Charakterystyka wiązania jonowego, sposób jego tworzenia, klasyfikacja i przykłady

The wiązanie jonowe jest tym, w którym nie ma sprawiedliwego podziału pary elektronów między dwoma atomami. Kiedy tak się dzieje, jeden z gatunków, najmniej elektroujemny, uzyskuje dodatni ładunek elektryczny, podczas gdy gatunek bardziej elektroujemny kończy się ujemnym ładunkiem elektrycznym..

Jeśli A jest gatunkiem elektropozytywny, a X jest elektroujemny, a gdy powstaje między nimi wiązanie jonowe, są one przekształcane w jony A⁺ i X^-. A⁺ jest to ładunek dodatni, nazywany kationem; i X^- jest gatunkiem naładowanym ujemnie, anionem.

Górny obraz pokazuje ogólne wiązanie jonowe dla dowolnych dwóch gatunków A i X. Niebieskie nawiasy wskazują, że nie ma wyraźnie kowalencyjnego wiązania między A i X; innymi słowy, nie ma obecności A-X.

Zauważ, że A⁺ brakuje elektronów walencyjnych, podczas gdy X^- jest otoczony ośmioma elektronami, to znaczy jest zgodny z zasadą oktetu zgodnie z teorią wiązania walencyjnego (TEV) i jest również izoelektroniczny względem gazu szlachetnego z odpowiedniego okresu (He, Ne, Ar, itd.).

Z ośmiu elektronów dwa z nich są zielone. W jakim celu różni się od pozostałych niebieskich kropek? Aby podkreślić, że zielona para jest w rzeczywistości elektronami, które powinny współdzielić wiązanie A-X, jeśli ma ono charakter kowalencyjny. Fakt, który nie występuje w ogniwie jonowym.

A i X oddziałują poprzez siły przyciągania elektrostatycznego (prawo Coulomba). To odróżnia związki jonowe od kowalencyjnych w wielu ich właściwościach fizycznych, takich jak temperatura topnienia i wrzenia.

Indeks

• 1 Charakterystyka wiązania jonowego
• 2 Jak powstaje?
  • 2.1 Metale alkaliczne i halogenowe
  • 2.2 Metale alkaliczne i kalcogeniczne
  • 2.3 Metale ziem alkalicznych z halogenami i chalkogenami
• 3 Klasyfikacja
• 4 Zachowanie elektronów w wiązaniu jonowym
• 5 Przykłady wiązań jonowych
• 6 referencji

Charakterystyka wiązania jonowego

-Wiązania jonowe nie są kierunkowe, to znaczy wywierają trójwymiarową siłę zdolną do tworzenia układu krystalicznego, takiego jak chlorek potasu obserwowany na obrazku powyżej.

-Wzory chemiczne zawierające związki jonowe oznaczają proporcję jonów, a nie ich wiązania. Zatem KCl oznacza, że ​​istnieje Kation⁺ dla każdego anionu Cl^-.

-Wiązania jonowe, ponieważ mają trójwymiarowy wpływ na swoje jony, generują struktury krystaliczne, które do stopienia wymagają dużej ilości energii cieplnej. Innymi słowy, wykazują wysokie temperatury topnienia i wrzenia w przeciwieństwie do ciał stałych, w których dominują wiązania kowalencyjne.

-Większość związków, które oddziałują poprzez wiązania jonowe, jest rozpuszczalna w wodzie lub w polarnych rozpuszczalnikach. Dzieje się tak dlatego, że cząsteczki rozpuszczalnika mogą skutecznie otaczać jony, uniemożliwiając im ponowne spotkanie, tworząc początkowy układ krystaliczny.

-Wiązanie jonowe powstaje między atomami o dużej szczelinie między ich elektroujemnościami: metalem i niemetalem. Na przykład K jest metalem alkalicznym, podczas gdy Cl jest pierwiastkiem niemetalowym halogenowym.

Jak się tworzy?

Na powyższym obrazku A oznacza metal, a X niemetaliczny. Aby wiązanie jonowe wystąpiło, różnica elektroujemności między A i X musi być taka, aby współdzielenie pary elektronów przez wiązanie było zerowe. Oznacza to, że X zachowa parę elektronów.

Ale skąd pochodzi para elektroniczna? Zasadniczo gatunków metalicznych. W ten sposób jednym z dwóch punktów zielonego koloru jest elektron przeniesiony z metalu A do niemetalicznego X, a ten ostatni przyczynił się do dodatkowego elektronu, aby uzupełnić parę.

Jeśli tak, do jakich grup w układzie okresowym należą A lub X? Ponieważ A musiało przenieść pojedynczy elektron, jest bardzo prawdopodobne, że jest to metal z grupy IA: metale alkaliczne (Li, Na, K, Rb, Cs, Fr).

Podczas gdy X, osiągając oktet walencyjny, dodając elektron, jest halogenem, elementem grupy VIIA.

Metale alkaliczne i halogeny

Metale alkaliczne mają konfigurację wartościowości ns¹. Tracąc ten pojedynczy elektron i stając się jonami jednoatomowymi M⁺ (Li⁺, Na⁺, K⁺, Rb⁺, Cs⁺, Ks⁺) staje się izoelektroniczna wobec gazu szlachetnego, który je poprzedza.

Halogeny, z drugiej strony, mają konfigurację wartościowości ns²np⁵. Aby być izoelektronicznym wobec gazu szlachetnego, muszą uzyskać dodatkowy elektron, aby uzyskać konfigurację ns²np⁶, który sumuje osiem elektronów.

Z tego powodu zarówno metale alkaliczne, jak i halogeny czerpią korzyści z tworzenia wiązania jonowego, nie wspominając o stabilności energetycznej zapewnianej przez układ krystaliczny.

Dlatego związki jonowe utworzone przez metal alkaliczny i fluorowiec mają zawsze wzór chemiczny typu MX.

Metale alkaliczne i kalcogeniczne

Chalkogeny lub elementy grupy VIA (O, S, Se, Te, Po) mają, w przeciwieństwie do halogenów, konfigurację wartościowości ns²np⁴. Dlatego wymaga dwóch dodatkowych elektronów zamiast jednego, aby spełnić oktet walencyjny. Aby to osiągnąć za pomocą metali alkalicznych, muszą otrzymać elektron od dwóch z nich.

Dlaczego? Ponieważ na przykład sód może dawać pojedynczy elektron, Na ∙. Ale jeśli są dwa sodu, Na ∙ i Na ∙, O mogą otrzymać swoje elektrony, aby stać się anionem O^2-.

Strukturą Lewisa dla powstałego związku byłaby Na⁺ O^2- Na⁺. Zauważ, że dla każdego tlenu istnieją dwa jony sodu, a zatem wzór to Na₂O.

To samo wyjaśnienie można zastosować do innych metali, a także do innych chalkogenów.

Powstaje jednak pytanie: czy połączenie wszystkich tych elementów będzie źródłem związku jonowego? Czy we wszystkich będzie wiązanie jonowe? W tym celu konieczne byłoby porównanie elektroujemności zarówno metalu M, jak i chalkogenów. Jeśli są bardzo różne, będą występować wiązania jonowe.

Metale ziem alkalicznych z halogenami i chalkogenami

Metale ziem alkalicznych (Mr. Becamgbara) mają konfigurację wartościowości ns². Tracąc tylko dwa elektrony, stają się jonami M²⁺ (Bądź²⁺, Mg²⁺, Ca²⁺, Sr²⁺, Ba²⁺, Ra²⁺). Jednak gatunkami, które akceptują ich elektrony, mogą być halogeny lub chalkogeny.

W przypadku halogenów do utworzenia związku potrzebne są dwa z nich, ponieważ pojedynczo mogą przyjmować tylko jeden elektron. Zatem związek będzie: X^- M²⁺ X^-. X może być dowolnym z halogenów.

I wreszcie, w przypadku kalcogenów, mogących przyjąć dwa elektrony, jeden z nich wystarczyłby do utworzenia wiązania jonowego: M²⁺O^2-.

Klasyfikacja

Nie ma klasyfikacji wiązania jonowego. Jednak może się to różnić w zależności od charakteru kowalencyjnego. Nie wszystkie wiązania są w stu procentach jonowe, ale wykazują, choć bardzo nieznacznie, kowalencyjny produkt charakterystyczny nieznakowanej różnicy elektroujemności.

Jest to zauważalne przede wszystkim w przypadku bardzo małych jonów i wysokich ładunków, takich jak Be²⁺. Wysoka gęstość ładunku deformuje chmurę elektronową X (F, Cl itd.) W taki sposób, że zmusza ją do utworzenia wiązania o wysokim kowalencyjnym charakterze (co jest znane jako polaryzacja).

Więc BeCl₂ chociaż wydaje się być jonowa, jest to w rzeczywistości związek kowalencyjny.

Jednakże związki jonowe można sklasyfikować według ich jonów. Jeśli składają się z prostych atomów naładowanych elektrycznie, mówimy o jonach jednoatomowych; mając na uwadze, że jeśli jest to cząsteczka nośnika ładunku, zarówno dodatnia, jak i ujemna, mówimy o jonie wieloatomowym (NH₄⁺, NIE₃^-, TAK₄^2-, itp.).

Zachowanie elektronów w wiązaniu jonowym

Elektrony w wiązaniu jonowym pozostają w pobliżu jądra najbardziej elektroujemnego atomu. Ponieważ ta para elektronów nie może uciec z X^- połączyć kowalencyjnie z A⁺, wchodzą w grę oddziaływania elektrostatyczne.

Kationy A⁺ odpychać innych A⁺, a tak samo dzieje się z anionami X.^- z innymi. Jony dążą do wyrównania odpychania do wartości minimalnej, w taki sposób, że siły przyciągające przeważają nad siłami odpychającymi; a kiedy uda się to osiągnąć, powstaje układ krystaliczny, który charakteryzuje oba związki jonowe.

Teoretycznie elektrony są zamknięte w anionach, a ponieważ aniony pozostają w sieci krystalicznej, przewodnictwo soli w fazie stałej jest bardzo niskie.

Jednak wzrasta, gdy się topią, ponieważ jony mogą swobodnie migrować, a także elektrony, które mogą płynąć przyciągane przez ładunki dodatnie.

Przykłady wiązań jonowych

Jedną z metod identyfikacji związków jonowych jest obserwacja obecności metalu i anionu niemetalicznego lub wieloatomowego. Następnie oblicz z dowolną elektroujemnością skalą różnicy tych wartości dla A i X. Jeśli ta różnica jest większa niż 1,7, to jest to związek z wiązaniami jonowymi..

Oto przykłady:

KBr: bromek potasu

BeF₂: fluorek berylu

Na₂O: tlenek sodu

Li₂O: tlenek litu

K₂O: tlenek potasu

MgO: tlenek magnezu

CaF₂: fluorek wapnia

Na₂S: siarczek sodu

NaI: jodek sodu

CsF: fluorek cezu

Ponadto mogą być obecne związki jonowe z jonami wieloatomowymi:

Cu (NIE₃)₂: azotan miedzi (II)

NH₄Cl: chlorek amonu

CH₃COONa: octan sodu

Sr₃(PO₄)₂: fosforan strontu

CH₃COONH₄: octan amonu

LiOH: wodorotlenek litu

KMnO₄: nadmanganian potasu

Referencje

1. Whitten, Davis, Peck & Stanley. Chemia (8 wyd.). CENGAGE Learning, s. 251-258.
2. Chemia LibreTexts. Wiązania jonowe i kowalencyjne. Zrobiono z: chem.libretexts.org
3. Chemistry 301. (2014). Wiązanie jonowe. Zrobiono z: ch301.cm.utexas.edu
4. Helmenstine, Anne Marie, Ph.D. (16 sierpnia 2017 r. Przykłady obligacji jonowych i związków.) Zaczerpnięte z: thoughtco.com
5. TutorVista. (2018). Wiązanie jonowe. Zrobiono z: chemistry.tutorvista.com
6. Chris P. Schaller, Ph.D. IM7. Które wiązania są jonowe i które są kowalencyjne? Zaczerpnięto z: workers.csbsju.edu