko se dva atoma - kovina in nekovina - srečata, se elektroni prenesejo iz atoma kovine v atom nekovine in nastane kemijska interakcija.

Shema povezave

Slika jasno prikazuje, kako natančno pride do tvorbe ionske vezi. Na začetku so nevtralno nabiti atomi natrija in klora.

Prvi ima na zadnjem energijskem nivoju en elektron, drugi sedem. Nato se elektron prenese iz natrija v klor in nastaneta dva iona. Ki se med seboj povezujejo in tvorijo snov. Kaj je ion? Ion je nabit delec, v katerem število protonov ni enako številu elektronov.

Razlike od kovalentnega tipa

Ionska vez zaradi svoje specifičnosti nima usmerjenosti. To je posledica dejstva, da je električno polje iona krogla in se enakomerno zmanjšuje ali povečuje v eni smeri po istem zakonu.

Za razliko od kovalentnega, ki nastane zaradi prekrivanja elektronskih oblakov.

Druga razlika je ta kovalentna vez nasičen. Kaj to pomeni? Število elektronskih oblakov, ki lahko sodelujejo v interakciji, je omejeno.

In v ionskem, zaradi dejstva, da ima električno polje sferično obliko, se lahko poveže z neomejenim številom ionov. To pomeni, da lahko rečemo, da ni nasičen.

Zanj je značilno tudi več drugih lastnosti:

1. Komunikacijska energija je kvantitativna značilnost, in je odvisno od količine energije, ki jo je treba porabiti, da se razbije. Odvisno od dveh meril - dolžina vezi in naboj iona vključeni v njegovo izobraževanje. Močnejša kot je vez, krajša je njena dolžina in večji so naboji ionov, ki jo tvorijo.
2. Dolžina - to merilo je bilo že omenjeno v prejšnjem odstavku. Odvisen je izključno od polmera delcev, ki sodelujejo pri tvorbi spojine. Polmer atomov se spreminja takole: s periodo se zmanjšuje z naraščanjem atomskega števila in narašča v skupini.

Snovi z ionskimi vezmi

Značilno je za precejšnje število kemične spojine. To je velik del vseh soli, tudi dobro znane kuhinjske soli. Pojavlja se v vseh povezavah, kjer je neposreden stik med kovino in nekovino. Tukaj je nekaj primerov snovi z ionskimi vezmi:

• natrijev in kalijev klorid,
• cezijev fluorid,
• magnezijev oksid.

Lahko se kaže tudi v kompleksnih spojinah.

Na primer, magnezijev sulfat.

Tukaj je formula snovi z ionskimi in kovalentnimi vezmi:

Med kisikovimi in magnezijevimi ioni se bo oblikovala ionska vez, vendar je žveplo med seboj povezano preko polarne kovalentne vezi.

Iz česar lahko sklepamo, da so ionske vezi značilne za kompleksne kemične spojine.

Kaj je ionska vez v kemiji

Vrste kemijskih vezi - ionske, kovalentne, kovinske

Zaključek

Lastnosti so neposredno odvisne od naprave kristalna mreža. Zato so vse spojine z ionskimi vezmi dobro topne v vodi in drugih polarnih topilih, prevodne in so dielektriki. Hkrati so precej ognjevzdržni in krhki. Lastnosti teh snovi se pogosto uporabljajo pri načrtovanju električnih naprav.