Йонна връзка. Метод на формиране и свойства

Най- химични реакции електрони от един атом могат да отидат напълно в друг. Подобно преразпределение на зарядите води до образуването на положително и отрицателно заредени йони (катиони и аниони). Между тях възниква специален вид взаимодействие - йонната връзка. Нека разгледаме по-подробно метода на неговото образуване, структурата и свойствата на веществата.

електроотрицателност

Атомите се различават по електронегативност (ЕО) - способността да привличат електрони от валентните черупки на други частици. За количествено определяне се използва скалата на относителната електроотрицателност, предложена от L. Polling (безразмерно количество). По-силна от другите елементи, способността за привличане на електрони от флуорни атоми се изразява, неговият ЕО е 4. В скалата за проба, кислород, азот и хлор следват веднага флуора. Стойностите на ЕО като водород и други типични неметали са равни или близки до 2. От металите повечето имат електронегативност от 0.7 (Fr) до 1.7. Съществува зависимост на йонността на връзката от разликата между ЕО на химичните елементи. Колкото е по-голямо, толкова по-голяма е вероятността да възникне йонна връзка. Този тип взаимодействие е по-често, когато разликата EO = 1,7 и по-висока. Ако стойността е по-малка, тогава съединенията са полярни ковалентни.

Йонизираща енергия

За отделянето на външни електрони, слабо свързани с ядрото, е необходима йонизационна енергия (EI). Единицата на промяна на тази физическа величина е 1 електронен волт. Съществуват закономерности в промяната на EI в редовете и колоните на периодичната система, в зависимост от увеличаването на ядрения заряд. В периодите от ляво на дясно енергията на йонизация се увеличава и придобива най-високите стойности за неметалите. На групи той намалява отгоре надолу. Основната причина е увеличаването на радиуса на атома и разстоянието от ядрото до външни електрони, които лесно се отделят. Появява се положително заредена частица - съответният катион. Степента на EI може да бъде преценена по отношение на това дали се появява йонна връзка. Свойствата също зависят от йонизационната енергия. Например алкални метали и алкалоземните метали имат малки EI стойности. Те имат изразени възстановителни (метални) свойства. Инертните газове са химически неактивни поради тяхната висока йонизираща енергия.

Електронен афинитет

При химични взаимодействия атомите могат да прикрепят електрони, за да образуват отрицателна частица, анионът, процесът е придружен от отделянето на енергия. Съответната физическа величина е афинитетът към електрона. Единицата за измерване е същата като енергията на йонизация (1 електрон волта). Точните му стойности обаче не са известни на всички елементи. Халогените имат най-висок електронен афинитет. На външното ниво на атомите на елементите - 7 електрона, липсва само един към октета. Електронният афинитет за халогените е висок, те имат силни окислителни (неметални) свойства.

Взаимодействието на атомите при образуването на йонни връзки

Атомите с непълно външно ниво са в нестабилно енергийно състояние. Желанието за постигане на стабилна електронна конфигурация е основната причина, която води до образуването на химични съединения. Процесът обикновено е съпроводен с отделяне на енергия и може да доведе до молекули и кристали, които се различават по структура и свойства. Силните метали и неметалите се различават значително помежду си в редица показатели (EO, EI и електронен афинитет). За тях е по-подходящ един вид взаимодействие, като йонна химична връзка, в която се движи обединяващата молекулна орбитала (обикновена електронна двойка). Смята се, че когато се образуват йони, металите напълно прехвърлят електроните в неметали. Силата на възникнала връзка зависи от работата, необходима за унищожаване на молекулите, които съставляват 1 мол от изследваното вещество. Тази физическа величина е известна като свързваща енергия. За йонни съединения, неговите стойности варират от няколко десетки до стотици kJ / mol.

Йонно образуване

Атом, който дарява своите електрони по време на химични взаимодействия, се превръща в катион (+). Частицата гостоприемник е аниона (-). За да разберете как ще се държат атомите, дали ще възникнат йони, е необходимо да се установи разликата между тях. Най-лесният начин за извършване на такива изчисления е за съединение от два елемента, например: натриев хлорид.

• EO (CI) = 3.16;
• EO (Na) = 0.99;
• 3.16 - 0.99 = 2.17.
• 2.17 повече от 1.7, възниква йонна връзка.

Натрият има общо 11 електрона, като конфигурацията на външния слой е 3s ¹ . За да го завърши, един атом е по-лесно да даде един електрон, отколкото да прикачи 7. Структурата на валентния слой на хлора е описана с формула 3s ² 3p ⁵ . Атомът има общо 17 електрона, 7 - външен. Единият не е достатъчен за постигане на октет и стабилна структура. Химичните свойства потвърждават предположението, че натриевият атом дава, а хлорът приема електрони. Има йони: положителни (натриев катион) и отрицателни (хлорен анион).

Йонна връзка

Загубата на електрон, натрий придобива положителен заряд и стабилна обвивка на инертния газов атом на неон (1s ² 2s ² 2p ⁶ ). Хлор в резултат на взаимодействие с натрий получава допълнителен отрицателен заряд, а йонът повтаря структурата на атомната обвивка на благороден газ от аргон (1s ² 2s ² 2p ⁶ 3s ² 3p ⁶ ). Придобит електрически заряд се нарича йонно зареждане. Например, Na ⁺ , Са2 ⁺ , Cl-, F-. Йоните могат да съдържат атоми от няколко елемента: NH4 ⁺ , SO4 ^2- . Вътре в такива сложни йони частиците се свързват с донор-акцептор или ковалентен механизъм. Електростатичното привличане възниква между противоположно заредени частици. Неговата стойност в случай на йонна връзка е пропорционална на зарядите и с увеличаване на разстоянието между атомите тя отслабва. Характерни характеристики на йонната връзка:

• силни метали реагират с активни неметални елементи;
• електрони се движат от един атом към друг;
• Получените йони имат стабилна конфигурация на външните обвивки;
• електростатичното привличане възниква между противоположно заредени частици.

Кристални решетки йонни съединения

При химични реакции металите на 1-ва, 2-ра и 3-та групи на периодичната система обикновено губят електрони. Образуването на единични, двойни и тройни положителни йони. Неметалите на 6-та и 7-та групи обикновено свързват електрони (с изключение на реакцията с флуор). Появяват се единични и двойно заредени отрицателни йони. Енергийните разходи за тези процеси, като правило, се компенсират при създаването на кристал. Йонните съединения обикновено са в твърдо състояние, образуват структури, състоящи се от противоположно заредени катиони и аниони. Тези частици привличат и образуват гигантски кристални решетки, в които положителните йони са заобиколени от отрицателни частици (и обратно). Общият заряд на материята е нула, тъй като общият брой на протоните е балансиран от броя на електроните на всички атоми.

Свойства на вещества с йонно свързване

Йонните кристални вещества се характеризират с високи точки на кипене и точки на топене. Обикновено тези съединения са устойчиви на топлина. Следната характеристика може да бъде открита чрез разтваряне на такива вещества в полярен разтворител (вода). Кристалите лесно се разрушават, а йоните влизат в разтвор, който има електрическа проводимост. Йонните съединения също се разрушават чрез топене. Появяват се свободни заредени частици, така че стопилката води електрически ток. Вещества с йонна връзка са електролити - проводници от втори вид.

Оксидите и халидите на алкалните и алкалоземните метали принадлежат към групата на йонните съединения. Почти всички от тях са широко използвани в науката, технологията, химическото производство, металургията.