Wiązanie jonowe
Wiązanie czysto jonowe to chemicznie związany stan atomów, w którym stabilne środowisko elektronowe uzyskuje się przez całkowite przejście całkowitej gęstości elektronowej na atom pierwiastka bardziej elektroujemnego.
W praktyce całkowite przeniesienie elektronu z jednego atomu na inny atom - partner wiązania nie jest realizowany, ponieważ każdy pierwiastek ma większą lub mniejszą elektroujemność, a każde wiązanie chemiczne będzie do pewnego stopnia kowalencyjne. Jeśli stopień wiązania kowalencyjnego jest wystarczająco wysoki, to takie wiązanie chemiczne jest polarnym wiązaniem kowalencyjnym o różnym stopniu jonowości. Jeśli stopień kowalencyjności wiązań jest mały w porównaniu ze stopniem jego jonowości, wówczas takie wiązanie uważa się za jonowe.
Wiązanie jonowe jest możliwe tylko między atomami pierwiastków elektrododatnich i elektroujemnych, które znajdują się w stanie jonów o przeciwnych ładunkach. Proces tworzenia wiązania jonowego umożliwia wyjaśnienie modelu elektrostatycznego, tj. uwzględnienie interakcji chemicznych między jonami naładowanymi ujemnie i dodatnio.
jony - Są to naładowane elektrycznie cząstki, utworzone z neutralnych atomów lub cząsteczek przez oddanie lub otrzymanie elektronów.
Kiedy elektrony są przekazywane lub odbierane przez cząsteczki, powstają jony cząsteczkowe lub wieloatomowe, na przykład jon ditlenowy, jon azotynowy.
Jednoatomowe jony dodatnie lub jednoatomowe jony ujemne lub jednoatomowe aniony powstają podczas reakcji chemicznej między neutralnymi atomami poprzez wzajemne przenoszenie elektronów, podczas gdy atom, pierwiastek elektrododatni z niewielką liczbą zewnętrznych elektronów, przechodzi w bardziej stabilny stan kation jednoatomowy poprzez zmniejszenie liczby tych elektronów. Przeciwnie, atom pierwiastka elektroujemnego, który ma dużą liczbę elektronów zewnętrznych, przechodzi w stan jonu jednoatomowego, który jest dla niego bardziej stabilny poprzez zwiększenie liczby elektronów. Kationy jednoatomowe są z reguły tworzone przez metale, a aniony jednoatomowe - przez niemetale.
Kiedy elektrony są przenoszone, atomy pierwiastków metalicznych i niemetalicznych mają tendencję do tworzenia stabilnej konfiguracji powłoki elektronowej wokół swoich jąder. Atom pierwiastka niemetalicznego tworzy wokół swojego rdzenia zewnętrzną powłokę późniejszego gazu szlachetnego. Natomiast atom pierwiastka metalicznego po powrocie zewnętrznych elektronów otrzymuje stabilną konfigurację oktetową poprzedniego gazu szlachetnego.
Kryształy jonowe
W oddziaływaniu metalicznych i niemetalicznych substancji prostych, któremu towarzyszy powrót i akceptacja elektronów, powstają sole. Przykład:
2Na + Cl2 = 2NaCl,
2Al + 3F2 = 2AlF3
Wiązanie jonowe jest charakterystyczne nie tylko dla soli pochodnych kwasów beztlenowych i zawierających tlen [takich jak NaCl, AlF3, NaNO3, Al(SO4)3], ale także dla innych klas substancji nieorganicznych – zasadowych tlenków i wodorotlenków [ takie jak Na2O i NaOH], związki dwuskładnikowe [takie jak Li3N i CaC2]. Pomiędzy jonami o ładunkach przeciwnych w znaku pojawiają się siły przyciągania elektrostatycznego. Takie siły przyciągania są izotropowe, tj. zachowywać się tak samo we wszystkich kierunkach. W rezultacie rozmieszczenie jonów w solach stałych jest uporządkowane w przestrzeni w określony sposób. Układ uporządkowanych kationów i anionów nazywany jest jonową siecią krystaliczną, a same ciała stałe (sole, zasadowe tlenki i wodorotlenki) nazywane są kryształami jonowymi.
Wszystkie kryształy jonowe są z natury podobne do soli. Charakter soli jest rozumiany jako pewien zestaw właściwości, który odróżnia kryształy jonowe od substancji krystalicznych o innych typach sieci. Oczywiście nie wszystkie sieci jonowe charakteryzują się takim ułożeniem jonów w przestrzeni, liczba jonów - sąsiadów o przeciwnych ładunkach może być różna, jednak przemiana kationów i anionów w przestrzeni jest dla kryształów obowiązkowa.
Ze względu na to, że kulombowskie siły przyciągania rozchodzą się jednakowo we wszystkich kierunkach, jony w węzłach sieci krystalicznej są stosunkowo mocno związane, chociaż każdy z jonów nie jest nieruchomy, lecz w sposób ciągły wykonuje drgania termiczne wokół swojego położenia w krata. Nie ma ruchu translacyjnego jonów wzdłuż sieci, dlatego wszystkie substancje z wiązaniami jonowymi w temperaturze pokojowej są stałe (krystaliczne). Amplituda drgań termicznych może być zwiększona przez ogrzewanie kryształu jonowego, co ostatecznie prowadzi do zniszczenia sieci i przejścia ze stanu stałego w stan ciekły (w temperaturze topnienia). Temperatura topnienia kryształów jonowych jest stosunkowo wysoka, a temperatura wrzenia, w której substancja ciekła przechodzi w najbardziej nieuporządkowany, gazowy stan, jest bardzo duża. Przykład:
Wiele soli, zwłaszcza wielopierwiastkowe sole złożone, a także sole kwasów organicznych, może rozkładać się w temperaturach niższych od temperatury wrzenia, a nawet topnienia.
Typową właściwością wielu związków związanych jonowo (które nie reagują z wodą ani nie rozkładają się przed stopieniem) jest ich zdolność do dysocjacji na składowe jony; ze względu na ruchliwość jonów roztwory wodne lub stopione kryształy jonowe przewodzą prąd elektryczny.
W kryształach jonowych nie ma wiązań między poszczególnymi parami jonów; dokładniej, należy powiedzieć, że wszystkie kationy i aniony zawarte w próbce związku jonowego okazują się związane.
W kryształach jonowych zbudowanych z kationów i anionów nie ma cząsteczek.
Wzory chemiczne substancji jonowych przekazują jedynie stosunek kationów i anionów w sieci krystalicznej; ogólnie próbka substancji jonowej jest elektrycznie obojętna. Na przykład, zgodnie ze wzorem kryształu jonowego Al2O3, stosunek kationów Al3+ i anionów O2- w sieci wynosi 2:3; substancja jest elektrycznie obojętna - sześć ładunków dodatnich (2 Al3+) jest neutralizowanych przez sześć ładunków ujemnych (3 O2-).
Chociaż prawdziwe cząsteczki w kryształach jonowych nie istnieją, w celu uzyskania jednorodności z substancjami kowalencyjnymi zwykle przekazuje się skład cząsteczek warunkowych za pomocą wzorów takich jak NaCl i Al2O3, a zatem w celu scharakteryzowania substancji jonowych za pomocą pewnych wartości względnej masy cząsteczkowej. Jest to tym bardziej uzasadnione, że przejście od wiązania kowalencyjnego do jonowego następuje stopniowo i ma tylko warunkową granicę z x = 1,7.
Względną masę cząsteczkową substancji z wiązaniem jonowym można znaleźć, dodając względne masy atomowe odpowiednich pierwiastków, biorąc pod uwagę liczbę atomów każdego pierwiastka.
Przykład: Względna masa cząsteczkowa Al2O3 wynosi:
Struktura i kształt kryształów są przedmiotem krystalografii, a związki między właściwościami kryształów a ich strukturą bada chemia kryształów.
Należy zauważyć, że praktycznie nie ma związków, w których istnieją tylko wiązania jonowe. Wiązania kowalencyjne zawsze pojawiają się między sąsiednimi atomami w krysztale.
Wiązanie chemiczne powstaje w wyniku oddziaływania pól elektrycznych tworzonych przez elektrony i jądra atomów, tj. wiązanie chemiczne ma charakter elektryczny.
Pod wiązanie chemiczne zrozumieć wynik interakcji 2 lub więcej atomów prowadzącej do powstania stabilnego układu wieloatomowego. Warunkiem powstania wiązania chemicznego jest spadek energii oddziałujących atomów, tj. molekularny stan materii jest energetycznie korzystniejszy niż stan atomowy. Kiedy tworzy się wiązanie chemiczne, atomy mają tendencję do uzyskiwania kompletnej powłoki elektronowej.
Są to: kowalencyjne, jonowe, metaliczne, wodorowe i międzycząsteczkowe.
wiązanie kowalencyjne- najbardziej ogólny rodzaj wiązania chemicznego, który powstaje w wyniku uspołecznienia pary elektronów mechanizm wymiany -, gdy każdy z oddziałujących atomów dostarcza jeden elektron, lub mechanizm donor-akceptor, jeśli para elektronów jest przekazywana do powszechnego użytku przez jeden atom (donor - N, O, Cl, F) do innego atomu (akceptor - atomy pierwiastków d).
Charakterystyka wiązań chemicznych.
1 - wielość wiązań - między 2 atomami możliwe jest tylko 1 wiązanie sigma, ale razem z nim mogą występować wiązania pi i delta między tymi samymi atomami, co prowadzi do powstania wiązań wielokrotnych. Wielość jest określona przez liczbę wspólnych par elektronów.
2 - długość wiązania - odległość międzyjądrowa w cząsteczce, im większa krotność, tym mniejsza jej długość.
3 - siła wiązania - jest to ilość energii potrzebna do jego zerwania
4 - wysycenie wiązania kowalencyjnego przejawia się w tym, że jeden orbital atomowy może brać udział w tworzeniu tylko jednego u. w. Ta właściwość określa stechiometrię związków molekularnych.
5 - kierunkowość u. w. w zależności od tego, jaki kształt i kierunek mają chmury elektronów w przestrzeni, kiedy się na siebie nakładają, mogą powstawać związki o liniowym i kątowym kształcie cząsteczek.
Wiązanie jonowe – powstaje między atomami bardzo różniącymi się elektroujemnością. Są to związki głównych podgrup grup 1 i 2 z elementami głównych podgrup grup 6 i 7. Jonowe to wiązanie chemiczne, które powstaje w wyniku wzajemnego przyciągania elektrostatycznego jonów o przeciwnych ładunkach.
Mechanizm powstawania wiązań jonowych: a) powstawanie jonów oddziałujących atomów; b) tworzenie cząsteczki w wyniku przyciągania jonów.
Bezkierunkowość i nienasycenie wiązania jonowego
Pola sił jonów są równomiernie rozłożone we wszystkich kierunkach, więc każdy jon może przyciągać jony o przeciwnym znaku w dowolnym kierunku. Jest to niekierunkowość wiązania jonowego. Oddziaływanie 2 jonów o przeciwnych znakach nie prowadzi do całkowitej wzajemnej kompensacji ich pól sił. Dzięki temu zachowują zdolność przyciągania jonów również w innych kierunkach, tj. wiązanie jonowe charakteryzuje się nienasyceniem. Dlatego każdy jon w związku jonowym przyciąga taką liczbę jonów o przeciwnym znaku, że tworzy się sieć krystaliczna typu jonowego. W krysztale jonowym nie ma cząsteczek. Każdy jon jest otoczony pewną liczbą jonów o innym znaku (liczbie koordynacyjnej jonu).
połączenie metalowe- chemia Komunikacja w metalach. Metale mają nadmiar orbitali walencyjnych i brak elektronów. Kiedy atomy zbliżają się do siebie, ich orbitale walencyjne nakładają się, dzięki czemu elektrony swobodnie przemieszczają się z jednego orbitalu na drugi, a między wszystkimi atomami metalu powstaje połączenie. Wiązanie, które jest realizowane przez stosunkowo wolne elektrony między jonami metali w sieci krystalicznej, nazywane jest wiązaniem metalicznym. Połączenie jest mocno zdelokalizowane i nie ma kierunkowości i nasycenia, bo elektrony walencyjne są równomiernie rozmieszczone w całym krysztale. Obecność wolnych elektronów warunkuje istnienie wspólnych właściwości metali: nieprzezroczystości, metalicznego połysku, wysokiej przewodności elektrycznej i cieplnej, ciągliwości i plastyczności.
wiązanie wodorowe– wiązanie między atomem H a pierwiastkiem silnie ujemnym (F, Cl, N, O, S). Wiązania wodorowe mogą być wewnątrz- i międzycząsteczkowe. BC jest słabsze niż wiązanie kowalencyjne. Pojawienie się VS tłumaczy się działaniem sił elektrostatycznych. Atom H ma mały promień i kiedy pojedynczy elektron H zostaje przesunięty lub przekazany, uzyskuje silny ładunek dodatni, który wpływa na elektroujemność.
Wiązanie jonowe
(wykorzystano materiały ze strony http://www.hemi.nsu.ru/ucheb138.htm)
Wiązanie jonowe jest przeprowadzane przez przyciąganie elektrostatyczne między przeciwnie naładowanymi jonami. Jony te powstają w wyniku przenoszenia elektronów z jednego atomu na drugi. Wiązanie jonowe powstaje między atomami, które mają duże różnice w elektroujemności (zwykle większe niż 1,7 w skali Paulinga), na przykład między metalami alkalicznymi a halogenami.
Rozważmy pojawienie się wiązania jonowego na przykładzie tworzenia NaCl.
Z elektronicznych wzorów atomów
Na 1s 2 2s 2 2p 6 3s 1 i
Ćw 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 5
Można zauważyć, że aby uzupełnić poziom zewnętrzny, atomowi sodu łatwiej jest oddać jeden elektron niż dodać siedem, a atomowi chloru łatwiej jest dodać jeden niż oddać siedem. W reakcjach chemicznych atom sodu oddaje jeden elektron, a atom chloru go przyjmuje. W rezultacie powłoki elektronowe atomów sodu i chloru przekształcają się w stabilne powłoki elektronowe gazów szlachetnych (konfiguracja elektronowa kationu sodu
Na + 1s 2 2s 2 2p 6 ,
oraz konfiguracja elektronowa anionu chloru
Cl – - 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6).
Oddziaływanie elektrostatyczne jonów prowadzi do powstania cząsteczki NaCl.
Charakter wiązania chemicznego często znajduje odzwierciedlenie w stanie skupienia i właściwościach fizycznych substancji. Związki jonowe, takie jak chlorek sodu NaCl, są stałe i ogniotrwałe, ponieważ między ładunkami ich jonów „+” i „-” działają silne siły przyciągania elektrostatycznego.
Ujemnie naładowany jon chlorkowy przyciąga nie tylko „własny” jon Na +, ale także inne otaczające go jony sodu. Prowadzi to do tego, że w pobliżu dowolnego jonu nie ma jednego jonu o przeciwnym znaku, ale kilka.
Struktura kryształu NaCl chlorku sodu.
W rzeczywistości wokół każdego jonu chlorkowego znajduje się 6 jonów sodu i 6 jonów chlorku wokół każdego jonu sodu. Takie uporządkowane upakowanie jonów nazywane jest kryształem jonowym. Jeśli w krysztale wyodrębniono oddzielny atom chloru, to wśród otaczających go atomów sodu nie można już znaleźć tego, z którym reagował chlor.
Przyciągane do siebie siłami elektrostatycznymi jony niezwykle niechętnie zmieniają swoje położenie pod wpływem siły zewnętrznej lub wzrostu temperatury. Ale jeśli chlorek sodu zostanie stopiony i będzie nadal ogrzewany w próżni, odparuje, tworząc dwuatomowe cząsteczki NaCl. Sugeruje to, że kowalencyjne siły wiązania nigdy nie są całkowicie wyłączone.
Główne cechy wiązania jonowego i właściwości związków jonowych
1. Wiązanie jonowe to silne wiązanie chemiczne. Energia tego wiązania wynosi około 300 – 700 kJ/mol.
2. W przeciwieństwie do wiązania kowalencyjnego, wiązanie jonowe jest bezkierunkowe, ponieważ jon może przyciągać do siebie jony o przeciwnym znaku w dowolnym kierunku.
3. W przeciwieństwie do wiązania kowalencyjnego, wiązanie jonowe jest nienasycone, ponieważ oddziaływanie jonów o przeciwnym znaku nie prowadzi do całkowitej wzajemnej kompensacji ich pól sił.
4. W procesie powstawania cząsteczek z wiązaniem jonowym nie dochodzi do całkowitego przeniesienia elektronów, dlatego stuprocentowe wiązanie jonowe nie występuje w przyrodzie. W cząsteczce NaCl wiązanie chemiczne jest tylko w 80% jonowe.
5. Związki jonowe to krystaliczne ciała stałe o wysokich temperaturach topnienia i wrzenia.
6. Większość związków jonowych rozpuszcza się w wodzie. Roztwory i stopy związków jonowych przewodzą prąd elektryczny.
połączenie metalowe
Kryształy metali są ułożone inaczej. Jeśli weźmiesz pod uwagę kawałek metalicznego sodu, przekonasz się, że na zewnątrz bardzo różni się on od soli kuchennej. Sód jest metalem miękkim, łatwym do cięcia nożem, spłaszczania młotkiem, bez problemu można go stopić w kubku na lampie spirytusowej (temperatura topnienia 97,8 o C). W krysztale sodu każdy atom jest otoczony przez osiem innych podobnych atomów.
Struktura kryształu metalicznego Na.
Z rysunku widać, że atom Na w środku sześcianu ma 8 najbliższych sąsiadów. Ale to samo można powiedzieć o każdym innym atomie w krysztale, ponieważ wszystkie są takie same. Kryształ składa się z "nieskończenie" powtarzających się fragmentów pokazanych na tym obrazku.
Atomy metali na zewnętrznym poziomie energetycznym zawierają niewielką liczbę elektronów walencyjnych. Ponieważ energia jonizacji atomów metali jest niska, elektrony walencyjne są słabo zatrzymywane w tych atomach. W rezultacie w sieci krystalicznej metali pojawiają się dodatnio naładowane jony i wolne elektrony. W tym przypadku kationy metali znajdują się w węzłach sieci krystalicznej, a elektrony poruszają się swobodnie w polu dodatnich centrów, tworząc tzw. „gaz elektronowy”.
Obecność ujemnie naładowanego elektronu między dwoma kationami prowadzi do tego, że każdy kation oddziałuje z tym elektronem.
Zatem, wiązanie metaliczne to wiązanie między jonami dodatnimi w kryształach metali, które jest realizowane przez przyciąganie elektronów poruszających się swobodnie w krysztale.
Ponieważ elektrony walencyjne w metalu są równomiernie rozmieszczone w całym krysztale, wiązanie metaliczne, podobnie jak jonowe, jest wiązaniem nieukierunkowanym. W przeciwieństwie do wiązania kowalencyjnego, wiązanie metaliczne jest wiązaniem nienasyconym. Wiązanie metaliczne różni się również siłą od wiązania kowalencyjnego. Energia wiązania metalicznego jest około trzy do czterech razy mniejsza niż energia wiązania kowalencyjnego.
Ze względu na dużą ruchliwość gazu elektronowego metale charakteryzują się wysokim przewodnictwem elektrycznym i cieplnym.
Kryształ metalu wygląda dość prosto, ale jego struktura elektronowa jest w rzeczywistości bardziej złożona niż kryształów soli jonowych. Na zewnętrznej powłoce elektronowej pierwiastków metalowych nie ma wystarczającej liczby elektronów, aby utworzyć pełnoprawne „oktetowe” wiązanie kowalencyjne lub jonowe. Dlatego w stanie gazowym większość metali składa się z cząsteczek jednoatomowych (tj. Pojedynczych, niepowiązanych ze sobą atomów). Typowym przykładem są opary rtęci. Zatem metaliczne wiązanie między atomami metalu występuje tylko w ciekłym i stałym stanie skupienia.
Wiązanie metaliczne można opisać następująco: część atomów metalu w powstałym krysztale oddaje swoje elektrony walencyjne do przestrzeni między atomami (w sodzie jest to… 3s1), zamieniając się w jony. Ponieważ wszystkie atomy metali w krysztale są takie same, każdy z nich ma równe szanse na utratę elektronu walencyjnego.
Innymi słowy, przejście elektronów między neutralnymi i zjonizowanymi atomami metali odbywa się bez zużycia energii. W tym przypadku część elektronów zawsze znajdzie się w przestrzeni między atomami w postaci "gazu elektronowego".
Te wolne elektrony, po pierwsze, utrzymują atomy metalu w pewnej odległości równowagi od siebie.
Po drugie, nadają metalom charakterystyczny „metaliczny połysk” (swobodne elektrony mogą oddziaływać z kwantami światła).
Po trzecie, swobodne elektrony zapewniają metalom dobrą przewodność elektryczną. Wysoką przewodność cieplną metali tłumaczy się również obecnością wolnych elektronów w przestrzeni międzyatomowej - łatwo „reagują” one na zmiany energii i przyczyniają się do jej szybkiego przenoszenia w krysztale.
Uproszczony model struktury elektronowej kryształu metalu.
******** Na przykładzie sodu metalicznego rozważmy naturę wiązania metalicznego z punktu widzenia idei orbitali atomowych. Atom sodu, podobnie jak wiele innych metali, nie ma elektronów walencyjnych, ale są wolne orbitale walencyjne. Jedyny elektron sodu 3s jest w stanie przenieść się na dowolny z wolnych i bliskich energetycznie sąsiednich orbitali. Kiedy atomy w krysztale zbliżają się do siebie, zewnętrzne orbitale sąsiednich atomów zachodzą na siebie, dzięki czemu przekazane elektrony poruszają się swobodnie po całym krysztale.
Jednak „gaz elektronowy” wcale nie jest nieuporządkowany, jak mogłoby się wydawać. Wolne elektrony w krysztale metalu znajdują się w nakładających się orbitalach i są do pewnego stopnia uspołecznione, tworząc rodzaj wiązań kowalencyjnych. Sód, potas, rubid i inne metaliczne pierwiastki s mają po prostu niewiele wspólnych elektronów, więc ich kryształy są kruche i topliwe. Wraz ze wzrostem liczby elektronów walencyjnych siła metali z reguły wzrasta.
Zatem pierwiastki mają tendencję do tworzenia wiązań metalicznych, których atomy na zewnętrznych powłokach mają niewiele elektronów walencyjnych. Te elektrony walencyjne, które tworzą wiązanie metaliczne, są uspołecznione w takim stopniu, że mogą poruszać się po całym krysztale metalu i zapewniają wysoką przewodność elektryczną metalu.
Kryształ NaCl nie przewodzi prądu, ponieważ w przestrzeni między jonami nie ma wolnych elektronów. Wszystkie elektrony przekazane przez atomy sodu mocno utrzymują wokół siebie jony chlorkowe. Jest to jedna z zasadniczych różnic między kryształami jonowymi a metalicznymi.
To, co wiesz teraz o wiązaniu metalicznym, wyjaśnia również wysoką plastyczność (ciągliwość) większości metali. Metal można spłaszczyć w cienki arkusz, wciągnąć w drut. Faktem jest, że oddzielne warstwy atomów w krysztale metalu mogą stosunkowo łatwo przesuwać się po sobie: ruchomy „gaz elektronowy” stale łagodzi ruch poszczególnych jonów dodatnich, osłaniając je od siebie.
Oczywiście nic takiego nie można zrobić z solą kuchenną, chociaż sól jest również substancją krystaliczną. W kryształach jonowych elektrony walencyjne są mocno związane z jądrem atomu. Przesunięcie jednej warstwy jonów względem drugiej prowadzi do zbieżności jonów o tym samym ładunku i powoduje silne odpychanie między nimi, co skutkuje zniszczeniem kryształu (NaCl jest substancją kruchą).
Przesunięcie warstw kryształu jonowego powoduje pojawienie się dużych sił odpychania między podobnymi jonami i zniszczenie kryształu.
Nawigacja
- Rozwiązywanie złożonych problemów w oparciu o charakterystykę ilościową substancji
- Rozwiązywanie problemów. Prawo stałości składu substancji. Obliczenia z wykorzystaniem pojęć „masa molowa” i „ilość chemiczna” substancji
Charakter wiązania metalicznego. Struktura kryształów metali.
1. Z. 71–73; 2. Z. 143–147; 4. Z. 90–93; 8. Z. 138–144; 3. Z. 130–132.
Jonowe wiązanie chemiczne zwane wiązaniem, które powstaje między kationami i anionami w wyniku ich oddziaływania elektrostatycznego. Wiązanie jonowe można postrzegać jako ograniczający przypadek kowalencyjnego wiązania polarnego utworzonego przez atomy o bardzo różnych wartościach elektroujemności.
Kiedy tworzy się wiązanie jonowe, następuje znaczne przesunięcie wspólnej pary elektronów do bardziej elektroujemnego atomu, który w ten sposób uzyskuje ładunek ujemny i zamienia się w anion. Inny atom, po utracie elektronu, tworzy kation. Wiązanie jonowe powstaje tylko między cząstkami atomowymi takich pierwiastków, które znacznie różnią się elektroujemnością (Δχ ≥ 1,9).
Scharakteryzowano wiązanie jonowe bezkierunkowość w kosmosie i nienasycenie. Ładunki elektryczne jonów określają ich przyciąganie i odpychanie oraz określają skład stechiometryczny związku.
Ogólnie rzecz biorąc, związek jonowy to gigantyczne połączenie jonów o przeciwnych ładunkach. Dlatego wzory chemiczne związków jonowych odzwierciedlają tylko najprostszy stosunek liczby cząstek atomowych tworzących takie asocjacje.
Połączenie metalowe -Voddziaływanie, które utrzymuje cząstki atomowe metali w kryształach.
Natura wiązania metalicznego jest podobna do wiązania kowalencyjnego: oba typy wiązań opierają się na uspołecznieniu elektronów walencyjnych. Jednak w przypadku wiązania kowalencyjnego wspólne są elektrony walencyjne tylko dwóch sąsiednich atomów, podczas gdy przy tworzeniu wiązania metalicznego wszystkie atomy biorą udział w współdzieleniu tych elektronów jednocześnie. Niskie energie jonizacji metali ułatwiają elektronom walencyjnym odłączanie się od atomów i poruszanie się po całej objętości kryształu. Ze względu na swobodny przepływ elektronów metale mają wysoką przewodność elektryczną i cieplną.
Zatem stosunkowo niewielka liczba elektronów zapewnia wiązanie wszystkich atomów w krysztale metalu. Wiązanie tego typu, w przeciwieństwie do wiązania kowalencyjnego, jest niezlokalizowane I bezkierunkowy.
7. Interakcja międzycząsteczkowa . Orientacja, indukcja i dyspersja oddziaływań molekuł. Zależność energii oddziaływań międzycząsteczkowych od wartości momentu dipolowego, polaryzowalności i wielkości cząsteczek. Energia oddziaływań międzycząsteczkowych i stan skupienia substancji. Charakter zmiany temperatur wrzenia i topnienia prostych substancji i związków molekularnych pierwiastków p grup IV-VII.
1. Z. 73–75; 2. Z. 149–151; 4. Z. 93–95; 8. Z. 144–146; 11. Z. 139–140.
Chociaż cząsteczki jako całość są elektrycznie obojętne, zachodzą między nimi interakcje międzycząsteczkowe.
Siły kohezji działające między pojedynczymi cząsteczkami i prowadzące najpierw do powstania cieczy molekularnej, a następnie kryształów cząsteczkowych, nazywane sąsiły międzycząsteczkowe , Lub siły van der Waalsa .
Interakcja międzycząsteczkowa, podobnie jak wiązanie chemiczne, ma charakter elektrostatyczny, ale w przeciwieństwie do tego ostatniego jest bardzo słaby; objawia się na znacznie większych odległościach i charakteryzuje się brakiem sytość.
Istnieją trzy rodzaje oddziaływań międzycząsteczkowych. Pierwszy rodzaj to orientacyjnyinterakcja cząsteczki polarne. Zbliżając się, polarne cząsteczki orientują się względem siebie zgodnie ze znakami ładunków na końcach dipoli. Im bardziej polarne cząsteczki, tym silniejsza jest interakcja orientacji. Jego energia jest określona przede wszystkim przez wielkość momentów elektrycznych dipoli cząsteczek (tj. ich biegunowość).
Interakcja indukcyjna – jest to oddziaływanie elektrostatyczne między cząsteczkami polarnymi i niepolarnymi.
W cząsteczce niepolarnej pod wpływem pola elektrycznego cząsteczki polarnej powstaje „indukowany” (indukowany) dipol, który jest przyciągany do dipol stały cząsteczki polarnej. Energia oddziaływania indukcyjnego jest określona przez moment elektryczny dipola cząsteczki polarnej i polaryzowalność cząsteczki niepolarnej.
Interakcja dyspersji powstaje w wyniku wzajemnego przyciągania się tzw chwilowe dipole. Dipole tego typu powstają w cząsteczkach niepolarnych w dowolnym momencie z powodu niedopasowania elektrycznych środków ciężkości chmury elektronów i jąder, spowodowanego ich niezależnymi wibracjami.
Względna wartość udziału poszczególnych składników w całkowitej energii oddziaływań międzycząsteczkowych zależy od dwóch głównych właściwości elektrostatycznych cząsteczki – jej polarności i polaryzowalności, które z kolei determinowane są wielkością i strukturą cząsteczki.
8. wiązanie wodorowe . Mechanizm powstawania i natura wiązania wodorowego. Porównanie energii wiązań wodorowych z energią wiązań chemicznych i energią oddziaływań międzycząsteczkowych. Międzycząsteczkowe i wewnątrzcząsteczkowe wiązania wodorowe. Charakter zmiany temperatur topnienia i wrzenia wodorków pierwiastków p grup IV-VII. Znaczenie wiązań wodorowych dla obiektów naturalnych. Anomalne właściwości wody.
1. Z. 75–77; 2. Z. 147–149; 4. Z. 95–96; 11. Z. 140–143.
Jedną z odmian oddziaływań międzycząsteczkowych jest wiązanie wodorowe . Odbywa się to między dodatnio spolaryzowanym atomem wodoru jednej cząsteczki a ujemnie spolaryzowanym atomem X innej cząsteczki:
Х δ- ─Н δ+ Х δ- ─Н δ+ ,
gdzie X jest atomem jednego z najbardziej elektroujemnych pierwiastków - F, O lub N, a symbol jest symbolem wiązania wodorowego.
Tworzenie wiązania wodorowego wynika przede wszystkim z faktu, że atom wodoru ma tylko jeden elektron, który, gdy tworzy się polarne wiązanie kowalencyjne z atomem X, jest przesunięty w jego kierunku. Na atomie wodoru powstaje wysoki ładunek dodatni, co w połączeniu z brakiem wewnętrznych warstw elektronowych w atomie wodoru pozwala innemu atomowi zbliżyć się do niego na odległości bliskie długości wiązań kowalencyjnych.
Zatem wiązanie wodorowe powstaje w wyniku oddziaływania dipoli. Jednak w przeciwieństwie do zwykłej interakcji dipol-dipol, mechanizm wiązania wodorowego wynika również z interakcji donor-akceptor, w której donorem pary elektronów jest atom X jednej cząsteczki, a akceptorem jest atom wodoru innej.
Wiązanie wodorowe ma właściwości kierunkowości i nasycenia. Obecność wiązania wodorowego znacząco wpływa na właściwości fizyczne substancji. Na przykład temperatury topnienia i wrzenia HF, H2O i NH3 są wyższe niż wodorków innych pierwiastków z tych samych grup. Przyczyną anomalnego zachowania jest obecność wiązań wodorowych, których zerwanie wymaga dodatkowej energii.
Pierwszym z nich jest tworzenie wiązania jonowego. (Druga to edukacja, która zostanie omówiona poniżej). Kiedy tworzy się wiązanie jonowe, atom metalu traci elektrony, a atom niemetalu zyskuje. Rozważmy na przykład strukturę elektronową atomów sodu i chloru:
Na 1s 2 2s 2 2 p6 3 S 1 - jeden elektron na poziomie zewnętrznym
Ćw 1s 2 2s 2 2 p6 3 s2 3 str. 5 — siedem elektronów na poziomie zewnętrznym
Jeśli atom sodu przekazuje swój pojedynczy elektron 3s atomowi chloru, reguła oktetu będzie obowiązywać dla obu atomów. Atom chloru będzie miał osiem elektronów w zewnętrznej trzeciej warstwie, a atom sodu będzie miał osiem elektronów w drugiej warstwie, która teraz stała się zewnętrzna:
Na + 1s 2 2s 2 2 P 6
Cl - 1s 2 2s 2 2 p6 3 s2 3 p6 - osiem elektronów na poziomie zewnętrznym
W tym samym czasie jądro atomu sodu nadal zawiera 11 protonów, ale całkowita liczba elektronów spadła do 10. Oznacza to, że liczba cząstek naładowanych dodatnio jest o jeden większa niż liczba cząstek naładowanych ujemnie, więc suma ładunek „atomu” sodu wynosi +1.
„Atom” chloru zawiera teraz 17 protonów i 18 elektronów i ma ładunek -1.
Atomy naładowane powstające w wyniku utraty lub zyskania jednego lub większej liczby elektronów nazywane są jony. Nazywa się jony naładowane dodatnio kationy, a ujemnie naładowane nazywamy aniony.
Kationy i aniony, mające przeciwne ładunki, przyciągają się siłami elektrostatycznymi. To przyciąganie przeciwnie naładowanych jonów nazywa się wiązaniem jonowym.
. Występuje w związki utworzone przez metal i jeden lub więcej niemetali.
Następujące związki spełniają to kryterium i mają charakter jonowy: MgCl 2, Fel 2, CuF, Na 2 0, Na 2 SO 4, Zn(C 2 H 3 0 2) 2.
Istnieje inny sposób przedstawiania związków jonowych:
W tych wzorach kropki pokazują tylko elektrony znajdujące się na zewnętrznych powłokach ( elektrony walencyjne ). Takie formuły nazywane są formułami Lewisa na cześć amerykańskiego chemika G. N. Lewisa, jednego z założycieli (wraz z L. Paulingiem) teorii wiązań chemicznych.
Przenoszenie elektronów z atomu metalu na atom niemetalu i tworzenie jonów jest możliwe dzięki temu, że niemetale mają wysoką elektroujemność, a metale niską.
Ze względu na silne przyciąganie jonów do siebie, związki jonowe są w większości ciałami stałymi i mają dość wysoką temperaturę topnienia.
Wiązanie jonowe powstaje w wyniku przeniesienia elektronów z atomu metalu na atom niemetalu. Powstałe jony są przyciągane do siebie przez siły elektrostatyczne.
